阅读说明：本技术 一种适用于低频微弱信号的信号放大电路 (Signal amplification circuit suitable for low-frequency weak signal ) 是由 包晓东 于 2020-06-23 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种适用于低频微弱信号的信号放大电路,包括以下：前级放大电路、次级放大电路、滤波电路和跟踪电路；所述前级放大电路一端用于接收输入信号并进行初步放大,另一端与所述滤波电路电性连接；所述滤波电路与所述次级放大电路电性连接,用于消除基线漂移；所述跟踪电路与所述前级放大电路电性连接,用于消除微弱信号中存在的噪声。本发明提供的有益效果是：通过两级放大电路,实现微弱信号的放大,并通过滤波和反馈跟踪电路消除信号放大过程中的基线漂移与背景噪声,实现方法简单、成本低且通用性强。(The invention provides a signal amplification circuit suitable for low-frequency weak signals, which comprises the following components: the device comprises a preceding stage amplifying circuit, a secondary stage amplifying circuit, a filter circuit and a tracking circuit; one end of the pre-stage amplifying circuit is used for receiving an input signal and carrying out preliminary amplification, and the other end of the pre-stage amplifying circuit is electrically connected with the filter circuit; the filter circuit is electrically connected with the secondary amplifying circuit and is used for eliminating baseline drift; the tracking circuit is electrically connected with the preceding stage amplifying circuit and is used for eliminating noise existing in weak signals. The beneficial effects provided by the invention are as follows: the two-stage amplification circuit is used for amplifying weak signals, baseline drift and background noise in the signal amplification process are eliminated through the filtering and feedback tracking circuit, and the method is simple, low in cost and high in universality.)

一种适用于低频微弱信号的信号放大电路

技术领域

本发明涉及电子电路领域，尤其涉及一种适用于低频微弱信号的信号放大电路。

背景技术

微弱信号一般具有如下特点：

(1)信号需要进行近场检测，离信号源较远就无法检测到信号；

(2)信号微弱，能量在mV级以下

(3)干扰较强。

针对上述特点，设计一种适用于低频微弱信号的信号放大电路，使得低频微弱信号能被装置采集到能够大大应用于某些医学方面等特定领域。

发明内容

有鉴于此，本发明针对低频微弱信号的特点，提供了一种适用于低频微弱信号的信号放大电路，包括以下：

前级放大电路、次级放大电路、滤波电路和跟踪电路；所述前级放大电路一端用于接收输入信号并进行初步放大，另一端与所述滤波电路电性连接；所述滤波电路与所述次级放大电路电性连接，用于消除基线漂移；所述跟踪电路与所述前级放大电路电性连接，用于消除微弱信号中存在的噪声；

所述微弱信号经由所述前级放大电路和所述跟踪电路初步放大，消除噪声；再通过所述滤波电路消除基线漂移，最后经由所述次级放大电路再次放大，输出至信号采集装置。

进一步地，所述前级放大电路，具体包括：微弱信号输入端V_IN、电阻R1-电阻R5、前级运算放大器、电容C1-电容C3；所述微弱信号输入端V_IN与电容C1的一端相连；电容C1的另一端与电阻R1的一端相连；电阻R1的另一端分别与前级运算放大器的2脚和电阻R2的一端相连；电阻R2的另一端与前级运算放大器的1脚相连；前级运算放大器的1脚作为所述前级放大电路的输出端V_OUT；所述前级运算放大器的1脚还与电容C3的一端相连；电容C3的另一端与电阻R4的一端相连；电阻R4的另一端电阻R5的一端和电容C2的一端相连；电阻R5的另一端与电容C2的另一端相连，并共同连接至前级运算放大器的3脚和电阻R3的一端；电阻R3的另一端接地；所述前级运算放大器的4脚接地；所述前级运算放大器的5脚与所述跟踪电路电性连接。

进一步地，所述滤波电路，具体包括：电容C4和电阻R6；所述电容C4和电阻R6共同组成高通滤波电路；所述电容C4的一端接所述前级放大电路的输出端V_OUT；另一端接所述电阻R6的一端和所述次级放大电路的输入端；所述电阻R6的另一端接地。

进一步地，所述跟踪电路，具体包括：跟踪运算放大器、电阻R7和电阻R8；所述电阻R7和所述电阻R8并联；所述电阻R7的一端与所述跟踪运算放大器的1脚反向输入端V_REF连接；所述跟踪运算放大器的1脚反向输入端V_REF即为所述前级运算放大器的电源端；所述电阻R7的另一端与所述跟踪运算放大器的3脚输出端连接；所述跟踪运算放大器的同向输入端接地；所述跟踪运算放大器的另外两端分别接+5V和-5V电源。

进一步地，所述次级放大电路，具体包括：次级运算放大器、电阻R9和电阻R10；所述电阻R9一端与所述次级运算放大器的2脚同向输入端连接；所述电阻R9的另一端接地；所述次级运算放大器的2脚同向输入端还与电阻R10的一端连接；所述电阻R10的另一端与所述次级运算放大器的3脚输出端连接；所述次级运算放大器的另外两端分别接+5V和-5V电源。

进一步地，所述前级放大电路，增益计算如式(1)：

进一步地，所述滤波电路，具体为高通滤波，其频率计算如式(2)：

进一步地，所述跟踪电路，其具体工作原理为：在所述前级运算放大器的反馈端与信号源地端建立共模负反馈，同时将所述跟踪电路的反馈信号信号接入所述前级运算放大器的反馈端，即V_REF，以此抑制工频干扰。

