一種高抗幹擾前置放大器的製作方法

2023-05-28 14:37:16

本實用新型涉及信號放大器領域，尤其是一種高抗幹擾前置放大器。

背景技術：

電法勘探是地球物理勘探(簡稱「物探」)的一個基本手段和方法，它以地殼中不同巖石和礦體之間存在的電性差異為基礎，通過觀測和研究與這些差異相關的(天然的或人工的)電場的空間分布規律，達到查明地下礦產分布、地質構造或其它工程勘探的目的。

一般地，可以採用直流電阻率儀(或稱「直流電法儀」或「電法儀」)進行電法勘探，在測量視電阻率時，採用間接測量方法。儀器通常配備兩組電極，即發射電極(供電電極)A、B和接收電極(測量電極)M、N。實際工作時，發射電極接直流高壓電源，向地下供電形成穩定的電流場，測定AB迴路的發射電流IAB和M、N電極之間的電位差ΔUMN，得到的電阻率綜合反映了電場影響範圍內各種地質結構和地形特徵，稱為視電阻率，其表達式為：

式中，K為測量裝置係數，由4個電極的相對分布位置決定：

而高密度電阻率法是20世紀80年代中期，由日本地質計測株式會社曾藉助電極轉換板實現了野外高密度電阻率法的數據採集。20世紀80年代後期，我國地礦部系統首先開展了高密度電阻率法及其應用技術研究，近年來，該方法在國內外獲得越來來廣泛的應用。

高密度電阻率法的本質仍是直流電阻率法。它也是根據地殼中不同巖石和礦體之間存在的電性差異，研究在人工施加電場的作用下，地下電流場的分布規律。由於高密度電阻率法在實際應用中的供電頻率較低，且一般固定不變，所以一般將其看成直流電阻率法，但是與普通電阻率法相比，高密度電阻率法的優勢是普通電阻率法所不能比擬的，高密度電阻率法的測點密度較高，信息量遠遠超過普通電阻率法，而且高密度電阻率法具有深度測量和剖面測量的功能，它能提供地下結構的二維信息，因此高密度電阻率法是電剖面和電測深法的結合。

高密度電法儀由主機、電極轉換器、電纜等組成，主機通過電極轉換器控制各電極的高壓供電與測量狀態。電極轉換器是專門用於高密度電阻率測量時進行電極排列方式、極距和測點掃描的自動轉換裝置，由單片機控制的電子開關組成，具有安全可靠，動作準確，轉換迅速，操作簡單等優點。轉換器和主機之間通過電纜相互連接，以應答的方式進行互控，保證二者之間的動作同步，實現通道切換和數據採集的自動有序進行。

高密度電阻率法相對於常規電阻率法而言具有以下優勢:

(1)一次將電極布設完成後進行各種排列的測量不需要重新布設。大大減少因為反覆布設電極而引起的不必要的故障和幹擾。節約了數據採集測量所需的時間。

(2)在實際工作中，高密度電阻率法的數據採集完全通過主機控制，這就加快了採集速度，並且避免了由於人工操作帶來的誤差。

(3)高密度電阻率法相較於傳統電阻率法明顯具有採集數據豐富、反演解釋詳細方便、勘探能力更強的優勢。

綜上所述，高密度電阻率儀廣泛運用於工程、環境的地質勘探，金屬與非金屬礦產資源勘探、能源勘探、城市物探、鐵道及橋梁工程勘探等方面。

隨著礦產資源勘探逐步向深部發展，需要勘探的深度越來越大，對於高密度電阻率勘探，A、B之間的距離越來越大，有的長達幾公裡，在地面測量到的M、N之間的電壓ΔUMN越來越小，因此高密度電法儀器不得不提高發送功率，提高直流供電電池的電壓，增大AB之間的發送電流，其目的是使得M、N之間的電壓ΔUMN超過由電極的極化電壓、自然電位、工業遊散電流加起來的電壓ΔU幹擾，ΔU幹擾是隨時間變化的，為了保證測量精度，要求ΔUMN≥10ΔU幹擾，這樣，不可避免的代價就是設備的笨重。國外Zong公司的發送機GGT--30最大功率達3OKW，輸出最高電壓10O0V，最大電流45A，鳳凰公司的T--200發送機最大功率達到一6OKW，最高發送電壓1600V，最大發送電流16OA。高密度電法儀器工作在野外，特別是礦產資源勘探，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，笨重的直流高壓供電發送設備使得工作效率低下，甚至無法開展工作。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本實用新型的目的是提供一種高抗幹擾前置放大器，抗幹擾和信號放大性能良好，由此，進行信號接收和發送時，無需使用笨重的接收機或發送機來保證信號的精確接收和發送。

