高精度高稳定度极微弱信号放大器的设计
测量微弱信号的放大电路设计要点与技巧
测量微弱信号的放大电路设计要点与技巧测量微弱信号是科研领域中常见的实验任务之一，而放大电路设计则是实现这一目标的关键。
在本文中，我将探讨一些测量微弱信号的放大电路设计要点和技巧，希望能为科研工作者提供有益的指导。
首先，了解信号的性质至关重要。
微弱信号通常在低频范围内，并且很容易受到环境干扰。
因此，在设计放大电路时，要考虑选择适当的频率带宽。
一般来说，带宽应该比信号频率的两倍高，这样能够有效地避免高频噪声的干扰。
其次，选择合适的放大器是成功设计放大电路的关键。
低噪声放大器是测量微弱信号的理想选择，因为它们能够增加信号的幅度同时减少噪声的干扰。
常见的低噪声放大器包括运算放大器和差动放大器。
运算放大器广泛应用于各种测量仪器中，而差动放大器则在抵抗共模噪声方面表现出色。
此外，合理设置放大器的增益也是非常重要的。
过高的增益可能会引入更多的噪声，因此需要在信号幅度和噪声干扰之间寻找一个平衡点。
经验表明，设置适当的增益可以确保信号得到放大，同时保持噪声干扰的最低程度。
在设计放大电路时，还需要注意地线的布局和连接。
地线是将电路与外界连接的重要通道，不良的地线布局可能导致干扰信号的引入。
因此，要确保地线布线短小粗直，尽量减少环路面积，以减少可能引入的噪声干扰。
此外，选择合适的滤波器也是测量微弱信号的成功关键之一。
滤波器能够消除信号中的杂散噪声，从而提高信噪比。
常见的滤波器类型包括低通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
不同的信号频率需要不同类型的滤波器，因此在设计放大电路时要仔细选择合适的滤波器。
最后，校准和调整放大电路也是设计过程中的关键环节。
由于不同的器件走线、元件容差等原因，放大电路可能存在一些偏差。
因此，需要通过校准和调整来保证放大电路的准确性和稳定性。
校准过程中需要使用特定的校准仪器和设备，例如示波器和信号发生器。
综上所述，设计测量微弱信号的放大电路需要特别关注信号性质、放大器选择、增益设置、地线布局、滤波器选择和校准调整等方面。
微弱信号放大电路设计
微弱信号放大电路设计1. 引言微弱信号放大电路是一种常见的电子电路设计，用于将输入信号放大到足够大的幅度以供后续处理或分析。
本文将详细讨论微弱信号放大电路的设计原理、常用电路结构以及一些注意事项。
2. 设计原理在微弱信号放大电路设计中，主要考虑的是信号放大的增益和电路的噪声特性。
通常情况下，微弱信号放大电路采用放大器作为主要元件，通过控制放大器的增益来实现信号的放大。
2.1 放大器的工作原理放大器的工作原理是利用电子器件（如晶体管、运放等）的非线性特性，将输入信号的小幅度变化转化为输出信号的大幅度变化。
放大器通常由输入级、中间级和输出级组成，其中输入级负责将输入信号转换为小幅度变化的电压，中间级将小幅度变化的电压放大到一定程度，而输出级则进一步放大并驱动负载。
2.2 增益和频率响应在微弱信号放大电路设计中，增益和频率响应是两个重要的参数。
增益表示电路将输入信号放大的倍数，通常以分贝（dB）为单位表示。
频率响应则描述了放大器对不同频率信号的放大程度，一般以频率-增益图形式表示。
3. 常用电路结构微弱信号放大电路可以采用多种不同的电路结构，下面介绍几种常见的结构。
3.1 基本放大器电路基本放大器电路是最简单的放大器结构，包括输入电阻、输入耦合电容、放大器和输出耦合电容。
