[发明专利]具有增强低频响应反馈放大器的热电检测器

说明书

本发明一般涉及一种热电检测器装置，特别是涉及一种具有用于在非零的频率上倍增检测器元件电阻负载阻值的反馈路径的热电检测器放大器电路。

每当热电检测器的温度变化时，都将产生少量电荷。往往，这些检测器被设计为响应于入射电磁辐射温度而变化。因此，响应于电磁辐射可改变检测器的温度的任何部位都可以产生电荷。通过把结果转移为一般可用形式的电子仪器可以测量这种电荷。

一般，热电检测器并不被用于测量稳定温度(例如温度计)。采用热电检测器的这种测量要求精确顾及非常少量的电荷，利用目前的可用技术来测量少量电荷是不实际的。因此，热电检测器被用于测量温度的变化。因此，设计为响应于电磁辐射的热电检测器随入射到其上的辐射变化而产生电荷。

热电检测器的一般应用是检测辐射红外线(电磁辐射的一种形式)的人类。一些光学元件被设计为将来自某个空间体积的红外光聚焦到热电检测器上。人类移动进入该空间体积将引起入射到检测器上的电磁辐射的变化，又由于响应而产生少量的电荷。通过加入电子仪器到这种光学和检测器的组合体上，形成一种人体移动传感器。

可能利用多种不同方法来测量热电检测器所产生的电荷。一种通用的方法如图1所示，是在封装上位于邻近窗口1的热电检测器元件2上并联连接一个负载电阻(R_L)，和测量响应于温度的变化而流过热电检测器元件2的电荷所产生的瞬态电压。由于检测器的物理特性，产生的电压幅度随着温度变化率而变化。这种变化经常借助于如图2所示的频率响应曲线予以描述，该图表示每瓦入射能量(引起温度变化的)的峰值电压对所施加能量的频率。

当用在并联负载电阻(R_L)的结构时，热电检测器在某个频率上呈现峰值响应。该负载电阻是一个确定该低频峰肩位置的元件。增加负载电阻值则使该峰值向较低频率移动。对于许多应用来说，一个低频峰值是所希望的。但是，需要的负载电阻可能是在数百个KMΩ范围。这种大小的阻值是难以制造的。再有，使用这样的阻值的仪器电路也常常是有问题的。

另一种常规的热电检测器表示在图3，该检测器包括位于邻近窗口6的封装上用作热电检测器元件的缓冲器的运算放大器8。运算放大器附加一个比图1中的FET小得多的偏移电压和按接近于1(0.9995到1.0)的系数复制热电检测器元件7的输出电压。然而，对于热电检测器的各种应用来说，这些性质一般是不严格的，因此FET因为它便宜，所以FET是一种最常用的放大元件。

1994年10月4日授予Masao Inoue的美国专利5,352,895公开了一种热电检测器，该检测器包括用于检测红外辐射的热电元件，和连接到该热电检测元件的用于放大响应于入射能量所产生的相当少量电荷的场效应晶体管(FET)。一些电容器被连接到该FET的源和漏极，用于稳定所施加的电压和去掉高频感应噪声。一个栅电阻被连接在热电元件的两端。热电元件是由PVD或PZT材料制造的，而被用作火警(fire)检测的栅电阻具有从5到10KMΩ范围的阻值，和特别地要求保护10KMΩ。但是FET放大器不能在非零频率上提供栅电阻12阻值的倍增。

1993年11月16日授予Akira Kumada的美国专利5,262,647公开了一种具有热电检测元件和运算放大器的红外检测器，该运算放大器具有斩波器控制电路，能使该检测器检测运动着的人或温度。斩波器机械地截断输入到热电红外检测元件的红外线。增益控制电路波连接到该运算放大器，用于控制放大器的增益。但是，该运算放大器不能在非零频率上提供负载电阻的阻值的倍增。

因此，本发明的目的在于提供在非零频率上倍增负载电阻(R_L)的阻值的负载电阻(R_L)的结点上接收热电检测器元件输出的反馈缓冲放大器。

本发明的另外一个目的在于通过提供有效的负载电阻阻值作为从缓冲放大器输出端反馈的结果倍增该负载电阻的阻值能够在热电检测器中使用容易制造的较小的电阻。

本发明的再一个目的在于在存有缓冲放大器输入偏置电流的情况下，更容易地处理具有较小负载电阻的热电检测器的静止(零频率)输出。