一种信号功率放大电路的制作方法

1.本实用新型涉及地质勘探测试技术领域，具体涉及一种信号功率放大电路。


背景技术：

2.井间电磁波ct成像技术在许多工程领域均取得比较理想的效果。特别是在重大工程和水利枢纽、大桥及高层、超高层建筑等项目的地基基础勘探方面。通常要求搞清楚地下持力层(坚硬土层或基岩)是否存在断裂构造问题，电磁波ct成像法更具有其独到之处。对于复杂地质条件，如地下溶洞、地下不明隐蔽物、不同风化程度的基岩层、断裂或断层分布特征等，电磁波ct成像技术除了能揭示常规勘探折射法渴望推断的构造特征外，还能进一步直观而精确地查明那些局部“异常病变体”的位置、形状和性质，为工程设计提供更为详尽可靠的地质资料，这是传统勘探方法难以解决而电磁波ct成像技术却擅长的突出优点之所在。
3.从长远来看，不管是在深部矿产油气资源等方面勘察，还是在工程地质或地质灾害的预测方面层析成像都具有重大的现实意义，这也为地下电磁波勘察提供了广阔的前景，也给社会带来巨大的经济效益和社会效益。
4.孔间电磁波ct仪的发射机发射信号具有通频带宽，功率小等特点，ct仪发射机产生的信号频率段在0.1m
‑
50mhz,功率一般为几十毫瓦至几百毫瓦不等，同时此类信号还包含一些不必要的低频噪声信号，例如地磁信号等干扰，振动信号等，对于该类复杂信号的功率放大问题一直是一个尚未解决的难题。