这种电路结构适用于较低频率的信号放大。
3.2 双射极放大器双射极放大器是一种常用的放大器结构，具有高的增益和宽广的频率响应。
它由两个共射极晶体管组成，通过负反馈来提高线性度和稳定性。
3.3 差分放大器差分放大器由两个双射极晶体管组成，具有良好的抗干扰能力和共模抑制比。
差分放大器常用于抗干扰要求较高的放大场合。
4. 注意事项在设计微弱信号放大电路时，需要注意以下几点：4.1 输入信号的幅度微弱信号放大电路的输入信号幅度通常较小，需要选择合适的放大倍数以保证输出信号的可靠性。
4.2 电源噪声和干扰电源噪声和干扰可能会影响放大器的性能，设计时应注意选择低噪声的电源和合适的滤波电路来抑制噪声和干扰。
用于微弱信号检测的锁定放大器设计
锁定 放大 器 能够 较 大程 度抑 制 噪声 ，首先 通 过调 制 器将 直 流或 慢变 信 号 的频谱 迁 移 到调 制 频 率 处， 进 行放 大 ， 以避开 ｌ ／ ｆ 噪声 的不 利影 响 ［ ２ ］ 。其 次利用 相 敏检测 器实 现调 制信号 的调 制 ， 利 用频 率和 相 角 进行 检测 ， 噪声 和信 号很 难达 到频 率 和 幅度 的一致 化 ， 设 计 低通 滤波 器 有高频 率 带宽 的性 能 ， 从而 能 大大减 弱 噪声信 号 的干扰 ， 因此 通 过最后 低 通滤 波器 的滤波 ， 能得 到微 弱 的原 始信 号 ， 便 于 我们 各个 方
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ８ － ７ １ ０ ９ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ２ ． ０ ０ ７
用 于微 弱信号检测 的锁定放大器设计
褚 凯 乐， 傅越 千 ， 谭 飚
（ 宁波工程学院， 渐江 宁波 ３ １ ５ ２ １ １ ）
ｕ ｐ （ ｔ ） ＝ ｘ （ ｔ ） ｒ （ ｔ ） （ １ ）
下面介绍输出 ｕ Ａｔ ） 和滤波器输出 Ｕ Ｏ （ ￡ ） 的输出。设被调制信号为
（ ） ＝ Ｃ Ｏ Ｓ （ ａ ， ｏ ｔ ＋ Ｏ ） （ ２ ）
摘 要 ：介 绍 一种 微 弱 信 号 检测 的方 法 ， 主 要基 于 模 拟 乘 法 器 芯 片 Ａ Ｄ ６ ３ ０作 为 相 敏 检 测 器 Ｐ Ｓ Ｄ， 对微弱信号的幅频
特 性 和 相 频特 性进 行 检 测 。 该 设 计 简 单稳 定 ， 精确度高 ， 应 用广 泛 ， 在 物联 网 应用 系统 和 科 学研 究 中有 很 大 的 应用 价 值 。
微弱信号高精度线性放大电路的设计_王建宇
的差分电路的放大要求，可以有效地滤除共模信号，而只有
差分 信 号被 放 大 。 Y1 和 Y2 作 为 双 运算 放 大 器的 同 时 ，又是
一个具有高输入阻抗的缓冲器，保证 V1 和 V2 电压不被降低， 所以图 3 所示电路具有较高的输入阻抗符合一起仪表放大
器的技术要求。
在图 3 所示电路中，调节的阻值，可以线性的改变放大
材 科 技 ，2004，25(5)：71-74．
XU Yong -zhi,TENG Jun. Differential sensor system error
compensation technology [J]. Science and Technology of
Overseas Building Materials,2004,25(5):71-74.
