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2、 与 皮 安 计 的 测 量 结 果 基 本 吻 合 明 该 微 弱 信 号 检 测 说 电路 结构 简单 ， 定性好 ， 确 度 高 。 用 于高 电 阻率功 能 陶瓷 材料 的 电性 能的测 量 ， 稳 精 可 并且 具 有通 过 调 整 编 程 电 阻很 方 便 地 改 变 测 量 量 程 的 优 点 关键词 ： ； ； 弱信 号 ； 微 曲线 ： 气敏元件 中图分 类号 ： 文 献标 识码 ： 文章编 号 ： （ ） 微 弱信 号检 测技术 是一 门新兴 的技术 学科 。 是 利用 电子 学 、 信息 论 和物 理学 的 方法 ， 分析 噪声 产 生 的原理 和规律 ，研究 被测 信号
3、 的特 点与 相关 性 ， 检测 被噪声 背景 淹没 的微弱 信号 。 现代科 学 技术 为 和工农 业生 产提供 了强有 力 的测 试手段 。 微弱 信号 检测 仪器应 用范 围几乎 遍及 所有 的科 学领域 已成 增益 。 较快 的转 换速 率 良的频 率特 性 和建 立 时 优 间 ， 各类 放 大 器 、 冲器 、 波器 中得 到 广 泛 运 在 缓 滤 用 。其输 入 失 调 电压 为 、 失调 电压 温度 漂 移 为 、输 入 噪 声 电 压 在 时 为 、在 时为 ， 入噪 声 电流 为 、酉 输 、 入 偏 置 电 流为 动 态 响应 输 ， 为现 代科技 必备 的常用仪 器
4、。 电子元 器件材 料性 能 的评 价 。 方法 之一 是测 量 器件 的 曲线 。例如在 气敏 元件 性能 的研 制 中 。 为 了评 估材 料 的特 性 。判 断材 料 是 否 为欧 姆 接 触 等 ， 常测 量 器件 的 曲线 ， 通 分析 材 料 内部 发 生 的物理 过程 。 气敏元 件是一 种 型功能 陶瓷元 时 间为 ， 最小转 换 速率为 【 。 因此 。电路设 计 中采 用 为放 大 电路 作 的第一 级 。 主要功 能 是将 传感 器输 出的微 弱 电流信 号转换 成 电压 信号 。 作 为电流 电压 转换器 的典型 其 电路 设计 如 图 所示 。 图 为 的 脚 双列
5、直插式封 装及 其引脚 功 能 。 件， 即在待 测气 体 中 。 电阻值 随气 体浓 度 增 大 而 增 大 ， 室温下 未掺杂 的 元件 的 电阻可 以达到几 在 十甚至 上百兆 欧 ， 电流在 的数 量级 。 曲线 的测 量 通 常使 用 如 皮 安 计 等 仪 器 。 但 这些 仪器价格 较 昂贵 ， 普通实 验 室难 以配 备 。本 文设 计一 款 采 用 公 司 生 产 的 和 的微 弱信 号放 大 电路 用 于 测 量 气 敏元 件 的 曲线 ， 并将结果与 的测量结果相 比较 。 电路 设 计 电 流 电 压 转 换 电 路 放 大 电 路 图 的 典 型 运 用 电路 公 司
6、生 产 的 是 目前最 优 秀 的 通 用 电路 的后 级 放 大采 用 低价 格 、 低功 耗 、 精 密 高 型运算 放 大器 之一 。该器 件 具 有较 小 的 失调 和噪 声、 功耗 和温漂 。 较高 的输入 阻抗 、 模 抑制 和开 环 共 收 稿 日期 ： 一 度 的仪器 仪表 用放 大器 。由于其 尺寸 小 、 功 耗低 ， 特别适 合 于便捷 式 电池 供 电的场合 】 。 作者 简介 ： 吴树荣（ 一 ） 男， ， 福建漳 州人 ， 州大学在读硕士研 究生 ， 广 主要研 究方向 ： 功能陶瓷与计算机辅助设计。 。 由 吲定 电 阻 、可 以 调 整 来 ， 调整放 大 的增
