三维电阻率采集系统的超低噪声模拟放大器的制造方法

xiaoxiao2020-9-10  2

【专利下载】Tel:18215660330

三维电阻率采集系统的超低噪声模拟放大器的制造方法
【专利摘要】一种三维电阻率采集系统的超低噪声模拟放大器,包括两部分,第一部分为由六个晶体管组成的直接耦合的电压串联负反馈超低噪声放大器,第二部分为三个运算放大器组成的低噪声放大器。第一部分中第二级的发射极向第一级的基极提供偏置电流,在获得偏置电流的同时,引入了直流负反馈,使得电路的静态工作点更稳定,在偏流反馈电路中加入了电容,使放大电路的输入阻抗有很大提高;第二部分是两个各项性能参数高度一致的同相输入通用集成运放,具有双端信号输入而只有单端信号输出,共模抑制比非常高,对电磁场的干扰抑制具有非常好的作用,能使测量精度达到0.1μV以下,这样就能大大减轻野外发送设备及接收设备重量,大大提高电法勘探工作效率。
【专利说明】三维电阻率采集系统的超低噪声模拟放大器
【技术领域】
[0001]本实用新型属于地球物理勘探【技术领域】,涉及一种应用于资源与环境勘探【技术领域】中的三维电阻率数据采集系统的超低噪声模拟放大器。
【背景技术】
[0002]三维电阻率数据采集系统属直流电法勘探仪器。直流电法勘探仪器技术的发展是与电法勘探理论和电子技术、信号处理技术、计算机技术发展密不可分的。直流电法勘探仪器经历了与其它仪器类似的从机械式到电子管、晶体管阶段,再到集成电路、微机控制阶段的发展历程。
[0003]随着矿产资源勘探逐步向深部发展,需要的勘探深度越来越大,因此直流电法勘探仪器不得不在发送机方面想办法,提高发送功率,增大发送电流。当然,不可避免的代价就是设备的笨重。Zong公司的发送机GGT--30最大功率达30KW,输出最高电压1000V,最大电流45A,凤凰公司的T—200发送机最大功率达到60KW,最高发送电压1600V,最大发送电流 160A。
[0004]直流电法勘探仪器工作条件在野外,特别是矿产资源勘探,有可能在山高林密、河沟纵横的地域,也有可能人烟稀少的沙漠地区,笨重的发送机设备使得工作效率降低,甚至无法开展工作。在直流电法勘探仪器系统中,为了不使发送高电压、大电流的发送机功率太大而使得设备过于笨重,就必须提高仪器接收机测量灵敏度和测量精度,而要提高仪器接收机的灵敏度和精度,仪器中前级放大器的噪声必须越低越好,而目前国内同类产品仪器接收机测量灵敏度和测量 精度均在0.1—0.9mV数量级。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的就是设计一种超低噪声、抗干扰性强、测量精度高的三维电阻率数据采集系统的超低噪声模拟放大器。
[0006]本实用新型的三维电阻率数据采集系统的超低噪声模拟放大器,包括两部分,第一部分为由六个晶体管组成的直接耦合的电压串联负反馈超低噪声放大器,第二部分为三个运算放大器组成的低噪声放大器;所述的第一部分超低噪声放大器,第一级由四个晶体管组成,四个晶体管接成并联形式,四个晶体管的集电极连接在一起,并与电阻串接后接电源,四个晶体管的发射极连接在一起,然后与电阻串接后接地,四个晶体管的基极连接在一起;第二级晶体管的基极连接第一级四个晶体管的集电极,第二级晶体管的集电极串接电阻后接电源,第二级晶体管的发射极串接电阻后接地,第二级晶体管发射极同时串接电阻后与第一级的基极相连,第一级的发射极与第二级晶体管发射极之间跨接电容,该级组成一个电压串联负反馈放大器;第三级晶体管的基极与第二级晶体管的集电极相连,第三级晶体管集电极直接接电源,发射极通过电容接输出端;所述第二部分由三个运算放大器组成,第一部分的输出通过电容连接到第一运算放大器的输入管脚,第二运算放大器的输入管脚接地,第一运算放大器、第二运算放大器的输入号管脚之间串接电阻,第一运算放大器的输出管脚串接再接入第三运算放大器的输入管脚,第二运算放大器的输出管脚串接电阻再接入第三运算放大器的输入管脚;第一运算放大器的输出管脚和第二运算放大器的输出管脚之间依次对称串接电阻和电容,第三运算放大器的输出接后级的主放大器。
[0007]本实用新型的三维电阻率数据采集系统的超低噪声模拟放大器,第一部分中第二级的发射极向第一级的基极提供偏置电流,在获得偏置电流的同时,整个电路还引入了直流负反馈,可以使得电路的静态工作点更稳定,在偏流反馈电路中加入了电容,可以使放大电路的输入阻抗有很大程度提高,同时可以去掉通过偏流电阻而造成的电路交流负反馈,从而极大的提高前置放大级的输入阻抗;第二部分是两个各项性能参数高度一致的同相输入通用集成运放,两者形成了平衡对称型差分放大输入级,它的特点是有双端信号输入而只有单端信号输出,共模抑制比非常高,对电磁场的干扰抑制具有非常好的作用,能使直流电法勘探仪器信号测量精度达到0.1 μ V以下,这样就能大大减轻野外发送设备及接收设备重量,从而大大提高电法勘探工作效率。
【专利附图】

