零飄移放大器巧妙的超射頻信號(hào),第3部分

現(xiàn)代的零飄移放大器提供了極低的漂移和噪聲性能,這是處理許多光學(xué)生物學(xué)信號(hào)和接近0赫茲的物理世界信號(hào)所必需的。

與你的想法相反,機(jī)械切割仍然有效。

考慮到電子元件的優(yōu)異性能,使用高性能的零飄移放大器似乎是一條路。在大多數(shù)情況下都是這樣做的,但是有些應(yīng)用程序使用它們可以增加系統(tǒng)復(fù)雜性,并實(shí)際上創(chuàng)建新的錯(cuò)誤場(chǎng)景。

光學(xué)鏈路和相關(guān)測(cè)量的情況就是如此。將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電子信號(hào),然后將其傳送到正在進(jìn)行測(cè)量的地方,當(dāng)然是可能的。

測(cè)量費(fèi)瓦特的光學(xué)信號(hào)(10) -15 )至納米瓦特(10 -9 然而,范圍是非常困難的,因?yàn)檫@個(gè)低水平的信號(hào)很快就會(huì)消失在典型的探測(cè)器噪聲水平上,被背景光淹沒(méi)。通過(guò)濾波或平均來(lái)縮小帶寬只會(huì)使噪音水平進(jìn)一步降低。

相反,在這些情況下,有一種與零浮選設(shè)計(jì)相類似的機(jī)械設(shè)計(jì),它在"電子產(chǎn)品"之前使用:"機(jī)械切割"。通過(guò)使用這種帶鎖定放大器的斬波器,噪音排斥可以提高兩到三個(gè)數(shù)量級(jí)(有時(shí)更多),同時(shí)提供比噪音排斥高幾個(gè)數(shù)量級(jí)的背景信號(hào)排斥。

閉鎖放大器利用自差檢測(cè)來(lái)獲得其優(yōu)異的性能。這種檢測(cè)有兩個(gè)要求:(a)要檢測(cè)的信號(hào)需要調(diào)制,(b)需要提供頻率相同的純、精確的參考信號(hào)。

在鎖定放大器中,要測(cè)量的信號(hào)乘以參考信號(hào),然后隨時(shí)間積分。通過(guò)將測(cè)量限制在單個(gè)頻率,檢測(cè)器的噪聲會(huì)大大降低。同樣,背景光學(xué)信號(hào)(主要是直流或線路頻率)也同樣被鎖定放大器拒絕。

具有鎖定放大器的高性能的關(guān)鍵是要在要測(cè)量的信號(hào)的調(diào)制頻率和參考信號(hào)的頻率之間保持精確的匹配。在這些應(yīng)用中,使用光學(xué)斬波器來(lái)調(diào)制信號(hào)( Figure 1) .

圖1機(jī)械光盤和鎖定放大器的布置在噪聲和漂移方面產(chǎn)生了非常令人印象深刻的結(jié)果.

這個(gè)光學(xué)斬波器概念上很簡(jiǎn)單,只是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁盤,它被劃分為葉片和窗口。在光束路徑中設(shè)置了斬波盤,這樣當(dāng)光束旋轉(zhuǎn)時(shí),光波會(huì)輪流穿過(guò)窗戶,或者被光葉堵塞。通過(guò)使用光學(xué)中斷開(kāi)關(guān)來(lái)感知葉片和窗口的旋轉(zhuǎn),可以很容易地提供參考信號(hào)。該技術(shù)提供的參考信號(hào)將是與要測(cè)量的光學(xué)信號(hào)精確匹配的頻率。

圖2這個(gè)切割裝配和鎖定放大器提供了一個(gè)極高的精度和低震動(dòng),從而噪音-光信號(hào)管理.

這些直升機(jī)系統(tǒng)廣泛使用,可從許多光電測(cè)試和測(cè)量設(shè)備供應(yīng)商那里獲得。例如,來(lái)自斯坦福研究系統(tǒng)的SRS542精密光學(xué)斬波器提供了從0.4赫茲到20千赫的切割,具有50百萬(wàn)分之一的頻率精度( Figure 2) .

圖3廣泛的磁盤葉片/窗口模式可以容納跨越大動(dòng)態(tài)范圍的頻率.

正如使用不同數(shù)目牙齒的齒輪來(lái)跨越大范圍的機(jī)械動(dòng)力范圍一樣,也可使用不同圖案的切盤來(lái)覆蓋大范圍的頻率范圍( Figure 3) .金屬葉片是光化學(xué)蝕刻,為葉片提供緊密的公差,以確保低相位的振蕩光切割信號(hào)。

結(jié)論

盡管頻率越來(lái)越高,但仍有許多測(cè)試和測(cè)量情況,其中感興趣的信號(hào)接近于零赫茲。為了滿足其獨(dú)特的放大需求,零漂放大器使用切割和自動(dòng)零零度拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)極低水平的漂移和鼻。與此同時(shí),經(jīng)典的基于機(jī)械的帶旋轉(zhuǎn)盤的斬波器仍然有一個(gè)作用,特別是在光學(xué)信號(hào)方面。