專利名稱：用于微波輻射計的偏置電路和溫度補償?shù)皖l放大電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波輻射計，尤其是涉及一種用于微波輻射計的偏置電路和溫度補償?shù)皖l放大電路。
背景技術(shù)：
微波輻射計是ー種被動式地基無源微波遙感設(shè)備。微波輻射計一般包含四個基本組成部分，即光學(xué)系統(tǒng)、探測器、放大器和記錄顯示裝置及參考輻射源和調(diào)制器。在輻射計系統(tǒng)集成后，用于露天測量時，溫度的變化會引起放大器中小信號檢波電路中的檢波ニ極管參數(shù)的變化，尤其是檢波ニ極管兩端的壓降會隨溫度而變化，使檢波ニ極管的工作點(即Q點)發(fā)生變化，進而影響到小信號檢波電路的輸出電壓發(fā)生變化。因此使微波輻射計的測量結(jié)果會受外界溫度影響產(chǎn)生較大變化，不利于實驗測量。之所以會出現(xiàn)這種情況，是因為現(xiàn)有偏置電路輸出的信號是固定值或者偏置電路的輸出端接地，無法對因溫度引起的檢波ニ極管輸出電壓的變化進行補償，也就無法對小信號檢波電路的輸出電壓變化進行補償。 因此，本發(fā)明基于現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，對偏置電路進行了改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于微波輻射計的偏置電路，其能夠?qū)Πz波ニ極管的小信號檢波電路的輸出電壓變化進行補償，具有較好的溫控作用；此外，本發(fā)明還提供一種用于微波輻射計的溫度補償?shù)皖l放大電路。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于微波輻射計的偏置電路，該偏置電路包括電源、熱敏電阻、穩(wěn)壓ニ極管VD2、電容C3、電容C4、電阻R3及電阻R4，其中，電阻R3的一端連接所述電源，另一端連接穩(wěn)壓ニ極管VD2的陰極，穩(wěn)壓ニ極管VD2的陽極接地，電源、電阻R3和穩(wěn)壓ニ極管VD2構(gòu)成電流回路；電容C3和電容C4相串聯(lián)，構(gòu)成串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路再并聯(lián)到所述穩(wěn)壓ニ極管VD2的兩端；電阻R4的一端連接穩(wěn)壓ニ極管VD2的陰扱，電阻R4的另一端連接所述熱敏電阻，熱敏電阻的另一端接地，電阻R4與所述熱敏電阻構(gòu)成串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路并聯(lián)到所述穩(wěn)壓ニ極管VD2的兩端。在優(yōu)選的技術(shù)方案中，熱敏電阻采用鉬電阻PI。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供一種用于微波輻射計的溫度補償?shù)皖l放大電路，其包括小信號檢波電路、偏置電路、信號放大電路、積分電路、射隨電路，小信號檢波電路為信號放大電路提供ー輸入信號；偏置電路為信號放大電路提供另ー輸入信號，該偏置電路采用前述的偏置電路；信號放大電路用于放大所述小信號檢波電路的輸出信號；積分電路用于將所述信號放大電路的輸出信號在指定的積分時間內(nèi)取平均值；射隨電路接收所述積分電路的輸出信號，并對該輸出信號進行電壓跟隨和隔離。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點在本發(fā)明實施例中，對偏置電路進行了改進，將傳統(tǒng)的偏置電路輸出的信號是固定值或者偏置電路的輸出端接地的電路形式，改為偏置電路的輸出電壓取自熱敏電阻兩端的電壓。當外界溫度發(fā)生變化時，小信號檢波電路中的檢波ニ極管兩端的壓降以及偏置電路中的熱敏電阻兩端的壓降均會發(fā)生變化，通過信號放大電路中的高精度差分放大器來抑制這種共模影響，實現(xiàn)了偏置電路中的熱敏電阻兩端的壓降變化抵消掉了小信號檢波電路中的檢波ニ極管兩端壓降的變化，從而避免了溫度漂移對信號放大電路輸出端的影響。本發(fā)明能夠適用于低成本、高精度、穩(wěn)定性和一致性好的低頻放大領(lǐng)域，有效地解決了低頻放大電路收溫度噪聲干擾和檢波ニ極管的溫度特性對電路的影響，起到溫度補償?shù)淖饔?，在輻射計溫控測量上起到了很大的作用。


