专利名称：用于微波辐射计的偏置电路和温度补偿低频放大电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及微波辐射计，尤其是涉及一种用于微波辐射计的偏置电路和温度补偿低频放大电路。
背景技术：
微波辐射计是ー种被动式地基无源微波遥感设备。微波辐射计一般包含四个基本组成部分，即光学系统、探測器、放大器和记录显示装置及參考辐射源和调制器。在辐射计系统集成后，用于露天测量时，温度的变化会引起放大器中小信号检波电路中的检波ニ极管參数的变化，尤其是检波ニ极管两端的压降会随温度而变化，使检波ニ极管的工作点(即Q点)发生变化，进而影响到小信号检波电路的输出电压发生变化。因此使微波辐射计的测量结果会受外界温度影响产生较大变化，不利于实验測量。之所以会出现这种情況，是因为现有偏置电路输出的信号是固定值或者偏置电路的输出端接地，无法对因温度引起的检波ニ极管输出电压的变化进行补偿，也就无法对小信号检波电路的输出电压变化进行补偿。 因此，本发明基于现有技术存在的缺陷，对偏置电路进行了改进。

发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于微波辐射计的偏置电路，其能够对包括检波ニ极管的小信号检波电路的输出电压变化进行补偿，具有较好的温控作用；此外，本发明还提供一种用于微波辐射计的温度补偿低频放大电路。为解决上述技术问题，本发明提供一种用于微波辐射计的偏置电路，该偏置电路包括电源、热敏电阻、稳压ニ极管VD2、电容C3、电容C4、电阻R3及电阻R4，其中，电阻R3的一端连接所述电源，另一端连接稳压ニ极管VD2的阴极，稳压ニ极管VD2的阳极接地，电源、电阻R3和稳压ニ极管VD2构成电流回路；电容C3和电容C4相串联，构成串联电路，该串联电路再并联到所述稳压ニ极管VD2的两端；电阻R4的一端连接稳压ニ极管VD2的阴扱，电阻R4的另一端连接所述热敏电阻，热敏电阻的另一端接地，电阻R4与所述热敏电阻构成串联电路，该串联电路并联到所述稳压ニ极管VD2的两端。在优选的技术方案中，热敏电阻采用钼电阻PI。为解决上述技术问题，本发明还提供一种用于微波辐射计的温度补偿低频放大电路，其包括小信号检波电路、偏置电路、信号放大电路、积分电路、射随电路，小信号检波电路为信号放大电路提供ー输入信号；偏置电路为信号放大电路提供另ー输入信号，该偏置电路采用前述的偏置电路；信号放大电路用于放大所述小信号检波电路的输出信号；积分电路用于将所述信号放大电路的输出信号在指定的积分时间内取平均值；射随电路接收所述积分电路的输出信号，并对该输出信号进行电压跟随和隔离。与现有技术相比，本发明具有以下优点在本发明实施例中，对偏置电路进行了改进，将传统的偏置电路输出的信号是固定值或者偏置电路的输出端接地的电路形式，改为偏置电路的输出电压取自热敏电阻两端的电压。当外界温度发生变化时，小信号检波电路中的检波ニ极管两端的压降以及偏置电路中的热敏电阻两端的压降均会发生变化，通过信号放大电路中的高精度差分放大器来抑制这种共模影响，实现了偏置电路中的热敏电阻两端的压降变化抵消掉了小信号检波电路中的检波ニ极管两端压降的变化，从而避免了温度漂移对信号放大电路输出端的影响。本发明能够适用于低成本、高精度、稳定性和一致性好的低频放大领域，有效地解决了低频放大电路收温度噪声干扰和检波ニ极管的温度特性对电路的影响，起到温度补偿的作用，在辐射计温控测量上起到了很大的作用。


图I为测量温度补偿低频放大电路參数时的连接示意图；图2为本发明实施例温度补偿低频放大电路的电路原理图。
