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電阻器的選擇沒(méi)有很多爭(zhēng)議，與薄膜電阻器相比，金屬薄膜電阻器用來(lái)確保低 1/f 噪聲。電容器則完全是另一回事，必須仔細(xì)考慮。在《應(yīng)用指南 124》(Application Note 124) 中，使用了一種昂貴的液鉭電容器，以提供很低的 1/f 噪聲，這種電容器是手工挑選的，以選出低泄漏器件。在以低至 0.1Hz 頻率工作時(shí)，這些特性更加重要。針對(duì)寬帶噪聲采用 10Hz 低頻帶阻時(shí)，較低價(jià)格的電容器可以提供可接受的性能。大型多層陶瓷電容器是一種糟糕的選擇，因?yàn)樗鼈儽举|(zhì)上是一種壓電器件，任何機(jī)械振動(dòng)會(huì)把信號(hào)注入到電路中，迅速地超過(guò)所測(cè)噪聲水平。此外，電壓系數(shù)基于穩(wěn)壓器輸出電壓引起拐角頻率變化，這個(gè)特性是不想要的。鉭和鋁電解質(zhì)電容器價(jià)格不貴，也沒(méi)有電壓系數(shù)或機(jī)械敏感性問(wèn)題。以前會(huì)考慮聚對(duì)苯二甲酸薄膜電容器等更加昂貴的電容器，但是低可用性、高成本和缺乏性能改進(jìn)使這類(lèi)電容器被排除在外了。

即使采用那些可能的選擇，電容器也確實(shí)顯示出必須仔細(xì)考慮的噪聲特性。大型多層陶瓷電容器能夠以低噪聲工作，但是已經(jīng)被排除在外，因?yàn)樗鼈儗?duì)機(jī)械振動(dòng)敏感。鉭和鋁電解質(zhì)電容器產(chǎn)生較高的噪聲 (見(jiàn)參考資料中 Sikula 等撰寫(xiě)的文章，以了解進(jìn)一步的信息)。最后選擇了標(biāo)準(zhǔn)鉭電容器，因?yàn)檫@類(lèi)電容器價(jià)格合理、偏置電壓特性良好而且對(duì)物理振動(dòng)不起反應(yīng)。多個(gè)電容器并聯(lián)可獲得所需電壓額定值和凈電容，同時(shí)還可降低這些電容器導(dǎo)致的噪聲。

出于類(lèi)似原因，第一個(gè)增益級(jí)構(gòu)件和第二個(gè)增益級(jí)構(gòu)件之間的隔離 / 濾波也選擇用鉭電容器實(shí)現(xiàn)。盡管使用鉭電容器后，第一級(jí)的增益會(huì)導(dǎo)致噪聲被放大，但是人們發(fā)現(xiàn)，陶瓷電容器的壓電響應(yīng)產(chǎn)生的信號(hào)超出了可接受水平。

幾乎任何類(lèi)型的電容器都適合最后的輸出隔離 / 濾波網(wǎng)絡(luò)，這里選擇了陶瓷電容器。被放大并與電容器壓電響應(yīng)有關(guān)的噪聲現(xiàn)在足夠大，缺少 DC 偏移意味著電容器接近其預(yù)期值。第一增益級(jí)中的補(bǔ)償電容器以及巴特沃斯濾波器中使用的電容器是 C0G、NPO 或聚對(duì)苯二甲酸電容器，因?yàn)檫@類(lèi)電容器的電介質(zhì)沒(méi)有或有很小的壓電效應(yīng)或 DC 偏置漂移。

怎樣給電路本身供電是最后一個(gè)重要決定。人們選擇用堿性電池作電源，這樣就可為所有級(jí)提供噪聲最小的電源，并防止設(shè)備中可能存在的地環(huán)路導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。我們必須記住，這里采用的所有電路都不具備無(wú)限大的電源抑制能力，電源上的任何噪聲都可以到達(dá)輸出，并有可能影響測(cè)量結(jié)果。在選擇用任何基于電網(wǎng)的電源供電時(shí)，要仔細(xì)考慮這些因素。

