一種教學(xué)實訓(xùn)用微弱信號檢測電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于微弱信號檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種教學(xué)實訓(xùn)用微弱信號檢測電路。
【背景技術(shù)】
[0002]目前隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展，存在著大量淹沒在噪聲背景中的微弱信號需要檢測，微弱信號檢測技術(shù)已經(jīng)成為深化認(rèn)識自然，探索新材料，創(chuàng)造新器件的重要工具，微弱信號檢測最根本的目的是改善信噪比，當(dāng)信號頻率和相位已知時，采用相干檢測技術(shù)能使信噪比改善最大，并且是恢復(fù)信號幅度的最佳技術(shù)。目前為止，微弱信號檢測技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)中必不可少的常備電路模塊，一般由信號通道、參考通道、相敏檢波器(PSD)以及輸出電路組成，經(jīng)對現(xiàn)有專利技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，翁新爍等在實用新型專利(ZL201420815893.0)《基于鎖定放大器的信號放大與檢測電路》中結(jié)合了阻抗匹配技術(shù)和鎖相技術(shù)，提出了一種基于鎖定放大器的信號放大與檢測電路的設(shè)計方案，具有測量微弱信號更加精確和穩(wěn)定的作用，但是在應(yīng)用于教學(xué)實訓(xùn)的過程中存在以下問題，第一，其設(shè)計方案重點涉及一種通用型的微弱信號檢測電路，并不涉及微弱信號源的產(chǎn)生及噪聲的疊加方法，而這兩個部分在高校教學(xué)實訓(xùn)中卻必不可少；第二，其采用的器件構(gòu)成的設(shè)計方案應(yīng)用于學(xué)生教學(xué)中，成本仍然較高，不符合學(xué)生實訓(xùn)的成本控制要求；第三，信號檢測范圍以及濾波器中心頻率不可調(diào)，實用性不強(qiáng)。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種教學(xué)實訓(xùn)用微弱信號檢測電路，其設(shè)計新穎合理，成本低廉，增加了微弱信號源的產(chǎn)生及噪聲的疊加方法，采用可變電阻分壓設(shè)計，參數(shù)可調(diào)，設(shè)計方案完整，能夠方便的應(yīng)用于教學(xué)實訓(xùn)中，指導(dǎo)學(xué)生詳細(xì)的了解微弱信號檢測方案，實用性強(qiáng)，便于推廣使用。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是:一種教學(xué)實訓(xùn)用微弱信號檢測電路，其特征在于:包括依次連接的相敏檢波電路、低通濾波電路和直流放大電路，所述相敏檢波電路輸入端接有測量信號調(diào)理單元和參考信號比對單元；所述測量信號調(diào)理單元包括依次連接的加法器、交流放大電路和帶通濾波電路，所述加法器的輸入端接有用于采集有效微弱信號并阻抗變換分壓跟隨的第一分壓跟隨電路和用于采集噪聲信號并阻抗變換分壓跟隨的第二分壓跟隨電路，所述參考信號比對單元包括方波整形電路和與所述方波整形電路輸出相接的移相器，所述帶通濾波電路的輸出端和所述移相器的輸出端均與所述相敏檢波電路的輸入端相接；
[0005]所述第一分壓跟隨電路包括可變電阻R30、可變電阻R31、可變電阻R32、可變電阻R33和型號為0PA209的運放U1，所述可變電阻R30的一端輸入分兩路，一路與電阻Rl的一端相接，另一路通過串聯(lián)的電阻R2和電阻R3與運放Ul的同相輸入端相接；電阻Rl的另一端為第一分壓跟隨電路的有效微弱信號輸入端Vinl，電阻R2和電阻R3的連接端與可變電阻R31的一端相接，電阻R3和運放Ul的同相輸入端的連接端與并聯(lián)的可變電阻R32和可變電阻R33的一端相接，并聯(lián)的可變電阻R32和可變電阻R33的另一端、可變電阻R31的另一端和可變電阻R30的另一端均接地，運放Ul的輸出端輸出分兩路，一路與運放Ul的反相輸入端相接，另一路與電阻R4的一端相接，運放Ul的第4引腳接地，運放Ul的第7引腳與15V電源輸出端相接；
[0006]所述第二分壓跟隨電路包括可變電阻R34、可變電阻R35、可變電阻R36、可變電阻R37和型號為0PA209的運放U2，所述可變電阻R34的一端輸入分兩路，一路與電阻R6的一端相接，另一路通過串聯(lián)的電阻R7和電阻R8與運放U2的同相輸入端相接；電阻R6的另一端為第二分壓跟隨電路的噪聲信號輸入端Vin2，電阻R7和電阻R8的連接端與可變電阻R35的一端相接，電阻R8和運放U2的同相輸入端的連接端與并聯(lián)的可變電阻R36和可變電阻R37的一端相接，并聯(lián)的可變電阻R36和可變電阻R37的另一端、可變電阻R35的另一端和可變電阻R34的另一端均接地，運放U2的輸出端輸出分兩路，一路與運放U2的反相輸入端相接，另一路與電阻RlO的一端相接，運放U2的第4引腳接地，運放U2的第7引腳與15V電源輸出端相接。
[0007]上述的一種教學(xué)實訓(xùn)用微弱信號檢測電路，其特征在于:所述加法器包括型號為0PA209的運放U3，所述運放U3的同相輸入端接地，運放U3的輸出端通過電阻R13與運放U3的反相輸入端相接；所述運放U3的反相輸入端與電阻R4的另一端和電阻RlO的另一端的連接端相接。