【附图说明】
[0008]图1为本实用新型的第一部分超低噪声放大器电路示意图;
[0009]图2为本实用新型第二部分低噪声放大器电路示意图。
【具体实施方式】
[0010]一种三维电阻率数据采集系统的超低噪声模拟放大器,包含两部分,第一部分为由六个晶体管组成的直接耦合的电压串联负反馈超低噪声放大器,第二部分为三个运算放大器组成的低噪声放大器;所述的第一部分超低噪声放大器,第一级由Tl?Τ4四个晶体管组成,四个晶体管接成并联形式,四个晶体管的集电极连接在一起,并与电阻Rl串接后接电源VEE1,四个晶体管的发射极连接在一起,然后与电阻R6串接后接地,四个晶体管的基极连接在一起,然后和R4、C3连接,Tl?Τ4四个晶体管为性能参数相同的晶体管;第二级由晶体管Τ5、电阻R3、R7组成,晶体管T5的基极连接第一级的输出即Tl?T4四个晶体管的集电极,晶体管T5集电极串接电阻R2后接电源VEE1,晶体管T5发射极与电阻R3、R7串接后接地,晶体管T5发射极同时串接R8、R4后与第一级的基极相连,电容C5的一端接第一级的发射极,另一端接在电阻R8、R4之间,该级组成一个电压串联负反馈放大器;第三级由晶体管T6、电阻R5、R6组成,晶体管T6的基极与第二级的输出即晶体管T5的集电极相连,晶体管T6集电极直接接电源VEE1,晶体管T6发射极通过电容C4接输出UOl0
[0011]超低噪声模拟放大器第二部分由三个运算放大器LT1028组成,分别表示为N1、N2、N3,第一部分的输出通过C4连接到NI的3号管脚,N2的3号管脚接地,N1、N2两运算放大器3号管脚之间串接R17和R11,NI的输出6号管脚接R9,再接入N3的3号管脚,N2的输出6号管脚接R18,再接入N3的2号管脚;NI的输出6号管脚和N2的输出6号管脚之间依次串接电阻R12、R13、R14、R15,电容C6跨接在R12两端,电容C7跨接在R15两端,R12、C6同时接NI的另一个输入端2号管脚,R15、C7同时接N2的另一个输入端2号管脚,N3的6号管脚接输出,送到后级的主放大器。
[0012]在三维电阻率采集系统的最前端,测量电极送进来的微弱信号首先进入超低噪声模拟放大器的第一部分第一级,第一级放大电路由晶体管Tl?T4组成,在实施过程中,应特别注意选择低噪声、高β值的晶体管,电阻器应选择金属膜电阻器,电容器应选用钽电容。
[0013]第二级由Τ5、R2、R3、R7组成,是一个一般的电压串联负反馈放大器、实施过程中应注意Τ5选择高β值的晶体管、R2、R3、R7应选择金属膜电阻器。
[0014]第三级由晶体管T6、电阻R3、R5T等组成,是一个射极跟随器,其电压放大倍数接近于I。
[0015]由Tl?T6等组成的超低噪声模拟放大器第一部分在实施过程中要采取下列措施:
[0016]1、三维电阻率数据采集系统输入端有一根多芯的长电缆,长电缆直接连到由Tl?T6等组成的超低噪声模拟放大器第一部分的第一级,长电缆是采集系统中导致电磁干扰的最主要问题之一,有差模干扰和共模干扰两大类,减少长电缆差模电磁干扰应使用双绞线传输信号,双绞线不仅提供较小的差模回路面积,而且由于双绞线相邻绞节中的电流相反,它们产生的磁场也相反,则在空间抵消。如果长电缆不使用双绞线传输信号,就有可能使超低噪声模拟放大器第一部分不能正常工作。
[0017]2、长电缆的共模电磁干扰由共模电流产生,共模电流的环路是由电缆与大地(或邻近的其他大型导体)形成的,具有较大的环路面积,会产生较强的共模电磁干扰。在超低噪声模拟放大器第一部分的PCB设计中,在长电缆输入端口处要设置一块“干净地”,“干净地”没有可以产生噪声电压的电路,地线上的局部电位几乎相等。如果三维电阻率数据采集系统的机箱用金属机箱,将这块“干净地”和金属机箱以低阻抗搭接起来,如果三维电阻率数据采集系统的机箱用非金属机箱,应在超低噪声模拟放大器第一部分的PCB的下方放一块金属板,将“干净地”和金属板以低阻抗搭接起来。