电路具有较高的共模抑制比和较好线性度。
关键词：微弱信号;高精度;线性放大;运算放大器;共模抑制比
中 图 分 类 号 ：TN72
文献标识码： A
文 章 编 号 ：1674－6236（2014）22-0094-03
The design of weak signal high-precision linear amplifier circuit
500≤1/2（2π×R6 ×C1 ) 同时， 为保证集成运算放大器输入级差分放大电路的对称 性，R5 应与 R6 和 R7 组成的电阻阻抗匹配。
4 整体电路测试
整体电路图如图 5 所示。 电路中各电容电阻参数选取如 表 1 所示。
图 5 整体电路图 Fig. 5 The entire circuit
电路的增益。 以适合不同场合的应用。 为了使电路的 CMRR
达到 最 大，可 以 同 时 调 节 R8 和 R12 的大 小 而 不破 坏 放 大电 路 的平衡状态。
高精度放大器设计
高精度放大器设计高精度放大器设计高精度放大器设计的步骤如下：步骤一：明确设计要求在设计高精度放大器之前，首先需要明确设计的目标和要求。
例如，设计的放大器需要具有多大的增益、频率响应范围、信噪比等。
明确这些要求将有助于确定所需的电路参数和设计方法。
步骤二：选择合适的放大器拓扑结构根据设计要求，选择合适的放大器拓扑结构。
常见的放大器拓扑结构包括共射放大器、共基放大器、共集放大器等。
根据设计要求，选择拓扑结构以满足增益、频率响应和输入输出阻抗等需求。
步骤三：确定电路参数确定放大器电路所需的参数，包括电源电压、输入输出阻抗、增益、带宽等。
这些参数将直接影响放大器的性能。
可以通过计算、仿真或经验法确定这些参数。
步骤四：选取合适的器件根据设计要求和电路参数，选择合适的放大器器件。
常用的器件包括晶体管、场效应管等。
选择器件时需要考虑其参数和特性，如最大工作频率、饱和电流等。
步骤五：设计电路原理图根据上述步骤确定的电路参数和器件，设计放大器的电路原理图。
在电路原理图中，包括放大器的输入和输出端口、偏置网络、偏流源等。
步骤六：进行电路仿真使用电路仿真软件对设计的电路进行仿真，验证电路的性能是否满足设计要求。
通过仿真可以检测和修正电路中的问题，并进行性能优化。
步骤七：制作和测试原型电路根据设计的电路原理图制作原型电路板，并进行测试。
测试过程中可以测量放大器的增益、频率响应、输入输出阻抗等性能指标，与设计要求进行比较。
步骤八：优化和改进根据原型电路测试结果，对电路进行优化和改进。
可能需要调整电路参数、更换器件或改进拓扑结构等。
通过不断的优化改进，使放大器的性能逐渐接近设计要求。
步骤九：验证和认证在设计完成后，进行放大器的验证和认证。
通过对放大器进行严格的测试和评估，确保其性能满足设计要求，并符合相关的标准和规范。
最后，设计高精度放大器是一个复杂而细致的过程。
需要充分考虑电路参数、器件选择和电路拓扑结构等方面，通过仿真和测试来验证和改进设计。
如何设计一个简单的放大器
如何设计一个简单的放大器放大器是电子设备中不可或缺的一部分，它能够将弱信号增强到足够的水平，以便于后续处理或输出。
设计一个简单的放大器并不难，只需要一些基本的电子元件和一些简单的电路连接，下面将介绍一种常见的放大器设计方法。
1. 选择放大器类型在设计放大器之前，首先需要确定所需要的放大器类型。
常见的放大器类型包括运放放大器（Operational Amplifier，简称Op-Amp）和晶体管放大器等。