技术实现要素：

5.本实用新型解决的一个主要问题是如何从硬件上解决孔间电磁波ct仪发射信号功率不足的问题。
6.本实用新型提供一种信号功率放大电路，包括：与信号发射装置发射端相连的第一级放大电路，被配置为放大倍数为10倍，放大功率大于0且小于阈值；以及与所述第一级放大电路相连的第二级放大电路，被配置为放大倍数为100倍，放大功率大于0且小于阈值。
7.在一些实施例中，第一级放大电路包括串联的第一信号放大单元和第二信号放大单元。
8.在一些实施例中，第一信号放大单元包括：与所述信号发射装置发射端相连的运算放大器；以及与所述运算放大器的输出端相连的rc并联电路，被配置为抑制并过滤噪声信号；以及与所述rc并联电路串连的增益缓冲器。
9.在一些实施例中，第一级放大电路还包括：设置在所述rc并联电路与所述增益缓冲器之间的电容，所述电容一端接地，且被配置为减少高频信号在电路中衰减的缓冲器。
10.在一些实施例中，所述第一信号放大单元的电源上连接有并联电容，所述并联电容的另一端接地。
11.在一些实施例中，所述第一信号放大电路还包括与所述第一信号放大单元并联的
第一电阻；以及与所述第一信号放大单元阳极相连的第二电阻，所述第二电阻一端接地。
12.在一些实施例中，所述第二信号放大单元与所述第一信号放大单元的结构相同。
13.在一些实施例中，所述第二级放大电路包括：串联，和/或，并联的电容组，所述电容组被配置为过滤信号功率放大前或放大后的杂波信号。
14.在一些实施例中，所述第二级放大电路还包括：与所述电容组串联的blf177高频mos管，被配置为放大输入信号的功率。
15.在一些实施例中，所述运算放大器配置为宽带电流反馈型运算放大器ad811；所述缓冲器配置为高速开环单位增益缓冲器buf634。
16.本实用新型采用两级功率放大电路，可以有效地对孔间电磁波ct仪发射机信号进行放大，解决了孔间电磁波ct仪输出信号功率小从而无法满足天线发射要求的问题，从硬件上解决了孔间电磁波ct仪发射信号功率不足的问题，为后续地质勘探的研究分析提供可靠的信号数据，该发明同样适用于其他小信号的功率放大，具有较好的市场前景。
附图说明
17.本实用新型构成说明书的一部分附图描述了本实用新型的实施例，并且连同说明书一起用于解释本实用新型的原理。
18.图1为本实用新型实施例中一种信号功率放大电路的总体电路设计示意图。
19.图2为本实用新型实施例中第一级信号放大电路的结构示意图。
20.图3为本实用新型实施例中信号放大单元1电路设计示意图。
21.图4为本实用新型实施例中信号放大单元2电路设计示意图。
22.图5为本实用新型实施例中第二级信号放大电路的示意图。
23.图6为经放大电路放大前后的测试信号的输入功率和输出功率的关系示意图。
具体实施方式
24.下面将结合附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。
25.同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
26.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。
27.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。
28.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
29.在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
30.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
31.如图1所示，为本实用新型中信号功率放大电路的一个实施例的结构示意图，包括与信号发射装置发射端相连的第一级信号放大电路，用于预放大脉冲调制信号，该放大电路包括串联的信号放大单元1和信号放大单元2，其放大倍数为10倍，在保证不失真的情况下，可以将信号功率放大到1w左右；还包括与第一级信号功率放大电路相连的第二级信号放大电路，被配置为放大倍数为100倍，放大功率最高可达到100w。
32.在一些实施例中，如图2所示，电路为了避免单级放大倍数过大带来的影响，在第一级信号放大电路中采用两级放大单元串联代替单级放大单元，经过两级放大单元之后，能将输入信号的信号功率放大到1w；信号放大单元1包括与信号发射装置发射端相连的宽带电流反馈型运算放大器，如ad811；还包括与运算放大器的输出端相连的rc并联电路，被配置为抑制并过滤噪声信号；以及与所述rc并联电路输出端相连的高速开环单位增益缓冲器，如buf634，其中，运算放大器ad811的增益公式为：
33.gain＝1 r7/r1，
34.其中gain为增益值，r7和r1均为对应电阻的值；
35.在一些实施例中，运算放大器ad811的输出端采用rc并联电路进行高通滤波，抑制并过滤无用噪声信；在ad811和buf634p上的供电电源(电源电压为15v)旁边加入多个并联电容，用于补偿电源带来的对信号的干扰效果，同时在rc并联电路的输出端连接15pf的电容作为缓冲器，来减少高频信号在电路中的衰减，该电容的另一端接地，上述设计使得补偿后的电路高频响应效果良好，同时输入信号功率不超过0.1w，输出信号功率可达到1w左右，可以满足孔间电磁波ct仪功率设计要求。
36.在一些实施例中，如图3所示，第一级信号放大电路中的信号放大单元1还包括与运算放大器ad811并联的滑动变阻器r7，该电阻被配置为500ω；以及与所述运算放大器ad811de阳极相连的电阻r1，该电阻一端接地，且被配置为500ω，信号放大单元1的放大倍数被配置为2倍。
37.如图4所示，信号放大单元2与信号放大单元1的电路设计相同，信号放大单元2中r7取值为2kω，r1为500ω，其放大倍数被配置为5倍。
38.在一些实施例中，如图5所示，第二级信号放大电路采用多个电容进行串联，和/或，并联来构成电容电路，从而实现功率放大前后对周围环境杂波信号的过滤，保证信号的纯净。
39.在一些实施例中，电容电路后还串联有blf177高频mos管来进行功率放大，blf177为高频功率mos晶体管，具有高功率增益、低互调失真、功率控制简单、良好的热稳定性以及承受满载不匹配等优点；高频mos晶体管主要负责功率放大的作用，前面的电容电路主要作用是为了确保放大信号的频率段在0.1mhz
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50mhz之间，也即起到一个选频的作用，同时滤除周围环境不需要的噪声信息，两者相结合可以实现特定频率段信号(0.1m
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50mhz)的功率放大，以保证信号的纯净。
40.根据上述描述，本实用新型实施例提供的信号放大电路，根据电路要处理信号的特点是功率小、通频带宽的特点，第一级信号放大电路首先选用宽带电流反馈型运算放大器(如ad811、ad8009a等型号)与高速开环单位增益缓冲器(如buf634a、blf177)；宽带电流反馈型运算放大器放大时带宽为120mhz，差分增益和相位误差分贝分别为0.01％和0.01，因此，ad811型号的宽带电流反馈型运算放大器成为绝佳选择，除了低差分增益和相位误差
外，它还满足严苛的0.1db增益平坦度要求，同时ad811也特别注重瞬态响应性能的脉冲应用，同时具有低失真特性和宽增益带宽，由于它是一款电流反馈型放大器，因此还可以在整个宽增益范围内保持这一带宽，同时该放大器还具有1.9nv/khz的低电压噪声，10pa/khz的低电流噪声以及出色的直流精度适合宽动态范围应用；由于将第一级放大电路设计了10倍的放大倍数，在保证不失真的情况下，将信号功率放大到1w左右，同时频带宽度可以满足孔间电磁波ct仪要求。
41.第二级放大电路采用高频mos晶体管，其中，选用blf177型号，blf177为高频功率mos晶体管，具有高功率增益、低互调失真、功率控制简单、良好的热稳定性及承受满载不匹配等优点，当第一级预放电路输出信号输入到第二级功率放大电路时，同时可通过调节栅源电压来调节功率放大倍数，信号经过多级放大后功率可达100w，满足天线所需发射要求。
42.本实用新型实施例公开的信号放大电路或装置中，第一级放大电路输出信号功率大约为1w，输入信号进入到第二级的功率放大电路，该功率放大电路放大倍数约为100倍左右，信号经过放大后，进入发射天线，可以满足井间电磁波ct仪所需发射要求，实现复杂环境下大带宽信号的放大收集。
43.如图6所示，图中为测试的输入信号功率和经本实用新型公开的电路放大后的信号功率关系图，由图中可以看出，发射机发射出的信号经过本实用新型实施例公开的第一级预放电路放大后，功率最高可达到1w左右，通过输入功率和输出功率的关系图可以看出，经过本实用新型实施例公开的第二级放大电路的输出信号功率可达到100w，能够满足孔间电磁波ct仪发射机发射功率最高要求。
44.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
45.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。