專利名稱：精密隔離放大儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種放大儀，尤其是涉及一種精密隔離放大儀。
背景技術(shù)：
在電法勘探儀器中，有的是通過(guò)接地測(cè)量電場(chǎng)信號(hào)，有的是用磁棒來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)信號(hào)，無(wú)論哪一種方式，在測(cè)量中都會(huì)引入噪聲，為了除去噪聲的干擾，一般采用隔離方案，如MT(大地電磁儀)采用光電隔離型的隔離放大器BB3650。但是這些儀器在前置放大和濾波方面，一般采用20dB，40dB，60dB，80dB間隔放大倍數(shù)，檔差太大，從而影響了輸出精度；并且有些采用多個(gè)有源濾波器，如MT(大地電磁儀)儀，而有源器件越多，產(chǎn)生噪聲的源就越多，增加了不必要的測(cè)量誤差。
另外，目前應(yīng)用在電法中的隔離放大器，其工作時(shí)間長(zhǎng)，溫度變化大，由于受器件的限制，采用的雖然是有一定精度的放大器，但溫漂都不是很理想，在放大接近直流的小信號(hào)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大的誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可去除噪聲干擾，減小誤差，溫漂小的精密隔離放大儀。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的其包括增益控制電路，前置放大及濾波電路，隔離放大及輸出濾波電路，過(guò)壓檢測(cè)指示電路；所述增益控制電路包括按鍵開(kāi)關(guān)，防靜電去抖動(dòng)電路，循環(huán)控制狀態(tài)產(chǎn)生電路以及開(kāi)關(guān)電路，所述按鍵開(kāi)關(guān)，防靜電去抖動(dòng)電路，循環(huán)控制狀態(tài)產(chǎn)生電路以及開(kāi)關(guān)電路順次連接；所述前置放大及濾波電路由輸入保護(hù)電路，緩沖電路，至少兩級(jí)放大及濾波電路依次串連構(gòu)成，優(yōu)選方案是所述放大及濾波電路由三級(jí)或四級(jí)放大及濾波電路順次連接構(gòu)成；所述三級(jí)或四級(jí)放大及濾波電路的電路結(jié)構(gòu)宜相同；所述隔離放大及輸出濾波電路包括隔離放大器電路與輸出濾波及緩沖電路，輸出濾波及緩沖電路的輸入端與隔離放大器電路的輸出端連接；所述開(kāi)關(guān)電路分別與前置放大及濾波電路的各級(jí)放大及濾波電路連接，第三級(jí)或第四級(jí)放大及濾波電路的輸出端分別與隔離放大器電路、過(guò)壓檢測(cè)指示電路的輸入端連接。
所述防靜電去抖動(dòng)電路可以采用分立元件組成，也可以采用集成電路。
所述放大器宜選用零漂移運(yùn)算放大器；濾波器宜選用無(wú)源RC濾波器。
本發(fā)明由于在前置放大及濾波電路中采用了零漂移運(yùn)放，溫漂小，減少了誤差，而且所采用的增益控制電路由于只是在按鍵按下時(shí)產(chǎn)生狀態(tài)轉(zhuǎn)換，降低了對(duì)模擬電路的影響。在濾波電路中所采用的RC濾波器，有效濾除了高頻干擾，并減少了由于采用有源濾波器而引入的噪聲。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的增益控制電路圖；圖3為本發(fā)明一實(shí)施例前置放大及濾波電路；圖4為本發(fā)明一實(shí)施例隔離放大及輸出濾波電路圖；圖5為本發(fā)明一實(shí)施例過(guò)壓檢測(cè)指示電路圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
