抗强干扰快速测量真空计微电流放大器的研究

摘要

在受控热核聚变和等离子体物理的研究中，中性气体压力（密度）的测量具有重要的意义。实时、快速、准确地测量中性气体压力构成了偏滤器关键技术的重要研究内容之一。本文针对抗强电磁干扰、快速测量真空规的离子流放大单元进行了电路的设计和实验研究。
　　 在充分认识国内外快规微弱离子流放大设计方法的基础上，分析了抗强干扰快速测量真空规的离子流特点，研究了微弱信号检测的实现方法，合理选择微电流测量的实现方案，设计了快规离子流微信号放大器。该放大器的主要组成单元有:带深度负反馈的高精度、高稳定度I/U转换电路，滤除工频噪声和其他干扰信号的组合滤波器，能够产生与被测信号同频率同相位信号的锁相环，以及相敏检波器，低通滤波器，可编程增益放大器等。
　　 借助于一系列EDA电子电路设计与仿真软件，完成了离子流放大器电气原理图的设计，并对各级放大单元进行了仿真，分析了电路的调理特性，获得了放大特征，优化了电路性能，验证了方案的可行性和可靠性。
　　 最后对可编程增益放大器开展了实验研究。利用单片机实验板配合A/D转换器等，搭建了放大器电路及其与单片机的接口，编写了单片机控制程序。调试运行该电路模块，实现了数据的采集、存储和显示以及放大器增益的自动选择。

目录

声明

摘要

致谢

第一章 绪论

1．1 研究的目的与意义

1．2 国内外发展现状

1．2．1 快规的研制进展

1．2．2 微弱信号检测技术的发展

1．3 研究内容

1．4 研究生期间完成的工作

1．5 本章小结

第二章 设计理论与方案

2．1 微弱信号检测技术

2．2 典型微电流测量方法

2．2．1 取样积分法

2．2．2 相关检测法

2．2．3 窄带滤波法

2．2．4 双路消噪法

2．3 电路方案的确定

2．3．1 第一次设计方案

2．3．2 改进设计方案

2．4 本章小结

第三章 硬件电路设计

3．1 前置微电流放大器的设计

3．1．1 电路原理

3．1．2 芯片的选择

3．2 调制式放大单元

3．2．1 调制电路

3．2．2 交流放大器

3．3 锁相放大电路

3．3．1 设计理论

3．3．2 锁相环电路

3．3．3 同步检波电路设计

3．3．4 电路组成与芯片选择

3．3．5 锁相放大器应用中注意的问题

3．4 低通滤波电路的确定

3．5 可编程增益放大器

3．6 降噪技术研究

3．6．1 低噪声芯片选择

3．6．2 降噪技术

3．7 本章小结

第四章 电路仿真与测试

4．1 Multisim仿真软件

4．2 前置级放大电路仿真

4．2．1 I／V转换电路仿真

4．2．2 噪声分析

4．3 调制电路测试

4．4 锁相放大电路仿真

4．4．1 交流放大器测试

4．4．2 锁相相敏检波仿真

4．5 低通滤波电路参数确定与仿真

4．5．1 电路参数确定

4．5．2 低通特性仿真

4．6 本章小结

第五章 控制部分实验

5．1 单片机控制电路

5．1．1 控制实验板

5．1．2 ADC电路

5．1．3 数字显示接口

5．2 实验与程序调试

5．2．1 Keil uVision 2仿真模块

5．2．2 程序流程制定

5．2．3 控制程序编写

5．3 实验与调试

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

硕士期间发表的论文

攻读学位期间参与的研究项目

附录1 模拟电路

附录2 数字电路