一种教学实训用微弱信号检测电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于微弱信号检测技术领域，具体涉及一种教学实训用微弱信号检测电路。
【背景技术】
[0002]目前随着科学技术和生产的发展，存在着大量淹没在噪声背景中的微弱信号需要检测，微弱信号检测技术已经成为深化认识自然，探索新材料，创造新器件的重要工具，微弱信号检测最根本的目的是改善信噪比，当信号频率和相位已知时，采用相干检测技术能使信噪比改善最大，并且是恢复信号幅度的最佳技术。目前为止，微弱信号检测技术已经成为现在科学技术中必不可少的常备电路模块，一般由信号通道、参考通道、相敏检波器(PSD)以及输出电路组成，经对现有专利技术的检索发现，翁新烁等在实用新型专利(ZL201420815893.0)《基于锁定放大器的信号放大与检测电路》中结合了阻抗匹配技术和锁相技术，提出了一种基于锁定放大器的信号放大与检测电路的设计方案，具有测量微弱信号更加精确和稳定的作用，但是在应用于教学实训的过程中存在以下问题，第一，其设计方案重点涉及一种通用型的微弱信号检测电路，并不涉及微弱信号源的产生及噪声的叠加方法，而这两个部分在高校教学实训中却必不可少；第二，其采用的器件构成的设计方案应用于学生教学中，成本仍然较高，不符合学生实训的成本控制要求；第三，信号检测范围以及滤波器中心频率不可调，实用性不强。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种教学实训用微弱信号检测电路，其设计新颖合理，成本低廉，增加了微弱信号源的产生及噪声的叠加方法，采用可变电阻分压设计，参数可调，设计方案完整，能够方便的应用于教学实训中，指导学生详细的了解微弱信号检测方案，实用性强，便于推广使用。
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种教学实训用微弱信号检测电路，其特征在于:包括依次连接的相敏检波电路、低通滤波电路和直流放大电路，所述相敏检波电路输入端接有测量信号调理单元和参考信号比对单元；所述测量信号调理单元包括依次连接的加法器、交流放大电路和带通滤波电路，所述加法器的输入端接有用于采集有效微弱信号并阻抗变换分压跟随的第一分压跟随电路和用于采集噪声信号并阻抗变换分压跟随的第二分压跟随电路，所述参考信号比对单元包括方波整形电路和与所述方波整形电路输出相接的移相器，所述带通滤波电路的输出端和所述移相器的输出端均与所述相敏检波电路的输入端相接；
[0005]所述第一分压跟随电路包括可变电阻R30、可变电阻R31、可变电阻R32、可变电阻R33和型号为0PA209的运放U1，所述可变电阻R30的一端输入分两路，一路与电阻Rl的一端相接，另一路通过串联的电阻R2和电阻R3与运放Ul的同相输入端相接；电阻Rl的另一端为第一分压跟随电路的有效微弱信号输入端Vinl，电阻R2和电阻R3的连接端与可变电阻R31的一端相接，电阻R3和运放Ul的同相输入端的连接端与并联的可变电阻R32和可变电阻R33的一端相接，并联的可变电阻R32和可变电阻R33的另一端、可变电阻R31的另一端和可变电阻R30的另一端均接地，运放Ul的输出端输出分两路，一路与运放Ul的反相输入端相接，另一路与电阻R4的一端相接，运放Ul的第4引脚接地，运放Ul的第7引脚与15V电源输出端相接；
[0006]所述第二分压跟随电路包括可变电阻R34、可变电阻R35、可变电阻R36、可变电阻R37和型号为0PA209的运放U2，所述可变电阻R34的一端输入分两路，一路与电阻R6的一端相接，另一路通过串联的电阻R7和电阻R8与运放U2的同相输入端相接；电阻R6的另一端为第二分压跟随电路的噪声信号输入端Vin2，电阻R7和电阻R8的连接端与可变电阻R35的一端相接，电阻R8和运放U2的同相输入端的连接端与并联的可变电阻R36和可变电阻R37的一端相接，并联的可变电阻R36和可变电阻R37的另一端、可变电阻R35的另一端和可变电阻R34的另一端均接地，运放U2的输出端输出分两路，一路与运放U2的反相输入端相接，另一路与电阻RlO的一端相接，运放U2的第4引脚接地，运放U2的第7引脚与15V电源输出端相接。
[0007]上述的一种教学实训用微弱信号检测电路，其特征在于:所述加法器包括型号为0PA209的运放U3，所述运放U3的同相输入端接地，运放U3的输出端通过电阻R13与运放U3的反相输入端相接；所述运放U3的反相输入端与电阻R4的另一端和电阻RlO的另一端的连接端相接。
