光电信号处理习题答案2008

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1、光电信号处理习题——2008光电信号处理习题——20081光电探测器按物理原理分为哪两类，各有何特点？一类是利用各种光子效应的光子探测器，特点是入射光子直接和材料中的电子发生相互作用，即光电子效应；一类是利用温度变化效应的热探测器，特点是基于材料吸收光辐射能量以后温度升高的现象，即光热效应。2分别画出主动、被动光电探测系统的结构框图，说明各部分的作用。被动式：主动式：需要有光源照射目标。3什么是噪声？噪声与干扰有何不同？光电探测系统有哪些噪声？光电探测器有哪些噪声？噪声：由于元器件内微观粒子随即的无规则运动产生的有害信号，称为噪声。不同：噪声是来自元器件内部粒子；而干扰是指其

2、他的有害信号，有系统外部的，也可以有内部的。光电探测系统的噪声：光子噪声，探测器噪声，电路噪声。光电探测器的噪声：热噪声，散粒噪声，产生-复合噪声，1/f噪声，温度噪声。4等效噪声带宽表示什么意义？与系统的频率带宽有何不同？将噪声功率谱图按照面积相等变换成矩形，以最大噪声功率为高，则宽就是等效噪声带宽。系统的频率带宽指在幅频特性曲线中高度为0.707倍峰值的两频率之差。5放大器的En-In噪声模型并说明意义。放大器的内部噪声可以用串联在输入端的零阻抗电压发生器En和并联在输入端具有无穷大阻抗的电流发生器In来表示。两者相关系数为r。这种模型叫En-In噪声模型。意义：可将放大

3、器看作无噪声，对放大器噪声的研究归结为分析En、In在电路中的作用。简化了电路系统的噪声计算。6什么是噪声系数，证明放大器的噪声系数NF≧1。噪声系数：输入端信噪比与输出端信噪比的比值。，(Ap为放大器功率增益)放大器的输出噪声功率Pno由两部分组成，一部分为Pni(信号源内阻热噪声)×Ap；另一部分为放大器本身产生的噪声在输出端呈现的噪声Pn；，所以噪声系数又为：一般情况下，实际Pn不会为零，所以NF>1；理想情况下NF=1。得证。7证明最佳源电阻Rsopt=En/In噪声系数有表示式：(等效输入噪声比信号源噪声)9光电信号处理习题——2008而，所以，放大器一设计好，En

4、、In就不变了，所以NF只是Rs和∆f的函数。当Rs变化时，上式第二项减小，第三项增大，所以Rs变化时，存在极值，NF对Rs求导：可得到当Rsopt=En/In时，NF取得极值。为最小值。所以有最佳源电阻。1简述噪声温度的物理意义。放大器内部产生的噪声功率，可看作是由输入端连接一个匹配的温度为Ti的电阻所产生；或看成与放大器匹配的噪声源内阻Rs在其工作温度T上再加一个温度Ti后，所增加的输出噪声功率。所以，噪声温度也代表相应的噪声功率。2证明Friis公式，并说明其在低噪声电路设计中的意义。假设一三级放大器，Pn1、Pn2、Pn3分别为各级所产生的噪声功率，在各级输出端的体现

5、。三级放大器级联成为一个放大系统，此系统的噪声系数：其中Pn为三级放大器内部噪声功率在输出端的表现：即：级联放大器的总功率增益：所以：由此可以递推到n级级联的放大器：意义：由公式可以看出，多级级联的放大器，噪声系数的大小主要取决于第一级放大器的噪声系数；所以设计低噪声放大器的时候，应尽量减小第一级放大器噪声系数，同时增大其放大倍数Ap1。3耦合网络的低噪声设计有哪些原则？设耦合网络的阻抗值为：(并联阻抗)(串联阻抗)(1)对于耦合网络中的串联阻抗元件：，(2)对于并联阻抗元件：，，En、In为前放En-In模型中的En、In参量。(3)为了减少电阻元件的过剩噪声(除热噪声外流

6、过电阻的电流产生的一种1/f噪声)，应尽量减小流过电阻的电流，或降低电阻两端的直流压降；9光电信号处理习题——2008(4)减少元器件的使用数，采用简单耦合的方法，减少输出端噪声，尽可能采用直接耦合，消除耦合网络的噪声；1噪声测量与一般电压测量有何不同？噪声的测量无法用电压表在输入端直接测量，都是在输出端测量。测出的总噪声是系统内部各噪声综合作用的结果。这是因为噪声值都非常小，而且分布在放大器的各个部分的缘故。2画出正弦波法测量系统噪声系数的框图，说明工作原理。(1)将K1、K2都打在1点，调节正弦信号发生器，然后在测量仪表记录Vo，得出传输函数Avs；(2)将K1打到2点，

7、在测量仪表处可得出总的噪声Eno；(3)由得出等效输入噪声；(4)由此得到噪声系数。3根据集成运算放大器的参数计算其输出噪声电压。(1)计算热噪声电压为噪声电压有效值，其中，是热噪声电压密度，为，也可在频谱密度图中查找；BWn是热噪声带宽，BWn=fH﹒Kn，fH是上限截至频率，Kn是转换系数，一般为1.57；(2)计算1/f噪声，为归一化为1Hz的噪声电压。其中：为频率为f时的噪声电压密度，在图中查找；f为图中最小的频率；为1/f的有效值，fH为上限截至频率，取BWn；fL为下限频率，取0.1Hz；(