摘 要： 通过对热噪声源与抑制技术手段的分析，以供电方式隔绝外界干扰,筛选器件并优化控制电路,实现多级低热噪声偏压输出。测试结果表明，输出噪声均方根值可控制在0.6 μV以内,能满足某高灵敏度电子器件的测试工作需要。

　　关键词： 超低热噪声；电源系统；器件筛选；抑制控制；实验测试

　　航天飞行器运行中需以红外热敏传感器进行姿态定位，这类器件要经过多级偏压信号触发反应状态测试来评价其工作性能。

　　信号发生器自身热噪声过高会干扰或淹没触发信号，因此降低其热噪声是提高测试精度的关键。

　　热噪声源于电子热运动，信号发生系统由器件和控制电路组成，电源系统是热噪声的重要来源。目前针对此类传感器测试设备的电源系统以自组装为主，电压提供多采用化学电池方式，虽然能满足低噪声的基本要求，但是缺少控制手段对多级偏压进行调整，而且输出精确度没有保证[1-2]。因此，在生产线上缺少可靠性好且噪声水平低的实用化供电设备。

　　为使所设计的偏压电源各级偏压输出热噪声强度均方根应控制在1 μV以下，本文通过热噪声源分析，以供电方式、器件选择、控制电路设计等途径，降低输出热噪声强度，并对其进行测试评价，探求可行的改进方案。

1 热噪声源分析

　　1.1 热噪声源分类

　　电子热运动会导致元器件内热噪声，对于电阻型元件，热噪声强度Vn可由式(1)表示：

　　其中： K为玻尔兹曼常量(K=1.380 650 5×10-23 J/K)；T为工作温度；B为工作带宽；R为电阻值。

　　由此，可将热噪声源影响因素分为：

　　(1)器件本身属性：以玻尔兹曼常数K为特征的器件物理参数，可根据其特点选择；

　　(2)工作环境温度：在设计上加以控制，但需考虑器件自身发热；

　　(3)工作带宽：要综合考虑电源输入方式和系统电路各种干扰因素；

　　(4)阻值：构成电路的必需参数，在设计上需合理匹配，以降低热噪声增幅。

　　1.2 降低热噪声源对策

　　以上分析表明，电源对热噪声影响较大，为首要解决问题；器件特性源于工作原理，需合理筛选配置，可抑制噪声源强度；发挥控制电路设计优势，抑制热噪声强度；测试实验是验证系统品质的重要过程，也是探求提升系统性能的必要手段。

2 系统结构及实现

　　2.1 系统构成

　　根据设备供电要求，以降低各级输出偏压热噪声为目标，构建如图1所示的系统结构。

　　系统由电源模块、控制模块和输出显示模块组成。根据测试需要，电源模块可提供最高±43 V的直流电压，控制模块将其分配成多级偏压并由开关控制输出，可通过控制面板操作并显示工作状态参数。

　　2.2 供电方式

　　一般电源是采用变压器次级抽头，或通过电阻分压，再经整流获得多级直流电压。但即使采用各种滤波手段，仍无法排除外界市电干扰。

　　为隔绝外界干扰，降低整流和稳压电路发热，可采用蓄电池供电，以充放电方式工作。

　　常用蓄电池有铅酸型、锂型和镍氢型等大功率电感工厂，铅酸型容量大，比能量低；锂型比能量大，过充时有安全隐患；镍氢型比能量高，但容量较小[3-4]。

　　测试中将输出偏压实际值与响应比较，对输出偏压绝对值和级间值要求不高，即使镍氢电池工作时有输出压降，也能满足工作需要，且其放电时热噪声很低，可忽略不计。

　　设计中采用多节镍氢电池串联成电池组，中间抽头实现各级偏压输出。单节镍氢电池充满后电压可达1.4 V~电感符号1.5 V，但因串联电池数量多，以防个别电池过充损坏，故单节电池设计电压为1.34 V。

　　电源共采用64节镍氢电池，分成两组来提供±43 V各级偏压，如图2所示。

　　1号~32号电池和33号~64号电池各为一组，32号电池负极与33号电池正极构成数字地V0，中间抽头供各级偏压输出。设计电压与电池数匹配如表1所示,其中21 V~27 V级间为两节电池，其余级间均为3节电池。大电流电感

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