一种超低漂移的准静态电荷放大器的制作方法

1.本发明涉及一种电荷放大器，尤其涉及准静态电荷放大器的改进。


背景技术：

2.现有技术中，力、压力传感器在使用前需要对灵敏度进行标定，标定后接电荷放大器进行测量。特别是在标定小量程力、压力传感器灵敏度时，由于rc时间常数的存在，并且受前置运算放大器的偏置电流的影响，零点有漂移，随着时间越变越大，影响了测量精度，甚至无法测量。在标定小量程力、压力传感器灵敏度时，传统的准静态电荷放大器输出电压漂移速率偏大，影响了测量精度。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术的不足，本发明提供一种测量精度高的超低漂移的准静态电荷放大器。
4.本发明采用如下技术方案实现：一种超低漂移的准静态电荷放大器，包括第一准静态电荷放大器和第二准静态电荷放大器，所述第一准静态电荷放大器和所述准静态电荷放大器分别连接输出推挽电路。
5.第一准静态电荷放大器中电荷信号从插座xs1的一脚引入，插座xs1的二脚接地，电荷信号经电阻r12与mos对管v1的栅极相连，同时经第一rc网络与电荷放大器输出电压插座xs2的一脚相连。
6.第一rc网络由电阻r11、电阻r10、电容c2、电容c3、电容c4并联而成，其中电阻r11与开关sw3串联，电阻r10与开关sw4串联，电容c3与开关sw1串联，电容c4与开关sw2串联。
7.mos对管v1的漏极经电阻r2与电位器rp1的一端相连，同时与运算放大器n1的反相端相连，mos对管v2的的漏极经电阻r3与电位器rp1的另一端相连，同时与运算放大器n1的同相端相连，电位器rp1的中心抽头接负电源电压，电位器rp1用于调节电荷放大器处于复位状态时的输出零点。
8.运算放大器n1的的反相端与运算放大器n1的同相端之间并接二极管v3和二极管v4，二极管v3的正端与二极管v4的负端相接，二极管v3的负端与二极管v4的正端相接；电阻c1与电容c1串联并接在运算放大器n1的反相端和运算放大器n1的同相端之间，防止运算放大器振荡；mos对管v1的源极和mos对管v2的源极短接在一起，并经电阻r4与正电源电压相连，运算放大器n1的输出端经电阻r5送至二极管v5和二极管v6连接输出推挽电路。
9.所述输出推挽电路中二极管v5的负端和二极管v6的正端相连，并经电阻r5与运算放大器n1的输出端相连；二极管v5的正端与电阻r6的一端相连，同时与三极管v7的基极相连，电阻r6的另一端与三极管v7的集电极短接并与正电源电压相连，二极管v6的负端与电阻r7的一端相连，同时与三极管v8的基极相连，电阻r7的另一端与三极管v8的集电极短接并与负电源电
压相连。
10.三极管v7的发射极连接电阻r8的一端，三极管v8的发射极连接电阻r9的一端，电阻r8与电阻r9相连并与插座xs1的一脚相连，插座的xs1的二脚接地。
11.mos对管v7的漏极经电阻r14与电位器rp2的一端相连，同时与运算放大器n2的反相端相连；mos对管v8的漏极经电阻r15与电位器rp2的另一端相连，同时与运算放大器n2的同相端相连，电位器rp2的中心抽头接负电源电压，该电位器用于调节运算放大器n2处于复位状态时的输出零点；运算放大器n2的反相端与运算放大器n2的同相端之间并接二极管v9和二极管v10，二极管v9的正端与二极管v10的负端相接，二极管v9的负端与二极管v10的正端相接，电阻r13与电容c5串联并接在运算放大器n2的反相端和运算放大器n2同相端之间，防止运算放大器振荡；标号为v17的mos对管的源极和标号为v8的mos对管的源极短接在一起，并经电阻r16与正电源电压相连；电荷信号从插座xs3的一脚引入，插座xs3的二脚接地，电荷信号经电阻r18与标号为v7的mos对管的栅极相连，同时经第二rc网络与电荷放大器输出电压out1相连，运算放大器n2的输出端经电阻r17与输出电压out1相连。
