增益可控音頻前置放大器電路的設計

熱釋電探測器的輸出信號十分微弱,使得其響應率很低,為了提高響應率就一定要和前置放大器連用,因此前置放大器的噪聲對響應率的影響很大。本文從熱釋電探測器對前置放大器的要求入手,從噪聲匹配的方法、無源器件的選取以及放大器的屏蔽與接地三個角度提出如何降低前置放大器的噪聲以提高響應率。

目前國際上在前級放大器的發(fā)展狀況標志著其生產(chǎn)廠家在聲頻功率放大器制造上的地位,這就是人們常說的hi-fi(hi-fidelity,高保真)效果。國內(nèi)在高保真音響方面這些年的發(fā)展逐步的趕上了歐美,但在核心技術(shù)上還是有所差距。本文設計的是一個功放的前級,和功放加一起是一套完整的高保真設備、但又各自具有自己的獨立性。

在串列升級在線同位素分離器中,f筒、發(fā)射度測量儀、束流剖面掃面儀拾取的束流信號通常是十分微弱的,可以達到pa級。弱束流信號如果不通過前置放大器,很難測量到真實的信號。由于需要使用大量的束流測量裝置,使用pa表價格比較昂貴。因而有必要對弱電流測量進行深入和系統(tǒng)的研究,掌握弱電流測量技術(shù),開發(fā)穩(wěn)定可靠、性價比合理的弱電流放大器,使測量系統(tǒng)可以得到穩(wěn)定可靠的信號。

本文研究、設計了一個可用于mri的低噪聲前置放大器.提出了一個3元件的噪聲匹配網(wǎng)絡方案,用以變換50ω信號源阻抗為fet的最佳源阻抗,以使前置放大器的噪聲系數(shù)達到最小,并具有可觀的增益.實驗證明前置放大器輸入端在阻抗匹配條件下可獲得最大增益但噪聲系數(shù)不小.用砷化鎵場效應管(asga-fet)atf33143作為放大管制作的單級低噪聲前置放大器在128mhz(3t)頻率上用網(wǎng)絡分析儀(hp8712c)測量增益可以達到25db,用噪聲系數(shù)分析儀(8970b)測量的噪聲系數(shù)為0.43db.

電壓靈敏前置放大器

從pin光電探測器的特性出發(fā),對激光引信前置放大器的形式進行了研究。首先分析了跨阻抗放大器帶寬與穩(wěn)定性之間的關(guān)系,建立了跨阻抗放大器的等效噪聲模型,然后通過ti-napro6.0軟件的計算印證了分析的正確性。根據(jù)本文分析設計的激光引信前置放大器可以工作在200mhz以上的帶寬。

為使心電圖(ecg:electrocardiograph)機簡單便攜,采用干電池供電模式,提供不高于3v的電壓,應用放大器ad623、tlv2254和阻容器件組成心電圖機的前置放大器,實現(xiàn)了心電微弱信號的高精度放大、極化電壓的快速消除等功能,保證了心電微弱信號的精確和穩(wěn)定,便于心電圖機后續(xù)數(shù)據(jù)采集和分析。同時,由于采用單電源供電,使心電圖機供電模式簡化,電路更加簡單,促進了心電圖機進一步向便攜式方向發(fā)展。

提出了一種由dmos場效應管構(gòu)成的電荷靈敏前置放大器,可用于硅,si(li),cdznte及csi探測器。該前置放大器采用不同于傳統(tǒng)的阻容反饋式的電路結(jié)構(gòu),完全使用mos管搭建,該前放的設計完成為設計實現(xiàn)asic電路準備了技術(shù)基礎。由multisim仿真結(jié)果看出該電荷靈敏前置放大器輸出信號上升時間小于15ns,并且具有很好的穩(wěn)定性。

雪崩光電二極管(apd)作為探測元件實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換廣泛應用于激光脈沖探測技術(shù)中。前置放大器是影響apd激光脈沖探測系統(tǒng)好壞的關(guān)鍵因素,前置放大器的信噪比決定了整個探測系統(tǒng)的信噪比優(yōu)劣。提出了電荷靈敏前置放大器應用于apd激光脈沖探測系統(tǒng)以提高探測距離和探測精度的方法。討論了激光脈沖探測技術(shù)和apd特性,在此基礎上設計了以結(jié)型場效應管和集成運放為主要器件的低噪聲電荷靈敏前置放大器電路并對設計電路進行了實驗分析。實驗結(jié)果表明:將電荷靈敏前置放大器應用于apd激光脈沖探測系統(tǒng)可以有效提高系統(tǒng)的信噪比,改善激光探測性能。

傳聲器是一種將聲信號轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳碾娦盘柕碾娐晸Q能器。駐極體傳聲器是一種用駐極體材料制造的新型傳聲器。由于駐極體傳聲器的輸出阻抗很高不能直接與音頻放大器相接,需要在傳聲器內(nèi)接入一只輸入阻抗極高的結(jié)型場效應三極管來進行阻抗變換。一些小型的駐極體傳聲器雖然可以將場效應管集成于傳聲器內(nèi)部,但是價格高昂;而傳統(tǒng)的前置放大器體積又過于龐大。針對此利用現(xiàn)有的技術(shù)條件,設計了一種體積小、成本低廉而性能優(yōu)良的前置放大器。

eh4系統(tǒng)的前置放大器接口在實際操作中容易出現(xiàn)故障,而且前置放大器不具備自檢功能,給故障排除帶來了很大的困難,為此以pic16c57單片機和lm339電壓比較器為核心設計了前置放大器的檢測電路,通過軟硬件的配合來實現(xiàn)實時操作時出現(xiàn)的故障排除,利用廣泛應用的usb接口與前置放大器相連接可以方便地使用該檢測系統(tǒng)。實踐證明該系統(tǒng)可以及時、方便地檢測出各個接口的狀態(tài),同時具有體積小、便于攜帶,運行速度快等特點。