圖I為測量溫度補償?shù)皖l放大電路參數(shù)時的連接示意圖；圖2為本發(fā)明實施例溫度補償?shù)皖l放大電路的電路原理圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體附圖和實施例對本發(fā)明做詳細的闡述。圖2顯示的是采用了鉬電阻的本發(fā)明實施例的電路原理圖。溫度補償?shù)皖l放大電路包括小信號檢波電路、偏置電路、信號放大電路、積分電路和射隨電路(也稱電壓跟隨器)。小信號檢波電路包括檢波ニ極管VDl、電阻Rl、電阻R2和電容Cl，其中，檢波ニ極管VDl的陽極分別連接輻射計接收機的輸出端及電阻R1，電阻Rl的另一端接地，電阻Rl為檢波ニ極管VDl提供導(dǎo)通電壓；檢波ニ極管VDl的陰極分別連接電容Cl、電阻R2及信號放大電路的ー輸入端，在圖2所示的一種實施方式的電路原理圖中，檢波ニ極管VDl的陰極連接信號放大電路的同相輸入端，Cl用于將信號中的高頻成份旁路到地。當檢波ニ極管VDl導(dǎo)通后，檢波ニ極管VDl與電阻R2形成ー電流通路，電阻R2上的壓降就是檢波電路的輸出電壓。小信號檢波電路的輸入端連接輻射計接收機的輸出端，小信號檢波電路用于對輻射計接收機的輸出信號(弱信號)進行檢波，并為信號放大電路提供輸入信號，在圖2所示的一種實施方式中，小信號檢波電路的輸出信號輸入到信號放大電路中的高精度差分放大器的同相輸入端。偏置電路包括熱敏電阻、穩(wěn)壓ニ極管VD2、電容C3、電容C4、電阻R3及電阻R4。電阻R3的一端連接電源，另一端連接穩(wěn)壓ニ極管VD2的陰極，穩(wěn)壓ニ極管VD2的陽極接地，電源、電阻R3和穩(wěn)壓ニ極管VD2構(gòu)成電流回路，其中電阻R3為保護電阻，穩(wěn)壓ニ極管VD2產(chǎn)生穩(wěn)定的2. 5v電壓；電容C3和電容C4相串聯(lián)，構(gòu)成串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路再并聯(lián)到穩(wěn)壓ニ極管VD2的兩端，電容C3和電容C4用于保護穩(wěn)壓ニ極管VD2 ；電阻R4的一端連接穩(wěn)壓ニ極管VD2的陰極，電阻R4的另一端分別連接熱敏電阻和信號放大電路的ー輸入端，在圖2所不的ー種實施方式中，該信號放大電路的一輸入端優(yōu)選為反相輸入端，熱敏電阻的另ー端接地，電阻R4與熱敏電阻構(gòu)成串聯(lián)電路后，該串聯(lián)電路再并聯(lián)到穩(wěn)壓ニ極管VD2的兩端；電阻R4和熱敏電阻對穩(wěn)壓ニ極管VD2兩端的2. 5V電壓進行分壓，熱敏電阻兩端的電壓即為偏置電路的輸出電壓。熱敏電阻優(yōu)選為鉬電阻，鉬電阻包括PT100HE、PT1000等系列產(chǎn)品，PT100HE中PT后的100即表示它在(TC時的阻值為100歐姆，在100°C時它的阻值約為138. 5Q。熱敏電阻的作用在于利用其阻值隨溫度線性變化的原理，來對檢波ニ極管因溫度變化而引起的輸出電壓的變化進行補償。在圖2所示的一種實施方式中，偏置電路中的熱敏電阻采用鉬電阻P1，偏置電路的輸出信號輸入到信號放大電路中的高精度差分放大器的反相輸入端，偏置電路為信號放大電路提供偏置電壓。