电荷弱信号检测设计及PSpice参数噪声仿真分析(2)

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1 引言

1.1 电荷弱信号检测的发展背景

对微弱信号检测理论的研究，探索新的微弱信号检测方法，研制新的微弱信号检测设备是目前检测技术领域的一个热点。微弱信号检测技术在许多领域具有广泛的应用，例如物理学、化学、电化学、生物医学、天文学、地学、磁学等。微弱信号检测所针对的检测对象，是用常规和传统方法不能检测到的微弱量，例如弱光、弱磁、弱声、小位移、微流量、微振动、微温差、微压差以及微电导、微电流、微电压等。随着科学技术的发展，对微弱信号进行检测的需要日益迫切，可以说，微弱信号检测是发展高新技术，探索及发现新的自然规律的重要手段，对推动相关领域的发展具有重要意义。

1.2电荷弱信号检测概述

微弱信号检测是测量技术中的一个综合性的技术分支，它利用电子学、信息论和物理学的方法，分析噪声产生的原因和规律，研究被测信号的特征和相关性，检出并恢复被背景噪声掩盖的微弱信号。微弱信号检测技术研究的重点是如何从强噪声中提取有用信号，探索采用新技术和新方法来提高检测系统输出信号的信噪比。

在测量淹没在背景噪声中的微弱信号时，必须对信号进行放大。然而由于微弱信号本身的涨落、背景和放大器噪声的影响，测量灵敏度会受到限制。因此，微弱信号的检测有以下三个特点：

（1）需要噪声系数尽量小的前置放大器，并根据源阻抗与工作频率设计最佳匹配：

（2）需要研制适合微弱信号检测原理并能满足特殊需要的器件；

（3）利用电子学和信息论的方法，研究噪声的成因和规律，分析信号的特点和相干关系。

微弱信号检测目前在检测理论方面重点研究的内容有：

（1）噪声理论和模型及噪声的克服途径；

（2）应用功率谱方法解决单次信号的捕获；

（3）少量积累平均，极大改善信噪比的方法；

（4）快速瞬变的处理；

（5）对低占空比信号的再现；

（6）测量时间的减少及随机信号的平均；

（7）改善传感器的噪声特性；

（8）模拟锁相量化与数字平均技术结合。

1.3 本文所做的主要工作：

通过毕业设计加深学生对“基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计”知识的理解，加强动手设计能力。通过使用OrCAD这一电路分析与设计工具，加强学生电子电路CAD及电子设计自动化（EDA）等能力的培养，进行软件分析设计并得到相应的分析结果，同时完成设计电路的实物组建并得出实际测试数据，二者互相比对，提高学生所学理论与实际相结合的能力，达到毕业设计的目的。

2 基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计

在近10多年内，由于数字电子的盛行，有很多关于几乎不再需要模拟电路的预言，在远没有证实这种预言是否正确之前，这一论点已经挑起了相反的反驳：“倘若你无法用数字的方法来实现的话，它就可以用模拟的方式来完成。”更为甚至，一般都有这样一种误解，比起数字设计来说，相对于一种更有规律的科学，似乎模拟设计是一种更为玄乎和琢磨不定的艺术。对于受困惑的学生来说如何理解这一争论？论文网

毋庸置疑，传统上属于模拟电子学领域的很多功能，今天都能用数字形式实现，最常见例子的就是数字音响，由拾音器和其他的声音传感器产生的模拟信号利用一些放大器和滤波电路经适当的处理，然后转化为数字的形式。再经过譬如混合、编辑和产生某些特殊效果的进一步处理，以及传输，存储和提取等重要工作。之所以用数字方法实现这一功能是因为数字处理电路的高可靠性和高灵活性。但是，物理世界本身就是模拟的，我们总是需要模拟电路去适应这些物理信号，比如与传感器相连接的电路，以及模数转换，数模转换的处理电路。另外，模拟电路具有更高的速度和更低的功率的特点。