零飘移放大器巧妙的超射频信号,第3部分

现代的零飘移放大器提供了极低的漂移和噪声性能,这是处理许多光学生物学信号和接近0赫兹的物理世界信号所必需的。

与你的想法相反,机械切割仍然有效。

考虑到电子元件的优异性能,使用高性能的零飘移放大器似乎是一条路。在大多数情况下都是这样做的,但是有些应用程序使用它们可以增加系统复杂性,并实际上创建新的错误场景。

光学链路和相关测量的情况就是如此。将光学信号转换成电子信号,然后将其传送到正在进行测量的地方,当然是可能的。

测量费瓦特的光学信号(10) -15 )至纳米瓦特(10 -9 然而,范围是非常困难的,因为这个低水平的信号很快就会消失在典型的探测器噪声水平上,被背景光淹没。通过滤波或平均来缩小带宽只会使噪音水平进一步降低。

相反,在这些情况下,有一种与零浮选设计相类似的机械设计,它在"电子产品"之前使用:"机械切割"。通过使用这种带锁定放大器的斩波器,噪音排斥可以提高两到三个数量级(有时更多),同时提供比噪音排斥高几个数量级的背景信号排斥。

闭锁放大器利用自差检测来获得其优异的性能。这种检测有两个要求:(a)要检测的信号需要调制,(b)需要提供频率相同的纯、精确的参考信号。

在锁定放大器中,要测量的信号乘以参考信号,然后随时间积分。通过将测量限制在单个频率,检测器的噪声会大大降低。同样,背景光学信号(主要是直流或线路频率)也同样被锁定放大器拒绝。

具有锁定放大器的高性能的关键是要在要测量的信号的调制频率和参考信号的频率之间保持精确的匹配。在这些应用中,使用光学斩波器来调制信号( Figure 1) .

图1机械光盘和锁定放大器的布置在噪声和漂移方面产生了非常令人印象深刻的结果.

这个光学斩波器概念上很简单,只是一个旋转的磁盘,它被划分为叶片和窗口。在光束路径中设置了斩波盘,这样当光束旋转时,光波会轮流穿过窗户,或者被光叶堵塞。通过使用光学中断开关来感知叶片和窗口的旋转,可以很容易地提供参考信号。该技术提供的参考信号将是与要测量的光学信号精确匹配的频率。

图2这个切割装配和锁定放大器提供了一个极高的精度和低震动,从而噪音-光信号管理.

这些直升机系统广泛使用,可从许多光电测试和测量设备供应商那里获得。例如,来自斯坦福研究系统的SRS542精密光学斩波器提供了从0.4赫兹到20千赫的切割,具有50百万分之一的频率精度( Figure 2) .

图3广泛的磁盘叶片/窗口模式可以容纳跨越大动态范围的频率.

正如使用不同数目牙齿的齿轮来跨越大范围的机械动力范围一样,也可使用不同图案的切盘来覆盖大范围的频率范围( Figure 3) .金属叶片是光化学蚀刻,为叶片提供紧密的公差,以确保低相位的振荡光切割信号。

结论

尽管频率越来越高,但仍有许多测试和测量情况,其中感兴趣的信号接近于零赫兹。为了满足其独特的放大需求,零漂放大器使用切割和自动零零度拓扑实现极低水平的漂移和鼻。与此同时,经典的基于机械的带旋转盘的斩波器仍然有一个作用,特别是在光学信号方面。