三維電阻率采集系統(tǒng)的超低噪聲模擬放大器的制造方法
【專利摘要】一種三維電阻率采集系統(tǒng)的超低噪聲模擬放大器，包括兩部分，第一部分為由六個晶體管組成的直接耦合的電壓串聯(lián)負(fù)反饋超低噪聲放大器，第二部分為三個運算放大器組成的低噪聲放大器。第一部分中第二級的發(fā)射極向第一級的基極提供偏置電流，在獲得偏置電流的同時，引入了直流負(fù)反饋，使得電路的靜態(tài)工作點更穩(wěn)定，在偏流反饋電路中加入了電容，使放大電路的輸入阻抗有很大提高；第二部分是兩個各項性能參數(shù)高度一致的同相輸入通用集成運放，具有雙端信號輸入而只有單端信號輸出，共模抑制比非常高，對電磁場的干擾抑制具有非常好的作用，能使測量精度達(dá)到0.1μV以下，這樣就能大大減輕野外發(fā)送設(shè)備及接收設(shè)備重量，大大提高電法勘探工作效率。
【專利說明】三維電阻率采集系統(tǒng)的超低噪聲模擬放大器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于地球物理勘探【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種應(yīng)用于資源與環(huán)境勘探【技術(shù)領(lǐng)域】中的三維電阻率數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的超低噪聲模擬放大器。
【背景技術(shù)】
[0002]三維電阻率數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)屬直流電法勘探儀器。直流電法勘探儀器技術(shù)的發(fā)展是與電法勘探理論和電子技術(shù)、信號處理技術(shù)、計算機技術(shù)發(fā)展密不可分的。直流電法勘探儀器經(jīng)歷了與其它儀器類似的從機械式到電子管、晶體管階段，再到集成電路、微機控制階段的發(fā)展歷程。
[0003]隨著礦產(chǎn)資源勘探逐步向深部發(fā)展，需要的勘探深度越來越大，因此直流電法勘探儀器不得不在發(fā)送機方面想辦法，提高發(fā)送功率，增大發(fā)送電流。當(dāng)然，不可避免的代價就是設(shè)備的笨重。Zong公司的發(fā)送機GGT--30最大功率達(dá)30KW，輸出最高電壓1000V，最大電流45A，鳳凰公司的T—200發(fā)送機最大功率達(dá)到60KW，最高發(fā)送電壓1600V，最大發(fā)送電流 160A。
[0004]直流電法勘探儀器工作條件在野外，特別是礦產(chǎn)資源勘探，有可能在山高林密、河溝縱橫的地域，也有可能人煙稀少的沙漠地區(qū)，笨重的發(fā)送機設(shè)備使得工作效率降低，甚至無法開展工作。在直流電法勘探儀器系統(tǒng)中，為了不使發(fā)送高電壓、大電流的發(fā)送機功率太大而使得設(shè)備過于笨重，就必須提高儀器接收機測量靈敏度和測量精度，而要提高儀器接收機的靈敏度和精度，儀器中前級放大器的噪聲必須越低越好，而目前國內(nèi)同類產(chǎn)品儀器接收機測量靈敏度和測量 精度均在0.1—0.9mV數(shù)量級。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的就是設(shè)計一種超低噪聲、抗干擾性強、測量精度高的三維電阻率數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的超低噪聲模擬放大器。
[0006]本實用新型的三維電阻率數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的超低噪聲模擬放大器，包括兩部分，第一部分為由六個晶體管組成的直接耦合的電壓串聯(lián)負(fù)反饋超低噪聲放大器，第二部分為三個運算放大器組成的低噪聲放大器；所述的第一部分超低噪聲放大器，第一級由四個晶體管組成，四個晶體管接成并聯(lián)形式，四個晶體管的集電極連接在一起，并與電阻串接后接電源，四個晶體管的發(fā)射極連接在一起，然后與電阻串接后接地，四個晶體管的基極連接在一起；第二級晶體管的基極連接第一級四個晶體管的集電極，第二級晶體管的集電極串接電阻后接電源，第二級晶體管的發(fā)射極串接電阻后接地，第二級晶體管發(fā)射極同時串接電阻后與第一級的基極相連，第一級的發(fā)射極與第二級晶體管發(fā)射極之間跨接電容，該級組成一個電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器；第三級晶體管的基極與第二級晶體管的集電極相連，第三級晶體管集電極直接接電源，發(fā)射極通過電容接輸出端；所述第二部分由三個運算放大器組成，第一部分的輸出通過電容連接到第一運算放大器的輸入管腳，第二運算放大器的輸入管腳接地，第一運算放大器、第二運算放大器的輸入號管腳之間串接電阻，第一運算放大器的輸出管腳串接再接入第三運算放大器的輸入管腳，第二運算放大器的輸出管腳串接電阻再接入第三運算放大器的輸入管腳；第一運算放大器的輸出管腳和第二運算放大器的輸出管腳之間依次對稱串接電阻和電容，第三運算放大器的輸出接后級的主放大器。
