توضیحات
عنوان فارسی: تقویت کنندهی کم نویز با دینامیک رنج بزرگ و بهبود یافته بر پایه‌ی ورودی بافر‌شده توسط JFET و ساختار بوت استرپ JFET
عنوان انگلیسی مقاله ترجمه شده:
A Low-Noise, Large-Dynamic-Range-Enhanced Amplifier Based on JFET Buffering Input and JFET Bootstrap Structure
چکیده : یک تقویت کنندهی کم نویز با دینامیک رنج بزرگ بر پایه‌ی تقویت کنندهی ترنز امپدانسی(TIA) برای تشخیص شات نویز لیزر ۱۰۶۴ نانومتری در یک آزمایش کوانتوم نوری طراحی شده است. در مقایسه با TIA های بافر شده توسط ترازیستور‌های اثر میدانی تک پیوند (JFET) نویز الکتریکی با استفاده از ساختار بوت استرپ JFET در فرکانس 2MHz به اندازه‌ی 2.8 dB و در فرکانس 4 MHz به اندازه‌ی 4 dB کاهش یافته است. در بهره‌ی ترنز امپدانسی 200 K اهم و 0.5 pF شات نویز در توان لیزر 51 میکرو وات ، 12.5 دسیبل از نویز الکتریکی در فرکانس 2 MHz و 9.8 دسیبل در فرکانس 4 مگاهرتز بالاتر است. با تنظیم بایاس و ساختار بوت‌استرپ و بکارگیری ساختار خازن – سلف ،دینامیک رنج از مقدار اصلی ۱.۵۲ میلی‌وات به ۱۱.۲۲ میلی‌وات افزایش پیدا کرده است. تقویت کننده، مقدار نیاز سیگنال به نویز در تشخیص وضعیت bell در آزمایش‌های نوری کوانتومی را برآورده می‌کند.
کلمات کلیدی : TIA ، کم نویز، دینامیک رنج بزرگ، بافر JFET ، بوت استرپ JFET ، ساختار L-C، تشخیص وضعیت bell ، آزمایش های نوری کوانتومی.
مقدمه
با پیشرفت آزمایش‌های نوری کوانتومی نیاز برای اندازه‌گیری گرفتاری کوانتومی و حالت squeezing، در مقیاس‌های بزرگ به‌طور افزاینده‌ایی مهم گردیده است. معمولا نویز نوری اندازه‌گیری شده از نویز الکتریکی بسیار بیشتر است. به عنوان مثال سیگنال به نویزی به بزرگی ۱۰ دسیبل یا بیشتر برای توان ورودی لیزری خاص در فرکانس 2 MHZ[1-4]. معمولا SNR می‌تواند با افزایش بهره‌ی جریان به ولتاژ ، افزایش توان ورودی لیزر یا به طور معادل کاهش نویز الکتریکی در فرکانس آنالیز 2 MHz ، افزایش یابد.
نیاز برای تقویت کننده‌ّای کم نویز ،برای تشخیص وضعیت bell جایی که توان لیزر ضعیفی در رنج 50 میکرو وات در طول موج ۱۰۶۴ نانومتر باید از تقویت کنندهی پارامتر‌نوری استخراج شود، بسیار ضروری شده است[2-4]. بنابراین نویز نوری یا گرفتاری کوانتومی و حالت squeezing آن، براحتی توسط نویز الکتریکی در فرکانس مطلوب 2MHz غرق می‌شود. با توجه به محدودیت توان لیزر‌های در دسترس، بیشتر تلاش‌ها برای کاهش نویز الکتریکی تقویت کننده در آزمایش های نوری کوانتمی متمرکز شده است [1] [3] [4].
به منظور دستیابی به SNR بزرگ و پهنای باند زیاد، تقویت کننده های ترنز امپدانسی به طور وسیعی برای تبدیل جریان دیود‌های نوری به ولتاژ مورد استفاده قرار می‌گیرد. هر چند یکی از چالش‌های بحرانی این است که نویز ولتاژ ورودی تقویت کنندهی عملیاتی در TIA ، گین ولتاژ فرکانس بالایی را تجربه می‌کند. به منظور جلوگیری از این بهره‌ی نویز، باید نویز ولتاژ ورودی تا حد امکان یا به طور معادل خازن دیود نوری تا حد امکان کوچک باشد [3-10].