在这里，我们选择使用Op-Amp放大器，因为它具有简单、稳定以及高增益的特点。
2. 确定放大器的增益需求放大器的增益表示信号放大的程度，根据具体的应用需求，可以确定所需要的增益大小。
在这里，我们假设需要一个增益为10的放大器。
3. 选择合适的Op-Amp芯片根据放大器的增益需求，选择一个合适的Op-Amp芯片。
不同的芯片型号具有不同的参数和性能指标，需要根据具体需求进行选择。
在这里，我们选择了一款常用的Op-Amp芯片LM741。
4. 确定电源电压放大器通常需要供电，需要确定所需要的电源电压。
一般来说，Op-Amp芯片的工作电压为±15V，但是在一些低功耗应用中，可以选择低电源电压。
在这里，我们选择了±9V的电压供应。
5. 设计放大器电路根据所选择的Op-Amp芯片和电源电压，设计放大器的电路。
典型的Op-Amp放大器电路包括反馈电阻和输入电阻等。
对于我们所需的增益为10的放大器，可以采用非反向放大器的电路结构，如下图所示：(图例：Op-Amp非反向放大器电路图)在图中，R1和R2分别代表反馈电阻和输入电阻。
根据非反向放大器的公式可知，输出电压（Vo）与输入电压（Vin）的关系为Vo = Vin * (1 + R2/R1)。
根据所需要的增益为10，可以选择R2=9kΩ和R1=1kΩ。
通过调整R1和R2的比例，可以改变放大器的增益大小。
6. 组装放大器电路根据设计好的电路图，通过焊接等方式将电子元件进行连接和组装。
一种微弱信号的宽带程控高增益放大器设计
１ ２ 动 态 增 益 的 理 论 分 析 ．
ｏ ｎ ＩＣＤ． Ｔ ｈ ｙ ｔ ｍ ｓ ｒ ｌａ ｌ ｎ ｔ ｂ ｅ ｗｉｈ ｌｗ ｏｓ ｎｄ ｈｇｈ ｅ ｆｃｅ ｃ ． ｅ ｓ ｓ ｅ ｉ ｅ ｉｂ ｅ ａ ｄ ｓ ａ ｌ ｔ ｏ ｃ ｔａ ｉ ｆｉｉ ｎ ｙ
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ：ｂｒ ａ ａ ｐ ｉｉｒ；ｈｉ — ｉ ｏ ｄｂ ｎｄ ａｍ ｌｆｅ ｇｈ ｇａｎ；ｐ ｏ ａ ｍ ａｂｅ；Ｍ ＣＵ ；Ｖ ＣＡ８１ ｒ ｇｒ ｍ ｌ ０
ｐｉ ｌ ｙ１ ｍＶ Ｓａ ｄｈ ｓｔ ｅｇ ｉ ａ ｇ ｒ ｍ Ｂｔ ０ｄ ｅａ ｌ ｏ ａ ｕ ｌ ｄｕ ｔｂ ｅ ｆ ＲＭ ｎ ａ ｈ ａｎｒ ｎ ｅｆｏ ０ｄ ｏ８ Ｂ ｄ ｆ ｕｔ ｒ ｎ ａｌ ａ ｊ ｓａ ｌ．Ｔｈ ｘｍｕ ｏ ｔ ｕ ｏｔｇ ｆｐ ａ ＆ ｐ ａ ｍ ｙ ｅｍａ ｉ ｍ ｕ ｐ ｔｖ ｌ ｅｏ ｅ ｋ ａ ｅｋ
ｉ ２ ｓ ４ Ｖ ，ｒｓ ｎｄ ｆ ｌ ｗｉｈｎ ｔ ｃ ｐ ｆｔ ｓ ｎｄ ｉ ｒ ｎｄ １ｄＢ． Ｗ ｈｅ ｈｅａ ｐ ｉｉｒｇａｎ ｉ ０ ｄＢ， ｔ ｅ ｏ ｐｕ ｏｉｅｖ ｔ ｇｅｏｆｔ ｅ ｉｅａ ａｌ ｔ ｉ ｈｅｓ ｏ ｅ ｏ ｈｅｐａ ｓｂａ ｓａ ｏｕ ｎ ｔ ｍ ｌｆｅ ｉ ｓ ６ ｈ ｕｔ ｔｎ ｓ ｏｌａ ｈ
一
种 微 弱 信 号 的 宽 带 程 控 高 增 益 放 大 器 设 计
王 康 ， 航 宇 ， 东睨 胡 耿
（ 电子 科 技 大 学 通 信 与 信 息 工 程 学 院 ， 都 ６ １ ３ ） 成 １ ７ １