[0008]上述的一种教学实训用微弱信号检测电路，其特征在于:所述交流放大电路包括型号为0PA2209的芯片U7，所述芯片U7的第3引脚输入分两路，一路通过电容C7与运放U3的输出端相接，另一路与电阻R18的一端相接；电阻R18的另一端接地，芯片U7的第I引脚输出分两路，一路通过电容CS与芯片U7的第5引脚相接，另一路通过串联的电阻R22和电阻R21接地；电阻R22和电阻R21的连接端与芯片U7的第2引脚相接，电容C8和芯片U7的第5引脚的连接端通过电阻R19接地，芯片U7的第7引脚通过串联的电阻R23和电阻R20与芯片U7的第6引脚相接，电阻R23和电阻R20的连接端接地。
[0009]上述的一种教学实训用微弱信号检测电路，其特征在于:所述带通滤波电路包括运放OPA140，所述运放OPA140的同相输入端接地，运放OPA140的反相输入端通过串联的电容C14和电阻R28与芯片U7的第7引脚相接，电容C14和电阻R28的连接端通过电阻R26接地，运放0PA140的输出端输出分两路，一路通过电阻R29与运放0PA140的反相输入端相接，另一路通过电容C16与电容C14和电阻R28的连接端相接，运放0PA140的第4引脚接地，运放0PA140的第7引脚与5V电源输出端相接。
[0010]上述的一种教学实训用微弱信号检测电路，其特征在于:所述方波整形电路为斯密特触发器⑶40106 ；
[0011]所述移相器包括运放0PA2228，所述运放0PA2228的同相输入端输入分两路，一路通过电容C17与斯密特触发器⑶40106的第2引脚相接，另一路通过电阻R38与滑动电阻Rwl的一个固定端和滑动电阻Rwl的滑动端的连接端相接；滑动电阻Rwl的另一个固定端接地，运放0PA2228的反相输入端通过电阻R39与电容C17和斯密特触发器⑶40106的第2引脚的连接端相接，运放0PA2228的输出端通过电阻R40与运放0PA2228的反相输入端相接，运放0PA2228的第4引脚接地，运放0PA2228的第8引脚与15V电源输出端相接。
[0012]上述的一种教学实训用微弱信号检测电路，其特征在于:所述相敏检波电路包括芯片⑶4053和型号为0PA2209的芯片U4，所述芯片U4的第3引脚输入分两路，一路通过电容Cl与运放0PA140的输出端相接，另一路经过电阻R5和电阻R9与芯片U4的第5引脚相接；电阻R5和电阻R9的连接端接地，芯片U4的第6引脚通过串联的电阻Rll和电容C2与运放0PA140的输出端相接，芯片U4的第I引脚输出分两路，一路与芯片U4的第2引脚相接，另一路与芯片CD4053的第12引脚相接；芯片U4的第7引脚输出分两路，一路通过电阻R12与芯片U4的第6引脚相接，另一路与芯片⑶4053的第13引脚相接；芯片U4的第4引脚、芯片⑶4053的第4引脚、芯片⑶4053的第7引脚和芯片⑶4053的第8引脚均接地，芯片U4的第8引脚和芯片⑶4053的第16引脚均与15V电源输出端相接，芯片⑶4053的第5引脚与运放OPA2228的输出端相接。
[0013]上述的一种教学实训用微弱信号检测电路，其特征在于:所述低通滤波电路包括型号为0PA2209的芯片U5，所述芯片U5的第3引脚通过串联的电阻R15与电阻R14与芯片⑶4053的第6引脚相接，芯片U5的第3引脚和电阻R15的连接端通过电容C9接地，芯片U5的第I引脚输出分三路，一路与芯片U5的第2引脚相接，另一路通过串联的电阻R16和电阻R17与芯片U5的第5引脚相接，第三路通过电容C5与电阻R15和电阻R14的连接端相接；芯片U5的第5引脚和电阻R17的连接端通过电容ClO接地，芯片U5的第7引脚输出分两路，一路与芯片U5的第6引脚相接，另一路通过电容C6与电阻R16和电阻R17的连接端相接；芯片U5的第4引脚接地，芯片U5的第8引脚与15V电源输出端相接。
[0014]上述的一种教学实训用微弱信号检测电路，其特征在于:所述直流放大电路包括型号为0PA209的芯片U6，所述芯片U6的同相输入端与芯片U5的第7引脚相接，芯片U6的反相输入端通过电阻R25接地，芯片U6的输出端输出分两路，一路与电阻R24的一端相接，另一路通过电阻R27与芯片U6的反相输入端相接；电阻R24的另一端为直流放大电路的信号输出端，芯片U6的第4引脚接地，芯片U6的第7引脚与15V电源输出端相接。
[0015]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0016]1、本实用新型的电路结构简单，实现成本低，适用于教学实训中，实用性强。
[0017]2、本实用新型通过设置第一分压跟随电路和第二分压跟随电路分别模拟有效微弱信号和噪声信号并进行阻抗变换，实现分压并电压跟随，通常实验室信号源难以产生微伏级的微弱信号，故使用电阻分压将信号源产生的较大信号进行衰减，得到微弱信号，根据实际需求通过调节多个可变电阻阻值，衰减输出的信号输出阻抗大，无法直接相加，设置运放跟随器做阻