參照附圖1。本實(shí)施例包括增益控制電路，前置放大及濾波電路，隔離放大及輸出濾波電路，過(guò)壓檢測(cè)指示電路9；增益控制電路包括按鍵開(kāi)關(guān)8-1，防靜電去抖動(dòng)電路8-2，循環(huán)控制狀態(tài)產(chǎn)生電路8-3以及開(kāi)關(guān)電路8-4，所述按鍵開(kāi)關(guān)8-1，防靜電去抖動(dòng)電路8-2，循環(huán)控制狀態(tài)產(chǎn)生電路8-3以及開(kāi)關(guān)電路8-4順次連接；所述前置放大及濾波電路包括輸入保護(hù)電路1，緩沖電路2，三級(jí)放大及濾波電路，所述輸入保護(hù)電路1，緩沖電路2，第一級(jí)放大及濾波電路3、第二級(jí)放大及濾波電路4及第三級(jí)放大及濾波電路5順次連接，三級(jí)放大及濾波電路的電路結(jié)構(gòu)相同；所述隔離放大及輸出濾波電路包括隔離放大器電路6與輸出濾波及緩沖電路7，輸出濾波及緩沖電路7的輸入端與隔離放大器電路6的輸出端連接；所述開(kāi)關(guān)電路8-4分別與前置放大及濾波電路的三級(jí)放大及濾波電路連接，第三級(jí)放大及濾波電路5的輸出端分別與隔離放大器電路6、過(guò)壓檢測(cè)指示電路9的輸入端連接。
參照附圖2。本實(shí)施例防靜電去抖動(dòng)電路8-2包括開(kāi)關(guān)去抖芯片U2，U2采用芯片MAX6818型，開(kāi)關(guān)去抖芯片U2的輸入端IN1通過(guò)電阻R21接地，其它輸入端同樣通過(guò)電阻接地；同時(shí)，輸入端IN1與按鍵開(kāi)關(guān)8-1S1連接，按鍵開(kāi)關(guān)8-1S1另一端與電源VCC連接；循環(huán)控制狀態(tài)產(chǎn)生電路8-3包括計(jì)數(shù)/脈沖分配芯片U3及上電復(fù)位電路，計(jì)數(shù)/脈沖分配芯片U3采用芯片CD4017型，組成循環(huán)控制狀態(tài)產(chǎn)生電路8-3，開(kāi)關(guān)去抖芯片U2的輸出端OUT1接循環(huán)控制狀態(tài)產(chǎn)生電路8-3中的計(jì)數(shù)/脈沖分配芯片U3的輸入端14腳，計(jì)數(shù)/脈沖分配芯片U3的13腳接地，電阻R32、電容C31組成上電復(fù)位電路，時(shí)間常數(shù)為0.01s左右；所述開(kāi)關(guān)電路8-4包括開(kāi)關(guān)芯片U4，開(kāi)關(guān)芯片U4采用芯片MAX313型，所述循環(huán)控制狀態(tài)產(chǎn)生電路8-3的開(kāi)關(guān)去抖芯片U2的輸出端3，2，4，7腳分別接開(kāi)關(guān)芯片MAX313的輸入端3、14、11、6腳(附圖2中僅畫出U3的3腳和U4的3腳連接，其余未畫)，3腳通過(guò)電阻R41接地，其余每路輸入通過(guò)一個(gè)電阻接地，開(kāi)關(guān)芯片U4的輸入端IN1接增益選擇電阻R(R為圖3中電阻R12、R13、R14)。
本實(shí)施例增益控制電路設(shè)有12個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)8-1(附圖1中僅畫出按鍵開(kāi)關(guān)S1，其余按鍵開(kāi)關(guān)8-1未畫)，采用接觸式開(kāi)關(guān)，分三檔，每檔4級(jí)選擇，開(kāi)關(guān)一端接+5V高電平，每檔的控制端接MAX6818的三個(gè)輸入端，只選8個(gè)輸入腳中的其中3個(gè)，開(kāi)關(guān)去抖動(dòng)后接循環(huán)控制狀態(tài)產(chǎn)生電路8-3，采用上升沿觸發(fā)，CD4017的引腳10通過(guò)二極管D6接15腳，15腳接哪個(gè)狀態(tài)位由選擇的檔數(shù)確定，本實(shí)施例每檔有4級(jí)，15腳接狀態(tài)位5，即10腳。本實(shí)施例循環(huán)控制狀態(tài)產(chǎn)生電路8-3由3塊CD4017芯片組成，控制3級(jí)放大，其上電復(fù)位電阻R32取100k，電容C31取0.47uF，時(shí)間常數(shù)為0.01s左右。選擇控制輸出后接到模擬開(kāi)關(guān)電路8-4，采用3個(gè)低導(dǎo)通電阻開(kāi)關(guān)芯片MAX313，其每4個(gè)控制輸入端接CD4017四個(gè)狀態(tài)輸出端。
