[實用新型]一種低噪差分前置放大器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420845920.9
• 申請日: 2014-12-26
• 公開（公告）號: CN204334485U
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 施彤云
• 申請（專利權(quán)）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(wù)所有限公司 33101
• 代理人: 陳繼亮

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低噪差分前置放大器。

背景技術(shù)

壓電陶瓷片構(gòu)成的水聽器具有輸出阻抗高、信號微弱等特點，其阻抗呈現(xiàn)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(zhuǎn)換和低噪聲微弱信號放大。當水聽器設(shè)計成差分輸出結(jié)構(gòu)時，需要差分輸入結(jié)構(gòu)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(yè)內(nèi)包括我所大多數(shù)差分水聽器前置放大器電路由低噪聲儀表運算放大器構(gòu)成，因其結(jié)構(gòu)小巧、低功耗、調(diào)試簡單等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于各種水聲工程和產(chǎn)品中。然而在某些海洋環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域的儀器開發(fā)中，隨著頻率降低和頻帶擴展，特別是單個水聽器應(yīng)用的場合，得不到空間增益加權(quán)，單通道信噪比直接決定了整個設(shè)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(gòu)成的差分前置放大器其噪聲已經(jīng)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(chǎn)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(nèi)的寬帶噪聲指標均遠遠大于1μVrms。

而根據(jù)530海洋環(huán)境監(jiān)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(nèi)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(yīng)用范圍的廣泛性，在性能上會有一定的妥協(xié)，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(shè)計更低噪聲的差分前置放大器首選低噪聲晶體管來構(gòu)成分立放大器電路。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)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(shù)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(gòu)成的低噪聲反相放大器，后級是運放構(gòu)成的差分運算放大電路，電路的整體結(jié)構(gòu)屬于3運放儀表放大器的拓撲結(jié)構(gòu)；電路輸入端的任一個輸入臂是由低噪聲JFET管結(jié)合高精度運算放大器N1、N2組成，兩臂信號構(gòu)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(gòu)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(gòu)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(jié)合JFET管組成的緩沖放大環(huán)節(jié)，增加了輸入臂電路的開環(huán)增益，通過引入深度負反饋，電路增益由反饋網(wǎng)絡(luò)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(jié)合運算放大器為基礎(chǔ)構(gòu)成的低噪聲放大電路；以JFET結(jié)合運算放大器為基礎(chǔ)構(gòu)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(tǒng)儀表放大器輸入臂的噪聲；該電路就是利用JFET的低噪聲構(gòu)成差分放大器的低噪聲輸入臂，結(jié)合高共模抑制比運算放大器實現(xiàn)差分輸入信號的共模抑制，從而實現(xiàn)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(nèi)小于1μVrms。前放應(yīng)用到530聲學(xué)潛標、530聲學(xué)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(nèi)噪聲小于1μVrms的技術(shù)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(tǒng)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(jié)合附圖和實施例對本實用新型做詳細的介紹：