所述次级放大电路，增益计算如式(3)：

本发明提供的有益效果是：通过两级放大电路，实现微弱信号的放大，并通过滤波和反馈跟踪电路消除信号放大过程中的基线漂移与背景噪声，实现方法简单、成本低且通用性强。

附图说明

图1是本发明一种适用于低频微弱信号的信号放大电路结构示意图；

图2是本发明一种适用于低频微弱信号的信号放大电路的电路原理图；

图3是本发明一种适用于低频微弱信号的信号放大电路的前级放大电路原理图；

图4是本发明一种适用于低频微弱信号的信号放大电路的滤波电路原理图；

图5是本发明一种适用于低频微弱信号的信号放大电路的跟踪电路原理图；

图6是本发明一种适用于低频微弱信号的信号放大电路的次级放大电路原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本发明的实施例提供了一种适用于低频微弱信号的信号放大电路，包括以下：

前级放大电路、次级放大电路、滤波电路和跟踪电路；所述前级放大电路一端用于接收输入信号并进行初步放大，另一端与所述滤波电路电性连接；所述滤波电路与所述次级放大电路电性连接，用于消除基线漂移；所述跟踪电路与所述前级放大电路电性连接，用于消除微弱信号中存在的噪声；

所述微弱信号经由所述前级放大电路和所述跟踪电路初步放大，消除噪声；再通过所述滤波电路消除基线漂移，最后经由所述次级放大电路再次放大，输出至信号采集装置。

所述前级放大电路，具体包括：微弱信号输入端V_IN、电阻R1-电阻R5、前级运算放大器、电容C1-电容C3；所述微弱信号输入端V_IN依次与电容C1以及电阻R1的一端相连，C1为滤除输入信号中的直流信号；电阻R1的另一端分别与前级运算放大器的2脚和电阻R2的一端相连；电阻R2的另一端与前级运算放大器的1脚相连；前级运算放大器的1脚作为所述前级放大电路的输出端V_OUT；所述前级运算放大器的1脚还与电容C3的一端相连；电容C3的另一端与电阻R4的一端相连；电阻R4的另一端电阻R5的一端和电容C2的一端相连；电阻R5的另一端与电容C2的另一端相连，并共同连接至前级运算放大器的3脚和电阻R3的一端；电阻R3的另一端接地，电阻R3为平衡电阻；电容C3和电阻R4串联，电容C2和电阻R5并联，通过调整C2、C3、R4、R5，将输入信号中存在的不同频率的背景噪声进行吸收；所述前级运算放大器的4脚接地；所述前级运算放大器的5脚与所述跟踪电路电性连接。

所述前级放大电路，增益计算如式(1)：

所述滤波电路，具体包括：电容C4和电阻R6；所述电容C4和电阻R6共同组成高通滤波电路；所述电容C4的一端接所述前级放大电路的输出端V_OUT；另一端接所述电阻R6的一端和所述次级放大电路的输入端；所述电阻R6的另一端接地。

所述滤波电路，具体为高通滤波，其频率计算如式(2)：

所述跟踪电路，具体包括：跟踪运算放大器、电阻R7和电阻R8；所述电阻R7和所述电阻R8并联；所述电阻R7的一端与所述跟踪运算放大器的1脚反向输入端V_REF连接；所述跟踪运算放大器的1脚反向输入端V_REF即为所述前级运算放大器的电源端；所述电阻R7的另一端与所述跟踪运算放大器的3脚输出端连接；所述跟踪运算放大器的同向输入端接地；所述跟踪运算放大器的另外两端分别接+5V和-5V电源。

所述跟踪电路，其具体工作原理为：在所述前级运算放大器的反馈端与信号源地端建立共模负反馈，同时将所述跟踪电路的反馈信号信号接入所述前级运算放大器的反馈端，即V_REF，以此抑制工频干扰。

所述次级放大电路，具体包括：次级运算放大器、电阻R9和电阻R10；所述电阻R9一端与所述次级运算放大器的2脚同向输入端连接；所述电阻R9的另一端接地；所述次级运算放大器的2脚同向输入端还与电阻R10的一端连接；所述电阻R10的另一端与所述次级运算放大器的3脚输出端连接；所述次级运算放大器的另外两端分别接+5V和-5V电源。

所述次级放大电路，增益计算如式(3)：

本发明实施的有益效果是：通过两级放大电路，实现微弱信号的放大，并通过滤波和反馈跟踪电路消除信号放大过程中的基线漂移与背景噪声，实现方法简单、成本低且通用性强。

本发明实施例中，各元器件统一说明选型如下：

前级运算放大器、跟踪运算放大器和次级运算放大器选型均为OP07D、电阻R1(27kΩ)、电阻R2(68kΩ)、电阻R3(8.2kΩ)、电阻R4(10kΩ)、电阻R5(1MΩ)、电阻R6(1MΩ)、电阻R7(2kΩ)、电阻R8(10kΩ)、电阻R9(3kΩ)、电阻R10(1MΩ)、电容C1(0.01uF)、电容C2(0.01uF)、电容C3(4.7uF)、电容C4(4.7uF)。

本发明实施例采用LabVIEW实验系统，利用0.7mV，1.5Hz的低频微弱信号(所述低频微弱信号，指mV级及以下的信号)进行模拟，由式(2)计算得到滤波频率为0.034Hz；由式(1)、(3)得到最终增益为839.4；最终满足信号装置采集要求。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。