摘 要 ：本 文设 计 并 制作 了 ｏ １ Ｈｚ带 宽 的 宽 带放 大 器 ， 大 器 可 放 大 不 低 于 １ｍＶ 的 有 效 值 信 号 ， 益 ０ ８ Ｂ预 ～ ５Ｍ 放 增 ～ ０ｄ 设 或 手动 可调 ， 大输 出电压 峰 峰 值 为 ４ 在 通 频 带 范 围 内起 伏 增 益 １ｄ 左 右 ， 大 器在 增 益 为 ６ Ｂ的 时 候 ， 出 最 ２ Ｖ， Ｂ 放 Ｏｄ 输 噪 声 电压 的峰 一 值 为 ２ ０ｍＶ， 过 单 片 机 控 制 可 以 实现 电 压 增 益 和放 大 器 的 带 宽 可预 置 并 显 示 的 功 能 。 整 个 系统 工 峰 ０ 通
弱信号放大电路的设计
弱信号放大电路的设计摘要：依据仪表放大器的工作原理，利用德州仪器公司的TLC2652设计了一低频弱信号放大电路。
通过Multisim软件仿真分析，该电路具有极高的输入电阻，极低的输出电阻，共模抑制能力很强，能放大频率在0～300 Hz内的微伏级信号，且该电路的工作稳定，失真度小。
关键词：弱信号放大；TLC2652；仪表放大器0 引言在研究自然现象和规律的实践中，经常会遇到检测被强背景噪声淹没的微弱信号问题，如地震波的分析、卫星信号的接收、植物电信号、医疗中脑电波的分析等。
这些问题都归结为微弱信号的检测。
微弱信号检测与处理是随着工程应用而不断发展的一门学科，采用一系列信号处理的方法，检测被噪声背景淹没的微弱信号。
由于在微弱信号检测与处理系统中，我们获取的信号是极其微弱的，因而我们不能直接选用普通的放大器，否则放大器的本底噪声就可能淹没了我们的实际信号，所以在这一过程中，如何在抑制噪声的前提下增大微弱信号的幅度是我们获取有用信号的关键。
本文主要以直流与低频信号为研究对象设计一弱信号放大器，并进行仿真分析。
1 集成运算放大器的选择随着集成工艺与电子技术的发展，集成运算放大器的性能越来越好。
TLC2652是德州仪器公司使用先进的LinCMOS工艺生产的高精度斩波稳零运算放大器。
斩波稳零的技术使TLC2652具有优异的直流特性，将失调电压及其漂移、共模电压、低频噪声、电源电压变化等对运算放大器的影响降低到了最小值，因此TLC2652非常适合用于微信号的放大。
1．1 TLC2652的内部结构如图1所示，TLC2652主要由5个功能模块构成：(1)主放大器(Main)：与一般的运算放大器不同，它有三个输入端。
除引出芯片外部的同相和反相输入端外，其在芯片内部还有一个用于校零的同相输入端。
(2)校零放大器(Null)：它也有三个输入端，但与主放大器相反，在芯片内部的输入端是反相输入端。
(3)时钟和开关电路：内部时钟产生时钟信号，控制各开关按一定的时序闭合与断开。
小信号放大器设计
输出阻抗
放大器输出端对负载的阻抗， 影响信号的传输标，影响放大器的信噪比 性能。
02
小信号放大器基本原理
放大器组成及工作原理
中间级
放大输入信号，提 供足够的电压增益。
偏置电路
为各级提供合适的 静态工作点。
输入级
接收微弱信号，提 供适当的输入阻抗 以匹配信号源。
失真度
衡量放大器输出信号 波形的失真程度，影 响信号的保真度。
03
设计方法与步骤
需求分析
明确放大器的性能指 标，如增益、带宽、 噪声系数等。
分析应用场景，了解 对放大器的特殊需求， 如低功耗、高线性度 等。
确定输入信号的特性 和范围，如频率、幅 度等。
拓扑结构选择
根据性能指标选择合适的放大器 类型，如低噪声放大器、宽带放
低噪声
减小放大器自身产生的噪声对信号的 影响。
关键性能指标
增益
衡量放大器放大信号 的能力，通常用电压 放大倍数表示。
输入/输出阻抗
衡量放大器与信号源 或负载的匹配程度， 影响信号的传输效率。
带宽
衡量放大器对不同频 率信号的放大能力， 通常用频率响应曲线 表示。
噪声系数
