一、前言
微测辐射热计的噪声特性是目前研究的热点,其噪声特性影响到微测辐射热计的敏感材料、器件结构及后端电路的设计。国标定义微测辐射热计的噪声指探测器在无穷大负载时,扣除前置放大器的噪声后,探测器两端的噪声[[1]。主要由约翰逊噪声、1/f噪声与辐射噪声组成。目前,微测辐射热计噪声特性的研究仅仅局限在噪声随着偏置电压的变化趋势,而敏感电阻、噪声带宽等相关参数对噪声的影响尚未涉及。以Honeywell公司的50μm×50μm的微测辐射热计为例,讨论了除偏置电压外的其它与噪声相关的参数对噪声的影响,从而得到了改善微测辐射热计噪声特性的几种方法。
把Honeywell公司的50μm×50μm的微测辐射热计的参数值[4]代入到公式(1)中,研究微测辐射热计平 均电压噪声随相关参量的变化趋势。
1、噪声与敏感电阻的关系
假定微测辐射热计工作的初始温度为环境温度,此时的敏感电阻阻值为R0,温度为T时敏感电阻的阻值为R,设偏置电阻RL=R0,R=R0+aDTR0,偏置电压取2V,用MATLAB模拟微测辐射热计平均电压噪声随着敏感电阻的变化趋势,结果如图2所示。
由图2可以看出微测辐射热计的总的平均电压噪声随着敏感电阻的增大而增大。约翰逊噪声是总的平均电压噪声的主要贡献者,变化趋势是随着敏感电阻的增大而增大。1/f噪声和辐射噪声均随着敏感电阻的增大,而先增大后减小,且在R=R0时有极大值。
2、噪声与噪声带宽的关系
假定微测辐射热计工作时,由电热和辐射热导致的温升为5°C,偏置电压取2V,上噪声带宽限f2和下噪声带宽限f1为变量。用MATLAB模拟微测辐射热计总的平均电压噪声随噪声带宽的变化趋势,得到结果如图3所示,可以看出微测辐射热计的总的平均电压噪声随着上噪声带宽限f2的增大而增大,随着下噪声带宽限f1的增大而略微的减小,且主要是上噪声带宽限影响微测辐射热计的总的平均电压噪声的大小。