本實用新型所採用的技術方案是：一種高抗幹擾前置放大器，包括差分信號輸入端、過壓保護電路、共模差模幹擾抑制電路、平衡式雙T型陷波電路、差分放大電路和差分信號輸出端，所述差分信號輸入端與過壓保護電路的輸入端連接，所述過壓保護電路的輸出端與共模差模幹擾抑制電路的輸入端連接，所述共模差模幹擾抑制電路的輸出端與平衡式雙T型陷波電路的輸入端連接，所述平衡式雙T型陷波電路的輸出端與差分放大電路的輸入端連接，所述差分放大電路的輸出端與差分信號輸出端連接。

進一步地，所述差分放大電路包括第一放大電路、第二放大電路和第三放大電路，所述第一放大電路包括與電源連接的第一濾波電路和第一放大器，所述第一濾波電路的輸出端與第一放大器的輸入端連接；所述第二放大電路包括與電源連接的第二濾波電路和第二放大器，所述第二濾波電路的輸出端與第二放大器的輸入端連接；所述第三放大電路包括與電源連接的第三濾波電路和第三放大器，所述第三濾波電路的輸出端與第三放大器的輸入端連接；所述平衡式雙T型陷波電路的輸出端分別與第一放大器的輸入端、第二放大器的輸入端連接，所述第一放大器的輸出端、第二放大器的輸出端分別與第三放大器的輸入端連接，所述第三放大器的輸出端與差分信號輸出端連接。

進一步地，所述過壓保護電路包括第一陶瓷放電管、第一電阻、第一瞬態抑制二極體、第二瞬態抑制二極體和第三瞬態抑制二極體，所述第一陶瓷放電管的兩端與差分信號輸入端連接，所述第一電阻和第一陶瓷放電管並聯連接，所述第二瞬態抑制二極體的上端和下端分別與第一電阻的兩端連接，所述第一瞬態抑制二極體的上端接地，所述第一瞬態抑制二極體的下端與第二瞬態抑制二極體的上端連接，所述第三瞬態抑制二極體的下端接地，所述第三瞬態抑制二極體的上端第二瞬態抑制二極體的下端連接。

進一步地，所述共模差模幹擾抑制電路包括第一電容、第一電感和第二電容，所述第一電容的上端與第二瞬態抑制二極體的上端連接，所述第一電容的下端與第二瞬態抑制二極體的下端連接，所述第一電容的上端、下端分別與第一電感的第一輸入端、第二輸入端連接，所述第一電感的第一輸出端、第二輸出端分別與第二電容的上端、下端連接。

進一步地，所述平衡式雙T型陷波電路為對稱的雙T型陷波電路，包括第一陷波電路、第二陷波電路和第二電阻，所述第一陷波電路包括第三電阻、第四電阻、第五電阻、第三電容、第四電容、第五電容和第六電容，所述第二陷波電路包括第六電阻、第七電阻、第八電阻、第七電容、第八電容、第九電容和第十電容；

所述第二電容的上端與第三電阻的左端連接，所述第三電阻的左端與第三電容的左端連接，所述第三電阻的右端與第四電阻的左端連接，所述第四電阻的右端與第四電容的右端連接，所述第四電容的左端與第三電容的右端連接，所述第五電阻的上端與第三電容的右端連接，所述第五電阻的下端與第五電容的下端連接，所述第五電容的上端與第三電阻的右端連接，所述第六電容與第五電容並聯連接；所述第二陷波電路的結構與第一陷波電路的結構相同，所述第五電容的下端與第九電容的上端連接，所述第五電容的下端與第二電阻的左端連接，所述第二電阻的右端接地；

所述第四電阻的右端作為平衡式雙T型陷波電路的第一輸出端與差分放大電路的輸入端連接，所述第八電阻的右端作為平衡式雙T型陷波電路的第二輸出端與差分放大電路的輸入端連接。

進一步地，所述放大器包括低噪聲放大器。

進一步地，所述濾波電路包括電源正極濾波電路和電源負極濾波電路，

所述電源正極濾波電路包括第一濾波電容和第一濾波電解電容，所述第一濾波電容的上端和第一濾波電解電容的負極連接，所述第一濾波電容的上端接地，所述第一濾波電容的下端和第一濾波電解電容的正極連接；