衡量放大器自身产生 的噪声对信号的影响 程度，影响信号的信 噪比。
带响应（>1MHz）。
06
测试与评估方法
测试方案制定
明确测试目的
确定小信号放大器的性能指标，如增益、带宽、噪声系数等。
选择合适的测试信号
根据放大器特性和测试需求，选择适当的输入信号，如正弦波、方 波等。
制定测试步骤
包括测试前的准备工作、测试过程中的操作顺序和数据记录等。
测试环境搭建及仪器配置
测试环境选择
高精度线性放大器设计
摘要本文介绍一个将微小的、变化缓慢的直流或交流信号精确地放大10~5～10~6倍的线性放大器,具有温漂小、精度高、线性好等特点。
与调制型直流放大器相比其线路简单、调试容易、通用性好。
该设计为人们的生活、生产带来了极大的方便。
而高精度运放主要是指失调和噪音非常低，增益和共模抑制比非常高的运算放大器，因为只有这样，才能使放大器的等效输入误差的综合值减小，达到高精度的目的。
此次设计主要论述了放大器的输入级，中间级，输出级的电路设计及其具体计算。
输入级将输入信号送人中间放大级。
中间放大级将输入信号放大并传递到输出级。
输出电路将放大信号提供给负载。
以仪用放大器组成放大电路，基本满足设计要求。
关键词：放大器;温漂;高精度;通用性;线性度目录第1章绪论 (1)1.1高精度放大器概况 (1)1.2运放注意事项 (1)1.3相关问题论述 (2)第2章高精度线性放大器方案设计 (4)2.1设计参数及要求 (4)2.2设计方案论证 (4)2.3总体设计方案框图及分析 (5)第3章各单元电路设计 (6)3.1输入电路设计及分析 (6)3.2中间级放大电路设计及分析 (7)3.3输出级电路设计及分析 (8)第4章整体电路设计及仿真 (9)4.1系统原理图 (9)4.2电路仿真及分析 (11)第5章课程设计总结 (13)附录Ⅰ参考文献 (14)附录Ⅱ电路总图 (15)附录Ⅲ元器件清单 (16)第1章绪论1.1高精度放大器概况近年来，各种电子产品的迅速发展，高精度放大器越来越受到人们的重视。
高精度线性放大器是模拟电路中的一个基本重要模块。
其性能直接影响到电路及系统的整体性能。
同时，现代集成电路特征尺寸越来越小，也导致集成电路产品的工作电压及功耗越来越低，这样待处理的信号越来越弱，这就要求有更高精度的放大器。
而通用放大器显然不能满足这些要求。
高精度运放主要是指失调和噪音非常低，增益和共模抑制比非常高的运算放大器，因为只有这样，才能使放大器的等效输入误差的综合值减小，达到高精度的目的。
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输入+
AD797 +
-
输入-
AD797
-
+
+12V GND
GND -12V
-12V GND
GND +12V
AD797
-
+
-12V GND GND
+12V
GND
图 1 放大电路 分立元件构成，噪声进入系统的渠道很多，对系统的精度影响较大，对一般放大器来讲是可
以满足要求的，但对输入为微伏级的微弱信号来说，噪声已完全淹没了信号，在输出端无法
R10
V1C
R9
R11
GND
C5
C6
-
VP R15
R16
+
+5V
+ V0C
-
+5V
R17
R18
GND
图 8 中间级放大电路 I
其反向比例放大电路的放大倍数由
R9、R10
控制：
AVF 1
=
VP V1C
=
R10 = 15 R9
二阶压控低通滤波电路的传递函数为：
A(s) = V0C =
AVF 3
VP 1 + (3 − AVF3 )sC5 R15 + (sC5 R15 )2
