一种低噪声差分前置放大电路及放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种低噪声差分前置放大电路及放大器，低噪声差分前置放大电路采用差分输入输出电路，对整体电路的噪声性能起主导作用。由Q1、Q2、Q3、Q4四个并联的NPN型晶体管对管和Q5组成共射—共基放大电路。在Q1、Q2、Q3、Q4的基极引入无噪声偏置电路。由电阻R11、R16和电容C5组成的电路为Q5提供基极偏置电压。仪用放大器U1、U2对差分信号进行放大。通过电阻R2L(R2R)和R1L(R1R)引入电压串联负反馈。由晶体管Q0和电阻R0为电路提供恒流源。本发明专利技术的优点为：在工作频段10KHz到200KHz内，其等效输入噪声电压密度达到(温度为125℃)，具有良好的低噪声特性；由于设计电路能够工作在高温，高压等恶劣条件下，可广泛应用于感应测井的微弱信号测试仪器。

【技术实现步骤摘要】
一种低噪声差分前置放大电路及放大器
本专利技术属于微弱信号检测
，更具体地，涉及一种低噪声差分前置放大电路及放大器。
技术介绍
感应测井仪是利用电磁感应原理测量地层电阻从而有效评估油气储藏的一种常用仪器。通常感应测井仪的工作环境恶劣，需要承受高温、高压、腐蚀性液体侵蚀和强烈的机械振动等恶劣环境，而且从感应测井仪接收线圈出来的二次信号非常微弱(nV级)。为了获得如此微弱的信号，就必须设计低噪声的前置放大电路。尽管现在市场上有很多种低噪声集成运算放大器可供选择，但是耐高温且噪声性能很好的低噪声前置放大器很少，这就要求通过分立元件来构成符合要求的前置放大器。此外，低噪声集成运算放大器的低噪声特性往往比采用分立元件设计的前置放大器要差，不适合用于对噪声性能要求较高的微弱信号测试仪器，因此应该通过选择合适的分立元件设计制作一款应用于感应测井的低噪声差分前置放大器。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种低噪声差分前置放大电路及放大器，用于测量来自接收感应测井仪接收线圈的二次微弱信号，以克服现有放大器低噪声性能较差、不适用于高温等恶劣环境场合的不足。本专利技术提供一种低噪声差分前置放大电路，包括：输入放大器、第一输出放大器、第二输出放大器、第一反馈电路以及第二反馈电路，其中：所述输入放大器具有差分输入端与差分输出端；所述第一输出放大器具有差分输入端与输出端，所述第一输出放大器的差分输入端同相连接于所述输入放大器的差分输出端；所述第二输出放大器具有差分输入端与输出端，所述第二输出放大器的差分输入端反相连接于所述输入放大器的差分输出端；所述第一反馈电路的第一端连接于所述第一输出放大器的输出端，所述第一反馈电路的第二端连接于所述输入放大器的差分输入端的一端；所述第二反馈电路的第一端连接于所述第二输出放大器的输出端，所述第二反馈电路的第二端连接于所述输入放大器的差分输入端的另一端，其中，所述输入放大器包括：共射—共基放大电路、第一偏置电路以及第二偏置电路；所述共射—共基放大电路中的共射极放大电路采用多个晶体管并联，以降低电路输入噪声电压；所述共射—共基放大电路中的共基极放大电路采用单晶体管对管，以保证电路的对称性；所述第一偏置电路采用无噪声偏置电路结构，连接在所述共射—共基放大电路中的所述共射极放大电路的基极，为所述共射极放大电路提供偏置电压；所述第二偏置电路连接在所述共射—共基放大电路中的共基极放大电路的基极，为所述共基极放大电路提供偏置电压。本专利技术还提供一种低噪声差分前置放大器，包括：电源滤波电路模块、第一级放大电路模块、第二级放大电路模块和低通滤波电路模块，其中：所述电源滤波电路模块，用于滤除电源中存在的纹波，对所述第一级放大电路模块、所述第二级放大电路模块和所述低通滤波电路模块进行供电；所述第一级放大电路模块，采用如权利要求1所述的低噪声差分前置放大电路，用于对差分输入信号进行放大；所述第二级放大电路模块，用于对经所述第一级放大电路模块放大的信号进一步进行放大，并且滤除所述第一级放大电路模块输出的偏置电压；以及所述低通滤波电路模块，用于对经所述第二级放大电路模块放大的信号最后进行放大，并且滤除所述信号中存在的高频噪声。