12.第二rc网络由电阻r19和电容c6并联而成，电阻r19与开关sw5串联；输出电压out1被送至电阻r20的一脚，电阻r20的另一脚与电阻r21的一脚相连，并且与运算放大器n3的反相端相连，运算放大器n3的同相端接地；运算放大器n3的输出端与电阻r21的另一端相连，得到输出电压out2，mos对管v2的栅极经电阻r22与开关sw6相连。
13.mos对管v1、mos对管v2、mos对管v7和mos对管v8均为3n165mos对管。
14.相比现有技术，本发明采用双准静态电荷放大器，一个准静态电荷放大器用于电荷测量，另一个准静态电荷放大器用于产生漂移电压vb，并把vb引入测量电荷的准静态电荷放大器电路中，调节电位器，使得产生漂移电压vb的准静态电荷放大器的电压漂移率等于测量电荷的准静态电荷放大器的电压漂移速率，从而抵消测量电荷的准静态电荷放大器的大部分电压漂移，使得专利申请的输出电压漂移速率在电容c=1nf这档，可以做到
±
0.2mv/分钟，输出电压漂移速率降低了一个数量级，提高了测量精度，从而使标定小量程力、压力传感器灵敏度成为可能。
附图说明
15.图1是本发明电路原理图。
具体实施方式
16.下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
17.如图1所示，电荷信号从插座xs1的一脚引入，插座xs1的二脚接地。v1、v2是3n165mos对管，v7、v8也是3n165mos对管。电荷信号经电阻r12与标号为v1的mos对管的栅极
相连，同时经rc网络与电荷放大器输出电压插座xs2的一脚相连。该rc网络由电阻r11、电阻r10、电容c2、电容c3、电容c4并联而成，其中电阻r11与开关sw3串联，电阻r10与开关sw4串联，电容c3与开关sw1串联，电容c4与开关sw2串联。
18.rc网络与电荷放大器的输出放大倍数的关系见表1，输出增益mv/unit电容开关状况10sw1、sw2均断开1sw1导通0.1sw2导通表1rc网络与电荷放大器的工作模式的关系见表2，工作模式电阻开关状况复位sw3导通动态sw4导通准静态sw3、sw4均断开表2电荷放大器输出增益为10mv/unit时，反馈电容c最小，也就是输出电压漂移速率最大，所以在讨论输出电压漂移速率时，仅考虑电荷放大器输出增益为10mv/unit这档。
19.在电荷放大器输出增益为10mv/unit这档，开关sw3导通时，电荷放大器工作模式处于复位模式；开关sw4导通时，电荷放大器工作模式处于动态模式，用于测量动态电荷信号；开关sw3、sw4均断开时，电荷放大器工作模式处于准静态模式，用于静态标定力、压力传感器灵敏度。在复位模式，可以对电荷放大器输出电压零点进行调节，并且不在测量状态时用于保护3n165对管。
20.标号为v1的mos对管的漏极经电阻r2与电位器rp1的一端相连，同时与标号为n1的运算放大器的反相端(2脚)相连；标号为v2的mos对管的漏极经电阻r3与电位器rp1的另一端相连，同时与标号为n1的运算放大器的同相端(3脚)相连，电位器rp1的中心抽头接负电源电压，电位器rp1用于调节电荷放大器处于复位状态时的输出零点。
21.标号为n1的运算放大器的反相端(2脚)与标号为n1的运算放大器的同相端(3脚)之间并接二极管v3、v4以防止mos对管漏极电压过大而损坏mos对管，二极管v3的正端与二极管v4的负端相接，二极管v3的负端与二极管v4的正端相接。同时电阻c1与电容c1串联并接在标号为n1的运算放大器的反相端（2脚）和同相端(3脚)之间，防止运算放大器振荡。标号为v1的mos对管的源极和标号为v2的mos对管的源极短接在一起，并经电阻r4与正电源电压相连。
22.标号为n1的运算放大器的输出端(6脚)经电阻r5送至二极管v5、v6输出推挽电路，这样在电荷放大器反馈电容c（100nf）容值高的时候能够提供较大的电流适应电荷放大器动态测量的需要。
