一種低噪聲差分前置放大電路及放大器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低噪聲差分前置放大電路及放大器，低噪聲差分前置放大電路采用差分輸入輸出電路，對(duì)整體電路的噪聲性能起主導(dǎo)作用。由Q1、Q2、Q3、Q4四個(gè)并聯(lián)的NPN型晶體管對(duì)管和Q5組成共射—共基放大電路。在Q1、Q2、Q3、Q4的基極引入無(wú)噪聲偏置電路。由電阻R11、R16和電容C5組成的電路為Q5提供基極偏置電壓。儀用放大器U1、U2對(duì)差分信號(hào)進(jìn)行放大。通過電阻R2L(R2R)和R1L(R1R)引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋。由晶體管Q0和電阻R0為電路提供恒流源。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為：在工作頻段10KHz到200KHz內(nèi)，其等效輸入噪聲電壓密度達(dá)到(溫度為125℃)，具有良好的低噪聲特性；由于設(shè)計(jì)電路能夠工作在高溫，高壓等惡劣條件下，可廣泛應(yīng)用于感應(yīng)測(cè)井的微弱信號(hào)測(cè)試儀器。
【專利說(shuō)明】一種低噪聲差分前置放大電路及放大器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微弱信號(hào)檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種低噪聲差分前置放大電 路及放大器。

【背景技術(shù)】
[0002] 感應(yīng)測(cè)井儀是利用電磁感應(yīng)原理測(cè)量地層電阻從而有效評(píng)估油氣儲(chǔ)藏的一種常 用儀器。通常感應(yīng)測(cè)井儀的工作環(huán)境惡劣，需要承受高溫、高壓、腐蝕性液體侵蝕和強(qiáng)烈的 機(jī)械振動(dòng)等惡劣環(huán)境，而且從感應(yīng)測(cè)井儀接收線圈出來(lái)的二次信號(hào)非常微弱（nv級(jí)）。為了 獲得如此微弱的信號(hào)，就必須設(shè)計(jì)低噪聲的前置放大電路。盡管現(xiàn)在市場(chǎng)上有很多種低噪 聲集成運(yùn)算放大器可供選擇，但是耐高溫且噪聲性能很好的低噪聲前置放大器很少，這就 要求通過分立元件來(lái)構(gòu)成符合要求的前置放大器。此外，低噪聲集成運(yùn)算放大器的低噪聲 特性往往比采用分立元件設(shè)計(jì)的前置放大器要差，不適合用于對(duì)噪聲性能要求較高的微弱 信號(hào)測(cè)試儀器，因此應(yīng)該通過選擇合適的分立元件設(shè)計(jì)制作一款應(yīng)用于感應(yīng)測(cè)井的低噪聲 差分前置放大器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種低噪聲差分前置放大電路 及放大器，用于測(cè)量來(lái)自接收感應(yīng)測(cè)井儀接收線圈的二次微弱信號(hào)，以克服現(xiàn)有放大器低 噪聲性能較差、不適用于高溫等惡劣環(huán)境場(chǎng)合的不足。
[0004] 本發(fā)明提供一種低噪聲差分前置放大電路，包括：輸入放大器、第一輸出放大器、 第二輸出放大器、第一反饋電路以及第二反饋電路，其中：