[0007]本實用新型的三維電阻率數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的超低噪聲模擬放大器，第一部分中第二級的發(fā)射極向第一級的基極提供偏置電流，在獲得偏置電流的同時，整個電路還引入了直流負(fù)反饋，可以使得電路的靜態(tài)工作點更穩(wěn)定，在偏流反饋電路中加入了電容，可以使放大電路的輸入阻抗有很大程度提高，同時可以去掉通過偏流電阻而造成的電路交流負(fù)反饋，從而極大的提高前置放大級的輸入阻抗；第二部分是兩個各項性能參數(shù)高度一致的同相輸入通用集成運放，兩者形成了平衡對稱型差分放大輸入級，它的特點是有雙端信號輸入而只有單端信號輸出，共模抑制比非常高，對電磁場的干擾抑制具有非常好的作用，能使直流電法勘探儀器信號測量精度達(dá)到0.1 μ V以下，這樣就能大大減輕野外發(fā)送設(shè)備及接收設(shè)備重量，從而大大提高電法勘探工作效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本實用新型的第一部分超低噪聲放大器電路示意圖；
[0009]圖2為本實用新型第二部分低噪聲放大器電路示意圖。
【具體實施方式】
[0010]一種三維電阻率數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的超低噪聲模擬放大器，包含兩部分，第一部分為由六個晶體管組成的直接耦合的電壓串聯(lián)負(fù)反饋超低噪聲放大器，第二部分為三個運算放大器組成的低噪聲放大器；所述的第一部分超低噪聲放大器，第一級由Tl?Τ4四個晶體管組成，四個晶體管接成并聯(lián)形式，四個晶體管的集電極連接在一起，并與電阻Rl串接后接電源VEE1，四個晶體管的發(fā)射極連接在一起，然后與電阻R6串接后接地，四個晶體管的基極連接在一起，然后和R4、C3連接，Tl?Τ4四個晶體管為性能參數(shù)相同的晶體管；第二級由晶體管Τ5、電阻R3、R7組成，晶體管T5的基極連接第一級的輸出即Tl?T4四個晶體管的集電極，晶體管T5集電極串接電阻R2后接電源VEE1，晶體管T5發(fā)射極與電阻R3、R7串接后接地，晶體管T5發(fā)射極同時串接R8、R4后與第一級的基極相連，電容C5的一端接第一級的發(fā)射極，另一端接在電阻R8、R4之間，該級組成一個電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器；第三級由晶體管T6、電阻R5、R6組成，晶體管T6的基極與第二級的輸出即晶體管T5的集電極相連，晶體管T6集電極直接接電源VEE1，晶體管T6發(fā)射極通過電容C4接輸出UOl0
[0011]超低噪聲模擬放大器第二部分由三個運算放大器LT1028組成，分別表示為N1、N2、N3，第一部分的輸出通過C4連接到NI的3號管腳，N2的3號管腳接地，N1、N2兩運算放大器3號管腳之間串接R17和R11，NI的輸出6號管腳接R9，再接入N3的3號管腳，N2的輸出6號管腳接R18，再接入N3的2號管腳；NI的輸出6號管腳和N2的輸出6號管腳之間依次串接電阻R12、R13、R14、R15，電容C6跨接在R12兩端，電容C7跨接在R15兩端，R12、C6同時接NI的另一個輸入端2號管腳，R15、C7同時接N2的另一個輸入端2號管腳，N3的6號管腳接輸出，送到后級的主放大器。
[0012]在三維電阻率采集系統(tǒng)的最前端，測量電極送進(jìn)來的微弱信號首先進(jìn)入超低噪聲模擬放大器的第一部分第一級，第一級放大電路由晶體管Tl?T4組成，在實施過程中，應(yīng)特別注意選擇低噪聲、高β值的晶體管，電阻器應(yīng)選擇金屬膜電阻器，電容器應(yīng)選用鉭電容。
[0013]第二級由Τ5、R2、R3、R7組成，是一個一般的電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器、實施過程中應(yīng)注意Τ5選擇高β值的晶體管、R2、R3、R7應(yīng)選擇金屬膜電阻器。
[0014]第三級由晶體管T6、電阻R3、R5T等組成，是一個射極跟隨器，其電壓放大倍數(shù)接近于I。
[0015]由Tl?T6等組成的超低噪聲模擬放大器第一部分在實施過程中要采取下列措施:
