Amplificateurs faible bruit de courant/transimpédance de la série LCA

Commencez par le courant maximal attendu du détecteur et la bande passante du signal requise, puis choisissez une transimpédance suffisante pour exploiter la plage d’entrée de l’instrument d’enregistrement sans écrêtage. La plage s’étend de 1 × 10^13 V/A à basse fréquence à 1 × 10^7 V/A à 400 kHz ; sur les modèles disponibles, il existe donc un compromis direct entre gain et vitesse de mesure. Le courant d’entrée linéaire maximal va de ±1 pA au gain le plus élevé du LCA-2-10T à ±1 µA pour le LCA-400K-10M. Prévoyez une marge pour le courant d’obscurité du détecteur, le niveau de fond continu, l’offset et les pics transitoires. En pratique, le modèle le plus lent qui laisse encore passer la dynamique du signal requise offrira généralement un bruit d’entrée plus faible et un gain de conversion plus élevé.

La bande passante et la réponse en fréquence indiquées sont maintenues avec une capacité de détecteur allant jusqu’à 10 nF pour toutes les variantes, à l’exception du LCA-400K-10M, spécifié jusqu’à 1 nF. Cela réduit le besoin de compensation de fréquence externe et aide à éviter toute surtension du gain lors de l’utilisation de détecteurs capacitifs. Cela ne rend pas pour autant la capacité du câble négligeable, car le bruit de tension de l’amplificateur peut toujours être converti en bruit de courant d’entrée dépendant de la fréquence via la capacité combinée du détecteur et du câble. Gardez le câble entre le détecteur et l’entrée aussi court que possible. Pour des longueurs supérieures à un mètre dans une installation mécaniquement stable, un câble à faible capacité peut aider à maîtriser cette contribution supplémentaire au bruit.

Le LCA-2-10T n’est pas limité à une seule transimpédance fixe, puisqu’il propose des gains sélectionnables de 1 × 10^12 et 1 × 10^13 V/A. Il offre également des réglages de passe-bas à 2 Hz, 0,3 Hz et 0,1 Hz, correspondant à des temps de montée et de descente de 0,2 s, 1 s et 5 s. Le bruit d’entrée équivalent est de 0,18 fA/√Hz à 0,2 Hz, tandis que l’entrée linéaire maximale est de ±10 pA à 10^12 V/A ou ±1 pA à 10^13 V/A. Sa sortie nécessite une charge d’au moins 1 MΩ. Cette variante convient donc aux courants continus très faibles ou aux courants évoluant lentement, lorsque la sensibilité prime sur la rapidité de réponse.

La sortie fournit une plage de signal de ±10 V avec une impédance de source de 50 Ω et un courant de sortie linéaire maximal de ±10 mA. Les variantes standard nécessitent une charge d’entrée supérieure à 10 kΩ, tandis que le LCA-2-10T exige au moins 1 MΩ. Une terminaison de 50 Ω réduirait la tension de sortie et sortirait des conditions de fonctionnement spécifiées ; l’instrument de réception doit donc normalement être configuré en mode d’entrée à haute impédance. Configurez la plage du CAN ou de l’oscilloscope pour prendre en compte à la fois la polarité du signal et l’offset continu résiduel. Un câble de sortie bien blindé peut également aider à empêcher les interférences électromagnétiques de pénétrer dans le système d’acquisition en aval.

Le courant de polarisation d’entrée, le courant d’obscurité du détecteur et les courants de fuite externes doivent tous être pris en compte dans le budget d’erreur en continu et de surcharge. Les variantes avec des bandes passantes jusqu’à 200 Hz spécifient un courant de polarisation d’entrée typique de 20 fA et maximal de 30 fA, tandis que les modèles à partir de 1 kHz spécifient 2 pA typiques. La plage de compensation d’offset réglable varie selon le modèle, de ±50 fA à ±300 nA. Le réglage doit être effectué après stabilisation thermique, avec le détecteur prévu, le câblage et la configuration de mise à la terre connectés. Si le courant de fond approche le courant d’entrée linéaire maximal du modèle, choisissez une transimpédance plus faible plutôt que de compter sur la compensation d’offset pour retrouver une marge avant surcharge.

Le mode photovoltaïque convient lorsque la priorité est de minimiser le courant d’obscurité et que la vitesse de réponse requise reste modérée. Le mode photoconducteur applique une polarisation inverse au détecteur et peut réduire sa capacité, ce qui le rend adapté lorsqu’une réponse plus rapide est nécessaire et qu’un courant d’obscurité supplémentaire peut être toléré. Le montage illustré avec détecteur polarisé utilise un condensateur de découplage céramique supplémentaire d’environ 100 nF à proximité du détecteur. Le bruit de la source de polarisation, les fuites d’isolement et la mise à la terre prennent une importance croissante lors de la mesure de courants de l’ordre du picoampère ou du femtoampère. Le choix final doit donc être vérifié en fonction de la bande passante de l’amplificateur sélectionné, de la capacité du détecteur et du courant de fond continu acceptable.

Toutes les variantes fonctionnent avec une alimentation continue de ±15 V raccordée via un connecteur LEMO à trois broches, avec la broche 1 affectée à +15 V, la broche 2 à −15 V et la broche 3 à la masse. Le courant d’alimentation typique varie de ±15 mA à ±45 mA selon la variante ; l’alimentation doit donc prévoir une marge de fonctionnement suffisante. Le modèle LCA-2-10T exige spécifiquement une capacité d’alimentation d’au moins ±50 mA. La plage de température de fonctionnement s’étend de 0 à +60 °C, tandis que le stockage est autorisé de −40 à +100 °C. Une alimentation symétrique propre et une mise à la terre soigneusement conçue sont importantes, car les perturbations d’alimentation ou les boucles de masse peuvent masquer le signal de faible niveau mesuré.

Un câble d’entrée à faible bruit est recommandé lorsque le câble peut être déplacé ou exposé à des vibrations, car les charges triboélectriques générées dans un câble coaxial standard peuvent produire des impulsions de courant de l’ordre du picoampère ou du nanoampère. Si la liaison d’entrée doit dépasser un mètre et que l’installation est mécaniquement stable, un câble à faible capacité peut réduire le bruit induit par effet capacitif. Le trajet entre la source et l’amplificateur doit néanmoins rester aussi court que possible, car le module est conçu pour être placé près du détecteur. Un câble RF blindé de 50 Ω convient pour la connexion de sortie et aide à limiter les interférences électromagnétiques captées. L’impédance de 50 Ω du câble ne signifie pas qu’il faut ajouter une terminaison de 50 Ω à la sortie de l’amplificateur.