关于小幅度窄脉冲峰值测量的探讨

王雁

文章主题:脉冲幅度 测量 峰值 GaAs 探测器

文章内容：关于小幅度窄脉冲峰值测量的探讨王雁摘要:本文简要舟绍应用峰值屉宽技术测量小幅度窄脉冲的峰值.对于弱信号不易保持和易受干扰的特点.在测量系统中放人一个放大一衰减"环节与其他方法配合,进一步延长保持时闻以厦增强抗干扰能力.关健词峰值测量屉宽器抗干扰一,概述本文筒要地叙述$探测器前端电子仪中脉冲幅度测量系统(图1)的研制过程中,在吸收应用峰值展宽技术的基础上,根据弱信号电压幅度不易保持和易受干扰的特点,对小幅度窄脉冲峰值测量作了一些尝试性的工作,取得了较好的效果.结合研制工作谈谈自已的体会和粗浅的认识.图幅度测量系统原理框图二,小幅度保持的处理方法该测量系统是用于对.探测器的辅助检测.当探测器受到小功率激光脉冲照射时会感应出毫伏量级的馓弱信号.要求幅度测量系统在响应时间不大干25,测量精度为2,采用模拟的办法使幅度保持时间不小于20的条件下进行脉冲峰值测量.小信号幅度与大信号幅度测量相比增加了一定的难度.首先是测量快信号,前置放大器的增益将受到带宽和噪声的限制而不容易做高.这样,输入展宽器的信号不会太大,为了克服检波二极管的门限电压,就给晨宽器中放大环节造成了很大压力.其次由于泄漏的存在,保持的电压幅度易受到较大的损失.若保持电容=1567泄漏电容—刚经过时间△—电容上电压斜降为△一△一×,～'---6.7对于测量20的信号幅度相对误差为—一33.5对于测量10的信号幅度相对误差为6一一67显然,其结果对于测量精度的要求是不允许的,斜降的量级和被测信号幅度的量级越接近.产生的相对误差越大.从△一去△上看,如果泄漏电流不变,增大电容就能延长保持时间,但这与快速响应将发生矛盾.设想用一级或两级展宽完成快速响应和长时间保持,那么就需要展宽器具有非常高的增益和非常宽的频带来增大电容以获得好的保持性能.这实际上是很困难的.只有采取多级展宽,来解决响应速度和保持能力的矛盾.该测量系统采用了4级展宽,前3级用于测量连续信号,加上第级用于测量单次信号,前两级的重点放在快速响应上,后两级的重点放在保持上.为了减小泄漏,每级展宽器都选用场效应管作输入级的运算放大器,检波选用低漏开关二极管.图2第一级采用了分离元件组成的跨导型负反馈快速正峰值展宽器(图2),以完成捕捉快信号的任务.为了进一步增大运放的跨导(),提高输出流的摆幅()运放末级管采用了电流较大的高频管作为电流推动,另一方面采用一个低漏二极管反向接法来取代场效应差分管的栅极偏置电阻.减小泄漏电流.由于提高了电流的充电能力,缩短了电容电压建立时间.在保证响应的条件下,将电容增加到470,由于泄漏电流1威到300以下,使第一级展宽器幅度保持能力大大提高,使得有足够的时间复盖下级的响应,为后级展宽器响应速度减轻了压力,由△一去△一可知经过电压幅度损失为:68△=×6若第二级响应为0.5,则损失幅度为0.3.因此第一级展宽器性能好坏,很大程度上决定了测量系统的性能.通过实验观察发现,在保持期间电容的泄漏放电基本上是线性的,并且放电速率几乎不随电容电压的变化而变化,即百一常数.那么电容泄漏电流应有:—一常数,也就是说电容近似恒流放电,损失的幅度只是时间的函数,即有△一告△—△.下面分析近似恒流的原因.由泄漏电流可能的途径得:—+.--种类～二极管反向饱和电流一场效应管栅极偏流或输入运放的输入偏流一云母电容介质的泄漏电流一场效应管模拟开关漏极泄漏电流量级10-710一'010—10—从电流的数量级看,二?管反向饱和电流1对泄漏电流的贡献最大,其它电流相比之下有:1&;&;++'根据半导体二极管方程:=(一1)当大于几倍时"&;&;,则二极管加上反向电压时÷&;,随着反压增加,/,可得≈若对方程求导(-1)]=---当一0时,一0,说明二极管反向电流接近一个常数.即二极管反向饱和电流在一定温度下和一定电压范围内,几乎不随反向电压变化而变化.从理论上推导出一0与从现象观察到学:常数,二者相吻合,说明二极管反向饱和电流是泄露的主要电流.实际上随着反向电压的增加,二极管反向电流也会略有增加,由于非常小,并且加了箝位二极管,增加的电流可忽略,随着电容电压的增加其他漏电流也将增加,由于本身的数量级太小,它们的贡献也可忽略,所以电容泄漏电流可近为一种恒流效果便于分析.该现象为如何延长保持时间提供了一个可利用的方法..我们可以设想,将展宽器放入一个"放大一衰减"环节中,即把信号幅度线性放大倍再进行展宽,然后对展宽后的幅度进行同样倍数线性衰减,还原出末放大时的信号幅度.经过这样处理,就能延长保持时问而不会改变精度.下面对此方法作个分析假定不加"放大一一衰减"环节(图3),输入幅度为,经过时间保持,输出幅度则为一△6相对误差有:6=假定加上.放大一衰减环节(图).辕入同样幅度.缀过同样时间△保持,输出幅凄为一.图3圈—一垒11.相对误差盲:一—二去妻可见加了.放大一～衰减环节比没加时相对误差减小了倍.若要使得后者的相对误差等予前者的相对误差,在放大衰减不变的情况下,就需要延长放电时问,由6=,^=可知要使6则有;.去.()即要达到同样的精度就需延长焙的时间.利用了电容恒流放电,在△内绝对误差不变的原理减小相对误差来达到延长保持时间而不改变精度的目的,上述分析是理论上的,在实际当中,泄漏电流也要随着电容电压的变化有所变化,只是说电压放大后电容的泄漏电流的增长倍数远远小于电压放大倍数.所以在小信号测量时绝对误差可看为近似不变来分析.实际线路中考虑到前级快速响应,做宽带高增益放大器难度较大,且保持的重点在后两镀屐宽器.经过前两级展宽后.快信号变为较缓慢的信号,做几十倍的低频放大器较为容易.所以把第3和第4级屐宽器植入.放大一衰减"环节中(图5)以加强保持能力.缸髓蝓7图5.～三,沆干扰措施该曩量系统测量扮是弱倍号.裉容易受到干扰,其结果将会增加系统的静态和动态误差,降低测量的可靠性.抗1:拢对于小幅度测揖是一个至燕重要的问题.通过实验蕊察,干扰信号哨来自电网屯的宅干找.萄米自仪器内部高压晾冲电源的空问平挠另外还有