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国际先进研究期刊》的研究在电子、电子、仪表工程

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高增益低噪声前置放大器,光声光谱仪窄的带通滤波器

Sapna1,Bhaskar2Parvathi c . S2伊曼努尔·J3
  1. 研究学者,仪表技术的部门,大学的古巴P.G.中心Raichur KA、印度
  2. 教授,仪表技术的部门,大学的古巴P.G.中心Raichur KA、印度
  3. 客座教授,仪表技术的部门,大学的古巴P.G.中心Raichur KA、印度
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文摘

本文试图设计和开发一个高增益低噪声前置放大器和一个狭窄的光声光谱仪(PAS)的带通滤波器。1000年两级前置放大器的增益和二阶状态变量窄的带通滤波器的设计和制造。前置放大器和窄的带通滤波器电路设计低噪声运放(LM308)。这样的安排可以提高灵敏度和信噪比的光声信号(PA)。PA的频率响应细胞研究和通过对液晶样品。PA细胞被发现的共振频率在345赫兹。系统的性能测试的存在和缺乏调制激光应用于样本,并发现,信号质量已得到改进与前置放大器和窄的带通滤波器为本研究设计的。

关键字
前置放大器,窄的带通滤波器、光声光谱仪,低噪声。

介绍
现代测量系统是科学和技术的成果。精确的测量系统科学技术扮演着重要的角色。毫无疑问几个调查人员设计各种前置放大器和窄的带通滤波器通过各种技术。信噪比是最重要的参数需要考虑,当低水平测量或高分辨率测量试图[1 - 2]。来自传感器的信号前置放大器条件/探测器进一步放大。它的主要功能是提取探测器的信号没有扰乱内在信噪比[3]。高增益前置放大器是商用,也可以使用离散的组件构建的场效应晶体管、场效应管和集成电路低噪声像LM308, OP07等等。
必须指出,即使最好的电子电路,放大器噪声超过传感器产生的信号本身[4]导致检测灵敏度远低于理论极限位移确定的麦克风隔膜[5]。麦克风和压电传感器前置放大器的几种电路已被描述由几个调查人员(6 - 8)。运算放大器的使用较低的温度系数和大反馈相比,大大减少了增益漂移与温度前置放大器场效应晶体管或场效应管的输入阶段。有驻极体麦克风建于MOSFET放大器使它容易一些适度高输入阻抗的前置放大器。前置放大器的输出通常是应用于狭窄的带通滤波器来改善信号质量。
过滤器可以大致分为两种类型,即被动过滤器过滤器和活跃。严重的约束与被动过滤器必须总是使用指定的源和终止阻抗,除了赔偿所遭受的严重衰减的信号。层叠的过滤器也不是一个直接的解决方案,尽管设计过滤器,这样他们的来源和终止阻抗相等。额外的隔离放大器级联滤波器之间插入中间部分。这介绍了过滤特性严重失真由于非理想的源端和输入filter-end部分之间的匹配滤波器的输出端和输入放大器部分或filter-end部分终止加载[9 - 11]。另一个主要缺点是需要经常使用笨重和非线性电感低和非常低的频率过滤器。
可用性集成电路运算放大器的形式极大地改变了滤波器设计的概念,导致出现活跃的过滤器。今天,大多数的低频过滤器必然是这种类型的,特别是对于频率低于100千赫。有源电路的特殊优势作为低频滤波器电感可以完全避免的。然而,由于集成电路的有限增益带宽积和它们对过滤的影响特征,这些过滤器仅限于几百赫兹。最近推出了廉价的通用场效应晶体管的输入运算放大器设计中尤其有用有源滤波器(12 - 13)。
不是是最好的和最可靠的科学/分析仪器研究相变研究和热力学方面的不同样本[14]。本仪器使用PA细胞放置样品接受调查。PA单元的输出是一个非常低的声信号振幅和埋在噪音。这声信号需要被放大和过滤进行进一步分析。为了做到这一点,我们需要一个高增益低噪声前置放大器和窄的带通滤波器。因此在目前工作高增益低噪声前置放大器和窄的带通滤波器改善信噪比光声光谱仪应用程序的设计和制造。
文献调查:
从文献调查发现,一些作者提出各种设计构建前置放大器和窄的带通滤波器,它有自己的优点和缺点。栗原市,Y。,et al., designed a DC coupled single input pre-amplifier with wider low-frequency and rail-to-rail transconductance amplifier for capacitive sensors such as capacitive electret film type sensor [16]. Jawed S.A. et al., designed a multi-function two stage chopper-stabilized pre-amplifier for MEMS capacitive microphone. The gain and high-pass filtering corner can be adjusted by digitally controlling the capacitor banks in the pre-amplifier [17]. Rieger.R. et al., designed a low-noise pre-amplifier for nerve cuff electrode recording where certain important issues involved in the designing of nerve signal pre-amplifier for implantable neuroprotheses were discussed and design and evaluation of a complete preamplifier fabricated in a 0.8-μm double-metal double-poly process were described [18]. Hunter I.C. et al., presented explicit design formulas for electronically tunable microwave band-pass filters and the computer analysis of varactor tuned combine band-pass filter including the small signal varactor equivalent circuit which enables filter performance to be easily evaluated [19]. Matthei G.I showed the important advantages for designing compact narrow-band filters by introducing hairpin-comb filter which have special properties that are advantageous for the design of compact, narrowband, and bandpass microstrip filters [20].

