一种低噪声差分前置放大电路及放大器的制造方法
【专利摘要】本发明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。
【专利说明】一种低噪声差分前置放大电路及放大器
【技术领域】
[0001] 本发明属于微弱信号检测【技术领域】，更具体地，涉及一种低噪声差分前置放大电 路及放大器。
【背景技术】
[0002] 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。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明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。
[0004] 本发明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：
[0005] 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 射一共基放大电路、第一偏置电路以及第二偏置电路；所述共射一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；所述共射一共基放大电路中 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，连接在所述共射一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一共基放大电路中的 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。
[0006] 本发明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：
[0007] 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；
[0008] 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；
[0009] 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
[0010] 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。
[0011] 总体而言，通过本发明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：
[0012] 本发明采用差分结构，可以很大程度地抑制共模噪声干扰；共射一共基放大电路 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lOKHz?200KHz内，本发明的等效输
【权利要求】
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：共射一共基 放大电路、第一偏置电路以及第二偏置电路；所述共射一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；所述共射一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，连接在所述共射一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一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，所述输入放大器为输 入差分电压对VIP与VIN的输入级，而所述第一输出放大器、所述第二输出放大器为所述共 射一共基放大电路的输出级。
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，通过恒流源电路为所 述共射一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一共基放大 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 所述共射一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一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。
4. 如权利要求3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 路包括第一电阻、第二电阻和电容，所述第一电阻的一端连接所述第一输出放大器的输出 端，另一端通过所述电容连接所述共射一共基放大电路的所述共射极放大电路的射极，所 述第二电阻的一端连接所述共射一共基放大电路的所述共射极放大电路的射极，另一端连 接至所述恒流源电路不接所述第二电压的一端。
5. 如权利要求3或4所述的低噪声差分前置放大电路，其特征在于，其中所述第二反馈 电路包括第一电阻、第二电阻和电容，所述第一电阻的一端连接所述第二输出放大器的输 出端，另一端通过所述电容连接所述共射一共基放大电路的所述共射极放大电路的射极， 所述第二电阻的一端连接所述共射一共基放大电路的所述共射极放大电路的射极，另一端 连接至所述恒流源电路不接所述第二电压的一端。
6. 如权利要求1或2所述的低噪声差分前置放大电路，其特征在于，所述第一输出放大 器为仪用放大器，所述输入放大器为所述仪用放大器的输入级，而所述第一反馈电路为所 述仪用放大器的输出级；所述第二输出放大器为仪用放大器，所述输入放大器为所述仪用 放大器的输入级，而所述第二反馈电路为所述仪用放大器的输出级。
7. 如权利要求1或2所述的低噪声差分前置放大电路，其特征在于，所述输入放大器的 所述差分输入端分别通过第一电容与第二电容输入差分电压对VIP与VIN ;所述第一输出 放大器的输出端输出电压Vip ;所述第二输出放大器的输出端输出电压Vin。
8. -种低噪声差分前置放大器，其特征在于，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。
【文档编号】H03F1/26GK104506144SQ201410655102
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】周凯波, 曾玲, 陶金 申请人:华中科技大学