[0005] 所述輸入放大器具有差分輸入端與差分輸出端；所述第一輸出放大器具有差分輸 入端與輸出端，所述第一輸出放大器的差分輸入端同相連接于所述輸入放大器的差分輸出 端；所述第二輸出放大器具有差分輸入端與輸出端，所述第二輸出放大器的差分輸入端反 相連接于所述輸入放大器的差分輸出端；所述第一反饋電路的第一端連接于所述第一輸 出放大器的輸出端，所述第一反饋電路的第二端連接于所述輸入放大器的差分輸入端的一 端；所述第二反饋電路的第一端連接于所述第二輸出放大器的輸出端，所述第二反饋電路 的第二端連接于所述輸入放大器的差分輸入端的另一端，其中，所述輸入放大器包括：共 射一共基放大電路、第一偏置電路以及第二偏置電路；所述共射一共基放大電路中的共射 極放大電路采用多個(gè)晶體管并聯(lián)，以降低電路輸入噪聲電壓；所述共射一共基放大電路中 的共基極放大電路采用單晶體管對(duì)管，以保證電路的對(duì)稱性；所述第一偏置電路采用無(wú)噪 聲偏置電路結(jié)構(gòu)，連接在所述共射一共基放大電路中的所述共射極放大電路的基極，為所 述共射極放大電路提供偏置電壓；所述第二偏置電路連接在所述共射一共基放大電路中的 共基極放大電路的基極，為所述共基極放大電路提供偏置電壓。
[0006] 本發(fā)明還提供一種低噪聲差分前置放大器，包括：電源濾波電路模塊、第一級(jí)放大 電路模塊、第二級(jí)放大電路模塊和低通濾波電路模塊，其中：
[0007] 所述電源濾波電路模塊，用于濾除電源中存在的紋波，對(duì)所述第一級(jí)放大電路模 塊、所述第二級(jí)放大電路模塊和所述低通濾波電路模塊進(jìn)行供電；
[0008] 所述第一級(jí)放大電路模塊，采用如權(quán)利要求1所述的低噪聲差分前置放大電路， 用于對(duì)差分輸入信號(hào)進(jìn)行放大；
[0009] 所述第二級(jí)放大電路模塊，用于對(duì)經(jīng)所述第一級(jí)放大電路模塊放大的信號(hào)進(jìn)一步 進(jìn)行放大，并且濾除所述第一級(jí)放大電路模塊輸出的偏置電壓；以及
[0010] 所述低通濾波電路模塊，用于對(duì)經(jīng)所述第二級(jí)放大電路模塊放大的信號(hào)最后進(jìn)行 放大，并且濾除所述信號(hào)中存在的高頻噪聲。
[0011] 總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效 果：
[0012] 本發(fā)明采用差分結(jié)構(gòu)，可以很大程度地抑制共模噪聲干擾；共射一共基放大電路 采用四管并聯(lián)，有效降低放大電路的等效輸入噪聲電壓密度；基極偏置電路的結(jié)構(gòu)采用無(wú) 噪聲偏置電路，可以達(dá)到更好的噪聲特性；在工作頻寬lOKHz?200KHz內(nèi)，本發(fā)明的等效輸

【權(quán)利要求】
1. 一種低噪聲差分前置放大電路，其特征在于，包括：輸入放大器、第一輸出放大器、 第二輸出放大器、第一反饋電路以及第二反饋電路，其中： 所述輸入放大器具有差分輸入端與差分輸出端；所述第一輸出放大器具有差分輸入端 與輸出端，所述第一輸出放大器的差分輸入端同相連接于所述輸入放大器的差分輸出端； 所述第二輸出放大器具有差分輸入端與輸出端，所述第二輸出放大器的差分輸入端反相連 接于所述輸入放大器的差分輸出端；所述第一反饋電路的第一端連接于所述第一輸出放大 器的輸出端，所述第一反饋電路的第二端連接于所述輸入放大器的差分輸入端的一端；所 述第二反饋電路的第一端連接于所述第二輸出放大器的輸出端，所述第二反饋電路的第二 端連接于所述輸入放大器的差分輸入端的另一端，其中，所述輸入放大器包括：共射一共基 放大電路、第一偏置電路以及第二偏置電路；所述共射一共基放大電路中的共射極放大電 路采用多個(gè)晶體管并聯(lián)，以降低電路輸入噪聲電壓；所述共射一共基放大電路中的共基極 放大電路采用單晶體管對(duì)管，以保證電路的對(duì)稱性；所述第一偏置電路采用無(wú)噪聲偏置電 路結(jié)構(gòu)，連接在所述共射一共基放大電路中的所述共射極放大電路的基極，為所述共射極 放大電路提供偏置電壓；所述第二偏置電路連接在所述共射一共基放大電路中的共基極放 大電路的基極，為所述共基極放大電路提供偏置電壓。
