CN108649910A - 一种前置放大器 - Google Patents

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李烨
陈巧燕
罗超
李柔
贺强
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Abstract

本发明提供了一种前置放大器，包括：输入匹配电路、输入保护电路、放大晶体管、负反馈网络、输出匹配电路、滤波电路以及输出保护电路；放大晶体管通过电阻(R4)与输出匹配电路相连接；输入匹配电路包括：电容(C1)、电容(C2)、电容(C3)以及电感(L1)，电容(C1)、电容(C2)以及电容(C3)的一端均与输入保护电路相连接，电容(C1)的另一端与输入端口相连接，电容(C2)以及电容(C3)并联，电容(C2)、电容(C3)另一端以及电感(L1)的一端连接到放大晶体管的栅极，电感(L1)的另一端接地；负反馈网络的一端连接到放大晶体管的源极，另一端接地，用于调节静态工作点。本申请降低电路的复杂度和成本，提高前置放大器的工作稳定性。

Description

一种前置放大器
技术领域
本发明涉及电子技术，具体的讲是一种前置放大器。
背景技术
噪声系数是低噪声放大器最重要的性能指标，因此在输入匹配的设计过程中，一般采用的是噪声匹配，以求能达到最小的噪声系数，而不是输入阻抗匹配到50欧以达到最大的增益。如何权衡噪声系数最小化和增益最大化是一个设计难点。
1H原子在磁共振系统里产生的信号是微伏量级的，必须要经过放大后才能进行后处理。为了减小信号的衰减，通常是把低噪声前置放大器集成到接收线圈中。低噪声前置放大器的性能，直接影响图像的信噪比。因此，对于低噪声前置放大器的设计要求是在保证足够大的增益时要有较低的噪声系数，以获取较高的图像信噪比。
发明内容
为了提供一种低噪声前置放大器，本发明实施例提供了一种前置放大器，包括：输入匹配电路、输入保护电路、放大晶体管、负反馈网络、输出匹配电路、滤波电路以及输出保护电路；所述的放大晶体管通过电阻(R4)与输出匹配电路相连接；其中，
所述的输入匹配电路包括：电容(C1)、电容(C2)、电容(C3)以及电感(L1)，电容(C1)、电容(C2)以及电容(C3)的一端均与输入保护电路相连接，电容(C1)的另一端与输入端口相连接，电容(C2)以及电容(C3)并联，电容(C2)、电容(C3)另一端以及电感(L1)的一端连接到放大晶体管的栅极，电感(L1)的另一端接地；
所述的负反馈网络的一端连接到放大晶体管的源极，另一端接地，用于调节静态工作点。
本申请实施例中，所述的放大晶体管为砷化镓增强型伪形态高电子迁移率晶体管。
本申请实施例中，所述的负反馈网络包括：第一反馈单元和第二反馈单元，两反馈单元的一端与放大晶体管的源极连接，另一端接地；其中，
所述第一反馈单元包括：电容(C5)、电容(C4)以及电阻(Rs1)，电阻(Rs1)一端接地，另一端与放大晶体管的源极连接，所述电容(C5)、电容(C4)与电阻(Rs1)并联连接；
所述第二反馈单元包括：电容(C6)、电容(C7)以及电阻(Rs2)，电阻(Rs2)一端接地，另一端与放大晶体管的源极连接，所述电容(C6)、电容(C7)与电阻(Rs2)并联连接。
本申请实施例中，所述的放大器还包括：稳流电路，所述稳流电路通过电阻(R1)连接到放大晶体管的漏极，通过电阻(R4)连接到输出匹配电路。
本申请实施例中，所述的稳流电路包括：双极结型晶体管、电阻(R2)，电阻(R3)、电容(C8)以及电容(C9)；
双极结型晶体管的发射极通过电阻(R1)连接到放大晶体管的漏极，双极结型晶体管的集电极通过电阻(R4)连接到输出匹配电路；
电阻(R2)、电容(C8)以及电容(C9)的一端均连接到双极结型晶体管的基极，电阻(R2)、电容(C8)以及电容(C9)的另一端接地，电阻(R3)的一端连接到双极结型晶体管的发射极，另一端与电阻(R2)连接。
本申请提供了一种磁共振低噪声前置放大器，采用一个砷化镓增强型伪形态高电子迁移率晶体管进行单级放大，降低电路的复杂度和成本，并在电路中采用了负反馈网络，增加了稳流电路模块，提高前置放大器的工作稳定性，适用于较为常用的临床磁共振系统。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中的前置放大器的结构框图；
图2为本申请实施例中的前置放大器的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种磁共振低噪声前置放大器，采用一个砷化镓增强型伪形态高电子迁移率晶体管进行单级放大，其电路包括：输入保护电路、输入匹配电路、放大晶体管、负反馈网络、稳流电路、输出匹配电路、输出保护电路、滤波电路，本申请实施例中，通过反复调试实际电路中输入阻抗网络的数值，使得输入阻抗为2-3欧，最终测得噪声系数为0.46dB，增益可达到27dB，实现了噪声系数最小化和增益最大化的平衡。
