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专利名称：一种低噪声超声波放大电路的制作方法
技术领域：
本实用新型属于测试技术领域，涉及一种电路，具体是一种用于放大超声波微弱信号的高增益低噪声放大电路。
背景技术：
在电力工业、航天航空、石油化工、材料试验等领域，越来越多地采用超声波检测法来检测设备内部结构、材料中的缺陷，以便在早期或临近破坏前进行预报。对于这种很微弱的信号，目前大多采用集成电路或复杂的分立元件来实现，一般低噪声的集成放大芯片需要正负电源，其电源电压也只有士 12V范围，对于大多采用电池供电的超声波检测仪器而言，由此产生的背景噪声偏高，加上温漂、零漂等因素，严重影响检测灵敏度。另外，超声波检测传感器可分为差分输出和单端输出两类，其与放大电路的匹配性能也影响检测性能。
发明内容本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种低噪声超声波放大电路， 以提高超声波检测的灵敏度和匹配性能。本实用新型包括14个电阻、6个电容、2个三极管、1个放大器以及1个恒流二极管。第一电容Cl的一端、第一电阻Rl的一端以及第三电阻R3的一端与第一三极管Ql 的基极连接，第三电阻R3的另一端接地；第二电容C2的一端、第五电阻R5的一端以及第六电阻R6的一端与第二三极管Q2的基极连接，第六电阻R6的另一端接地；第二电阻R2的一端和第三电容C3的一端与第一三极管Ql的集电极连接，第四电阻R4的一端和第四电容C4 的一端与第二三极管Q2的集电极连接，第一电阻Rl的另一端、第二电阻R2的另一端、第四电阻R4的另一端和第五电阻R5的另一端接电源；第一三极管Ql的发射极和第二三极管Q2 的发射极与恒流二极管Dl的正极连接，恒流二极管Dl的负极接地。第七电阻R7的一端、第九电阻R9的一端和第十电阻RlO的一端与第三电容C3的另一端连接，第八电阻R8的一端、第十一电阻Rll的一端和第十二电阻R12的一端与第四电容C4的另一端连接，第十电阻RlO的另一端和第十一电阻Rll的另一端接地；第五电容 C5的一端、第十三电阻R13的一端和第九电阻R9的另一端与放大器Ul的反相输入端连接， 第十四电阻R14的一端和第十二电阻R12的另一端与放大器Ul的同相输入端连接；第十四电阻R14的另一端与第六电容C6的一端连接，放大器Ul的负电源端和第六电容C6的另一端接地，第七电阻R7的另一端、第八电阻R8的另一端和放大器Ul的正电源端接电源；第五电容C5的另一端和第十三电阻R13的另一端与放大器Ul的输出端连接，作为电路的输出端。 本实用新型大大降低了整个放大电路的温漂、零漂，提升了整个放大电路的动态范围和性能。相比复杂的镜像电流源电路，本实用新型电路简单，恒流二极管非常近似于理想恒流源，性能更优。本实用新型由于第一级和第二级放大电路之间采取差分输入输出，可以在理论上完全消除掉电源波动的影响，有效地降低背景噪声。

图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
一种低噪声超声波放大电路包括14个电阻、6个电容、2个三极管、1个放大器以及 1个恒流二极管，分别是第一电阻Rl (100K)、第二电阻R2 (4. 7K)、第三电阻R3 (39K)、第四电阻R4 (4. 7K)、第五电阻R5 (100K)、第六电阻R6 (39K)、第七电阻R7 (IOK)、第八电阻R8 (IOK)、 第九电阻R9 (IOK)、第十电阻RlO(IOK)、第i^一电阻Rll (IOK)、第十二电阻R12 (IOK)、第十三电阻R13 (IOK)、第十四电阻R14(10K)，第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6，第一三极管Ql (SSM2212)、第二三极管Q2 (SSM2212)，放大器Ul (0PA637)和恒流二极管Dl。如图1所示，第一电容Cl的一端、第一电阻Rl的一端以及第三电阻R3的一端与第一三极管Ql的基极连接，第三电阻R3的另一端接地；第二电容C2的一端、第五电阻R5 的一端以及第六电阻R6的一端与第二三极管Q2的基极连接，第六电阻R6的另一端接地； 第二电阻R2的一端和第三电容C3的一端与第一三极管Ql的集电极连接，第四电阻R4的一端和第四电容C4的一端与第二三极管Q2的集电极连接，第一电阻Rl的另一端、第二电阻R2的另一端、第四电阻R4的另一端和第五电阻R5的另一端接电源；第一三极管Ql的发射极和第二三极管Q2的发射极与恒流二极管Dl的正极连接，恒流二极管Dl的负极接地。