所述電源負極濾波電路包括第二濾波電容和第二濾波電解電容，所述第二濾波電容的上端和第二濾波電解電容的正極連接，所述第二濾波電容的上端接地，所述第二濾波電容的下端和第二濾波電解電容的負極連接；

所述第一濾波電解電容的正極與電源正極連接，所述第一濾波電解電容的正極與放大器的電源正極輸入端連接；所述第二濾波電解電容的負極與電源負極連接，所述第二濾波電解電容的負極與放大器的電源負極輸入端連接。

進一步地，所述差分放大電路還包括差模幹擾抑制電路，所述差模幹擾抑制電路包括第九電阻、第十電阻和第十一電容，所述平衡式雙T型陷波電路的第一輸出端與第九電阻的左端連接，所述平衡式雙T型陷波電路的第二輸出端與第十電阻的左端連接，所述第九電阻的右端與第十一電容的上端連接，所述第十一電容的下端與第十電阻的右端連接，所述第十一電容的上端、下端分別與第一放大器的輸入端、第二放大器的輸入端連接。

本實用新型的有益效果是：本實用新型一種高抗幹擾前置放大器利用過壓保護電路進行電路過壓保護；並通過共模差模幹擾抑制電路和平衡式雙T型陷波電路進行幹擾信號抑制，減少信號幹擾，保障信號的準確接收和發送，最後通過差分放大電路對信號進行差分放大，確保信號的精確性和穩定性；高抗幹擾前置放大器的抗幹擾和信號放大性能良好，因此，進行信號接收和發送時，無需使用笨重的信號接收機或信號發送機來保證信號的精確接收和發送。

附圖說明

下面結合附圖對本實用新型的具體實施方式作進一步說明：

圖1是本實用新型一種高抗幹擾前置放大器的結構框圖；

圖2是本實用新型一種高抗幹擾前置放大器中過壓保護電路、共模差模幹擾抑制電路和平衡式雙T型陷波電路的一具體實施例電路圖；

圖3是本實用新型一種高抗幹擾前置放大器中差分放大電路的一具體實施例電路圖。

具體實施方式

需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。

一種高抗幹擾前置放大器，參考圖1，圖1是本實用新型一種高抗幹擾前置放大器的結構框圖，包括差分信號輸入端、過壓保護電路、共模差模幹擾抑制電路、平衡式雙T型陷波電路、差分放大電路和差分信號輸出端，差分信號輸入端與過壓保護電路的輸入端連接，過壓保護電路的輸出端與共模差模幹擾抑制電路的輸入端連接，共模差模幹擾抑制電路的輸出端與平衡式雙T型陷波電路的輸入端連接，平衡式雙T型陷波電路的輸出端與差分放大電路的輸入端連接，差分放大電路的輸出端與差分信號輸出端連接。

一種高抗幹擾前置放大器利用過壓保護電路進行電路過壓保護；並通過共模差模幹擾抑制電路和平衡式雙T型陷波電路進行幹擾信號抑制，減少信號幹擾，保障信號的準確接收和發送，最後通過差分放大電路對信號進行差分放大，確保信號的精確性和穩定性；高抗幹擾前置放大器的抗幹擾和信號放大性能良好，因此，進行信號接收和發送時，無需使用笨重的信號接收機或信號發送機來保證信號的精確接收和發送。

作為技術方案的進一步改進，參考圖2，圖2是本實用新型一種高抗幹擾前置放大器中過壓保護電路、共模差模幹擾抑制電路和平衡式雙T型陷波電路的一具體實施例電路圖，過壓保護電路1包括第一陶瓷放電管G1、第一電阻R1、第一瞬態抑制二極體B1、第二瞬態抑制二極體B2和第三瞬態抑制二極體B3，第一陶瓷放電管G1的兩端與差分信號輸入端P1連接，第一電阻R1和第一陶瓷放電管G1並聯連接，第二瞬態抑制二極體B2的上端和下端分別與第一電阻R1的兩端連接，第一瞬態抑制二極體B1的上端接地，第一瞬態抑制二極體B1的下端與第二瞬態抑制二極體B2的上端連接，第三瞬態抑制二極體B3的下端接地，第三瞬態抑制二極體B3的上端第二瞬態抑制二極體B2的下端連接。