如图1所述，为本发明实施例中的前置放大器的结构框图，其包括：输入保护电路101、输入匹配电路102、放大晶体管103、负反馈网络104、稳流电路105、输出匹配电路106、输出保护电路107、滤波电路108。本申请实施例中，放大晶体管103采用了一个砷化镓增强型伪形态高电子迁移率晶体管进行单级放大，降低电路的复杂度和成本；采用了负反馈网络104和增加了稳流电路105，提高了前置放大器的工作稳定性；适用于高场磁共振系统。
本发明实施例中，如图2所示，为本申请实施例中的前置放大器的电路图，电路系统包括：输入保护电路201、输入匹配电路202、负反馈网络203、放大晶体管204、稳流电路205、输出匹配电路206、输出保护电路207、滤波电路208。
本发明实施例中，放大晶体管采用一个砷化镓增强型伪形态高电子迁移率晶体管，型号为ATF-38143，进行单级放大；对于该放大晶体管的静态工作点选取，参考了该晶体管产品数据表中的标准值，并在软件ADS中进行了仿真；基于以上静态工作点的分析，对于该放大晶体管偏置电路设计，采用了负反馈偏置的方式。
本发明实施例中，输入保护电路采用了一个二极管对来实现，防止信号过大烧坏放大晶体管。
本发明实施例中，电容C1、C2、C3和电感L1是放大晶体管输入端的匹配网络，其中电感采用高品质因子无磁空心电感，主要通过微调电容C3的容值，来实现噪声系数和输入阻抗的优化。
本发明实施例中，负反馈偏置网络由电容C4、C5、电阻Rs1和电容C6、C7、电阻Rs2组成，由Rs1和Rs2源极负反馈得到反向电压，静态工作点主要通过调节电阻Rs1、Rs2和R1、R4来进行调节，得到稳定的增益和良好的线性度。
本发明实施例中，稳流电路包括一个双极结型晶体管、电阻R2、R3和电容C8、C9，在电路中起到一个电流追随器的作用，保证供电电流的稳定性。
本发明实施例中，放大晶体管输出端的匹配网络由电容C10、C11、C12和电感L2组成，在实际调试中，主要通过微调电容C10的大小来实现输出阻抗的匹配。
本发明实施例中，由于本发明的电路结构输入和电源供电共用一根线，为了把信号和供电分开，在电路中加入了电感L3和电容C13、C14，起到了滤波作用。
本发明实施例中，输出端保护电路采用了两个二极管对串联来实现，在信号过大的情况下，对放大晶体管起到保护作用。
本发明的磁共振低噪声前置放大器，放大晶体管采用一个砷化镓增强型伪形态高电子迁移率晶体管进行单级放大，降低电路的复杂度和成本；在电路中采用了负反馈网络和增加了稳流电路模块，提高了前置放大器的工作稳定性。
本申请实施例中的前置放大器相对于现有技术的二级放大结构低噪声前置放大器，电路相对简单，降低了成本；采用了负反馈方式和增加了稳流电路，提高了前置放大器工作的稳定性；通过电路参数的合理设计，实现了噪声系数最小化和增益最大化的平衡；适用于高场磁共振系统。
对本发明的磁共振低噪声前置放大器进行了设计、制作和实验测试，实验结果表明本发明提供的前置放大器的输入阻抗为2-3欧，噪声系数为0.46dB，增益可达到27dB。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种前置放大器，其特征在于，所述的放大器包括：输入匹配电路、输入保护电路、放大晶体管、负反馈网络、输出匹配电路、滤波电路以及输出保护电路；所述的放大晶体管通过电阻(R4)与输出匹配电路相连接；其中，
所述的输入匹配电路包括：电容(C1)、电容(C2)、电容(C3)以及电感(L1)，电容(C1)、电容(C2)以及电容(C3)的一端均与输入保护电路相连接，电容(C1)的另一端与输入端口相连接，电容(C2)以及电容(C3)并联，电容(C2)、电容(C3)另一端以及电感(L1)的一端连接到放大晶体管的栅极，电感(L1)的另一端接地；
所述的负反馈网络的一端连接到放大晶体管的源极，另一端接地，用于调节静态工作点。
2.如权利要求1所述的前置放大器，其特征在于，所述的放大晶体管为砷化镓增强型伪形态高电子迁移率晶体管。
3.如权利要求1或2所述的前置放大器，其特征在于，所述的负反馈网络包括：第一反馈单元和第二反馈单元，两反馈单元的一端与放大晶体管的源极连接，另一端接地；其中，
所述第一反馈单元包括：电容(C5)、电容(C4)以及电阻(Rs1)，电阻(Rs1)一端接地，另一端与放大晶体管的源极连接，所述电容(C5)、电容(C4)与电阻(Rs1)并联连接；
所述第二反馈单元包括：电容(C6)、电容(C7)以及电阻(Rs2)，电阻(Rs2)一端接地，另一端与放大晶体管的源极连接，所述电容(C6)、电容(C7)与电阻(Rs2)并联连接。
4.如权利要求1所述的前置放大器，其特征在于，所述的放大器还包括：稳流电路，所述稳流电路通过电阻(R1)连接到放大晶体管的漏极，通过电阻(R4)连接到输出匹配电路。
5.如权利要求4所述的前置放大器，其特征在于，所述的稳流电路包括：双极结型晶体管、电阻(R2)，电阻(R3)、电容(C8)以及电容(C9)；
双极结型晶体管的发射极通过电阻(R1)连接到放大晶体管的漏极，双极结型晶体管的集电极通过电阻(R4)连接到输出匹配电路；
电阻(R2)、电容(C8)以及电容(C9)的一端均连接到双极结型晶体管的基极，电阻(R2)、电容(C8)以及电容(C9)的另一端接地，电阻(R3)的一端连接到双极结型晶体管的发射极，另一端与电阻(R2)连接。
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