第七电阻R7的一端、第九电阻R9的一端和第十电阻RlO的一端与第三电容C3的另一端连接，第八电阻R8的一端、第十一电阻Rll的一端和第十二电阻R12的一端与第四电容C4的另一端连接，第十电阻RlO的另一端和第十一电阻Rll的另一端接地；第五电容 C5的一端、第十三电阻R13的一端和第九电阻R9的另一端与放大器Ul的反相输入端连接， 第十四电阻R14的一端和第十二电阻R12的另一端与放大器Ul的同相输入端连接；第十四电阻R14的另一端与第六电容C6的一端连接，放大器Ul的负电源端和第六电容C6的另一端接地，第七电阻R7的另一端、第八电阻R8的另一端和放大器Ul的正电源端接电源 ’第五电容C5的另一端和第十三电阻R13的另一端与放大器Ul的输出端连接，作为电路的输出端。该电路包括第一级输入匹配放大电路和第二级输入匹配放大电路，其中第一级输入匹配放大电路，采用差分输入差分输出的电路。微弱的超声波信号经电容Cl、C2耦合，差分输入，采用极低噪声的配对晶体管Ql和Q2构建差分放大电路，RU R3、R5、R6分别构建Q1、Q2的直流偏置。Dl是关键元器件。常规的分立元件构成的差分放大电路中，在共射极一般串联电阻；集成的差分放大电路中，在共射极一般接入镜像电流源电路。而本实用新型在共射极串联一个恒流二极管。相比串联电阻方法，大大降低了整个放大电路的温漂、零漂，提升了整个放大电路的动态范围和性能；相比复杂的镜像电流源电路，本实用新型电路简单，恒流二极管非常近似于理想恒流源，性能更优。第二级输入匹配放大电路，采用差分输入单端输出的电路。采用极低噪声的放大器Ul作为核心器件，构建差分输入单端输出的电路，采用电容C3、C4耦合，差分输入，R7、 RIO、R8、Rll分别构建U2的输入端直流偏置，R9、R12、R14、C6和R13、C5进行交流放大，最终在U2输出端实现差分输入单端输出。该电路中 ，可以超声波信号经电容Cl、C2差分输入耦合，也可以经电容Cl输入耦合，C2输入接地。一般业界常用的是第一级差分输入单端输出第二级直接放大的电路方案，本实用新型由于第一级和第二级放大电路之间采取差分输入输出，可以在理论上完全消除掉电源波动的影响，有效地降低背景噪声。另外，超声波检测仪器大多采用电池供电，本实用新型采用28V - 35V的单一电源，相比常规的正负电源士 12V方案，整体系统噪声更小。
权利要求1. 一种低噪声超声波放大电路，包括14个电阻、6个电容、2个三极管、1个放大器以及 1个恒流二极管，其特征在于第一电容(Cl)的一端、第一电阻(Rl)的一端以及第三电阻(R3)的一端与第一三极管 (Ql)的基极连接，第三电阻(R3)的另一端接地；第二电容(C2)的一端、第五电阻(R5)的一端以及第六电阻(R6)的一端与第二三极管(Q2)的基极连接，第六电阻(R6)的另一端接地；第二电阻(R2)的一端和第三电容(C3)的一端与第一三极管(Ql)的集电极连接，第四电阻(R4)的一端和第四电容(C4)的一端与第二三极管(Q2)的集电极连接，第一电阻(Rl) 的另一端、第二电阻(R2)的另一端、第四电阻(R4)的另一端和第五电阻(R5)的另一端接电源；第一三极管(Ql)的发射极和第二三极管(Q2)的发射极与恒流二极管(Dl)的正极连接，恒流二极管(Dl)的负极接地；第七电阻(R7)的一端、第九电阻(R9)的一端和第十电阻(RlO)的一端与第三电容 (C3)的另一端连接，第八电阻(R8)的一端、第十一电阻(Rll)的一端和第十二电阻(R12) 的一端与第四电容(C4)的另一端连接，第十电阻(RlO)的另一端和第十一电阻(Rll)的另一端接地；第五电容(C5)的一端、第十三电阻(R13)的一端和第九电阻(R9)的另一端与放大器(Ul)的反相输入端连接，第十四电阻(R14)的一端和第十二电阻(R12)的另一端与放大器(Ul)的同相输入端连接；第十四电阻(R14)的另一端与第六电容(C6)的一端连接， 放大器(Ul)的负电源端和第六电容(C6)的另一端接地，第七电阻(R7)的另一端、第八电阻(R8)的另一端和放大器(Ul)的正电源端接电源；第五电容(C5)的另一端和第十三电阻 (R13)的另一端与放大器(Ul)的输出端连接，作为电路的输出端。
专利摘要本实用新型涉及一种低噪声超声波放大电路。现有电路设计严重影响检测灵敏度。本实用新型包括两级输入匹配放大电路，具体包括14个电阻、6个电容、2个三极管、放大器以及恒流二极管。第一级输入匹配放大电路采用差分输入差分输出的电路，超声波信号经电容C1、C2耦合，差分输入，采用Q1和Q2构建差分放大电路，R1、R3、R5、R6分别构建Q1、Q2的直流偏置；第二级输入匹配放大电路采用差分输入单端输出的电路，以放大器U1作为核心器件，采用电容C3、C4耦合，差分输入，R7、R10、R8、R11分别构建U2的输入端直流偏置，R9、R12、R14、C6和R13、C5进行交流放大，在U2输出端实现差分输入单端输出。本实用新型电路简单，性能更优，能够有效地降低背景噪声。
文档编号G01N29/22GK202066837SQ201020695858
公开日2011年12月7日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者刘永胜, 华靓, 徐国钧, 李题印, 沉国芳, 童钧, 项伟民 申请人:余杭供电局