江苏省苏北人民医院石苗获国家专利权
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龙图腾网获悉江苏省苏北人民医院申请的专利一种微弱脉冲信号放大电路获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN110829994B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-11-11发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:201911319899.2,技术领域涉及:H03G3/30;该发明授权一种微弱脉冲信号放大电路是由石苗;桂龙刚;毛向阳;吴永仁;管德赛设计研发完成,并于2019-12-19向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种微弱脉冲信号放大电路在说明书摘要公布了:本发明涉及一种微弱脉冲信号放大电路,包括探测器输出电路、一级电荷灵敏放大电路、二级负反馈放大电路、电流放大电路、正电源电路以及负电源电路六个单元电路。所述探测器输出电路、一级电荷灵敏放大电路、二级负反馈放大电路、电流放大电路这四个单元电路是通过耦合电容串联的,其中一级电荷灵敏放大电路、二级负反馈放大电路共同构成两级电压放大电路,整个电路的电压放大倍数是这两者各自的放大倍数的乘积。所述正负电源电路为整个电路提供工作电压。本发明电路既能实现电压放大,亦能实现电流放大,具有放大倍数高、信号频带宽、负载能力强、信噪比高、抗干扰能力强等优点。
本发明授权一种微弱脉冲信号放大电路在权利要求书中公布了:1.一种微弱脉冲信号放大电路,其特征是:包括探测器输出电路1、两级电压放大电路2、电流放大电路3、正电源电路4以及负电源电路5,两级电压放大电路2由一级电荷灵敏放大电路2-1和二级负反馈放大电路2-2串联而成; 探测器输出电路1与两级电压放大电路2中的一级电荷灵敏放大电路电2-1连接;电流放大电路3与两级电压放大电路2中的二级负反馈放大电路2-2连接;探测器输出电路1、一级电荷灵敏放大电路2-1、二级负反馈放大电路2-2、电流放大电路3通过电容串联;正电源电路、负电源电路同时为一级电荷灵敏放大电路2-1、二级负反馈放大电路2-2、电流放大电路3提供工作电压; 探测器输出电路1产生脉冲信号,脉冲信号进入两级电压放大电路2,脉冲信号在两级电压放大电路2中依次经一级电荷灵敏放大电路2-1、二级负反馈放大电路2-2进行电压放大,经电压放大的脉冲信号进入电流放大电路3,经电流放大后输出信号; 所述探测器输出电路包括探测器、高压直流电源HV输出端、电阻R1、电容C1以及电容C9;其中,探测器的接地端接地,探测器的信号输出端同时与电阻R1一端、电容C1一端连接,电阻R1另一端同时与高压直流电源HV输出端、电容C9一端连接,电容C9另一端接地; 所述一级电荷灵敏放大电路包括电阻R2、运算放大器IC1、电容Cf和电阻R3;其中,电容C1另一端、电阻R2一端、电阻R3一端、电容Cf一端同时与运算放大器IC1的负极信号输入端相连接;电阻R2的另一端和运算放大器IC1的正极信号输入端都接地,电阻R3的另一端、电容Cf的另一端、运算放大器IC1的信号输出端同时与电容C2一端连接; 所述二级负反馈放大电路包括电容C2、电阻R4、电阻R5、运算放大器IC2;其中,电容C2的另一端和电阻R4的一端相连接,电阻R4另一端、电阻R5一端与运算放大器IC2的负极信号输入端相连接,运算放大器IC2的正极信号输入端接地,电阻R5另一端、运算放大器IC2的信号输出端同时与电容C3一端连接; 所述电流放大电路包括电容C3、二极管D1、二极管D2、NPN晶体管、PNP晶体管、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9和电容C4;其中,二极管D1和二极管D2要求特性一致,NPN晶体管和PNP晶体管要求特性也一致,电阻R6和电阻R7的阻值相等,电阻R8和电阻R9的阻值也相等; 电容C3另一端与二极管D1的负极、二极管D2的正极相连接,二极管D1的正极同时与电阻R6一端、三极管NPN的基级相连接,三极管NPN的发射极与电阻R8一端相连接,二极管D2的负极同时与电阻R7一端、三极管PNP的基级相连接,三极管PNP的发射级与电阻R9一端相连接,电阻R8另一端、电阻R9另一端与电容C4的一端同时相连接,电容C4另一端输出信号; 