[0016]1、三維電阻率數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入端有一根多芯的長電纜，長電纜直接連到由Tl?T6等組成的超低噪聲模擬放大器第一部分的第一級，長電纜是采集系統(tǒng)中導(dǎo)致電磁干擾的最主要問題之一，有差模干擾和共模干擾兩大類，減少長電纜差模電磁干擾應(yīng)使用雙絞線傳輸信號，雙絞線不僅提供較小的差模回路面積，而且由于雙絞線相鄰絞節(jié)中的電流相反，它們產(chǎn)生的磁場也相反，則在空間抵消。如果長電纜不使用雙絞線傳輸信號，就有可能使超低噪聲模擬放大器第一部分不能正常工作。
[0017]2、長電纜的共模電磁干擾由共模電流產(chǎn)生，共模電流的環(huán)路是由電纜與大地(或鄰近的其他大型導(dǎo)體)形成的，具有較大的環(huán)路面積，會產(chǎn)生較強的共模電磁干擾。在超低噪聲模擬放大器第一部分的PCB設(shè)計中，在長電纜輸入端口處要設(shè)置一塊“干凈地”，“干凈地”沒有可以產(chǎn)生噪聲電壓的電路，地線上的局部電位幾乎相等。如果三維電阻率數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的機箱用金屬機箱，將這塊“干凈地”和金屬機箱以低阻抗搭接起來，如果三維電阻率數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的機箱用非金屬機箱，應(yīng)在超低噪聲模擬放大器第一部分的PCB的下方放一塊金屬板，將“干凈地”和金屬板以低阻抗搭接起來。
[0018]3、在長電纜輸入端口還要采用信號線濾波器，由于輸入端有一根多芯的長電纜，一個接口往往有數(shù)十根導(dǎo)線，信號濾波器應(yīng)以電容為主，即使使用電感，也是在信號線上套裝一個鐵氧體磁珠，要想獲得更好的濾波效果，也必須使用穿心電容或其它高頻特性好的器件。
[0019]共模濾波電容的安裝要跨接在信號線和設(shè)備的金屬機殼之間，如果三維電阻率數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的機箱是非金屬的，也要在線路板的下方加一塊大的金屬板作為濾波電容的地線。
[0020]4、超低噪聲模擬放大器第二部分由三個運算放大器LT1028組成，在實施過程中，要注意選擇LT1028運算放大器高的CMRR值，三個運算放大器各參數(shù)應(yīng)相同或相近。
【權(quán)利要求】
1.一種三維電阻率采集系統(tǒng)的超低噪聲模擬放大器，其特征在于:它包含兩部分，第一部分為由六個晶體管組成的直接耦合的電壓串聯(lián)負(fù)反饋超低噪聲放大器，第二部分為三個運算放大器組成的低噪聲放大器；所述的第一部分超低噪聲放大器，第一級由四個晶體管Tl?T4組成，四個晶體管接成并聯(lián)形式，四個晶體管的集電極連接在一起，并與電阻Rl串接后接電源VEE1，四個晶體管的發(fā)射極連接在一起，然后與電阻R6串接后接地，四個晶體管的基極連接在一起，然后和電阻R4、電容C3連接，四個晶體管Tl?T4為性能參數(shù)相同的晶體管；第二級由晶體管T5、兩個電阻R3、R7組成，晶體管T5的基極連接第一級的輸出即四個晶體管Tl?T4的集電極，晶體管T5集電極串接電阻R2后接電源VEE1，晶體管T5發(fā)射極與兩個電阻R3、R7串接后接地，晶體管T5發(fā)射極同時串接另兩個電阻R8、R4后與第一級的基極相連，電容C5的一端接第一級的發(fā)射極，另一端接在兩個電阻R8、R4之間；第三級由晶體管T6、兩個電阻R5、R6組成，晶體管T6的基極與第二級的輸出即晶體管T5的集電極相連，晶體管T6集電極直接接電源VEE1，晶體管T6發(fā)射極通過電容C4接輸出UOl0
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維電阻率采集系統(tǒng)的超低噪聲模擬放大器，其特征在于:超低噪聲模擬放大器第二部分由三個運算放大器組成，分別表示為運算放大器N1、運算放大器N2、運算放大器N3，第一部分的輸出通過電容C4連接到運算放大器NI的3號管腳，運算放大器N2的3號管腳接地，兩運算放大器N1、N2的3號管腳之間串接兩個電阻R17和R11，運算放大器NI的輸出6號管腳接電阻R9，再接入運算放大器N3的3號管腳，運算放大器N2的輸出6號管腳接電阻R18，再接入運算放大器N3的2號管腳；運算放大器NI的輸出6號管腳和運算放大器N2的輸出6號管腳之間依次串接四個電阻R12、R13、R14、R15，電容C6跨接在電阻R12兩端，電容C7跨接在電阻R15兩端，電阻R12、電容C6同時接運算放大器NI的另一個輸入端2號管腳，電阻R15、電容C7同時接運算放大器N2的另一個輸入端2號管腳，運算放大器N3的6號管腳接輸出，送到后級的主放大器。
【文檔編號】H03F1/26GK203608158SQ201320562777
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】劉慶成, 鄧居智, 黎正根, 曾正軍, 徐哈寧, 肖慧, 龔育齡, 湯洪志 申請人:東華理工大學(xué)