本實施例中，第一陶瓷放電管G1採用陶瓷氣體放電管2RL070M-5，其為防雷保護設備中應用最廣泛的開關器件，浪湧電流大，極間電容低，可達到1pF，絕緣阻值可達10GΩ，用於防止瞬態差模信號過大；其次，兩個信號輸入端與地之間各添加一個TVS瞬態抑制二極體B1和B3，這裡，第一瞬態抑制二極體B1、第二瞬態抑制二極體B2和第三瞬態抑制二極體B3採用P6KE15CA型號的TVS瞬態抑制二極體，用於防止瞬態共模信號過大；最後，第一電阻R1的阻值設置比較大，設計為50M,用來增加信號檢測儀器如高密度電法儀的內阻，跟大地電阻相比，這個值要遠大於大地電阻值，才可以從大地上獲得完整的信號。

作為技術方案的進一步改進，參考圖2，圖2是本實用新型一種高抗幹擾前置放大器中過壓保護電路、共模差模幹擾抑制電路和平衡式雙T型陷波電路的一具體實施例電路圖，共模差模幹擾抑制電路2包括第一電容C1、第一電感L1和第二電容C2，第一電容C1的上端與第二瞬態抑制二極體B2的上端連接，第一電容C1的下端與第二瞬態抑制二極體B2的下端連接，第一電容C1的上端、下端分別與第一電感L1的第一輸入端、第二輸入端連接，第一電感L1的第一輸出端、第二輸出端分別與第二電容C2的上端、下端連接。

本實施例中，共模差模幹擾抑制電路2由第一電感L1、第一電容C1和第二電容C2等器件組成。在信號輸入級採用差分輸入方式，可抑制共模幹擾信號；在差分放大器電路之前設置了一個共模電感L1，用於濾除輸入信號中混雜的共模電磁幹擾，它對差模信號沒有影響；另外，為了濾除差模信號中的高頻噪聲，在差分放大電路之前還設置高頻濾波電容C1和C2，它們對高頻差模信號相當於短路，因此可以濾除差模信號中的高頻幹擾。

作為技術方案的進一步改進，參考圖2，圖2是本實用新型一種高抗幹擾前置放大器中過壓保護電路、共模差模幹擾抑制電路和平衡式雙T型陷波電路的一具體實施例電路圖，平衡式雙T型陷波電路3為對稱的雙T型陷波電路，包括第一陷波電路、第二陷波電路和第二電阻R2，第一陷波電路包括第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5和第六電容C6，第二陷波電路包括第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第七電容C7、第八電容C8、第九電容C9和第十電容10；

第二電容C2的上端與第三電阻R3的左端連接，第三電阻R3的左端與第三電容3的左端連接，第三電阻R3的右端與第四電阻R4的左端連接，第四電阻R4的右端與第四電容C4的右端連接，第四電容C4的左端與第三電容C3的右端連接，第五電阻R5的上端與第三電容C3的右端連接，第五電阻R5的下端與第五電容C5的下端連接，第五電容C5的上端與第三電阻R3的右端連接，第六電容C6與第五電容C5並聯連接；第二陷波電路的結構與第一陷波電路的結構相同，第五電容C5的下端與第九電容C9的上端連接，第五電容C5的下端與第二電阻R2的左端連接，第二電阻R2的右端接地；

第四電阻R4的右端作為平衡式雙T型陷波電路的第一輸出端OUT1與差分放大電路的輸入端連接，第八電阻R8的右端作為平衡式雙T型陷波電路的第二輸出端OUT2與差分放大電路的輸入端連接。

本實施例中，一般地，輸入信號中50HZ工頻信號是最大的幹擾信號源，如果不對其進行抑制，那麼工頻幹擾信號將和有用信號一起被送到差分放大電路進行放大，從而有可能使輸入信號超過差分放大電路的輸入電壓範圍，導致差分放大電路不能正常工作，甚至造成損壞；同時，由於測量信號是雙極性的，一般的雙T型50Hz陷波電路是非對稱的，如果將這種非對稱的陷波電路接入差放的輸入端，那麼系統的輸入阻抗就會出現不對稱，系統的輸入阻抗不同，從而引起測量誤差。為此，在差分放大電路之前增加了平衡式雙T型陷波電路，包括第一陷波電路、第二陷波電路和第二電阻R2，這種對稱的雙陷波電路既能抑制工頻幹擾，還能保證電路的對稱性，使得差分放大電路能夠正常工作；對稱的雙T型陷波電路對每路信號中的工頻幹擾的抑制能達到120dB；還可以防止差分放大電路出現飽和。

