儀器學理論中的電子學設計

摘要：儀器設計者除要求掌握電子學理論外，還應該了解、掌握儀器學中的光電發的光電特性，這樣才能設計出優質的儀器。例如，對于采用直流電壓放大器電路的光譜儀器，在設計光電倍增管電路時，一般將光電倍增管的負載電阻取為10～100kΩ，最佳的選擇應該是10kΩ左右。而有些設計者卻把負載電阻設計為幾十兆歐(MΩ)，這是造成光譜儀器噪聲很大、很不穩定的主要原因之一。

儀器設計者除要求掌握電子學理論外，還應該了解、掌握儀器學中的光電發的光電特性，這樣才能設計出優質的儀器。例如，對于采用直流電壓放大器電路的光譜儀器，在設計光電倍增管電路時，一般將光電倍增管的負載電阻取為10～100kΩ，最佳的選擇應該是10kΩ左右。而有些設計者卻把負載電阻設計為幾十兆歐(MΩ)，這是造成光譜儀器噪聲很大、很不穩定的主要原因之一。

另外，設計者應對整機的原理和各個部件有全面的了解，尤其要對整機和部件的主要性能技術指標有足夠的了解。如果不了解儀器整機原理，不了解儀器整機對部件的要求，就不可能設計出優質的儀器。有些設計者在設計電子學系統的放大器時，由于不了解哪些因素會影響放大器的噪聲和穩定性，放大器的噪聲和穩定性對整機的噪聲和穩定性有多大的影響。所以，將直流放大器的放大倍數設計成150倍以上。導致放大器的漂移和噪聲很大，不能滿足使用要求。作者的實器的放大倍數應該控制在30倍以下。放大倍數達到150倍的直流放大器，其噪聲和漂移會嚴重影響整機的性能。

計者還必須熟悉、了解電子元器件，否則，會因為元器件的使用不當，而影響設計出的電子部件的質量。特別要注意對直流放大器或直流I/V變換器的設計。根據作者的實踐經驗，反饋電阻的設計對I/V變換器非常重要，反饋電過大，I/V變換器會不穩定；反饋電阻過小，則滿足不了后面電壓放大器的要求。同時，在I/V變換器的反饋電阻處，一定要并聯一只合適的優質電容，否則，不可能得到優質的I/V變換器。

在電子學設計時要重視對放大器的設計，千萬不能簡單化。有時為了儀器整機的穩定性，寧可用多級（一般采用兩級或兩級以上）低倍（有時用10倍以下）的放大器組成一只完整的放大器。特別是在前置放大器的設計上，更要小心從事。作者曾經在設計前置電流放大器時，選擇較大的反饋電阻(8MΩ)，結果該放大器工作不穩定，噪聲和漂移都很大。后來經過反復試驗，將8MΩ的反饋電阻改為3. 03 MΩ（采用O．5%的金屬膜、RJJ級的特制電阻），才得到了非常滿意的結果。作者曾在工作中，采用直流電流放大器作為前置放大器（I/V變換‘器），I/V變換器后面不再接放大器，直接將I/V變換器的信號鄉輸出給A/D變換器，再傳到數字電路。結果，儀器整機的穩定性極差，根本不能使用。因為這樣做，必然要將i/v多阻選擇得很大(10MΩ)，此時，儀器整機的噪聲和漂移當然就會很大。后來改變設計，在I/V變換器后面增加一級放大（放大倍數為10倍），將I/V變換器的反饋電阻改為3.3 MΩ，使儀器性能大為改善。