[发明专利]一种弱信号放大电路

说明书

技术领域

本发明涉及放大电路技术领域，尤其涉及一种弱信号放大电路。

背景技术

放大器级联后组成的放大电路，其整体放大增益要比由一个放大器组成的放大电路的放大增益高得多。

如图1所示的放大电路10，其包括一个放大器U1，放大器U1的反馈电阻为R2，放大电路10的输入信号为ei，输出信号为eo，输入信号ei通过电阻R1连接到放大器U1的反相输入端，放大器U1的正相输入端接地。那么，放大电路10的增益                                               =，其中，为放大电路10的增益，通常我们称该增益为放大电路的闭环增益，用以区别放大器U1自身的开环增益A。=β，β为放大电路的反馈系数。

我们通常用对数坐标标示放大电路的增益和带宽。如图2所示为放大器开环增益A的曲线，坐标横轴为带宽对应的频段点，纵轴为增益。那么放大器的开环增益A=j，其中为输入信号中的噪声频率或者说噪声增益。

图3为反馈系数β的倒数曲线。于是，放大电路10的增益==，其曲线如图4所示。由A_cL曲线可以看出，在曲线的转折点之前曲线平坦，其数值几乎等于，这也就是放大器正常使用的信号放大区间。该区间可近似认为=。转折点之后，放大电路的增益按20dB/10倍频程衰减。

习惯上，我们用A_cL曲线衰减至-3dB处的频率点来定义该放大电路10的带宽。-3dB点也就是曲线下降到时的频率点，即时的频率点。

由公式=可推导出闭环增益的模=。若要使下降到，上式需满足=。这个条件只有在=时才成立，因此该处频率点就是-3dB带宽。

图4中，曲线与曲线相等的位置就是这两条曲线的交叉点，为该放大电路的有用信号带宽。由此我们可以获得如下结论：放大电路10的信号带宽就是曲线与曲线的交叉点处的频率。

若想提高放大电路10的闭环增益A_cL，就必须减少反馈系数β，将曲线向上移动。如图5所示，曲线向上移动后，其噪声带宽几乎没有改变，但是该放大电路的有用信号带宽会减少至，导致该放大电路的有用带宽下降很多，而噪声带宽的大小确没有变化。

为了提高放大电路的增益，我们通常将多个放大器进行级联，如图5所示。图6所示的放大电路20，其包括两个级联的放大器U1和U2，放大器U1的反馈电阻为R2，放大器U2的反馈电阻为R4，整体放大电路的输入信号为ei，输出信号为eo，输入信号ei通过电阻R1连接到放大器U1的反相输入端，放大器U1的正相输入端接地，放大器U1的输出端通过电阻R3连接到放大器U2的反相输入端，放大器U2的正相输入端接地，放大器U2的输出端直接与整体放大电路的输出端连接。该放大电路总的增益==，其中，为整体放大电路总的增益，和 分别是放大器U1和放大器U2的单级增益，和分别是放大器U1和放大器U2的单级反馈系数。那么，在图7中，我们可以看到反馈曲线与增益曲线的交叉点频率，即该放大电路20的有用信号带宽与单级放大电路的交叉点频率相同，即，在提高电路总体增益的前提下，该放大电路20的有用信号带宽不变。可见，多个放大器级联后的放大电路，其提高了放大电路的放大增益而带宽确没有减少。

但是，在多个放大器级联后的放大电路20中，其在提高有用信号放大倍数同时，也提高了噪声的放大倍数，其信噪比没有得到改善，对于接近于噪声的弱信号来说，其放大后得到的是幅度更大的噪声。也就是说，虽然有用的信号被放大了，但同时也将噪声放大了，信号放大后仍然难以将有用信号和噪声信号区分出来。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题是：提供一种弱信号放大电路，使得在提高信号放大倍数的同时，还可以压缩噪声的带宽，以便于将弱信号从噪声中分离出来。