具体实施例方式下面结合具体附图和实施例对本发明做详细的阐述。图2显示的是采用了钼电阻的本发明实施例的电路原理图。温度补偿低频放大电路包括小信号检波电路、偏置电路、信号放大电路、积分电路和射随电路(也称电压跟随器)。小信号检波电路包括检波ニ极管VDl、电阻Rl、电阻R2和电容Cl，其中，检波ニ极管VDl的阳极分别连接辐射计接收机的输出端及电阻R1，电阻Rl的另一端接地，电阻Rl为检波ニ极管VDl提供导通电压；检波ニ极管VDl的阴极分别连接电容Cl、电阻R2及信号放大电路的ー输入端，在图2所示的一种实施方式的电路原理图中，检波ニ极管VDl的阴极连接信号放大电路的同相输入端，Cl用于将信号中的高频成份旁路到地。当检波ニ极管VDl导通后，检波ニ极管VDl与电阻R2形成ー电流通路，电阻R2上的压降就是检波电路的输出电压。小信号检波电路的输入端连接辐射计接收机的输出端，小信号检波电路用于对辐射计接收机的输出信号(弱信号)进行检波，并为信号放大电路提供输入信号，在图2所示的一种实施方式中，小信号检波电路的输出信号输入到信号放大电路中的高精度差分放大器的同相输入端。偏置电路包括热敏电阻、稳压ニ极管VD2、电容C3、电容C4、电阻R3及电阻R4。电阻R3的一端连接电源，另一端连接稳压ニ极管VD2的阴极，稳压ニ极管VD2的阳极接地，电源、电阻R3和稳压ニ极管VD2构成电流回路，其中电阻R3为保护电阻，稳压ニ极管VD2产生稳定的2. 5v电压；电容C3和电容C4相串联，构成串联电路，该串联电路再并联到稳压ニ极管VD2的两端，电容C3和电容C4用于保护稳压ニ极管VD2 ；电阻R4的一端连接稳压ニ极管VD2的阴极，电阻R4的另一端分别连接热敏电阻和信号放大电路的ー输入端，在图2所不的ー种实施方式中，该信号放大电路的一输入端优选为反相输入端，热敏电阻的另ー端接地，电阻R4与热敏电阻构成串联电路后，该串联电路再并联到稳压ニ极管VD2的两端；电阻R4和热敏电阻对稳压ニ极管VD2两端的2. 5V电压进行分压，热敏电阻两端的电压即为偏置电路的输出电压。热敏电阻优选为钼电阻，钼电阻包括PT100HE、PT1000等系列产品，PT100HE中PT后的100即表示它在(TC时的阻值为100欧姆，在100°C时它的阻值约为138. 5Q。热敏电阻的作用在于利用其阻值随温度线性变化的原理，来对检波ニ极管因温度变化而引起的输出电压的变化进行补偿。在图2所示的一种实施方式中，偏置电路中的热敏电阻采用钼电阻P1，偏置电路的输出信号输入到信号放大电路中的高精度差分放大器的反相输入端，偏置电路为信号放大电路提供偏置电压。信号放大电路(也即集成运算放大器)包括作为输入级的高精度差分放大器、作为中间级的放大电路(未图示)及作为输出级的输出电路(未图示)。其中，信号放大电路所放大的是小信号检波电路的输出信号。高精度差分放大器用于消除温度漂移信号，起到温度补偿的作用；中间级的作用是提供较高的电压放大倍数；输出级的作用是提供一定的电压变化和电流变化。信号放大电路的输出信号输入积分电路的反相输入端。积分电路包括运算放大器、电阻R5、电容C2，电阻R5和电容C2构成并联电路，该并联电路的一端连接运算放大器的反相输入端，该并联电路的另一端连接运算放大器的输出端，运算放大器的反相输入端还连接信号放大电路的输出端，运算放大器的同相输入端接地；积分电路的输出信号输入射随电路的同相输入端；积分电路的输出电压与输入电压成积分关系。积分电路将信号放大电路的输出信号在指定的积分时间内进行积分。其中的电阻R5和电容C2可以确定积分电路的积分时间，积分电路的作用是根据微波辐射计的应 用设计的，将积分时间内的信号取平均值。积分时间越长，信号就越平滑，两个信号之间的干扰就越小，信噪比越高，微波辐射计的灵敏度就越高。射随电路，也称电压跟随器，其主要包括运算放大器，射随电路的同相输入端连接积分电路的输出端，射随电路的输出信号可以输入至计算机；射随电路具有输入电阻大、输出电阻小的特点，射随电路主要是起到电压跟随的作用，还能增加对后级电路的驱动能力，避免后级电路对前级电路的影响，起到隔离的作用。本发明提供的一种实施方式的工作原理如下小信号检波电路的输出信号和偏置电路的输出信号分别作为信号放大电路中高精度差分放大器的输入信号。小信号检波电路中的电阻的阻值和电容的电容值是根据辐射计接收机输出的信号的频率进行设置的。小信号检波电路的输出电压范围为20mf60mV，经过计算，当温度变化在-20度到30度的时候，检波ニ极管VDl两端的压降会发生变化，当温度升高时，检波ニ极管VDl两端的压降降低，当温度降低时，检波ニ极管两端的压降升高，通过參数測量可知小信号检波电路的电压变化为40mv左右。