در این مقاله، ملاحظات هر طبقه با تاکید بر عملکرد نویز تقویت کننده مورد بررسی قرار گرفته است. ورودی بافر شده‌ی Jfet و ساختار بوت استرپ Jfet باید به‌طور مستقل اعمال گردند تا نویز TIA با خازن ورودی بزرگ را کاهش دهد. بنابراین با پیشنهاد یک ساختار بوت استرپ در بافر ورودی JFET نویز الکتریکی ورودی را کاهش داده‌ایم. برای افزایش رنج دینامیکی از یک ساختار L-C استفاده شده تا بتوان شات نویز جریان (جریان ac) و جریان نوری (جریان DC) را در حلقه‌های مختلف و به طور مستقل تقویت کرد.به منظور تایید عملکرد تقویت کننده لیزر تک فرکانس در ۱۰۶۴ نانومتر Nd:YVO4 با جریان خروجی همدوس بکارگرفته شده است.
در آزمایش ، نویز الکتریکی 2.8 دسیبل در فرکانس آنالیز 2MHz و 4 دسیبل در فرکانس 4MHz توسط ساختار بوت استرپ JFET کاهش یافته است. هنگامی که توان لیزر تزریق شده در حوالی 51 میکرو وات ، گین ترنز امپدانسی ۲۰۰ کیلو اهم و خازن 0.5 pF است، توان شات نویز 12.5 دسیبل بزرگتر از توان نویز الکتریکی در 2 MHz و 9.8 دسیبل بزرگتر در فرکانس 4MHz می‌باشد. در مقایسه با آشکارساز نوری حالت Bell در [4] حتی با اینکه SNR در فرکانس 2MHz ، ۰.۵ دسیبل کمتر است، SNR در 4MHz از مقدار اصلی ۶ دسیبل به ۹.۸ دسیبل افزایش یافته است. به علاوه دینامیک رنج از مقدار اصلی ۱.۵۲ میلی وات به ۱۱.۲۲ میلی وات در تقویت کنندهی ارايه شده افزایش یافته است. بنابراین تقویت کنندهی پیشنهادی را می‌توان برای تشخیص حالت squeezing و گرفتاری در حالت وضعیت bell همانند پژوهش‌های مشابه مانند تشخیص سیگنال ضعیف ، بکار برد.
شماتیک تقویت کننده
به منظور تقویت جریان ضعیف ، TIA های کم نویز با امپدانس ورودی بزرگ به طور وسیعی استفاده شده‌اند.[5-8] .برای حالت bell نوری (توان لیزر ۵۰ میکرو وات) ، جریان شات نویز در رنج چند پیکو آمپر تخمین زده می‌شود که با نویز جریان ورودی ترانزیستور های BJT در ورودی آپ امپ‌ها مانند آپ امپ OPA847 ، قابل مقایسه است. بنابراین جریان شات نویز توسط نویز جریان ورودی BJT های طبقه‌ی ورودی آپ امپ پوشانده (غرق) می‌شود[3-5]. این موضوع دلیل استفاده نکردن آپ امپ های با ورودی BJT در کاربردهایی که نیاز به SNR زیاد دارند، می‌باشد. حتی اگر ولتاژ نویز ورودی یک JFET در ورودی آپ امپ بسیار بزرگتر از BJT باشد، جریان نویز کم ورودی (چند fA) تشخیص جریان بسیار ضعیف را راحت تر می‌کند همانطور که در ابعاد وسیعی استفاده شده‌اند
توجه
- برای دانلود فایل کامل ورد لطفا اقدام به خرید نمایید.
- پس از خرید بلافاصله لینک دانلود فایل برای شما ایمیل خواهد شد.
دیدگاهها
هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.