Повышение коэффициента усиления схемы усилителя напряжения, управляемого током фотодиода, а затем ослабление выходного сигнала после транзисторного каскада в десять раз, снижает уровень выходного шума.
Традиционный 1-МОм усилитель напряжения управляемый током обеспечивает плотность выходного шума как минимум 130 нВvГц при комнатной температуре. Возможно рассматривать 130 нВ, как теоретически минимальную величину шума усилителя, так как эта величина шума создается 1 МОм резистором, входящим в схему. Любые шумы в операционном усилителе только ухудшают положение. Охлаждение резистора до температуры 77.2 K, температуры жидкого азота, снижает эту величину до 65 нВvГц, при условии, что резистор выдержит это охлаждение, но единственный ли это выход? Реально ли преодолеть теоретический уровень шума 130 нВ без охлаждения?
На рис.2 показан один из способов. IC1,
LTC6240 компании
Linear Technology, обеспечивает коэффициент усиления эквивалентный 1 МОм, но имеет плотность выходного шума всего 43 нВvГц, приблизительно одну треть от величины обеспечиваемой традиционным 1-МОм усилителем напряжения, управляемым током при комнатной температуре. Это достигается путем первоначального задания коэффициента усиления эквивалентного 10 МОм, а потом уменьшением выходного сигнала в десять раз. Транзисторный каскад обеспечивает усиление напряжения и работает от источника питания 54 В для обеспечения соответствующего размаха выходного напряжения. Благодаря получению размаха выходного напряжения 50 В до аттенюатора, схема обеспечивает размах выходного напряжения 5 В после аттенюатора. Резистор номиналом 10 Мом задает коэффициент усиления каскада усилителя напряжения управляемого током и имеет плотность шума 400 нВvГц. После ослабления сигнала, реальный коэффициент усиления упадет до 1 МОм, а плотность шума до 40 нВvГц, что является доминирующей составляющей наблюдаемой реальной величины схемы 43 нВvГц. Для получения такой величины шума путем охлаждения, требуется температура 33 К, значительно холоднее температуры жидкого азота. Необходимо обратить внимание так же на дополнительное преимущество данного способа, благодаря снижению величины напряжения смещения операционного усилителя в десять раз. Худший случай напряжения смещения выхода схемы составляет 105 мкВ в диапазоне температур. Ширина полосы пропускания схемы составляет 28 кГц.