2. 如權(quán)利要求1所述的低噪聲差分前置放大電路，其特征在于，所述輸入放大器為輸 入差分電壓對(duì)VIP與VIN的輸入級(jí)，而所述第一輸出放大器、所述第二輸出放大器為所述共 射一共基放大電路的輸出級(jí)。
3. 如權(quán)利要求2所述的低噪聲差分前置放大電路，其特征在于，通過恒流源電路為所 述共射一共基放大電路提供偏置電流；所述第一偏置電路的一端連接所述共射一共基放大 電路的所述共基極放大電路的基極，另一端連接第一電壓；所述第二偏置電路的一端連接 所述共射一共基放大電路的所述共射極放大電路的基極，另一端連接所述第一電壓；所述 恒流源電路的一端連接第二電壓，另一端通過電阻連接所述共射一共基放大電路的所述共 射極放大電路的射極，其中，所述第一電壓與所述第二電壓分別為正負(fù)供電電壓。
4. 如權(quán)利要求3所述的低噪聲差分前置放大電路，其特征在于，其中所述第一反饋電 路包括第一電阻、第二電阻和電容，所述第一電阻的一端連接所述第一輸出放大器的輸出 端，另一端通過所述電容連接所述共射一共基放大電路的所述共射極放大電路的射極，所 述第二電阻的一端連接所述共射一共基放大電路的所述共射極放大電路的射極，另一端連 接至所述恒流源電路不接所述第二電壓的一端。
5. 如權(quán)利要求3或4所述的低噪聲差分前置放大電路，其特征在于，其中所述第二反饋 電路包括第一電阻、第二電阻和電容，所述第一電阻的一端連接所述第二輸出放大器的輸 出端，另一端通過所述電容連接所述共射一共基放大電路的所述共射極放大電路的射極， 所述第二電阻的一端連接所述共射一共基放大電路的所述共射極放大電路的射極，另一端 連接至所述恒流源電路不接所述第二電壓的一端。
6. 如權(quán)利要求1或2所述的低噪聲差分前置放大電路，其特征在于，所述第一輸出放大 器為儀用放大器，所述輸入放大器為所述儀用放大器的輸入級(jí)，而所述第一反饋電路為所 述儀用放大器的輸出級(jí)；所述第二輸出放大器為儀用放大器，所述輸入放大器為所述儀用 放大器的輸入級(jí)，而所述第二反饋電路為所述儀用放大器的輸出級(jí)。
7. 如權(quán)利要求1或2所述的低噪聲差分前置放大電路，其特征在于，所述輸入放大器的 所述差分輸入端分別通過第一電容與第二電容輸入差分電壓對(duì)VIP與VIN ;所述第一輸出 放大器的輸出端輸出電壓Vip ;所述第二輸出放大器的輸出端輸出電壓Vin。
8. -種低噪聲差分前置放大器，其特征在于，包括：電源濾波電路模塊、第一級(jí)放大電 路模塊、第二級(jí)放大電路模塊和低通濾波電路模塊，其中： 所述電源濾波電路模塊，用于濾除電源中存在的紋波，對(duì)所述第一級(jí)放大電路模塊、所 述第二級(jí)放大電路模塊和所述低通濾波電路模塊進(jìn)行供電； 所述第一級(jí)放大電路模塊，采用如權(quán)利要求1所述的低噪聲差分前置放大電路，用于 對(duì)差分輸入信號(hào)進(jìn)行放大； 所述第二級(jí)放大電路模塊，用于對(duì)經(jīng)所述第一級(jí)放大電路模塊放大的信號(hào)進(jìn)一步進(jìn)行 放大，并且濾除所述第一級(jí)放大電路模塊輸出的偏置電壓；以及 所述低通濾波電路模塊，用于對(duì)經(jīng)所述第二級(jí)放大電路模塊放大的信號(hào)最后進(jìn)行放 大，并且濾除所述信號(hào)中存在的高頻噪聲。
【文檔編號(hào)】H03F1/26GK104506144SQ201410655102
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】周凱波, 曾玲, 陶金 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)