在納米科學實驗中，測量納安級以下的直流電流十分常見。高增益跨阻放大器的增益和偏移熱漂移限制了測量的靈敏度和精度。下面介紹一種跨阻放大器，并量化了其在增益和偏移穩定性方面對納米科學實驗中常用的商用跨阻放大器(FEMTO DDPCA-300)的改進。
亞飛安級靈敏度
可變增益亞飛安級跨阻放大器 DDPCA-300 優異的設計可實現低至 0.2 fA/√Hz 的輸入噪聲值和 0.4 fA 的峰峰值噪聲。增益可在 10?~1013 V/A 的極寬范圍內手動設置，也可通過遠程接口設置。因此，只需切換增益范圍，該放大器就能覆蓋超過 240 dB 的大動態范圍，實現從亞飛安級到毫安級電流的測量。緊湊型外殼經過優化，可貼近信號源使用，避免因長電纜導致的信號干擾或噪聲拾取。放大器集成多種濾波器，可根據不同的信號條件調整帶寬。通過針對特定應用選擇合適的濾波器設置，即可優化信噪比與測量速度。即使在最高增益設置下，該放大器的測量速度也足以實現飛安級電流的實時測量，無需額外的信號平均處理或長時間測試(見下圖)。
低漂移特性，保障長期穩定性能
在飛安級電流測量中，漂移與失調電流極易造成測量誤差和基線偏移。DDPCA-300 跨阻放大器的設計充分優化了長期穩定性，實現了極低的漂移。下圖顯示，該放大器在超過 7 小時的測試周期內，基線漂移小于 0.5 fA。針對不可避免的失調(如溫度相關失調)，放大器配備了微調電位器，可用于消除多余的失調電流，實現基線調零。
源極偏置功能助力器件表征
DDPCA-300 的超高靈敏度可應用于低電流測量場景，例如高阻半導體(如 MOS 管或結型場效應晶體管)或量子點器件的表征。放大器輸入端可直接提供可調電壓，為待測器件(DUT)提供偏置。偏置電壓可在 ±10 V 范圍內手動調節或通過遠程接口調節，支持在光譜測量中完成待測器件在不同偏置電壓下的表征。對于光電流測量或粒子物理束流監測等無需偏置電壓的應用，可便捷關閉偏置電壓功能。
技術規格
| Model | DDPCA-300 | |||||||||||
| Transimpedance [V/A] | 104 | 105 | 106 | 107 | 108 | 109 | 1010 | 1011 | 1012 | 1013 | ||
| Bandwidtd* (-3 dB) [Hz] | 400 | 400 | 400 | 400 | 150 | 150 | 20 | 20 | 1 | 1 | ||
| Rise Time* (10 % - 90 %) [ms] | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 2.3 | 2.3 | 17 | 17 | 350 | 350 | ||
| Integrated Input Noise* (Peak-Peak) | 7 nA | 7 nA | 70 pA | 70 pA | 1.2 pA | 1.2 pA | 50 fA | 50 fA | 2 fA | 2 fA | ||
| Spectral Input Noise Density [/√Hz] | 45 pA | 45 pA | 0.5 pA | 0.5 pA | 15 fA | 15 fA | 1.3 fA | 1.3 fA | 0.2 fA | 0.2 fA | ||
| Accuracy Performance | ±1 % | |||||||||||
| Adjustable Low Pass Filter | 3 settings: full bandwidtd, 0.7 Hz and 0.1 Hz | |||||||||||
| Output | ±10 V, ±30 mA | |||||||||||
| Bias Voltage | ±10 V, max. 10 mA, connected to amplifier input, adjustable by trimpot or remote control voltage | |||||||||||
| Power Supply | ±15 V, +70 mA / -15 mA typ., ±150 mA recommended | |||||||||||
| Control Interface | 4 opto-isolated digital inputs, TTL/CMOS compatible, analog bias control voltage input | |||||||||||
| Case | 170 x 60 x 45 mm (L x W x H), Weight 320 g (0.74 lb.) | |||||||||||
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納安電流跨阻前置放大器DDPCA-300用于納米科學實驗
納安電流跨阻前置放大器DDPCA-300用于納米科學實驗
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