几种微弱信号处理电路

信号处理电路

因为有些小信号我们处理起来不方便,可能会造成最终结果的不确定性,如何才能得到自己所需要的那部分信号,一些滤波电路就显得尤为重要。在此介绍几种信号处理电路。

  1. 差分放大电路:
    差分放大电路对共模输入信号有很强的抑制能力,对差模信号却没有多大的影响,因此差分放大电路一般做集成运算的输入级和中间级,可以抑制由外界条件的变化带给电路的影响,如温度噪声等。在小信号处理方面一般先让信号通过差分放大电路,提高信噪比。
    举例来说:(器件的数值给出的是为了更好的举例)
    List item
    电路的放大倍数A=R2/RF=33倍。正常情况下应保持R1=R2, R3=RF.

利用Multisim仿真差分放大电路如图所示,电压放大倍数约33倍,输入信号设定为峰峰值20mv,频率100hz的正弦信号,则预计输出信号为峰峰值660mv,频率100hz的正弦信号。
差分放大仿真电路

差分放大仿真电路输入信号波形如图所示,峰峰值为20mv

差分放大电路仿真输入信号波形

差分放大仿真电路输出信号波形如图所示,峰峰值约为658.6mv差分放大电路仿真输出信号波形
2:带通滤波电路
带通滤波器(band-pass filter)是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备,在小信号处理电路中可以使我们所需求的那部分信号通过,从而更方便的处理有效信号。
例:设定带通滤波电路中心频率固定在1Hz。带通滤波电路

电压放大倍数A=A0/3-A0=3.29倍,A0=1+RF/R1=2.3,中心频率为f0=1/2ΠRC=1.03HZ.为了防止自激震荡应使RF<2R1.

利用Multisim仿真带通滤波电路如图所示,通滤波仿真电路中心频率设为 f0=1HZ,电压放大倍数约3.3倍。输入信号设定为偏移量为1v,峰峰值500mv,频率1.2Hz的正弦信号并且伴随峰峰值不超过400mv的热噪声,经过带通滤波电路后预计输出信号为峰峰值1.65v,频率1.2Hz的正弦信号。

带通滤波仿真电路

带通滤波仿真电路输入信号波形如图所示

带通滤波仿真电路输入信号波形
带通滤波仿真电路输出信号波形如图所示 ,输出电压峰峰值约1.6v

带通滤波仿真电路输出信号波形
3:加法电路
加法电路主要用来小波电压值。由于某些控制器不能采集负电压,因此需要将中心电压为0v的小信号与直流信号叠加,使输出电压均为正值,便于主控的采集。
例:设置最大采集电压为3.3v,因此设置信号调理电路输出的小波信号峰峰值最大不超过2v,中心电压为1.6v。如图所示,取R2=R3=R=200K,RF=10K,R1=10K,则R+=R/2=100K,U0=(1+RF/R1)((R+/R)1.6+R+/RUi)=1.6+Ui。加法电路

利用Multisim仿真加法电路如图所示,一端输入信号Ui设定为峰峰值为2v,频率1.2Hz的正弦信号,另一端输入信号设定为1.6v的直流电压源,则预计输出信号为偏移量为1.6v,峰峰值2v的正弦信号。
加法仿真电路

加法仿真电路输入信号波形如图所示,峰峰值为2v的正弦信号

加法仿真电路输入信号波形

加法仿真电路输出信号波形如图所示,输出电压为偏移量为1.6v,峰峰值2v的正弦信号
加法仿真电路输出信号波形
4:电压跟随器

因为普通阻容滤波电路的输出阻抗比较高,与加法电路直接耦合,会使阻容滤波电路输出电压因为分压而发生衰减,无法实现预期功能,所以级联电压跟随器,达到阻抗匹配的目的
如图:

电压跟随器
注:本文中放大电路所用芯片均为LM324,M324系列器件带有真差动输入的四运算放大器,具有真正的差分输入。与单电源应用场合的标准运算放大器相比,它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下,静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源,因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。
这几种电路使我们处理信号时时常能用到而且效果不错,在处理微弱信号上也有很强的能力,需要我们自己根据实际情况来搭配使用。还有许多经典电路在这就不一一写出了。
大家要是有好的方法,可以交流。

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