光电信号的变换和检测技术

《光电信号的变换和检测技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第6章光电信号的变换及检测技术2本章的主要内容6.1光电信号检测电路的噪声6.2前置放大器6.3常用电路介绍6.4光电技术中的调制技术3光电检测系统组成光电检测系统组成第6章光电信号的变换及检测技术4探测器接测量处理后信号处理的重要性！理想白光干涉信号56.1光电检测电路的噪声6.1.1噪声的分类及性质6.1.2主要的噪声类型6.1.3噪声等效参量6.1.4前置放大器的噪声本节包括以下几部分内容：6为什么要研究噪声？任何虚假的和不需要的信号称为噪声。噪声总是伴随着测量信号存在测量过程是一个去除噪声、复原真实信号的过程76.

2、1.1噪声的分类及性质外部干扰噪声:人为造成的和自然造成的干扰。内部噪声:人为噪声和固有噪声两类。噪声强度可采用噪声电压或噪声电流的均方值、表示，有时简化为、。而噪声电压或噪声电流的均方根值则可用和表示。固有噪声是随机过程，噪声电压的瞬时值可取不同值E1，E2，…Ei，而对应出现的概率P(E1)，P(E2)，…，P(Ei)，…，其分布规律符合高斯分布。n次采样的算术平均值E为(6-1)8均方值为概率分布函数P(E)为(6-2)(6-3)96.1.2主要的噪声类型1.电阻热噪声（Thermalnoise）当电阻处于环境温度高于

3、绝对零度的条件下，自由电子的热运动形成起伏变化的噪声电流。大小与极性随机变化，且长时间的平均值等于零。常用噪声电流的均方值表示式中R——所讨论元件的电阻值；k——玻尔兹曼常数，k=1.3806505×10-23J/K；T——电阻所处环境的绝对温度；f——所用测量系统的频带宽度。(6-4)(6-5)10图6-1电阻热噪声图6-2电阻热噪声的等效电路112.散弹噪声（Shotnoise）又称散粒噪声。元器件中有直流电流通过时，直流电流值只表征其平均值，而微观的随机起伏形成散弹噪声，并叠加在直流电平上。散弹噪声的电流均方值为式中

4、：q为电子电荷；IDC为流过电流的直流分量。散弹噪声与电路频率无关，因此它也是一种白噪声。(6-8)(6-9)图6-3散弹噪声的顺势变化12又称闪烁噪声，它也是元器件中的一种基本噪声，通常是由元器件中存在局部缺陷或有微量杂质所引起的。在探测器、电阻、晶体管及电子管中均有这类噪声。3.噪声（Flickernoise）噪声有以下经验公式：式中：k1——与元件有关的参数；——与流过元器件电流有关的常数，通常取＝2——与元器件材料性质有关的系数，约在0.8~1.3之间，常取＝1。噪声的电流均方值与电路频率f成反比，所以称之为

5、噪声，它不为白噪声，噪声功率谱集中在低频，有时又称其为低频噪声。(6-10)13光电导探测器因光(或热)激发产生载流子和载流子复合(或寿命)这两个随机性过程，引起电流的随机起伏形成产生–复合噪声。该噪声的电流均方值为4.产生–复合噪声(g—r噪声，Generation-Recombinationnoise)式中I——流过光电导器件的平均电流；——载流子的平均寿命；e——载流子在光电导器件两电极间的平均漂移时间；F——测量电路的带宽。产生–复合噪声与频率f有关，属于非白噪声。但在相对低频的条件下，即时，公式可简化为该式与散

6、弹噪声表达式相类似，可认为是近似的白噪声。(6-12)(6-13)14这是热敏器件因其温度起伏所引起的噪声，该噪声用温度起伏的均方值表示式中k一波尔兹曼常数；T—热敏器件的绝对温度；GQ—器件的热导。5.温度噪声(6-14)6.背景辐射的光子噪声探测器在接收目标辐射的同时，也接收到目标以外其它物体的辐射，这些辐射也是一种不连续的起伏过程。这种因背景辐射起伏引起探测器产生的噪声叫做背景辐射的光子噪声。156.1.3噪声等效参量1.等效噪声带宽电网络的等效噪声带宽是噪声量的一种等效表示形式，可定义为带通型网络中等效带宽的物理意义

7、AP(f):放大器或网络的相对功率增益AP为放大器或网络功率增益的最大值；D(f)为等效于网络输入端的归一化噪声功率谱。(6-15)16系统的等效噪声带宽还可以用调制传递函数He(f)来表示对于白噪声来说D(f)＝1，所以有对于一个电压放大电路有式中，AV(f)电路电压放大倍数的频率响应；AV:中心频率或零频时的电压放大倍数。于是有(6-18)(6-19)为什么是平方？17设有一低通型电压放大器如图，它由电压放大倍数AV=50的放大器与RC低通滤波器组成，其放大倍数的频率响应为该复数的模AV(f)为图6-5低频放大器所以式中

8、，fH=为低通放大器的三分贝频率。(6-20)18各种噪声可能不属于同一起因与类型，但是为了计算和分析的方便，可以用一个电阻的热噪声来等效，称为等效噪声电阻。图示的典型放大器，其噪声可由三部分组成，即输入电阻Ri的热噪声；放大器噪声和负载电阻RL的噪声。2.等效噪声电阻图6-6放大器等效噪