系统的方法
完整的系统的原理图1所示。炭黑在玻璃盘直径1.0厘米,作为样本,放置在样例PA细胞的腔,如图2所示。PA细胞设计根据亥姆霍兹共振原理[21]。可切换的二极管激光波长808 nm和50兆瓦的光功率作为辐射源。激光光束被连接二极管激光器调制晶体管的集电极(CL 100)和调制信号(TTL方波)的晶体管。当调制激光光束落在炭黑表面,产生声信号的调制信号的频率是一样的。这声信号转换为电信号的驻极体麦克风(KECG3644PFG,哪些电子产品),可以操作电源电压从3到10 v,输出阻抗约为2.2 kΩ和敏感约44±3 db [22]。典型的噪声级的麦克风是~ 4 nv /√赫兹。PA信号放大时,麦克风噪声也会随着PA信号放大。因此,信噪比(信噪比)之间的妥协和放大器增益为最佳PA信号检测是必要的。
图像
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前置放大器:
麦克风信号通常是非常小的振幅微伏特。因此,它是由高输入阻抗的前置放大器放大,高增益和低噪声。因为,LM308这些品质;前置放大器是基于运放LM308。前置放大器的设计有两个阶段来提高放大器的增益带宽积。运算放大器A1和A2构成two-stage-amplifier如图1所示。它已经获得10 100年第一阶段和第二阶段的总收益1000。前置放大器的增益可以通过改变不同的电位计连接的反馈运放A2。信号经前置放大器通常是不需要的频率成分,但要获得输出在一个特定的频率要消除这些不必要的频率。这个乐队是消除不必要的频率的可调窄的带通滤波器,提高了电路的信噪比[23]。
窄带通滤波器:
如图1所示的运放A3、A4、A5、A6构成窄的带通滤波器。狭窄的带通滤波器,尽管大量的组件,是一个不错的选择,非常锋利(高品质因数)带通滤波器。组件的敏感性较低,不像要求运算放大器带宽和很容易调整等过滤器[24]。窄的带通滤波器的重要的优势是,它的带宽(即。问)可以调整而不影响mid-band增益。事实上,问和增益设置一个电阻器(RQ和RG)。Q,增益和中心频率是完全独立的,是由以下给出简单的方程。
图像
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目前电路是专为Q = 50和G = 10。在这个电路连接电位计作为反馈电阻(RF)。通过不同连接电位计,中心频率可以调整到所需的值。通过这种安排,来自10赫兹到600赫兹的频率范围可以覆盖这超出了本研究所需范围。信号的振幅测量通过显示在阴极射线示波器。

实验结果
PA的共振频率细胞实验发现通过改变斩波频率的激光源通过应用方波的基地达林顿晶体管。激光光束的调制频率是不同的从10到600赫兹和PA的振幅测量信号经过前置放大器作为频率的函数。图3显示了PA细胞反应。图是绘制频率和振幅之间的信号。图表显示了PA 345赫兹信号振幅最大。这个广播信号的振幅急剧增加约345赫兹表明PA细胞的体积特征共振。
图像
碳的声信号和5 o。6liquid crystal are measured by placing the glass plate quoted with carbon soot and liquid crystal sample 5O.6 in PA cell separately. The corresponding outputs of the two samples at the pre-amplifier and filter are displayed on the CRO for further analysis. The pre-amplifier and narrow band-pass filter are tested in both the presence and absence of the modulated laser beam.
炭黑的PA细胞样本的反应在前置放大器的输出如图所示图4 (a)和(b)显示了前置放大器的输出调制激光束时缺席。
图像
PA细胞反应的照片炭黑在窄的带通滤波器的输出样本的存在和没有调制激光束是图5所示(a)和(b)。照片显示信号强度高、信号稳定在前置放大器和带通滤波器的输出。因为碳样品吸收更多的光,产生大的声信号,当激光束不在那么小噪声前置放大器的输出,但没有在带通滤波器的输出噪声。
图像
PA细胞的频率响应液晶样品5 o。6at pre-amplifier output along with unwanted frequency components is shown in Fig. 6(a) and pre-amplifier output when the modulated laser beam is absent is shown in Fig. 6(b).
图像
PA细胞的频率响应液晶样品5 o。6at narrow band-pass filter output is shown in Fig. 7(a) and filter output when the modulated laser beam is absent is shown in Fig. 7(b). The photographs clearly show that the unwanted frequencies are eliminated by the narrow band-pass filter.
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结论
一个高增益低噪声双级前置放大器和窄的带通滤波器电路设计和制造。1000年的前置放大器具有增益放大的PA信号光声光谱仪。狭窄的带通滤波器和Q = 50 G = 10被设计来消除噪声组件出现在宾夕法尼亚州的信号。这些电路改善了稳定性、灵敏度、信号强度、信噪比PA信号品质至关重要的光声光谱仪的应用程序。

确认
作者感谢Prof.V.G.K.M。Pisipati、导演、液晶研究和教育中心,Nagarjun大学提供液晶样品托尔。

引用