7、 益值 ， 其关 系式如 （ ） 所示 ， 需要 注意 的是避 免每个放 大器 的饱 和现象 （ 大器最大输 出 放 盯 电压等 于其工作 电压 ） 。 ） （ 的选择 可 以由式 （ ） 确定 。 ） （ （） （） 其 增 益 为 ： ） ，因此 图 双列直插 式封装 及其 引脚功 能 的 脚 图 为 的 内部结 构原 理 图 。 的 单 片结构和 激光 晶体 调整， 允许 电路元件 紧密 匹配 和 跟踪 ， 从而 保 证 电路 固有 的高 性 能 ； 同样 采 用绝对值 的校 准 ， 用户仅 用一 个 电阻就能 对增 益 进 行准 确 的设 定 。 和 为超 结 构 ， 成差 分 接 下
8、 双极性输 入方式 ， 电路具备 了较高 的输 入阻抗 和 使 高精 密性能 。输 入三极 管 和 提供 了高精 确 度 单 差分 对 双极输 入 ， 通过 一 一 和 一 一 回路的反馈 电路使输人 品体管 和 维 持 了 固定 的集 电极 电流 ，从 而改 进 了外 部增 益 设 置 电 阻 。 ， 似运放结构 ， 消 除所有 的共 ， 类 由 模 信 号 ， 最 大非线 性 失真 为 最 大失 调 电 其 ， 压 为 最 大失调漂移 为 。 有低输 入 ， 具 一 。 偏 置 电流 （ 最大 值 为 和低 噪音 ， ） 同时 的建立 时间仅 为 。在低频使 用时 ， 其噪声水 平 仅 为
9、 ， 入 阻抗 可 达 ， 输 共模 抑 制 比可 达 很 符合测 量微弱信号 的要求【 ， 。 电路 设 计 原 理 图 的 典 型 运 用 电路 考 虑 到整 个 电路 的失调 电压 和 漂移 与第 一 级 放大 电路 有密 切 的关 系 ，选 择 为 电路 的 作 前置端 ， 主要作 用是 将 电流信号 放大并转 换成 电压 信号。 为 电路 的后置放 大 ， 作 因其 电路 构建 简单 ， 只需改 变 的值 即可调 整放大 增益 ， 整个 使 电路 在微 电流测量 中更 加具有 灵活性 ， 从而提 高 了 系统 的实 用性 。 系 统采 用 电源供 电 ，如 图 。前 置放 大 的输
10、出电压为 。 图 的 内部 结 构 原 理 图 图 为 的封装 图 ， 中 脚之 间要跨 其 、 接 电阻 来 调 整放 大 倍 数 ， 、 提 供 正 负相 等 脚 的工作 电压 。由 脚输 人需要放 大 的电压 ， 、 脚 输 出放 大后 的 电压 。脚 为参 考 基准 ， 果 脚接 如 地 ， 么 脚 的输 出 为与地之 间 的相 对 电压 。图 那 是 的典 型应 用 电路 。 图 中 的 、 ： 为器件 内部 固定 电阻 ， 要 需 在放 大 器 的 电阻使 用 范 围 内 （ ， ） 且 图 微 弱 电流 信 号 放 大 电路 该信 号送到后 置处 理部分 。由于 相对非 常小 ，
11、 所 分 电压 可 以忽 略 置增益 倍 数可 以通 过调 节 电 后 阻 的大 小选 择 合适 的档 位 ，其 增益 倍 数 为 ： ： 所 以 该 系统 的输 出 电 压 为 ： 扰 。 别测试 点 与 测 试结 果 有偏差 ， 些 个 这 偏差 可 以通 过进 一步 改善 电路 制作 ： 艺 ， 蔽外 界 屏 是 一般 仪器 可 以检测 的大信 号 ， 。 ， 最 后 可 以 得 出 关 系 ： （ ） 。 信号 等途径 来解决 。因此 ， 电路设 计完 全 可以运 该 用于 实验室 。 进行 高 电阻率 功能 陶瓷材 料 的 曲 电 路 制 作 工 艺 线等 电性能 的测量 。 由于
12、微 弱信号 极 易受 到外界 的干 扰 ， 要精 确 稳 定 测量微 弱信 号 ， 电路 制作 工艺 也是 一个 关键 的环 节 。在实 际 电路设 计时 主要考 虑 以下 几点 ： （ ） 用 于 微弱 电流 电压 变 换 器 时 ， 使 应 用 保 护技 术 。 制 电路应 尽 量减 小 漏 电 流 ， 防 护 印 将 环 和输 入 的低 阻抗 点相 连 ， 印制 电路 板上 的高 阻 接 线 不宜 过长 （） 的增益是通过改 变可变 电阻 来 实 誊 畦 现 的 ， 了使 提供 精确 的增 益 ， 持 增 益 的 为 保 高稳 定性 ， 选用 低温度 系数 应 误差 的 电阻 。 （ ）
