雙側(cè)向測(cè)井儀中信號(hào)調(diào)制放大器設(shè)計(jì)

　　斬波式調(diào)制放大器是整個(gè)信號(hào)調(diào)制放大器的主體部分，它由第一級(jí)前置差動(dòng)放大器和第二級(jí)斬波式調(diào)制器組成。

　　前置差動(dòng)放大器設(shè)計(jì)

　　第一級(jí)前置差動(dòng)放大器的主要作用是用淺側(cè)向電壓測(cè)量道附加相敏檢波器輸出的 控制淺屏流的幅度變化，進(jìn)而使淺側(cè)向測(cè)量電壓和測(cè)量電流 的變化范圍都比較適中，以擴(kuò)大淺側(cè)向測(cè)量地層電阻率的動(dòng)態(tài)范圍。

　　第一級(jí)前置差動(dòng)放大器由運(yùn)算放大器U1構(gòu)成。U1的同相端輸入信號(hào)為U2D，反相端輸入為U1，U1是+15V直流電源經(jīng)R1和電位器R2所組成的分壓器分壓后得到的，其大小可在0~ 10V內(nèi)調(diào)節(jié)。U1的增益為

　　將所設(shè)計(jì)的各元件值代入上式可得KP=-1，故U1的輸出為

　　斬波式調(diào)制器設(shè)計(jì)過(guò)程及仿真分析結(jié)果

　　圖3為斬波式調(diào)制放大器原理電路圖，它由差動(dòng)式放大器和斬波式調(diào)制器構(gòu)成。其中U2D為淺側(cè)向電壓測(cè)量道附加相敏檢波器輸出的緩變信號(hào)，Q和-Q分別為555方波發(fā)生器產(chǎn)生的方波和經(jīng)過(guò)4049反相器反相后的方波，它們作為AD7510DI的控制信號(hào)。

　　其中AD7510DI具有以下功能：當(dāng)5、6端為高電平，3、4端為低電平時(shí)，它的10、12端跟9、11、13、15端接通，而14、16端懸空;當(dāng)5、6端為低電平，3、4端為高電平時(shí)，它的14、16端跟9、11、13、15端接通，而10、12端懸空。

　　緩變信號(hào)U2D經(jīng)差動(dòng)放大器U1放大后，Ua加到調(diào)制放大器的輸入端。當(dāng)Q驅(qū)動(dòng)的開(kāi)關(guān)接通，-Q驅(qū)動(dòng)的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，a點(diǎn)接地，輸入信號(hào)Ua由U2反相端輸入，其放大倍數(shù)為1，輸出為-Ua。當(dāng)Q驅(qū)動(dòng)的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，而-Q驅(qū)動(dòng)的開(kāi)關(guān)接通時(shí)，b點(diǎn)接地，輸入信號(hào)Ua的1/3由U2同相端輸入，放大3倍，輸出為Ua。因此，斬波式調(diào)制器輸出的方波高低電平分別為Ua、-Ua(差動(dòng)放大器輸出電壓)，頻率為128Hz(控制信號(hào)的頻率)。(圖4)

　　斬波器輸出的信號(hào)經(jīng)帶通濾波后變成正弦波，然后再經(jīng)功率放大加至屏蔽電極A1、A2，產(chǎn)生淺屏蔽電流。

　　多路負(fù)反饋有源帶通濾波器設(shè)計(jì)及仿真

　　在側(cè)向測(cè)井中，使用的頻率不高，在需要的地方，如果采用無(wú)源濾波器，則用較大的電感和電容。為了減小無(wú)源濾波器的耗損，提高濾波性能，必須減小電感的直流電阻，并保證電容器的耗損，提高濾波性能，必須減小電感的直流電阻，并保證電容器的損耗不大。這樣的濾波器，體積大，價(jià)格高，不便使用。在低頻頻段，采用RC有源濾波器，完全可以避免使用大電感元件。由于無(wú)源元件所損失的能量，可以從有源單元中得到補(bǔ)充，因此，采用小型電阻和電容，配上運(yùn)算放大器，就可以構(gòu)成性能良好的有源濾波電路。

　　具有帶通濾波功能的有源網(wǎng)絡(luò)較多，像單T、雙T帶通有源濾波器，多路負(fù)反饋帶通有源濾波器等等，都可以起帶通濾波作用。前者只有一條反饋路徑，而后者卻有兩條反饋路徑。因此，后者具有某些明顯的優(yōu)點(diǎn)。例如，它使用的元件較少，而特性良好，接近理想的二階帶通濾波器特性。這種濾波器原理如圖5所示。