4.1电压噪声测验技能的验证
4.1.1测验技能验证计划及验证规范
为了验证该体系的牢靠性,咱们选用图3.9中的测验办法对1M的厚膜电阻进行了电压噪声测验,其间Rx为待测阻值为1M的厚膜电阻,Rt为400K绕线电阻,R1为25K可变绕线电阻,R2为10K绕线电阻。
这儿要注意,以上电阻的阻值都是标称容值,实践的阻值会与标称值有必定差异,因而在实践测验时,需求调整R1,直至两头电桥平衡。电桥平衡的表现是扩大器输入信号中无直流偏置。扩大器选用自行规划的AD743扩大电路。验证规范别离选用一个定性验证规范和一个定量验证规范。
假如测验成果是正确的,咱们会在信号功率谱密度的低频段看到显着的1/f噪声信号曲线,或者是1/f噪声信号与爆裂噪声的叠加曲线,这种曲线会跟着频率的增大而不断下降,而且在对数坐标中,其斜率近似为-1.一起咱们还会在曲线上频率稍高的部分看到一条直线,该直线为热噪声。关于定量验证规范,咱们选用闻名的胡格公式(2-9)。依据公式(2-9)咱们很简单的推得,器材的电压功率谱噪声应该与器材两头所施加偏置电压的平方成正比。
4.1.2测验技能验证成果
咱们别离在16V和32V的直流偏执下测验了样品的电压噪声,测验成果如图4.1所示。图中在50Hz的整数倍的频点处的尖峰为计算机电源信号传入的谐波搅扰,从图中咱们能够显着看出两条曲线的在低频端的趋势均契合1/f噪声的特色,这阐明本测验技能所测得的成果即为器材的1/f噪声。
图4.1仅仅经过定性剖析来验证该测验办法,接下来,咱们结合详细数据和低频噪声有关理论来证明测验技能的牢靠性。现将曲线中的频点数据列于下表:
从上表中咱们能够看出,当样品两头的偏压增加了一倍,其噪声功率谱密度的数值都变为大约本来的4倍,这与胡格公式相符合,因而阐明本研讨中规划的新的测验技能是牢靠的。
4.2电流噪声测验技能的验证
4.2.1测验技能验证计划及验证规范
该验证试验中,咱们测验了标称容值为157 uF的聚合物钽电解%&&&&&%的漏电流噪声。其等效绝缘电阻大于500MΩ,额外电压为6.3V,测验条件为室温300K,对器材两头所加测验电压为5V,电流扩大器选用SR570电流扩大器,扩大倍数为5×10 7。
咱们首要对测验数据进行噪声曲线的直观定性验证。对器材及介质资料噪声信号的功率谱密度性质的研讨标明,器材或介质资料功率谱密度谱图在高频部分应该为一幅值为常量A并与X轴(频率坐标轴)平行的直线,该直线即为样品的白噪声,是必定会有的噪声成分。但因为电流扩大器对信号的衰减,咱们无法观察到这一与X轴平行直线。假如本计划中的办法正确,咱们在展宽频带复原信号后的功率谱密度图中应该能够看到该直线。
另一方面,咱们还对测验数据进行了定量验证。假如该办法正确,则该测验办法中的归一化函数在复原电流噪声功率谱密度的高频部分时,能保证其低频段数据与传统办法所测得的数据根本共同。
4.2.2测验技能验证成果
图4.2是选用传统办法在上述试验条件下测得的电流噪声功率谱密度图,因为扩大器通频带过于狭隘,100Hz以上频带部分的热噪声信号呈现衰减失真。
图4.3是使用本计划展宽频带复原后的信号。能够看到复原后的信号在500Hz-5KHz的高频部分呈现了应该观察到的白噪声,这与低频噪声根本理论符合。
图4.4是选用已有测验办法和本计划办法的比照图。能够看到复原后的信号在1Hz-100Hz的频率范围内与传统办法没有失真的低频段数据符合度十分高。这阐明本计划中的信号复原展宽频带的办法在将高频部分信号复原的一起,能保证对信号未失真的低频部分数据无显着影响。在该验证试验中,本计划中的测验办法将信号的频带展宽了50倍。
4.3电压噪声测验技能应用于高阻厚膜电阻的挑选
4.3.1噪声对高阻厚膜电阻的影响
大阻值厚膜电阻首要应用在微电流检测电路和弱小信号扩大体系以及各类传感器上(雷达、放射性丈量仪、夜视体系、红外丈量、电子显微技能、质普仪)。
其作业原理如下:来自于上述传感器的输出电流一般很小,乃至会小到pA或fA级,为了收集到如此弱小的信号,咱们一般会让弱小的电流流过一个阻值十分大的电阻,这样咱们就将弱小的电流信号转换为大到体系能够分辩的电压信号,使信号的收集作业能正常完结。
但是这类体系的分辩率会遭到电阻低频噪声的影响。因为电阻自身会由热噪声发生一个噪声电压;而且作为电子器材,电阻自身也会发生1/f噪声,乃至爆裂噪声,因而这些噪声电压重量的叠加后的电压便是体系的最小分辩率。因为个别电阻的微观资料内部缺点数量有所不同,因而不同电阻的1/f噪声值幅值会有所不同。相同的,部分样品在生产过程中混入了深能级重金属杂质,因而具有爆裂噪声,使该器材的噪声幅值显着增加。所以在很多样品中挑选出噪声电压最低的电阻作为传感器体系的要害部件对整个别系的分辩率进步有明显的作用。
4.3.2噪声测验试验计划
传统电压噪声测验技能能够用于测验阻值较低的厚膜电阻的电压噪声。但当被测贴片电阻的阻值不断升高时,关于扩大器来说,相当于信号源阻抗在不断增大,因而传统办法的测验作用会不断下降。关于电压噪声测验来说,相当于噪声信号不断迫临体系的本底噪声,终究当阻值升高到达必定阻值时,会导致样品的噪声信号湮灭在体系背底噪声之中,无法被辨认。
所以,为了能对高阻厚膜电阻进行低频噪声测验技能,咱们有必要选用其他技能,这儿咱们选用图3.9中规划的电压噪声测验技能来进行测验。并经过对成果数据的剖析来验证本测验技能。