信號放大電路(也即集成運算放大器)包括作為輸入級的高精度差分放大器、作為中間級的放大電路(未圖示)及作為輸出級的輸出電路(未圖示)。其中，信號放大電路所放大的是小信號檢波電路的輸出信號。高精度差分放大器用于消除溫度漂移信號，起到溫度補償?shù)淖饔?；中間級的作用是提供較高的電壓放大倍數(shù)；輸出級的作用是提供一定的電壓變化和電流變化。信號放大電路的輸出信號輸入積分電路的反相輸入端。積分電路包括運算放大器、電阻R5、電容C2，電阻R5和電容C2構(gòu)成并聯(lián)電路，該并聯(lián)電路的一端連接運算放大器的反相輸入端，該并聯(lián)電路的另一端連接運算放大器的輸出端，運算放大器的反相輸入端還連接信號放大電路的輸出端，運算放大器的同相輸入端接地；積分電路的輸出信號輸入射隨電路的同相輸入端；積分電路的輸出電壓與輸入電壓成積分關(guān)系。積分電路將信號放大電路的輸出信號在指定的積分時間內(nèi)進行積分。其中的電阻R5和電容C2可以確定積分電路的積分時間，積分電路的作用是根據(jù)微波輻射計的應(yīng) 用設(shè)計的，將積分時間內(nèi)的信號取平均值。積分時間越長，信號就越平滑，兩個信號之間的干擾就越小，信噪比越高，微波輻射計的靈敏度就越高。射隨電路，也稱電壓跟隨器，其主要包括運算放大器，射隨電路的同相輸入端連接積分電路的輸出端，射隨電路的輸出信號可以輸入至計算機；射隨電路具有輸入電阻大、輸出電阻小的特點，射隨電路主要是起到電壓跟隨的作用，還能增加對后級電路的驅(qū)動能力，避免后級電路對前級電路的影響，起到隔離的作用。本發(fā)明提供的一種實施方式的工作原理如下小信號檢波電路的輸出信號和偏置電路的輸出信號分別作為信號放大電路中高精度差分放大器的輸入信號。小信號檢波電路中的電阻的阻值和電容的電容值是根據(jù)輻射計接收機輸出的信號的頻率進行設(shè)置的。小信號檢波電路的輸出電壓范圍為20mf60mV，經(jīng)過計算，當溫度變化在-20度到30度的時候，檢波ニ極管VDl兩端的壓降會發(fā)生變化，當溫度升高時，檢波ニ極管VDl兩端的壓降降低，當溫度降低時，檢波ニ極管兩端的壓降升高，通過參數(shù)測量可知小信號檢波電路的電壓變化為40mv左右。據(jù)此數(shù)據(jù)來設(shè)置偏置電路中的鉬電阻的電阻值，由于鉬電阻Pl的阻值會隨溫度的増加而變化，當溫度從-20度變化到30度時，鉬電阻的阻值變化20歐姆，故，只需調(diào)節(jié)電阻R4的阻值，使流過鉬電阻Pl的電流為2mA即可實現(xiàn)鉬電阻兩端的電壓變化范圍為40mA。至此，依據(jù)鉬電阻Pl的電阻值隨溫度而變化的原理，使得提供給信號放大電路的偏置電壓也隨溫度而變化；從而使溫漂的變化同時分別作用于信號放大電路中差分放大器的同相輸入端和反相輸入端，進而起到了溫度補償?shù)淖饔?。需要說明的是，偏置電路輸出電壓的大小沒有限制，不一定必須在2(T60mv范圍內(nèi)，只需要保證偏置電路的輸出電壓隨溫度變化的范圍在40mv左右即可。圖I顯示的是本發(fā)明實施例在進行參數(shù)設(shè)置時的測量連接示意圖。本發(fā)明實施例的一種用于微波輻射計的溫度補償?shù)皖l放大電路在進行參數(shù)測量時，首先將小信號檢波電路、偏置電路、信號放大電路、積分電路和射隨電路進行電連接之后，放入溫控箱內(nèi)，再將小信號檢波電路與中心頻率為300MHz、增益為Odb的信號發(fā)生器電連接，射隨電路的輸出端經(jīng)采集卡與主控計算機電連接。電路供電之后，通過萬用表檢測信號放大電路的輸出是否飽和。若輸出飽和，則通過調(diào)節(jié)放大電路的増益使輸出在3V左右。電路輸出正常之后，設(shè)定溫控箱參數(shù)，使溫控箱的溫度每兩分鐘變化一度，溫度變化范圍為-20度到30度。最后記錄相關(guān)數(shù)據(jù)并形成曲線，得到輸出數(shù)據(jù)隨溫度變化情況。本發(fā)明實施例溫度補償?shù)皖l放大電路在實際應(yīng)用時，其小信號檢波電路連接輻射計接收機，射隨電路的輸出端直接連接計算機。綜上所述，本發(fā)明實施例溫度補償?shù)皖l放大電路的輸出結(jié)果受外界溫度的影響很小，具有良好的溫控作用。最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明 的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求