[0018]3、在长电缆输入端口还要采用信号线滤波器,由于输入端有一根多芯的长电缆,一个接口往往有数十根导线,信号滤波器应以电容为主,即使使用电感,也是在信号线上套装一个铁氧体磁珠,要想获得更好的滤波效果,也必须使用穿心电容或其它高频特性好的器件。
[0019]共模滤波电容的安装要跨接在信号线和设备的金属机壳之间,如果三维电阻率数据采集系统的机箱是非金属的,也要在线路板的下方加一块大的金属板作为滤波电容的地线。
[0020]4、超低噪声模拟放大器第二部分由三个运算放大器LT1028组成,在实施过程中,要注意选择LT1028运算放大器高的CMRR值,三个运算放大器各参数应相同或相近。
【权利要求】
1.一种三维电阻率采集系统的超低噪声模拟放大器,其特征在于:它包含两部分,第一部分为由六个晶体管组成的直接耦合的电压串联负反馈超低噪声放大器,第二部分为三个运算放大器组成的低噪声放大器;所述的第一部分超低噪声放大器,第一级由四个晶体管Tl?T4组成,四个晶体管接成并联形式,四个晶体管的集电极连接在一起,并与电阻Rl串接后接电源VEE1,四个晶体管的发射极连接在一起,然后与电阻R6串接后接地,四个晶体管的基极连接在一起,然后和电阻R4、电容C3连接,四个晶体管Tl?T4为性能参数相同的晶体管;第二级由晶体管T5、两个电阻R3、R7组成,晶体管T5的基极连接第一级的输出即四个晶体管Tl?T4的集电极,晶体管T5集电极串接电阻R2后接电源VEE1,晶体管T5发射极与两个电阻R3、R7串接后接地,晶体管T5发射极同时串接另两个电阻R8、R4后与第一级的基极相连,电容C5的一端接第一级的发射极,另一端接在两个电阻R8、R4之间;第三级由晶体管T6、两个电阻R5、R6组成,晶体管T6的基极与第二级的输出即晶体管T5的集电极相连,晶体管T6集电极直接接电源VEE1,晶体管T6发射极通过电容C4接输出UOl0
2.根据权利要求1所述的三维电阻率采集系统的超低噪声模拟放大器,其特征在于:超低噪声模拟放大器第二部分由三个运算放大器组成,分别表示为运算放大器N1、运算放大器N2、运算放大器N3,第一部分的输出通过电容C4连接到运算放大器NI的3号管脚,运算放大器N2的3号管脚接地,两运算放大器N1、N2的3号管脚之间串接两个电阻R17和R11,运算放大器NI的输出6号管脚接电阻R9,再接入运算放大器N3的3号管脚,运算放大器N2的输出6号管脚接电阻R18,再接入运算放大器N3的2号管脚;运算放大器NI的输出6号管脚和运算放大器N2的输出6号管脚之间依次串接四个电阻R12、R13、R14、R15,电容C6跨接在电阻R12两端,电容C7跨接在电阻R15两端,电阻R12、电容C6同时接运算放大器NI的另一个输入端2号管脚,电阻R15、电容C7同时接运算放大器N2的另一个输入端2号管脚,运算放大器N3的6号管脚接输出,送到后级的主放大器。
【文档编号】H03F1/26GK203608158SQ201320562777
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年9月11日 优先权日:2013年9月11日
【发明者】刘庆成, 邓居智, 黎正根, 曾正军, 徐哈宁, 肖慧, 龚育龄, 汤洪志 申请人:东华理工大学

最新回复(0)