實(shí)際的電路限制

放大器有一些實(shí)際限制是不能忽視的。如果電路提供 80dB 增益，那么輸入端的 100µVP-P 信號(hào)在輸出端將變成 1VP-P。用 ±4.5V 電源供電決定了輸出信號(hào)幅度低于 ±3.5V。因此，輸入不能接受總幅度超過(guò) ±350µV 的信號(hào)，否則信號(hào)保真度就無(wú)法保證。就高斯 (Gaussian) 噪聲而言，預(yù)計(jì)最差情況的波峰因數(shù)為 10，那么用這個(gè)電路可測(cè)得的最大值僅為 70µVRMS。

從這里看出，確保鉭電容器正確偏置也很重要。就輸入隔離電容器而言，三極管幾乎在地電位上工作，因此正輸出電壓穩(wěn)壓器要求將電容器的正極連至穩(wěn)壓器輸出。相反，測(cè)量負(fù)的輸出電壓時(shí)，電容器要反過(guò)來(lái)連接。就第一級(jí)和第二級(jí)之間的 DC 隔離和濾波而言，電容器的負(fù)端應(yīng)該連至第一級(jí)。三極管的基極電流通過(guò) 499Ω 電阻器將其基極電壓拉至略負(fù)，這個(gè)略負(fù)的電壓通過(guò)第一級(jí)的 25 倍增益進(jìn)一步放大，因此要求電容器這樣取向。

校準(zhǔn)、驗(yàn)證和測(cè)量

一旦電路搭建完成，就需要驗(yàn)證增益和輸入?yún)⒖荚肼�。為了校�?zhǔn)增益，用 60dB 衰減 把來(lái)自函數(shù)發(fā)生器的信號(hào)降至能夠避免放大器輸出以軌電壓運(yùn)行的水平。在 1kHz 中頻段頻率時(shí)，100mVP-P 從函數(shù)發(fā)生器進(jìn)入衰減器，調(diào)整最后的增益級(jí)中的電位器，以在輸出端提供 1VP-P。在 10Hz 至 1MHz 范圍來(lái)回調(diào)節(jié)頻率，以驗(yàn)證增益在想要的帶寬內(nèi)是平坦的。

增益和頻率響應(yīng)的驗(yàn)證是用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行的。基準(zhǔn)信號(hào)通過(guò) 60dB 衰減器饋送給放大器輸入。3 個(gè)獨(dú)立的輸出作為測(cè)試點(diǎn)連接，并掃過(guò)整個(gè)頻率范圍。圖 3 顯示 3 個(gè)輸出中每一個(gè)的增益隨頻率的變化，突出顯示了卓越的平坦度和恰當(dāng)?shù)墓战穷l率。

圖 3：圖 1 電路的增益。濾波器響應(yīng)顯示，在想要的拐角頻率處有陡峭的滾降。

為了驗(yàn)證輸入?yún)⒖荚肼暎瑢⒎糯笃鬏斎攵探又恋�，測(cè)量輸出端的噪聲。測(cè)量直接用 RMS 電壓表或示波器進(jìn)行。噪聲頻譜密度用頻譜分析儀觀看。所測(cè)得的寬帶輸出噪聲頻譜密度 (如圖 4 所示) 有 1/f 噪聲，拐角頻率為 200Hz，在 200Hz 至 1MHz 范圍內(nèi)呈現(xiàn) 5µV/√Hz 白噪聲特性。用 80dB 增益除以這個(gè)噪聲數(shù)值，得出輸入?yún)⒖荚肼暿?500pV/√Hz，略高于目標(biāo)值。即使有 1/f 分量，這一數(shù)值也相當(dāng)于在 10Hz 至 100kHz 帶寬內(nèi)有 0.15µVRMS，這個(gè)數(shù)值足夠低，可以有把握地在相同的帶寬上測(cè)量 1µVRMS。測(cè)量結(jié)果與示波器上測(cè)得的峰至峰值噪聲有良好的相關(guān)性，如圖 5 所示。