13、 获 得 较 高 的共 模 抑制 比 （ ， 考 端 要 ） 参 应 连接 于 低 阻抗 点 ，因为 的输 出 电压 与参 考端 的 电位 有关 。 能够通 过简单 地 将参 考端 连接 它 到“ 局部 地 ” 来提 高共模 抑制 比。 使 两输 入端 的输 并 入 电容 与输入 电 阻差异 为最 小 。在 大 多数情 况 下 。 输 入信号 以屏 蔽 电缆馈入 ， 并提 供专 门驱 动 。 （ ） 许 多数 据 采集 系统 中 ， 常 有模 拟 地 和 在 通 数字 地 的问题 。 由于接地 线和 印刷 电路板 之 间的 电 图 微 弱 放 大 电路 和 对 气 敏 元 件 的测 量 结 果
14、 结论 采用 公 司生 产 的 和 计 了 设 微 弱 信号 放 大 电路 ，并 用 于 测 量 气 敏元 件 的 曲线 。电路具 有 稳 定性 好 精确 度高 等特点 ， 而 且 电路 简单 ， 价格 低廉 。通 过改 变编 程 电阻 ， 可 以很 方便地 改变 测量 量程 。 电路 同样也适 用于其 该 流能 产生 的误差 ，为 了达 到模 拟 与 数字 噪声 的 隔离 ， 采 用 分立 的 接地 回路 ， 敏 感 应 使 点 到系统 接地 之间 流过 电流最 小 。 而且 这些 接 地 回 路必 须将前 后级 放 大器连 接在 一起 ， 形成 统 一 的基 他 检测微 小电流信 号 的场
15、合 ， 电路设 计具有 较高 本 的实用性 。 参考 文献 ： 准 电位。 设 计 过程 中 ， 电路通 过屏 蔽线连 接前 后 级放 大 【 】 宏 杰 新 一 代 通 用 型 高 速 高 阻 运 算 放 大 器 孙 用 无 线 电 ： 实 （） 器 和信 号 的输 入输 出 ， 并且 使用 金属 壳 屏蔽 外 界干 扰信 号 ， 同时尽 量缩 短 电路板 上 的接线 。同一放 大 【】陈宪 洲 ，赵 晓玲 ，韩 小 低 功耗 仪器 用放 大器 及 其 运 用 今 日电 子 ， ： （ ） ， 器 的信 号输 入端 地 与信号 输 出端地 不 能接在 一起 ， 而应分 开 ： 级输 出地 与
16、后 级输 入地 相 连 。这 种 连 前 【 曹茂 永 ， 霞 ， 王 孙农 亮 用放 大器 仪 及 其运 用【电测与 仪表 ， ） （ ： 【 诗 白 ， 成 英 拟 电子技 术 （ 三版 ） 北 童 华 模 第 【 京： 高等教育 出版社 ， ： 【 铁力 ， 振 海 ， 继红 ， 彦 卿传感 器及 其 接 苏 关 孙 孙 口技术【 】 北京 ： 中国石化 出版社 ， ： 【 曹军 器 放 大器 性 能及 其 运用 仪 电子 器 件 ， （） ，： 责任编辑 ： 维敦 邱 接方法 可 以防止 信号 通过 地线形 成反 馈 ， 引起 信 号 的浮动 。 电 路 运 用 由该 电路 测 量 的
17、 气 敏 元 件 的 曲线 绘 于 图 同时 绘 出采用 皮安 计 的测试 结果 ， 以便 比较 。可 以看 出 ，该 放 大 电路 测 量 的 结 果 和 测试 的结 果 基本 吻 合 。 由于 外 界信 号 干 ， ， ， ： ， ， ， ： ； ； ； ； ； （ 上接第 页） 题及措施 海第 业 大学学报 ， ： 上 】 （） 【 艳玲 下异 形 直纹 面数 控 程序 的编 制林 郭 上 业 机械与木工设备 ， ： （） 【 王华 侨 数控 线切 割锥 度加工 与编程技 术实 例 应 用模具制造技 术 ， ： （ ） 【 浩泉 切割 机床加 工上下 异形零 件 的关键 问 杨 线 责任编辑： 邱维敦 ： ， ， ： ； ； ； 1