上電工作時(shí)，增益選擇由循環(huán)控制狀態(tài)產(chǎn)生電路8-3選擇為0dB，當(dāng)某一個(gè)按鍵按下時(shí)，一個(gè)高電平脈沖通過(guò)MAX6818后輸出，由于平時(shí)CD4017的14腳通過(guò)一個(gè)電阻接地，此高電平脈沖來(lái)到后就使其從低到高有了一個(gè)上升沿，觸發(fā)CD4017的狀態(tài)電路轉(zhuǎn)換到下個(gè)狀態(tài)，此狀態(tài)為高電平表示，此高電平在輸出到開(kāi)關(guān)電路8-4的控制端進(jìn)行控制就可以使相應(yīng)的通道打開(kāi)。當(dāng)再按下時(shí)，工作過(guò)程與上述相似，直到4個(gè)狀態(tài)全執(zhí)行過(guò)一次，就結(jié)束一個(gè)循環(huán)，進(jìn)入下個(gè)循環(huán)。
參照附圖3。本實(shí)施例輸入保護(hù)電路1包括二極管D1、D2，由電阻R0、電容C0組成的濾波電路，濾波截止頻率為300Hz-1.8kHz，本實(shí)施例選擇為320Hz，同相輸入，以提高輸入阻抗；所述緩沖電路2包括運(yùn)算放大器U0，采用芯片LTC1250型，二極管D1的負(fù)極和二極管D2的正極接在一起后接到運(yùn)算放大器U0的同相端，輸入信號(hào)通過(guò)電阻R0進(jìn)入到運(yùn)算放大器U0的同相端，同時(shí)，同相端通過(guò)電容C0接地；三級(jí)放大及濾波電路的每一級(jí)放大及濾波電路的電路結(jié)構(gòu)相同，均由零漂移運(yùn)算放大器U1組成，采用芯片LTC1250型，第一級(jí)放大及濾波電路3的零漂移運(yùn)算放大器U2同相端接緩沖電路2運(yùn)算放大器U1的輸出端，零漂移運(yùn)算放大器U1的反相端接反饋電阻R1f以及增益選擇電阻R12、R13、R14，其中反饋電阻R1f為21.6kΩ，增益選擇電阻R12、R13、R14分別為10kΩ、2.4kΩ、0.706kΩ，增益選擇電阻R12、R13、R14另一端通過(guò)附圖2的開(kāi)關(guān)芯片U4接地，放大及濾波電路3的運(yùn)算放大器U1的輸出端接由電阻R11和電容C11組成的一階濾波電路，C12取值為50pF-200pF，本實(shí)施例取80pF，截止頻率為320Hz。其余兩級(jí)放大電路4、5結(jié)構(gòu)和第一級(jí)放大及濾波電路3的組成一樣，并順次連接，檔差分別為0dB，10dB，20dB，30dB。
工作時(shí)，信號(hào)從輸入保護(hù)電路1的輸入端進(jìn)入，在不超過(guò)兩個(gè)二極管D1、D2保護(hù)電壓的情況下經(jīng)過(guò)RC濾波后進(jìn)入運(yùn)算緩沖器U1進(jìn)行緩沖，然后進(jìn)入運(yùn)算放大器U2進(jìn)行一定倍數(shù)的放大后輸出再進(jìn)行濾波，這樣經(jīng)過(guò)三級(jí)放大濾波后就可以進(jìn)入隔離放大了。
參照附圖4。本實(shí)施例隔離放大及輸出濾波電路包括隔離放大器6及輸出濾波及緩沖電路7，輸出濾波及緩沖電路7采用二階的巴特沃斯低通濾波器，信號(hào)經(jīng)過(guò)輸入保護(hù)電路1及緩沖電路2后接三級(jí)放大及濾波電路，增益控制電路控制三級(jí)放大倍數(shù)，三級(jí)放大后接到隔離放大器U5，隔離放大器U5采用AD202JY型，隔離放大器U5的PIN3和PIN4端接在一起，PIN2端接地，PIN32和PIN37端連在一起接到輸出地，PIN38端接到濾波器的輸入端；二階的巴特沃斯低通濾波器由精密運(yùn)算放大器U6A及電阻R61，電容C61，電阻R62，電容C62組成，精密運(yùn)算放大器U6A采用OP07型；隔離放大器U5的輸出端通過(guò)電阻R61、R62與精密運(yùn)算放大器U6A的同相端相連，精密運(yùn)算放大器U6A的輸出端與反相端通過(guò)電容C61將信號(hào)反饋到同相端，同時(shí)，同相端通過(guò)電容C62接到輸出地；截止頻率為1kHz-10KHz，本實(shí)施例截止頻率為10KHz；參照附圖5。