之中： AVF 3
=1+
R18 R17=2低通截至频率为：fL
=
1 2πR15C5
= 15.3Hz
中间级放大电路 II 如图 9 所示，其反向放大电路电路与 I 相同，由于每级放大电路输出后都 经过了二阶滤波，经过中间级放大电路 I 输出的电压信号已经大于噪声的幅度，在中间级放 大电路 II 中的反向放大电路输出后接一阶低通电路即可满足滤波要求。在一阶低通滤波电 路的输出端接跟随电路，有效地提高了系统的带载能力。 图 9 中反向比例放大电路的放大倍数由 R12、R13 控制：
器使用。因此对该放大电路的稳定性、线形等指标要求很高。在所设计的放大电路中，采用 了 INA118 高精度、低噪声仪表放大器，在电路的各个功能模块中，分别采用了虚地、分级 滤波等各种去除噪声的措施。使电路的各项性能指标都达到要求。
关键词：微弱信号，仪表放大器，分级滤波。
2、 放大电路设计 图 1 为一般集成运算放大器构成的具有抑制共模干扰的典型电路。由于该电路采用
45
+5V
+
-
R1
R2
V0B C1 C2
V−
R7 R8
GND
R3
+5V
+
-
R4
V0A R9
GND R11
R10
GND
C5
C6
-
VP R15 R16
+
+5V
+ V0C
-
+5V
R17 R18
GND
GND
4 38
35 26
1 37
V0
输出输出+
GND
图 2 放大电路图 对于放大器而言，特别是微弱输入信号和高增益的放大器，在输入端的任何微小的干扰 信号都可能导致工作异常，因此采用放大器的虚地技术，可以阻断干扰信号的进入，提高放
（II） 二阶压控低通、高通电路
基金资助项目：中国石油天然气集团公司中青年创新基金。项目编号：05E7039
其二阶低通滤波电路如图 5。
V1B
C3 R4
R5 R7
C4 R8
+5V
+
V0 B
-
GND
其传递函数为：
图 5 二阶低通滤波电路
A(s) = V0B =
AVF1
V1B 1 + (3 − AVF1 )sC3 R4 + (sC3 R4 )2
大器的电磁兼容能力。将输入信号定为 V= 40µV 、 f = 3Hz ，其各阶段波形经过计算机处
理。信号首先经过仪表放大器 INA118 的放大。
（I）
前置放大电路
主要由仪表放大器 INA118 构成。图 3 是 INA118 的内部结构图，该仪表放大器的放大倍数
由 RG 决定。
RG
输入 输入 +
mV
mV
400 300 200 100
0 -100 0 -200 -300 -400
100
200
300
次
400
500
图 10 中间级放大电路输出信号 3. 放大器的线性及重复性
700 600 500 400 300 200 100
0 0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 μV
图 11 放大器线性图 其中实测幅度数据均为经过 10 次累加平均，排除了系统误差的干扰。分析数据可以发 现，放大器是线形工作的，实验数据满足 24 位 A/D 要求。经分析放大电路的误差为 0.5%。
（III） 中间级放大电路 中间级放大电路，采用反向比例放大电路，按照前置放大电路的设计思想，由于噪声与 信号同步被放大，而噪声的幅度较大，所以在每级放大电路的后端接滤波电路。在中间级放 大电路中，噪声主要来源于相对于有用信号的高频成分，所以在放大电路的输出端接低通滤 波电路。这样有利于后续放大电路的工作，有效地提高了信噪比。其中中间级放大电路 I 如 图 4。