作為技術方案的進一步改進，參考圖3，圖3是本實用新型一種高抗幹擾前置放大器中差分放大電路的一具體實施例電路圖，差分放大電路包括第一放大電路4、第二放大電路5和第三放大電路6，第一放大電路4包括與電源連接的第一濾波電路和第一放大器U1，第一濾波電路的輸出端與第一放大器U1的輸入端連接；第二放大電路5包括與電源連接的第二濾波電路和第二放大器U2，第二濾波電路的輸出端與第二放大器U2的輸入端連接；第三放大電路6包括與電源連接的第三濾波電路和第三放大器U3，第三濾波電路的輸出端與第三放大器U3的輸入端連接；平衡式雙T型陷波電路3的輸出端分別與第一放大器U1的輸入端、第二放大器U2的輸入端連接，平衡式雙T型陷波電路3的第一輸出端OUT1與第一放大器U1的輸入端連接，平衡式雙T型陷波電路的第二輸出端OUT2與第二放大器U2的輸入端連接，第一放大器U1的輸出端、第二放大器U2的輸出端分別與第三放大器U3的輸入端連接，第三放大器U3的輸出端與差分信號輸出端OUT連接。

本實施例中，放大器採用高輸入阻抗、高共模抑制比、低偏置電流的OP27低噪聲放大器，它具有2GΩ以上的輸入阻抗和差分輸入模式下96dB以上的共模抑制比，既對共模幹擾有很強的抑制作用，還易與外部輸入阻抗匹配，能夠很好地濾除信號中的共模幹擾。差分放大電路包括第一放大電路4、第二放大電路5和第三放大電路6，第一放大電路4和第二放大電路5先分別對每一路信號進行放大，第三放大電路6再對信號進行差分放大輸出，對信號進行多層放大，提高了差分放大電路的信號放大性能。

作為技術方案的進一步改進，第一濾波電路、第二濾波電路和第三濾波電路的結構相同，用於濾除電源引入的幹擾信號，濾波電路包括電源正極濾波電路和電源負極濾波電路，

參考圖3，圖3是本實用新型一種高抗幹擾前置放大器中差分放大電路的一具體實施例電路圖，以第一濾波電路為例，說明濾波電路的結構：電源正極濾波電路包括第一濾波電容C14和第一濾波電解電容C15，第一濾波電容C14的上端和第一濾波電解電容C15的負極連接，第一濾波電容C14的上端接地，第一濾波電容C14的下端和第一濾波電解電容C15的正極連接；

電源負極濾波電路包括第二濾波電容C12和第二濾波電解電容C13，第二濾波電容C12的上端和第二濾波電解電容C13的正極連接，第二濾波電容C12的上端接地，第二濾波電容C12的下端和第二濾波電解電容C13的負極連接；

第一濾波電解電容C15的正極與電源正極+VA連接，第一濾波電解電容C15的正極與放大器U1的電源正極輸入端連接；第二濾波電解電容C13的負極與電源負極-VA連接，第二濾波電解電容C13的負極與放大器U1的電源負極輸入端連接。

同理，第二濾波電路由電容C16、電容C18、電解電容C17和電解電容C19組成，第三濾波電路由電容C21、電容C23、電解電容C20和電解電容C22組成，第二濾波電路和第三濾波電路的電路結構與第一濾波電路相同。

作為技術方案的進一步改進，差分放大電路還包括差模幹擾抑制電路7，用於消除差模幹擾，差模幹擾抑制電路7包括第九電阻R9、第十電阻R10和第十一電容C11，平衡式雙T型陷波電路3的第一輸出端OUT1與第九電阻R9的左端連接，平衡式雙T型陷波電路3的第二輸出端OUT2與第十電阻R10的左端連接，第九電阻R9的右端與第十一電容C11的上端連接，第十一電容C11的下端與第十電阻R10的右端連接，第十一電容C11的上端、下端分別與第一放大器U1的輸入端、第二放大器U2的輸入端連接。

以上是對本實用新型的較佳實施進行了具體說明，但本發明創造並不限於所述實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本實用新型精神的前提下還可做出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權利要求所限定的範圍內。