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：本专利技术采用差分结构，可以很大程度地抑制共模噪声干扰；共射—共基放大电路采用四管并联，有效降低放大电路的等效输入噪声电压密度；基极偏置电路的结构采用无噪声偏置电路，可以达到更好的噪声特性；在工作频宽10KHz～200KHz内，本专利技术的等效输入噪声电压密度为(温度为125℃)，具有良好的低噪声特性。在芯片的选取上，采用耐高温芯片，可以使本专利技术的前置放大器工作在高温环境中。本专利技术克服国内现有前置放大器不能同时满足耐高温与低噪声的性能，可广泛用于工作在高温等恶劣环境下的感应测井仪等对噪声特性要求高的微弱信号测试仪器中。附图说明图1为本专利技术实施例低噪声差分前置放大电路的原理图；图2为本专利技术实施例低噪声差分前置放大器的整体框图；图3为本专利技术实施例低噪声差分前置放大器的第二级放大电路的原理图；图4为本专利技术实施例低噪声差分前置放大器的低通滤波电路的原理图；图5为本专利技术实施例低噪声差分前置放大器的电源滤波电路的原理图；图6为本专利技术实施例低噪声差分前置放大器的幅频特性曲线仿真图；图7为本专利技术实施例低噪声差分前置放大器在不同温度下的等效输入噪声电压密度仿真图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1：共射—共基放大电路；2、3：仪用放大器；4、5：反馈电路；6：恒流源电路；7：第一基极偏置电路；8、9：第二基极偏置电路。Vdd、Vss：经电源滤波电路滤波后的正、负供电电源。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1所示为本专利技术实施例低噪声差分前置放大电路的原理图，包括共射—共基放大电路1，仪用放大器2、3，反馈电路4、5，恒流源电路6，第一基极偏置电路7以及第二基极偏置电路8、9。本专利技术的噪声差分前置放大电路用于前置放大一输入差动电压对VIP与VIN，以得到低噪声的输出差动电压对Vip与Vin。在本专利技术实施例中，共射—共基放大电路1包括NPN型晶体管Q1A、Q1B、Q2A、Q2B、Q3A、Q3B、Q4A、Q4B、Q5A、Q5B。共射—共基放大电路1于晶体管Q1A～Q4A与Q1B～Q4B的基极分别通过电容CAL与CAR输入差动电压对VIP与VIN，并据以于晶体管Q5A与Q5B的集电极输出差动电压对Va与Vb。Q1A～Q4A以及Q1B～Q4B分别为四个晶体管并联，即Q1A～Q4A各个晶体管的基极、射极与集电极分别连接在一起，Q1B～Q4B各个晶体管的基极、射极与集电极分别连接在一起。晶体管Q1A～Q4A与晶体管Q1B～Q4B的集电极分别连接至晶体管Q5A与Q5B的射极。晶体管Q5A与Q5B的基极接入第一基极偏置电路7，由第一基极偏置电路7为晶体管Q5A与Q5B提供基极偏置电压，使其处于最佳放大状态。晶体管Q5A与Q5B的集电极分别连接电阻RDL与RDR，将放大的电流转换成电压即输出差动电压对Va与Vb。本专利技术放大电路采用差分结构，为了保证其差分结构的对称性好，晶体管Q1A、Q1B、Q2A、Q2B、Q3A、Q3B、Q4A、Q4B、Q5A、Q5B应该使用对管，即两个晶体管采用同样的工艺集成在一个器件中，以下可称为晶体管对管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5。在本专利技术实施例中，共射—共基放大电路1采用四管并联，可以降低放大电路的等效输入噪声电压密度。并联晶体管个数的开方与等效输入噪声电压密度成反比，即晶体管的个数越多，等效输入噪声电压密度越小。同时考虑到并联晶体管的个数越多，所需要的偏置电流就越大，对电路的电源要求就越高。