本實(shí)施例的過(guò)壓檢測(cè)指示電路9包括兩個(gè)雙電壓比較器U7A、U8A及指示燈D5，雙電壓比較器U7A、U8A均采用LM393型，+V通過(guò)電阻R51接到雙電壓比較器U7A的同相端，電阻R51、雙電壓比較器U7A的同相端之間通過(guò)電阻R52接地，輸入信號(hào)由雙電壓比較器U7A的反相端進(jìn)入，同時(shí)通過(guò)二極管D1與雙電壓比較器U8A的同相端連接，雙電壓比較器U7A的輸出端通過(guò)二極管D3與雙電壓比較器U8A的同相端連接，雙電壓比較器U8A的反相端通過(guò)電阻R53與-V連接，通過(guò)電阻R54接地，雙電壓比較器U8A的輸出端與+VCC端通過(guò)電容C51將信號(hào)反饋到同相端，同時(shí)同相端通過(guò)電阻R55接地，雙電壓比較器U8A的輸出端通過(guò)二極管D5與電容C52一端連接，電容C52與電阻R56并聯(lián)后接+V；過(guò)壓檢測(cè)指示電路9的保護(hù)電壓范圍為+3V到-3V之間，由電壓+V和-V以及相應(yīng)的分壓電阻R51和R52，R53和R54決定，超過(guò)電壓就動(dòng)作，點(diǎn)亮指示燈D5，其中分壓電阻R51為3kΩ，R52為2kΩ，R53為3kΩ，R54為2kΩ。本實(shí)施例分壓電阻接的電壓為±8V。
工作時(shí)，有信號(hào)輸入，選擇放大倍數(shù)，信號(hào)通過(guò)緩沖及放大后，如果電壓絕對(duì)值在3以內(nèi)，過(guò)壓檢測(cè)指示電路9不動(dòng)作，信號(hào)通過(guò)隔離放大器隔離，之后進(jìn)入低通濾波后輸出。如果電壓絕對(duì)值超出3，過(guò)壓檢測(cè)指示電路9即動(dòng)作，輸出通不過(guò)隔離放大器。輸出低通濾波器濾掉10kHz以上的高頻信號(hào)以及AD202本身的干擾信號(hào)，凈化后輸出。
權(quán)利要求
1.一種精密隔離放大儀，其特征在于，包括增益控制電路，前置放大及濾波電路，隔離放大及輸出濾波電路，過(guò)壓檢測(cè)指示電路；所述增益控制電路包括按鍵開(kāi)關(guān)，防靜電去抖動(dòng)電路，循環(huán)控制狀態(tài)產(chǎn)生電路以及開(kāi)關(guān)電路，所述按鍵開(kāi)關(guān)，防靜電去抖動(dòng)電路，循環(huán)控制狀態(tài)產(chǎn)生電路以及開(kāi)關(guān)電路順次連接；所述前置放大及濾波電路由輸入保護(hù)電路，緩沖電路，至少兩級(jí)放大及濾波電路依次串聯(lián)構(gòu)成；所述隔離放大及輸出濾波電路包括隔離放大器電路與輸出濾波及緩沖電路，輸出濾波及緩沖電路的輸入端與隔離放大器電路的輸出端連接；所述開(kāi)關(guān)電路分別與前置放大及濾波電路的各級(jí)放大及濾波電路連接，最后一級(jí)放大及濾波電路的輸出端分別與隔離放大器電路、過(guò)壓檢測(cè)指示電路的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密隔離放大儀，其特征在于，所述放大及濾波電路由三級(jí)放大及濾波電路順次連接構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密隔離放大儀，其特征在于，所述放大及濾波電路由四級(jí)放大及濾波電路順次連接構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的精密隔離放大儀，其特征在于，所述各級(jí)放大及濾波電路的電路結(jié)構(gòu)相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的精密隔離放大儀，其特征在于，所述輸入保護(hù)電路包括二極管D1、D2，由電阻R0、電容C0組成的濾波電路，電阻R0一端接信號