基金资助项目：中国石油天然气集团公司中青年创新基金。项目编号：05E7039
AVF 4
= VP1 V1D
=
R13 R12
= 15
其一阶低通滤波的截至频率为：
fL
=
1 2πRLAC013
= 15.3Hz
V1D
R12
R14
R13
GND
-
VP1 RLA
+ C013
+5V
GND
-
+
+5V
V0 D
图 9 中间级放大电路 II 其波形如图：可见现在的波形很好，电路的信噪比高，非常有利于计算机处理。
基金资助项目：中国石油天然气集团公司中青年创新基金。项目编号：05E7039
1
8
2
7
3
6
4
5
V+
输出
V−
图 3 INA118 放大电路图 由于我们需要放大的是极其微弱的电压信号，噪声的幅度远远大于信号的幅度，如果将 INA118 的倍数调的过大，就会导致后续放大电路的饱和，设计的仪表放大器放大倍数为
AV 1
=
1+
50kΩ RG
=
6倍
mV
2 1.5
1 0.5
0 -0.5 0
-1 -1.5
增益误差(G=1000,25 0C )：0.5%；共模抑制比为：110dB；失调电压漂移： ± 0.5uV / 0C ；
噪声为： 9 nV Hz 。实际电路如图 2。
基金资助项目：中国石油天然气集团公司中青年创新基金。项目编号：05E7039
RG
V+
输-入
18
C3
C4
27 36
V1B R4
R5
输+入
AD620、AD624、AD522 等。也出现了一些高精度，高稳定度的集成仪表放大器，如 INA118、 INA112、INA2118 等。该电路采用的 INA118 集成仪表放大器，它是一种精密、低功耗集成
仪表放大器，其主要参数为：供电电压范围：1.35V— ± 18V；增益范围为：1—1000；最大
基金资助项目：中国石油天然气集团公司中青年创新基金。项目编号：05E7039
143.8
mV
143.7
143.6 0
10
20
30
40
50
60
70
80
分钟
图 12 放大器的重复性图 如图 12 可以看出，放大器的重复性很好，完全可以满足要求。其误差小于 0.07%。 综上所述，放大器的各项性能指标均能满足设计要求，电路的设计采用逐级放大、逐级 滤波的设计思路，在每次放大之后紧接着进行滤波处理，起作用是有效的去除掉噪声，便于 后续放大电路的工作。有大量的实验结果得出：该电路其线性、重复性很好，精度能满足要 求。是一种可靠高精度、高稳定度极微弱信号放大电路。
其中： AVF1
=1+
R4 R3
=2
低通滤波截至频率为：
fL
=
1 2πR4C3
= 15.3Hz
R1
R2
V1 A
C1
C2
R3
+5V
+
-
R4
V0 A GND
图 6 二阶高通滤波电路 在图 6 中其电路的传递函数为：
A(s) = V0A =
AVF 2
V1A
1+
(3 −
AVF 2 )
1 sC1 R1
+
(1 sC1 R1
)2
其中： AVF 2
= 1 + R8 R7
=2
高通滤波截至频率为：
fH
=
1 2πR1C2
= 0.338Hz
其波形如图 7：
基金资助项目：中国石油天然气集团公司中青年创新基金。项目编号：05E7039
mV
1.5
1
0.5
0 0
-0.5
-1
-1.5
100
200
300
次
400
500
图 7 滤波电路的输出信号 可见，经过滤波电路，噪声分量被有效的去除，需要放大的信号基本看见轮廓。但信号的幅 度较小，信噪比较低，不利于计算机的处理。故需继续放大。
-2
100
200
300