23.输出推挽电路是这样设计的，二极管v5的负端和二极管v6的正端相连，并经电阻r5与标号为n1的运算放大器的输出端(6脚)相连。二极管v5的正端与电阻r6的一端相连，同时与三极管v7的基极相连，电阻r6的另一端与三极管v7的集电极短接并与正电源电压相连。二极管v6的负端与电阻r7的一端相连，同时与三极管v8的基极相连，电阻r7的另一端与
三极管v8的集电极短接并与负电源电压相连。
24.三极管v7的发射极连接电阻r8的一端，三极管v8的发射极连接电阻r9的一端，电阻r8与电阻r9相连并与插座xs1的一脚相连（为电荷放大器的输出电压端），插座的二脚接地。
25.标号为v7的mos对管的漏极经电阻r14与电位器rp2的一端相连，同时与标号为n2的运算放大器的反相端(2脚)相连；标号为v8的mos对管的漏极经电阻r15与电位器rp2的另一端相连，同时与标号为n2的运算放大器的同相端(3脚)相连，电位器rp2的中心抽头接负电源电压，该电位器用于调节运算放大器n2处于复位状态时的输出零点。
26.标号为n2的运算放大器的反相端(2脚)与标号为n2的运算放大器的同相端(3脚)之间并接二极管v9、v10以防止mos对管漏极电压过大而损坏mos对管，二极管v9的正端与二极管v10的负端相接，二极管v9的负端与二极管v10的正端相接。同时电阻r13与电容c5串联并接在标号为n2的运算放大器的反相端（2脚）和同相端(3脚)之间，防止运算放大器振荡。标号为v17的mos对管的源极和标号为v8的mos对管的源极短接在一起，并经电阻r16与正电源电压相连。
27.电荷信号从插座xs3的一脚引入，插座xs3的二脚接地。电荷信号经电阻r18与标号为v7的mos对管的栅极相连，同时经rc网络与电荷放大器输出电压out1相连,标号为n2的运算放大器的输出端(6脚)经电阻r17与out1相连。该rc网络由电阻r19电容c6并联而成，电阻r19与开关sw5串联。开关sw5导通时，运算放大器n2处于复位状态，此时调节电位器rp2使out1电压为零；开关sw5断开时，运算放大器n2处于准静态状态，此时产生漂移电压out1。
28.漂移电压out1被送至电阻r20的一脚，电阻r20的另一脚与电阻r21的一脚相连，并且与标号为n3的op07运算放大器的反相端（第2脚）相连，标号为n3的op07运算放大器的同相端（第3脚）接地。标号为n3的op07运算放大器的输出端（第6脚）与电阻r21的另一端相连，得到输出电压out2，out2的电压与out1的电压数值相等，极性相反。
29.out1电压信号与out2电压信号分别加到电位器rp3的两端，电位器rp3的中心抽头为电压out3,out3的电压范围为
‑
out1~ out1，由电位器rp3调节得到。
30.标号为v2的3n165mos对管的栅极经电阻r22与开关sw6相连，开关sw6是单刀双掷开关，有两个位置，一个接地，另一个接电压out3。当准静态电荷放大器的输出电压需要对漂移进行补偿时，电压out3被送至标号为v2的3n165mos对管的栅极，仔细调节电位器rp3,使得准静态电荷放大器的输出电压的漂移速率小于0.2mv/分钟，这样大大降低了准静态电荷放大器的输出电压的漂移速率，使小量程的力、压力传感器灵敏度的标定成为可能。
31.本发明采用双准静态电荷放大器，一个准静态电荷放大器用于电荷测量，另一个准静态电荷放大器用于产生漂移电压vb，并把vb引入测量电荷的准静态电荷放大器电路中，调节电位器，使得产生漂移电压vb的准静态电荷放大器的电压漂移率等于测量电荷的准静态电荷放大器的电压漂移速率，从而抵消测量电荷的准静态电荷放大器的大部分电压漂移，使得专利申请的输出电压漂移速率在电容c=1nf这档，可以做到
±
0.2mv/分钟，输出电压漂移速率降低了一个数量级，提高了测量精度，从而使标定小量程力、压力传感器灵敏度成为可能。
32.上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所
要求保护的范围。