FemtoAmp提供极高的增益范围和隔离度

放大亚皮安信号电流始终是一项设计挑战,尤其是在需要跨越数十年的增益调整时。设计任务的直接方法通常涉及电位计和teraohm反馈电阻,它们既不容易小型化也不温度稳定。该设计理念采用不同的路径,利用双极晶体管,二极管结方程和温度跟踪偏置电流源,提供160 dB(100,000,000:1),温度补偿,线性dB增益调节范围,加上线性光学隔离,可获得具有低电平信号的良好CMR。

FemtoAmp有八十年的增益范围。
该设计的核心是U2-C的反馈网络,以电流转向对Q1和Q2为中心。增益调整VR1 在晶体管之间建立偏置差分V b(0 - 500 mV),从而根据通常的二极管方程建立其发射极电流之间的比率: 
2 / I 1 = 10 Vb /(2E-4∙Ta)                            [1]
其中a =开尔文的环境温度。
因此,对于a = 300 K(27 o C),通过调整微调电位器VR1可以获得0 - 166 dB的增益范围(从经典晶体管方程式来看, 300 K时60 mV的差分 相当于10倍因此,500mV的增益控制电压可调节性转换为10 500/60的增益范围。
同时,温度补偿由电流源U1的PTAT(与绝对温度成比例)输出(300 K时为10μA)提供。U1,Q1和Q2应该是热亲密的。在屏蔽下一起可能就足够了,但实际键合甚至更好,因为对于晶体管之间的每个度差,增益将变化约5%。
Q2的输出电流由U2-D进一步放大,由R6 / R5指定的1000:1(60 dB)比率,并由LED /光电晶体管对U3-D耦合。将U3-B置于U2-D的反馈环路中,并以相似的偏置电压和电流水平操作两个耦合的光电对,提供良好的线性度和校准稳定性,以抵抗时间和温度。
FemtoAmp的原始应用是用于对空气中氡(222 Rn)的放射性衰变产生的1.6×10 -15库仑脉冲进行独特高性能检测的仪器。 大多数氡探测器不能直接探测和计数初级Rn衰变,而是依赖于初级衰变的“子原子”副产物的静电沉淀。由于子原子的“生长”时间缓慢,依赖于它们的测定需要数小时才能产生氡浓度的精确测量。相比之下,基于此设计理念的仪器包括对检测到的脉冲率的获取历史的后处理......
n = P n - D n-1 R n-1 - D n-2 R n-2 - ... [2]
......其中 D i的阵列包括从氡子同位素的衰变速率计算的常数,其计算地去卷积并去除子原子的贡献,从而在几分钟而不是几小时内产生氡活性的准确测定。

用户喜欢...