1.一種用于微波輻射計的偏置電路，其特征在干所述偏置電路包括電源、熱敏電阻、穩(wěn)壓ニ極管VD2、電容C3、電容C4、電阻R3及電阻R4，其中，所述電阻R3的一端連接所述電源，另一端連接所述穩(wěn)壓ニ極管VD2的陰極，所述穩(wěn)壓ニ極管VD2的陽極接地，所述電源、所述電阻R3和所述穩(wěn)壓ニ極管VD2構(gòu)成電流回路；所述電容C3和所述電容C4相串聯(lián)，構(gòu)成串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路再并聯(lián)到所述穩(wěn)壓ニ極管VD2的兩端；所述電阻R4的一端連接所述穩(wěn)壓ニ極管VD2的陰極，所述電阻R4的另一端連接所述熱敏電阻，所述熱敏電阻的另一端接地，所述電阻R4與所述熱敏電阻構(gòu)成串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路并聯(lián)到所述穩(wěn)壓ニ極管VD2的兩端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于微波輻射計的偏置電路，其特征在于所述熱敏電阻為鉬電阻Pl。
3.一種用于微波輻射計的溫度補償?shù)皖l放大電路，其包括 小信號檢波電路，其為信號放大電路提供ー輸入信號； 偏置電路，其為信號放大電路提供另ー輸入信號； 信號放大電路，其用于放大所述小信號檢波電路的輸出信號； 積分電路，其用于將所述信號放大電路的輸出信號在指定的積分時間內(nèi)取平均值； 射隨電路，其接收所述積分電路的輸出信號，并對該輸出信號進行電壓跟隨和隔離； 其特征在于，所述偏置電路采用權(quán)利要求I所述的偏置電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于微波輻射計的偏置電路及包括該偏置電路的溫度補償?shù)皖l放大電路，在該偏置電路中，電阻R3的一端連接電源，另一端連接穩(wěn)壓二極管VD2的陰極，穩(wěn)壓二極管VD2的陽極接地，電源、電阻R3和穩(wěn)壓二極管VD2構(gòu)成電流回路；電容C3和電容C4相串聯(lián)，構(gòu)成串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路再并聯(lián)到穩(wěn)壓二極管VD2的兩端；電阻R4的一端連接穩(wěn)壓二極管VD2的陰極，電阻R4的另一端連接熱敏電阻，熱敏電阻的另一端接地，電阻R4與熱敏電阻構(gòu)成串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路并聯(lián)到所述穩(wěn)壓二極管VD2的兩端。該偏置電路能夠補償小信號檢波電路因溫度變化而造成的輸出電壓變化，具有較好的溫控作用，減小了外界溫度對放大電路的影響。
文檔編號G01J5/52GK102840920SQ201210275489
公開日2012年12月26日 申請日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者張江漫, 張升偉, 王新彪, 何杰穎, 張瑜 申請人:中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心