[0008]上述的一種教學(xué)實訓(xùn)用微弱信號檢測電路，其特征在于:所述交流放大電路包括型號為0PA2209的芯片U7，所述芯片U7的第3引腳輸入分兩路，一路通過電容C7與運放U3的輸出端相接，另一路與電阻R18的一端相接；電阻R18的另一端接地，芯片U7的第I引腳輸出分兩路，一路通過電容CS與芯片U7的第5引腳相接，另一路通過串聯(lián)的電阻R22和電阻R21接地；電阻R22和電阻R21的連接端與芯片U7的第2引腳相接，電容C8和芯片U7的第5引腳的連接端通過電阻R19接地，芯片U7的第7引腳通過串聯(lián)的電阻R23和電阻R20與芯片U7的第6引腳相接，電阻R23和電阻R20的連接端接地。
[0009]上述的一種教學(xué)實訓(xùn)用微弱信號檢測電路，其特征在于:所述帶通濾波電路包括運放OPA140，所述運放OPA140的同相輸入端接地，運放OPA140的反相輸入端通過串聯(lián)的電容C14和電阻R28與芯片U7的第7引腳相接，電容C14和電阻R28的連接端通過電阻R26接地，運放0PA140的輸出端輸出分兩路，一路通過電阻R29與運放0PA140的反相輸入端相接，另一路通過電容C16與電容C14和電阻R28的連接端相接，運放0PA140的第4引腳接地，運放0PA140的第7引腳與5V電源輸出端相接。
[0010]上述的一種教學(xué)實訓(xùn)用微弱信號檢測電路，其特征在于:所述方波整形電路為斯密特觸發(fā)器⑶40106 ；
[0011]所述移相器包括運放0PA2228，所述運放0PA2228的同相輸入端輸入分兩路，一路通過電容C17與斯密特觸發(fā)器⑶40106的第2引腳相接，另一路通過電阻R38與滑動電阻Rwl的一個固定端和滑動電阻Rwl的滑動端的連接端相接；滑動電阻Rwl的另一個固定端接地，運放0PA2228的反相輸入端通過電阻R39與電容C17和斯密特觸發(fā)器⑶40106的第2引腳的連接端相接，運放0PA2228的輸出端通過電阻R40與運放0PA2228的反相輸入端相接，運放0PA2228的第4引腳接地，運放0PA2228的第8引腳與15V電源輸出端相接。
[0012]上述的一種教學(xué)實訓(xùn)用微弱信號檢測電路，其特征在于:所述相敏檢波電路包括芯片⑶4053和型號為0PA2209的芯片U4，所述芯片U4的第3引腳輸入分兩路，一路通過電容Cl與運放0PA140的輸出端相接，另一路經(jīng)過電阻R5和電阻R9與芯片U4的第5引腳相接；電阻R5和電阻R9的連接端接地，芯片U4的第6引腳通過串聯(lián)的電阻Rll和電容C2與運放0PA140的輸出端相接，芯片U4的第I引腳輸出分兩路，一路與芯片U4的第2引腳相接，另一路與芯片CD4053的第12引腳相接；芯片U4的第7引腳輸出分兩路，一路通過電阻R12與芯片U4的第6引腳相接，另一路與芯片⑶4053的第13引腳相接；芯片U4的第4引腳、芯片⑶4053的第4引腳、芯片⑶4053的第7引腳和芯片⑶4053的第8引腳均接地，芯片U4的第8引腳和芯片⑶4053的第16引腳均與15V電源輸出端相接，芯片⑶4053的第5引腳與運放OPA2228的輸出端相接。
[0013]上述的一種教學(xué)實訓(xùn)用微弱信號檢測電路，其特征在于:所述低通濾波電路包括型號為0PA2209的芯片U5，所述芯片U5的第3引腳通過串聯(lián)的電阻R15與電阻R14與芯片⑶4053的第6引腳相接，芯片U5的第3引腳和電阻R15的連接端通過電容C9接地，芯片U5的第I引腳輸出分三路，一路與芯片U5的第2引腳相接，另一路通過串聯(lián)的電阻R16和電阻R17與芯片U5的第5引腳相接，第三路通過電容C5與電阻R15和電阻R14的連接端相接；芯片U5的第5引腳和電阻R17的連接端通過電容ClO接地，芯片U5的第7引腳輸出分兩路，一路與芯片U5的第6引腳相接，另一路通過電容C6與電阻R16和電阻R17的連接端相接；芯片U5的第4引腳接地，芯片U5的第8引腳與15V電源輸出端相接。
[0014]上述的一種教學(xué)實訓(xùn)用微弱信號檢測電路，其特征在于:所述直流放大電路包括型號為0PA209的芯片U6，所述芯片U6的同相輸入端與芯片U5的第7引腳相接，芯片U6的反相輸入端通過電阻R25接地，芯片U6的輸出端輸出分兩路，一路與電阻R24的一端相接，另一路通過電阻R27與芯片U6的反相輸入端相接；電阻R24的另一端為直流放大電路的信號輸出端，芯片U6的第4引腳接地，芯片U6的第7引腳與15V電源輸出端相接。
[0015]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0016]1、本實用新型的電路結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)成本低，適用于教學(xué)實訓(xùn)中，實用性強(qiáng)。
[0017]2、本實用新型通過設(shè)置第一分壓跟隨電路和第二分壓跟隨電路分別模擬有效微弱信號和噪聲信號并進(jìn)行阻抗變換，實現(xiàn)分壓并電壓跟隨，通常實驗室信號源難以產(chǎn)生微伏級的微弱信號，故使用電阻分壓將信號源產(chǎn)生的較大信號進(jìn)行衰減，得到微弱信號，根據(jù)實際需求通過調(diào)節(jié)多個可變電阻阻值，衰減輸出的信號輸出阻抗大，無法直接相加，設(shè)置運放跟隨器做阻