所述正电源电路包括正电源输出端+VCC、电感L1、电容C5和电容C6;所述电感L1、电容C5和电容C6构成“Π”型LC滤波器;其中,+VCC输出端分别与电容C5一端、电感L1一端相连接,电感L1另一端同时与电容C6一端、运算放大器IC1的正电源输入端、运算放大器IC2的正电源输入端、电阻R6另一端、三极管NPN集电极相连接,电容C5另一端和电容C6另一端都接地; 所述负电源电路包括负电源输出端-VCC、电感L2、电容C7和电容C8;所述电感L2、电容C7和电容C8构成“Π”型LC滤波器,其中,-VCC输出端分别与电容C7一端、电感L2一端相连接,电感L2另一端同时与电容C8一端、运算放大器IC1的负电源输入端、运算放大器IC2的负电源输入端、电阻R7另一端、三极管PNP集电极相连接,电容C7另一端和电容C8另一端都接地; 在一级电荷灵敏放大电路中,电容C1电阻R2和还构成CR高通滤波器,通过选择合适的电容C1和电阻R2,可允许高于该滤波器截止频率的脉冲信号通过,而阻止低于截止频率的噪声进入放大器;电容Cf表示反馈电容,其值的大小直接决定了整个电荷灵敏放大电路的放大倍数,详细推导过程如下: 假设运算放大器IC1的放大倍数为A0,输入端的总电容为C,运算放大器IC1的输入端形成的电压信号为Usr,探测器产生一个信号形成的平均电荷为Q; 当电流信号通过电容C1后,由于运算放大器IC1的输入阻抗很高,可近似认为电流不会通过运算放大器IC1,而通过电容Cf并为其充电;则 C=1+A0Cf1 运算放大器IC1的输入端形成的电压信号Usr为 因为运算放大器IC1的放大倍数A0远大于1,则 由于运算放大器IC1为负反馈连接,所以放大器的输出电压信号Usc为 由4式可知,该放大器输出的电压脉冲信号Usc与探测器产生的电荷Q成正比,而与运算放大器的放大倍数A0无关;因为探测器产生的单位电荷通过该放大器可输出电压幅值为Usc=-1Cf,该电压称为电荷灵敏电压,我们称该放大器为电荷灵敏放大器,其电压放大倍数为1Cf,所以我们可以通过改变Cf值来改变电荷灵敏放大电路的放大倍数; 电阻R3用于泄放电容Cf上存储的电荷:当一个脉冲信号电流为Cf充电后,必须将Cf中的电荷迅速释放掉,才能继续让下一个信号电流为其充电,否则会造成以下两种后果:一是电容不断被充电,若不释放电荷将会造成Cf被击穿,二是不同的脉冲信号累计导致信号的堆积;由于电阻R3的存在,Cf中存储的电荷可迅速通过并联电阻R3来释放,从而确保Usc归零;电阻R3和电容Cf构成的时间常数T=R3Cf决定了电容Cf中的电荷释放速度,时间常数T越小,则充、放电速度越快;由于1Cf决定了电荷灵敏放大电路的放大倍数,所以Cf值应选小值,但电阻R3值不能太小,否则放电速度过快会影响信号电流对电容Cf的充电,所以电阻R3不能太小也不能太大; 在电流放大电路中,二极管D1和二极管D2特性完全一样;三极管NPN和三极管PNP的特性也要求一致,电阻R6和电阻R7的阻值相同,电阻R8和电阻R9的阻值也相同;电阻R6和电阻R7分别是三极管NPN和三极管PNP的基极偏置电阻,电阻R8、电阻R9分别是三极管NPN和三极管PNP的发射极电阻;电容C3和电容C4用于信号耦合,即隔离直流噪声,而允许脉冲信号通过;电阻R6和电阻R7的作用是为了保证电流放大电路的信号输入端的直流偏置电压为0伏;电阻R8和电阻R9作为发射极电阻的作用一方面是为了保证电流放大电路的信号输出端的直流偏置电压为0伏,另一方面是为了限流,避免因电流过大而导致三极管热击穿;由于R8和R9的引入,整个电流放大器的输出阻抗也非0欧姆,为了保证阻抗较低,电阻R8和电阻R9的阻值不能过大,只需保证三极管集电极电流为10mA左右即可; 二极管D1和二极管D2的作用是消除三极管引起的波形失真;具体分析如下:假若没有D1和D2这两个二极管,NPN和PNP的基极电位相同;当输出信号为0伏时,基极和发射极间无电势差,基极不会产生电流,此时若三极管处于截止区而停止工作,则会造成信号的开关失真;只有当NPN的基极电势比发射极高约0.6V时,三极管方可工作;由于晶体二极管具有约0.6V的正向压降,当电路中引入二极管D1和二极管D2时,约0.6V的正向电压降正好可用于三极管的补偿电压,从而消除信号开关失真; 正电源电路和负电源电路的作用是为了给整个放大电路提供直流工作电压,正负电源的电压绝对值要求必须相等,在±VCC的输出端设计了由一个电感和两个电容构成的“Π”型LC滤波器,以消除±VCC电源带来的交流噪声进入信号传输通道,提高电路信噪比。
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