[實用新型]表面光伏譜前置放大器

無效

• 申請號: 200620156385.1
• 申請日: 2006-11-28
• 公開（公告）號: CN200969566Y
• 公開（公告）日: 2007-10-31
• 發明（設計）人: 蔡加法;陳主榮;吳正云
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H03F3/08
• 分類號: H03F3/08;H03F3/42;H03F3/70;H03F3/45
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所
• 代理人: 馬應森;曾權

技術領域

本實用新型涉及一種前置放大器，尤其是涉及一種主要用于半導體材料表面光伏譜輸出信號的阻抗變換和預放大，也適用于其它高輸出阻抗、微弱信號源的前置放大的高靈敏度、低截止頻率表面光伏譜前置放大器。

背景技術

在半導體材料或器件的表面光伏譜實驗中，需要采用電子學方法對半導體材料或器件的光致表面光伏信號隨入射單色光波長(或能量)的變化情況進行測量。由于表面光伏信號十分微弱(10^-9～10^-6V量級)，并且輸出阻抗很高(＞10⁹Ω)，因此要求其前置放大器具有信號放大和阻抗變換作用。信號放大作用即把微弱的表面光伏信號放大到足夠大的量級以供后級電路(鎖定放大器、數據采集系統等)對其進行放大、存貯等操作；阻抗變換作用在于使前置放大器與后級電路之間實現阻抗匹配以獲得足夠高的測量信噪比。

半導體材料或器件光致表面光伏信號可以等效為電壓源或電荷源，若等效為電壓源，則可以用靜電計管前置放大器或高輸入阻抗集成運算放大器構成的電壓跟隨器前置放大器進行處理，二者均具有輸入偏置電流小、輸入噪聲低和輸入阻抗高等特點，但其放大能力低(靜電計管＜2，電壓跟隨器≤1)，因此，嚴格地講，這兩種電路只起到阻抗變換的作用而不具有信號放大作用。若等效為電荷源，則可以用電荷靈敏放大器進行處理，商用的電荷靈敏前置放大器具有輸入阻抗高、輸出增益穩定、噪聲低、電荷-電壓靈敏度不隨前置放大器輸入電容和輸入信號連接電纜分布電容影響的特點，因此，它越來越廣泛地應用于高阻抗、超微弱信號(如電容傳感器、壓電傳感器)的前置放大。但是，目前商品化、通用的電荷前置放大器價格昂貴、體積龐大，無法和表面光伏譜的樣品架封裝在同一機殼之中，通過電纜連接勢必會引入額外的干擾；另一方面，其低頻截止頻率f_L(-3dB)通常采用提高反饋電容的容量予以降低，但增大反饋電容的容量又會導致前置放大器的電荷-電壓靈敏度下降。

發明內容

本實用新型的目的在于針對上述現在技術的不足，提供一種小型、高性能、低成本、易于制作的高靈敏度、低截止頻率表面光伏譜前置放大器。

本實用新型設有電荷放大器和電壓放大器，在電荷放大器輸入端與電壓放大器輸出端之間跨接反饋電阻，在電荷放大器輸入端與輸出端之間接反饋電容。

電荷放大器和電壓放大器分別由高輸入阻抗、低輸入偏置電流、低噪聲的帶FET或CMOS輸入的集成運算放大器組成，其中第1個運算放大器組成電荷靈敏放大器，電荷靈敏放大器的輸入端接半導體材料或器件表面光伏信號輸入，第2個運算放大器組成電壓靈敏放大器，電壓靈敏放大器的輸出端為前置放大器電壓信號輸出端。反饋電阻跨接在2個運算放大器之間，通過控制第2個運算放大器的放大倍數提高等效反饋電阻的阻值從而降低電路的低頻截止頻率、提高電荷-電壓靈敏度。

本實用新型可制作成單路型、多路型、常規型和表面封裝型等幾種形式。單路型、多路型分別指單個獨立的前置放大器、多個各自獨立的前置放大器安裝在同一機殼內；常規型采用常規大小的器件制作，表面封裝指采用表面貼片元件制作。

本實用新型的有益效果是，電路設計方案新穎，它主要采用高輸入阻抗、低輸入偏置電流、低噪聲的帶FET或CMOS輸入的集成運算放大器構成，通過巧妙地在反饋電阻R₄和電荷放大器輸出端之間插入一級電壓放大級，在不降低電路性能的前提下，可以有效地降低電路的截止頻率，同時提高電路的靈敏度，其低頻率截止頻率f_L(-3dB)≤2Hz，電荷-電壓靈敏度S_vq≥1V/pC。本實用新型的主要特點是：電路結構簡單、體積小、制作成本低，易于小型化和多路集成，電路截止頻率低、靈敏度高、穩定性好。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例的電路組成原理圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型實作進一步說明。

參見圖1，高靈敏度低截止頻率表面光伏前置放大器設有電荷放大器A1和電壓放大器A2，在電荷放大器A1輸入端與電壓放大器A2輸出端之間跨接反饋電阻R4，在電荷放大器A1輸入端與輸出端之間接反饋電容Cf。