(hào)輸入端，另一端與二極管D1的負(fù)極、二極管D2的正極、電容C0一端連接，二極管D1的正極接+V，二極管D2的負(fù)極接-V，電容C0另一端接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的精密隔離放大儀，其特征在于，所述輸入保護(hù)電路包括二極管D1、D2，由電阻R0、電容C0組成的濾波電路，電阻R0一端接信號(hào)輸入端，另一端與二極管D1的負(fù)極、二極管D2的正極、電容C0一端連接，二極管D1的正極接+V，二極管D2的負(fù)極接-V，電容C0另一端接地。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的精密隔離放大儀，其特征在于，所述緩沖電路包括運(yùn)算放大器U0，電阻R0輸出端與運(yùn)算放大器U0的同相端連接，運(yùn)算放大器U0的輸出端與其反相端連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的精密隔離放大儀，其特征在于，所述緩沖電路包括運(yùn)算放大器U0，電阻R0輸出端與運(yùn)算放大器U0的同相端連接，運(yùn)算放大器U0的輸出端與其反相端連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的精密隔離放大儀，其特征在于，所述放大及濾波電路包括零漂移運(yùn)算放大器U1，所述零漂移運(yùn)算放大器U1同相端接運(yùn)算緩沖器U0的輸出端，其反相端接反饋電阻R1f以及增益選擇電阻R12、R13、R14，增益選擇電阻R12、R13、R14另一端通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)接地，反饋電阻R1f另一端與零漂移運(yùn)算放大器U1輸出端連接，零漂移運(yùn)算放大器U1輸出端接由電阻R11和電容C11組成的一階濾波電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的精密隔離放大儀，其特征在于，所述放大及濾波電路包括零漂移運(yùn)算放大器U1，所述零漂移運(yùn)算放大器U1同相端接運(yùn)算緩沖器U0的輸出端，其反相端接反饋電阻R1f以及增益選擇電阻R12、R13、R14，增益選擇電阻R12、R13、R14另一端通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)接地，反饋電阻R1f另一端與零漂移運(yùn)算放大器U1輸出端連接，零漂移運(yùn)算放大器U1輸出端接由電阻R11和電容C11組成的一階濾波電路。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種精密隔離放大儀，其包括按鍵開(kāi)關(guān)，防靜電去抖動(dòng)電路，循環(huán)控制狀態(tài)產(chǎn)生電路及開(kāi)關(guān)電路順次連接組成的增益控制電路；輸入保護(hù)電路，緩沖電路，至少兩級(jí)放大及濾波電路順次連接組成的前置放大及濾波電路；輸出濾波及緩沖電路與隔離放大器電路連接組成隔離放大及輸出濾波電路；開(kāi)關(guān)電路分別與各級(jí)放大及濾波電路連接，最后一級(jí)放大及濾波電路的輸入端分別與隔離放大器電路、過(guò)壓檢測(cè)指示電路連接。本發(fā)明在前置放大及濾波電路中采用零漂移運(yùn)放，溫漂小，減少了誤差；增益控制電路只在按鍵按下時(shí)產(chǎn)生狀態(tài)轉(zhuǎn)換，降低了對(duì)模擬電路的影響；濾波電路中采用RC濾波器，有效濾除了高頻干擾，減少了由有源濾波器引入的噪聲。
文檔編號(hào)G01V3/00GK1811488SQ20061003132
公開(kāi)日2006年8月2日 申請(qǐng)日期2006年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月9日
發(fā)明者陳儒軍, 顏良, 何繼善, 劉石 申請(qǐng)人:中南大學(xué)