[實用新型]一種低噪差分前置放大器

有效

• 申請號: 201420845920.9
• 申請日: 2014-12-26
• 公開（公告）號: CN204334485U
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 施彤云
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一五研究所
• 主分類號: H03F1/26
• 分類號: H03F1/26
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 陳繼亮

技術領域

本實用新型屬于電子技術領域，具體涉及一種低噪差分前置放大器。

背景技術

壓電陶瓷片構成的水聽器具有輸出阻抗高、信號微弱等特點，其阻抗呈現容性特征，等效輸出阻抗隨著工作頻率降低而提高。因而與水聽器接口的前置放大器需要完成兩個功能——阻抗轉換和低噪聲微弱信號放大。當水聽器設計成差分輸出結構時，需要差分輸入結構的前置放大器與之匹配才能收到良好的共模抵消效果。

當前業內包括我所大多數差分水聽器前置放大器電路由低噪聲儀表運算放大器構成，因其結構小巧、低功耗、調試簡單等優點，廣泛應用于各種水聲工程和產品中。然而在某些海洋環境監測等領域的儀器開發中，隨著頻率降低和頻帶擴展，特別是單個水聽器應用的場合，得不到空間增益加權，單通道信噪比直接決定了整個設備的信噪比，這就要求差分水聽器前置放大器具有更低的噪聲性能，由運算放大器構成的差分前置放大器其噪聲已經不能滿足這一類需求。

目前為止，國外各主要芯片廠商上市產品中噪聲性能指標最好的幾款低噪聲運算放大器型號，其組成的前置放大器與水聽器阻抗匹配以后，在20Hz～10kHz頻率范圍內的寬帶噪聲指標均遠遠大于1μVrms。

而根據530海洋環境監測浮標和潛標項目的指標需求，差分前置放大器在20Hz～10kHz頻率范圍內的寬帶噪聲指標小于1μVrms。

通用型低噪儀表運算放大器為了拓寬應用范圍的廣泛性，在性能上會有一定的妥協，所以噪聲性能不能達到極致。通常集成運放其噪聲性能指標比低噪聲晶體管的噪聲大得多，因而設計更低噪聲的差分前置放大器首選低噪聲晶體管來構成分立放大器電路。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服現有技術存在的不足，而提供一種低噪差分前置放大器。

本實用新型的目的是通過如下技術方案來完成的。這種低噪差分前置放大器，該電路包括前后兩級，相互之間直流耦合；前級是JFET為主構成的低噪聲反相放大器，后級是運放構成的差分運算放大電路，電路的整體結構屬于3運放儀表放大器的拓撲結構；電路輸入端的任一個輸入臂是由低噪聲JFET管結合高精度運算放大器N1、N2組成，兩臂信號構建成差分信號，通過高共模抑制比運算放大器N3將其差分放大；低噪聲JFET管及N1構成的基本低噪放大電路充當N3反相輸入臂，而另一片低噪聲JFET管及N2構成的基本低噪放大電路充當N3同相輸入臂，將N3輸入信號作一級低噪聲緩沖放大，降低N3器件本身輸入端噪聲對電路整體噪聲的影響。

更進一步的，高精度運算放大器N1結合JFET管組成的緩沖放大環節，增加了輸入臂電路的開環增益，通過引入深度負反饋，電路增益由反饋網絡的比例決定，而JFET的噪聲決定了輸入臂的信噪比。

本實用新型的有益效果為：以JFET結合運算放大器為基礎構成的低噪聲放大電路；以JFET結合運算放大器為基礎構成的低噪聲放大電路替代3運放儀表放大器的2個輸入臂，降低傳統儀表放大器輸入臂的噪聲；該電路就是利用JFET的低噪聲構成差分放大器的低噪聲輸入臂，結合高共模抑制比運算放大器實現差分輸入信號的共模抑制，從而實現低噪聲的目的。實際電路測試表明，水聽器電容量為2000pF時，前置放大器等效輸入噪聲在10Hz～20kHz寬帶頻率范圍內小于1μVrms。前放應用到530聲學潛標、530聲學浮標兩個項目中，與水聽器集成后，整機噪聲性能達到工作頻帶內噪聲小于1μVrms的技術指標。

附圖說明

圖1為本實用新型的前置放大器電路框圖；

圖2為前置放大器幅頻特性圖；

圖3為前置放大器噪聲測量系統圖；

圖4為前置放大器噪聲頻譜圖；

圖5為前置放大器等效噪聲源級。

具體實施方式

下面將結合附圖和實施例對本實用新型做詳細的介紹：