[发明专利]一种微弱信号测量的宽频带低噪声差分放大电路

摘要

本发明涉及一种微弱信号测量的宽频带低噪声差分放大电路，包括依次耦合连接的第一级放大电路、第二级放大电路和第三级放大电路；第一级和第三级放大电路均为比例差分放大电路，第二级放大电路为高通滤波差分放大电路；第一级放大电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一集成运放和第二集成运放；第二级放大电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容、第二电容和第三集成运放；第三级放大电路包括第八电阻、第九电阻和第四集成运放；本发明针对海洋传感器输出微弱信号的检测电路存在的缺点，提供一种宽频带、低噪声的放大电路，本放大电路在0.1Hz‑10MHz宽频带范围内都能进行纳米级微弱信号的有效放大。

主权项

一种微弱信号测量的宽频带低噪声差分放大电路，其特征在于：包括：第一级放大电路、第二级放大电路和第三级放大电路；上述三个放大电路依次耦合连接，所述第一级和第三级放大电路均为比例差分放大电路，所述第二级放大电路为高通滤波差分放大电路；其中：所述第一级放大电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一集成运放和第二集成运放；所述第二电阻连接于第一集成运放的正相端和引出端之间；所述第三电阻连接于第二集成运放的负相端和引出端之间；所述第一电阻连接于第一集成运放的正相端和第二集成运放的负相端之间；所述第一集成运放的负相端为信号输入端，所述第二集成运放的正相端接地；所述第二级放大电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容、第二电容和第三集成运放；所述第一集成运放的引出端依次通过第一电容、第四电阻与第三集成运放的负相端连接；所述第二集成运放的引出端依次通过第二电容、第五电阻与第三集成运放的正相端连接；所述第六电阻连接于第三集成运放的负相端和引出端之间；所述第三集成运放的正相端通过第七电阻接地；所述第三级放大电路包括第八电阻、第九电阻和第四集成运放；所述第三集成运放的引出端与第四集成运放的正相端连接；所述第四集成运放的负相端通过第九电阻与第四集成运放的引出端连接；所述第四集成运放的负相端通过第八电阻接地；所述第四集成运放的引出端为信号的输出端；所述第一电阻的阻值为100Ω，第二电阻阻值为500Ω，第三电阻的阻值为500Ω；所述第一电容的电容值为100μF，第二电容的电容值为100μF，第四电阻的阻值为2KΩ，第五电阻的阻值为2KΩ，第六电阻的阻值为20KΩ、第七电阻的阻值为20KΩ；所述第八电阻的阻值为1KΩ，第九电阻的阻值为10KΩ；所述第一电容与第四电阻组成第三集成运放负相端的高通滤波器，第二电容与第五电阻组成第三集成运放正相端的高通滤波器，所述高通滤波器的计算公式为：H(f)=j2πfR4C11+j2πfR5C2,]]>其中R4为第四电阻的阻值，R5为第五电阻的阻值，C1为第一电容的电容值，C2为第二电容的电容值，f为频率，j为复数的虚部单位，R4C1＝R5C2＝0.20为时间常数；H(f)为高通滤波器的传递函数；所述高通滤波器截止频率fc的值为0.80Hz，计算公式为：fc=12πR4C1=12πR5C2;]]>在频带为10Hz‑10MHz范围内，所述宽频带低噪声差分放大电路的输入白噪声功率谱密度为3.12×10‑18V2/Hz，在频率为1Hz时，所述宽频带低噪声差分放大电路的输入1/f噪声功率谱密度为1.35×10‑17V2/Hz；所述宽频带低噪声差分放大电路的噪声水平主要由第一级差分放大电路的噪声决定，其计算公式为：en-in2(f)=[enA112(f)+enA122(f)+(2R2R1)2enR12(f)(1+2R2R1)2+enR22(f)(1+2R2R1)2+enR32(f)(1+2R3R1)2],]]>其中为第一集成运放的电压噪声功率谱密度，为第二集成运放的电压噪声功率谱密度，为第一电阻(R1)的等效电压功率谱密度，为第二电阻的等效电压功率谱密度，为第三电阻的等效电压功率谱密度；R1为第一电阻的阻值，R2为第二电阻的阻值，R3为第三电阻的阻值；所述第一集成运放、第二集成运放、第三集成运放、第四集成运放均为宽频带、高精密、低温漂、低噪声的双极场效应管运算放大器AD797，当频率处于100Hz‑10MHz范围内，白噪声功率谱密度为8.10×10‑19V2/Hz，当频率为1Hz时，1/f噪声功率谱密度为6.76×10‑19V2/Hz；所述第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻均为高精度密封金属膜固定电阻器；所述第一电容和第二电容均为铝电解电容器。