据此数据来设置偏置电路中的钼电阻的电阻值，由于钼电阻Pl的阻值会随温度的増加而变化，当温度从-20度变化到30度时，钼电阻的阻值变化20欧姆，故，只需调节电阻R4的阻值，使流过钼电阻Pl的电流为2mA即可实现钼电阻两端的电压变化范围为40mA。至此，依据钼电阻Pl的电阻值随温度而变化的原理，使得提供给信号放大电路的偏置电压也随温度而变化；从而使温漂的变化同时分别作用于信号放大电路中差分放大器的同相输入端和反相输入端，进而起到了温度补偿的作用。需要说明的是，偏置电路输出电压的大小没有限制，不一定必须在2(T60mv范围内，只需要保证偏置电路的输出电压随温度变化的范围在40mv左右即可。图I显示的是本发明实施例在进行參数设置时的测量连接示意图。本发明实施例的一种用于微波辐射计的温度补偿低频放大电路在进行參数测量时，首先将小信号检波电路、偏置电路、信号放大电路、积分电路和射随电路进行电连接之后，放入温控箱内，再将小信号检波电路与中心频率为300MHz、增益为Odb的信号发生器电连接，射随电路的输出端经采集卡与主控计算机电连接。电路供电之后，通过万用表检测信号放大电路的输出是否饱和。若输出饱和，则通过调节放大电路的増益使输出在3V左右。电路输出正常之后，设定温控箱參数，使温控箱的温度每两分钟变化一度，温度变化范围为-20度到30度。最后记录相关数据并形成曲线，得到输出数据随温度变化情况。本发明实施例温度补偿低频放大电路在实际应用时，其小信号检波电路连接辐射计接收机，射随电路的输出端直接连接计算机。综上所述，本发明实施例温度补偿低频放大电路的输出结果受外界温度的影响很小，具有良好的温控作用。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管參照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明 的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种用于微波辐射计的偏置电路，其特征在干所述偏置电路包括电源、热敏电阻、稳压ニ极管VD2、电容C3、电容C4、电阻R3及电阻R4，其中，所述电阻R3的一端连接所述电源，另一端连接所述稳压ニ极管VD2的阴极，所述稳压ニ极管VD2的阳极接地，所述电源、所述电阻R3和所述稳压ニ极管VD2构成电流回路；所述电容C3和所述电容C4相串联，构成串联电路，该串联电路再并联到所述稳压ニ极管VD2的两端；所述电阻R4的一端连接所述稳压ニ极管VD2的阴极，所述电阻R4的另一端连接所述热敏电阻，所述热敏电阻的另一端接地，所述电阻R4与所述热敏电阻构成串联电路，该串联电路并联到所述稳压ニ极管VD2的两端。
2.根据权利要求I所述的用于微波辐射计的偏置电路，其特征在于所述热敏电阻为钼电阻Pl。
3.一种用于微波辐射计的温度补偿低频放大电路，其包括 小信号检波电路，其为信号放大电路提供ー输入信号； 偏置电路，其为信号放大电路提供另ー输入信号； 信号放大电路，其用于放大所述小信号检波电路的输出信号； 积分电路，其用于将所述信号放大电路的输出信号在指定的积分时间内取平均值； 射随电路，其接收所述积分电路的输出信号，并对该输出信号进行电压跟随和隔离； 其特征在于，所述偏置电路采用权利要求I所述的偏置电路。
全文摘要
本发明涉及一种用于微波辐射计的偏置电路及包括该偏置电路的温度补偿低频放大电路，在该偏置电路中，电阻R3的一端连接电源，另一端连接稳压二极管VD2的阴极，稳压二极管VD2的阳极接地，电源、电阻R3和稳压二极管VD2构成电流回路；电容C3和电容C4相串联，构成串联电路，该串联电路再并联到稳压二极管VD2的两端；电阻R4的一端连接稳压二极管VD2的阴极，电阻R4的另一端连接热敏电阻，热敏电阻的另一端接地，电阻R4与热敏电阻构成串联电路，该串联电路并联到所述稳压二极管VD2的两端。该偏置电路能够补偿小信号检波电路因温度变化而造成的输出电压变化，具有较好的温控作用，减小了外界温度对放大电路的影响。
文档编号G01J5/52GK102840920SQ201210275489
公开日2012年12月26日 申请日期2012年8月3日 优先权日2012年8月3日
发明者张江漫, 张升伟, 王新彪, 何杰颖, 张瑜 申请人:中国科学院空间科学与应用研究中心