因此，在权衡电源和等效输入噪声电压密度大小的情况下，应该适当地选取并联晶体管的个数。同时，为了保证电路的高温低噪声特性，晶体管Q1A～Q5A与Q1B～Q5B应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低噪声差分前置放大电路，其特征在于，包括：输入放大器、第一输出放大器、第二输出放大器、第一反馈电路以及第二反馈电路，其中：所述输入放大器具有差分输入端与差分输出端；所述第一输出放大器具有差分输入端与输出端，所述第一输出放大器的差分输入端同相连接于所述输入放大器的差分输出端；所述第二输出放大器具有差分输入端与输出端，所述第二输出放大器的差分输入端反相连接于所述输入放大器的差分输出端；所述第一反馈电路的第一端连接于所述第一输出放大器的输出端，所述第一反馈电路的第二端连接于所述输入放大器的差分输入端的一端；所述第二反馈电路的第一端连接于所述第二输出放大器的输出端，所述第二反馈电路的第二端连接于所述输入放大器的差分输入端的另一端，其中，所述输入放大器包括：共射—共基放大电路、第一偏置电路以及第二偏置电路；所述共射—共基放大电路中的共射极放大电路采用多个晶体管并联，以降低电路输入噪声电压；所述共射—共基放大电路中的共基极放大电路采用单晶体管对管，以保证电路的对称性；所述第一偏置电路采用无噪声偏置电路结构，连接在所述共射—共基放大电路中的所述共射极放大电路的基极，为所述共射极放大电路提供偏置电压；所述第二偏置电路连接在所述共射—共基放大电路中的共基极放大电路的基极，为所述共基极放大电路提供偏置电压。...

【技术特征摘要】
1.一种低噪声差分前置放大电路，其特征在于，包括：输入放大器、第一输出放大器、第二输出放大器、第一反馈电路以及第二反馈电路，其中：所述输入放大器具有差分输入端与差分输出端；所述第一输出放大器具有差分输入端与输出端，所述第一输出放大器的差分输入端同相连接于所述输入放大器的差分输出端；所述第二输出放大器具有差分输入端与输出端，所述第二输出放大器的差分输入端反相连接于所述输入放大器的差分输出端；所述第一反馈电路的第一端连接于所述第一输出放大器的输出端，所述第一反馈电路的第二端连接于所述输入放大器的差分输入端的一端；所述第二反馈电路的第一端连接于所述第二输出放大器的输出端，所述第二反馈电路的第二端连接于所述输入放大器的差分输入端的另一端，其中，所述输入放大器包括：共射—共基放大电路、第一偏置电路以及第二偏置电路；所述共射—共基放大电路中的共射极放大电路采用多个晶体管并联，以降低电路输入噪声电压；所述共射—共基放大电路中的共基极放大电路采用单晶体管对管，以保证电路的对称性；所述第一偏置电路采用无噪声偏置电路结构，连接在所述共射—共基放大电路中的所述共射极放大电路的基极，为所述共射极放大电路提供偏置电压；所述第二偏置电路连接在所述共射—共基放大电路中的共基极放大电路的基极，为所述共基极放大电路提供偏置电压。2.如权利要求1所述的低噪声差分前置放大电路，其特征在于，通过恒流源电路为所述共射—共基放大电路提供偏置电流；所述第一偏置电路的一端连接所述共射—共基放大电路的所述共基极放大电路的基极，另一端连接第一电压；所述第二偏置电路的一端连接所述共射—共基放大电路的所述共射极放大电路的基极，另一端连接所述第一电压；所述恒流源电路的一端连接第二电压，另一端通过电阻连接所述共射—共基放大电路的所述共射极放大电路的射极，其中，所述第一电压与所述第二电压分别为正负供电电压。3.如权利要求2所述的低噪声差分前置放大电路，其特征在于，其中所述第一反馈电路包括电阻R2L、电阻R1L和电容C3，所述电阻R2L的一端连接所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：周凯波，曾玲，陶金，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42