系統(tǒng)通過采用高速差分運算放大器、程控衰減陣列模塊、射頻雙向模擬開關(guān)等芯片相結(jié)合的方式,實現(xiàn)了低阻50ω帶寬1ghz(-3db),高阻1mω帶寬500m(-3db)并實現(xiàn)了2mv/div～5v/div衰減量程,系統(tǒng)還實現(xiàn)了自動量程控制,直流電平自動位移調(diào)零控制,最大限度降低了整個系統(tǒng)的失真和漂移,經(jīng)國家檢測中心測試,主要技術(shù)指標達到國外同類產(chǎn)品先進水平。

一、光電二極管前置放大器設計

本文從輸入阻抗匹配單元、無源衰減網(wǎng)絡、有源放大電路、單片機測頻模塊及顯示裝置4個模塊設計電路,每一部分電路都實現(xiàn)相應的功能,達到技術(shù)要求。設計考慮電路實效性和具備一定的技術(shù)先進性。

介紹了一種新型高速低噪聲器的電荷靈敏前置放大器,該放大器已應用于便攜式x射線熒光分析儀中,它具有電路結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、線性度較好、輸出信號上升時間快、噪聲低等特點,有較好的性能價格比。

為了與傳感器相匹配,得到放大器的最小噪聲系數(shù),本文從對結(jié)型場效應管的等效輸入電壓噪聲en及等效輸入電流噪聲in的分析中,得到結(jié)型場效應管的最佳源電阻比雙極型晶體管要高出2～3個數(shù)量級的結(jié)論,并設計制作了一款結(jié)型場效應管低噪聲前置放大器實用電路。并對其幅頻特性、輸入阻抗和等效輸入電壓噪聲進行了測量,結(jié)果表明其輸入阻抗高達71mω,等效輸入電壓噪聲約為0.87nv/(hz)~(1/2),是一種適合于高內(nèi)阻傳感器的較為理想的低噪聲前置放大器電路,也可以通過阻抗變換后用于磁力儀等需要低噪聲放大的場所。

在對級聯(lián)網(wǎng)絡及結(jié)型場效應管的噪聲分析基礎上,采用結(jié)型場效應管等分立元件設計了一款低噪聲前置放大器實用電路。并對其幅頻特性、輸入阻抗和等效輸入噪聲進行了測量,結(jié)果表明其輸入阻抗高達71mω,等效輸入噪聲電壓為0.7nv/((hz)~(1/2)),是一種適合于較高內(nèi)阻傳感器的較理想的低噪聲前置放大器電路。

利用單片機可編程數(shù)字電位器,結(jié)合放大器放大倍數(shù)的計算公式,設計了一種放大倍數(shù)可由單片機控制改變的放大電路。

極弱準直流電流信號測量技術(shù)在精密儀器儀表研制過程中有著廣泛地應用,其中前置放大器是核心,決定了系統(tǒng)的噪聲水平和響應時間常數(shù)。在前置放大器的模擬研究中,通過建立電阻直接反饋法和"t"型電阻網(wǎng)絡反饋法構(gòu)成前置放大器的電噪聲模型,獲取了前置放大器在各種情況下的性能參數(shù)。模擬結(jié)果表明:系統(tǒng)的信噪比與傳感器等效電容值成反比,與反饋電容值成正比,且不能籠統(tǒng)地認為電阻直接反饋法和"t"型電阻網(wǎng)絡反饋法哪種方法更優(yōu),應根據(jù)具體的情況選用合適的反饋形式。該模擬結(jié)果可為極弱電流信號檢測器中前置放大器設計提供參考。

前置放大器是艦載敏感設備(特別是接收機)的關(guān)鍵器件,為了分析其對不同類型干擾信號的響應特性,本文針對1個典型前置放大器電路,利用ads軟件在脈沖信號通過注入和微帶線耦合2種方式作用于電路時的輸出端電壓波形進行了仿真。仿真結(jié)果表明,脈沖注入和耦合進電路時,在脈沖作用期間輸出端電壓波形均出現(xiàn)了畸變和失真,由此將對整個接收機系統(tǒng)性能產(chǎn)生影響。

運用fluent軟件對伺服閥雙噴嘴擋板級進行了三維流場分析,獲得了不同噴嘴擋板距的控制壓力和恢復流量,運用二次函數(shù)擬合得到控制壓力與恢復流量的數(shù)學模型,并分析了噴嘴擋板內(nèi)部流道對伺服閥性能的影響。

基于smic0.18μm工藝,設計了一款低功耗、低噪聲的d類前置放大器。通過對常用運放的結(jié)構(gòu)進行比較,選擇了一種開關(guān)電容共模反饋電路的兩級運放,并加入斬波結(jié)構(gòu)降低噪聲。用cadence/spectre仿真器進行仿真,仿真結(jié)果表明,該全差分運放的直流開環(huán)增益為65db,單位增益帶寬為259.7mhz,相位裕度為70°,轉(zhuǎn)換速率為98v/μs,靜態(tài)功耗為1mw。適合于現(xiàn)代的便攜產(chǎn)品應用中。