Low-Noise Preamplifiers

Choisissez d’abord l’architecture d’entrée en fonction de la sortie du détecteur et de l’impédance de source, avant de comparer le gain ou la bande passante. Les modèles de tension conviennent aux capteurs qui génèrent déjà une tension mesurable, tandis que les préamplificateurs de courant convertissent les courants de photodiodes, d’ionisation ou d’autres détecteurs en tension via une transimpédance spécifiée. Le SR551 offre une impédance d’entrée supérieure à 1 TΩ pour les sources qui ne doivent pas être chargées de manière résistive, tandis que le SR554 est conçu pour des impédances de source de 0,05 Ω à 1 kΩ et assure une isolation par transformateur. Pour les impulsions rapides de photomultiplicateurs ou de photodiodes, les SR445A à 350 MHz et SR446 à 400 MHz proposent des voies de signal de 50 Ω. Ce premier choix d’architecture évite un chargement inadapté et empêche de retenir une valeur de bruit qui ne serait pas pertinente pour la source réelle.

La tension de bruit doit être évaluée conjointement avec l’impédance d’entrée et le bruit de courant d’entrée. Les SR550 et SIM910 utilisent des entrées FET ou JFET avec une impédance d’entrée de 100 MΩ, ce qui les rend plus adaptés aux sources de tension à impédance plus élevée que les alternatives BJT. Les SR552 et SIM911 ramènent la tension de bruit à respectivement 1,4 et 1,8 nV/√Hz, mais leur impédance d’entrée de 100 kΩ peut charger une source à forte résistance. Le SR551 porte l’impédance d’entrée au-delà de 1 TΩ lorsque le chargement résistif doit rester très faible, bien que sa tension de bruit soit de 12 nV/√Hz à 1 kHz. Pour les sources à faible impédance comprises entre 0,05 Ω et 1 kΩ, le SR554 offre une autre approche avec un bruit d’entrée de 0,1 nV/√Hz sur entrée transformateur.

Les SR445A et SR446 sont les principaux choix RF pour les impulsions rapides de détecteurs. Le SR445A dispose de quatre canaux couplés en DC avec une bande passante de 350 MHz, un temps de montée et de descente de 1 ns, et un gain de ×5 par canal ; l’enchaînement des quatre canaux produit un gain nominal de ×625. Le SR446 est un instrument monocanal de 400 MHz avec 21 gains programmables de ×1 à ×100, des limites de bande passante sélectionnables et des sorties complémentaires. Les deux sont conçus autour de voies de signal de 50 Ω, bien que chacun propose une option d’entrée à 500 Ω pour certaines configurations de sortie en courant ou en charge. Une terminaison coaxiale correcte reste essentielle, car un câble RF non terminé peut modifier l’amplitude, introduire des réflexions ou affecter la stabilité de l’amplificateur.

Le SR560 convient à une configuration de paillasse autonome nécessitant une large plage de réglage du gain, un filtrage analogique configurable et un fonctionnement sur batterie. Il offre un gain de ×1 à ×50 000, deux filtres configurables avec des fréquences de coupure de 0,03 Hz à 1 MHz, des entrées différentielles ou asymétriques, ainsi qu’une autonomie sur batterie pouvant atteindre 15 heures. Les SIM910 et SIM911 sont des alternatives modulaires avec un gain de ×1 à ×100, un fonctionnement de DC à 1 MHz et une commande série via un châssis principal compatible. Le SIM910 dispose d’une entrée JFET de 100 MΩ, tandis que le SIM911 offre une tension de bruit plus faible avec une entrée BJT de 100 kΩ. Le choix dépend donc de la plage de gain requise, de l’impédance de source, du filtrage, de l’intégration physique et de la nécessité ou non d’un fonctionnement indépendant du secteur.

Le SR570 est le choix le plus flexible lorsqu’une même expérience doit couvrir une large plage de niveaux de courant et de bandes passantes. Sa sensibilité s’étend de 1 pA/V à 1 mA/V, avec des filtres configurables, un courant d’offset d’entrée réglable, une polarisation de ±5 V et des modes de fonctionnement permettant d’arbitrer entre bruit, bande passante et dérive. Les SR555 et SR556 sont des alternatives compactes à gain fixe : le SR555 offre 10⁷ V/A avec une bande passante de 120 kHz, tandis que le SR556 fournit 10⁹ V/A avec une bande passante de 3 kHz et un bruit d’entrée de 5 fA/√Hz. Le SIM918 propose des gains sélectionnables de 10⁶ à 10⁸ V/A, une bande passante dépendant du gain de 22 à 4 kHz et une fonction d’autozéro qui maintient l’offset d’entrée sous 10 µV. Le choix approprié dépend de la nécessité d’un large réglage, d’un gain de conversion fixe, d’un faible offset ou d’une commande à distance modulaire.

Placez le préamplificateur près du détecteur lorsque cela est possible, en particulier avec les sources de courant dont la capacité du câble peut augmenter le bruit et limiter la bande passante. Les modèles RF doivent utiliser des liaisons coaxiales de 50 Ω correctement terminées, tandis que les réglages à 500 Ω ne doivent être utilisés que lorsque leur impédance d’entrée plus élevée convient au détecteur et à la configuration du câblage. Les SR555 et SR556 disposent de sorties différentielles symétriques ; il est donc préférable d’utiliser des câbles de sortie de même longueur et une entrée de réception différentielle. Les entrées et blindages flottants des SR560, SIM910 et SIM911 peuvent aider à maîtriser les boucles de masse, à condition de respecter les limites de mode commun. Lorsqu’une séparation galvanique est requise, le SR554 offre une isolation supérieure à 40 dB de DC à 500 MHz et permet au primaire de son transformateur de flotter jusqu’à ±100 VDC.

Les SR560 et SR570 offrent une commande RS-232 en réception seule à 9 600 bauds, ce qui permet de modifier à distance les réglages de l’instrument tout en maintenant l’interface isolée du circuit analogique. Le SR446 utilise l’USB avec émulation de port série et prend en charge la configuration à distance du couplage d’entrée, de l’impédance, du gain et du filtrage de sortie. Les SIM910, SIM911 et SIM918 utilisent une interface série via la plateforme d’instrumentation modulaire et permettent aussi bien d’interroger les réglages que de les modifier. Les SR445A, SR550, SR551, SR552, SR554, SR555 et SR556 se configurent principalement via des commandes matérielles ou des modes de fonctionnement fixes. Les concepteurs de systèmes automatisés doivent donc vérifier s’ils ont besoin d’une modification distante des réglages, d’un retour d’état ou simplement d’une chaîne d’entrée analogique fixe.

Une conversion courant-tension plus élevée réduit généralement la bande passante disponible ; ces deux paramètres doivent donc être choisis conjointement. Sur le SR570, une sensibilité de 10⁻³ A/V prend en charge une bande passante allant jusqu’à 1 MHz, tandis que le réglage à 10⁻¹² A/V est limité à 10 Hz. Le SIM918 offre une bande passante de 22 kHz à 10⁶ V/A, de 12 kHz à 10⁷ V/A et de 4 kHz à 10⁸ V/A. Les SR555 et SR556 à gain fixe illustrent le même compromis, avec respectivement 120 kHz à 10⁷ V/A et 3 kHz à 10⁹ V/A. En pratique, choisissez une transimpédance suffisante pour placer le signal au-dessus du bruit des étages suivants, puis limitez la bande passante de mesure à la partie du spectre qui contient l’information utile.