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1、1,光电信号检测与处理技术,第二章 第二节低噪声前置放大器的选用,2,光电检测电路的低噪声设计,问题的提出,提高系统信噪比途径：,光学方法,电学方法,热力学方法,3,光电检测电路的低噪声设计,问题的提出,信号光很弱时，探测器的输出信噪比很低,探测器噪声,电路噪声,“雪上加霜”,4,光电检测电路的低噪声设计,前置放大器噪声,电路噪声,5,1.根据噪声系数(dB)计算Eni,NF=10lgF（dB）,用分贝表示：,求出Eni：,6,113型低噪声前置放大器的NF等值图,2.NF图的应用,7,2.NF图的应用,采用噪声发生器或正弦波法，测出不同Rs和f0条件下的一系列NF值，标在坐标图上。,8,2.
2、NF图的应用,（1）从NF图中，可以选择NF最小的Rs和f0的范围。,（2）结合探测器的Rs和系统的带宽范围。NF图为正确选择前置放大器提供了依据。,（3）利用NF图还可以计算出最小可检测信号（MDS）的大小，MDS的定义为折合到放大器输入端的Eni。,9,3.利用NF图，计算Eni，根据Eni和Vsi来选用前置放大器,根据系统对(Vsi/Eni)的比值要求来选定放大器的NF值,10,不同Rs、f、NF值情况下的Eni,如果被测信号为Vsi=1V，f=100Hz，Rs=100，若要求系统的Vsi/Eni10。计算选用哪个放大器？,4.根据Eni和Vsi来选用前置放大器（一）,11,4.低噪声运
3、算放大器的选用（二）,（1）选用 和 均小的运算放大器,（2）在Rs大的情况下，起着比较大的作用,（3）计算Eni再和Vs比较。然后根据Psi/Pni（或Vsi/Eni）的要求决定运算放大器是否符合要求。,*（2）可根据 IB，计算,12,13,实例计算,例如，OP07和LMC662在1kHz时的 和 分别为:,当Rs=50k，且工作在1kHz条件下，选哪一种运算放大器可使 小些（假定带宽为 f=1kHz，T=290K）?,14,补充：偏置电路和负反馈电路的噪声影响,（1）并联负反馈的噪声贡献等效于负反馈合成电阻与探测器的并联与探测器并联的阻抗元件，应满足 RcpEn/In XcpEn/In
4、其中Zcp=Rcp+jXcp，Rcp和Xcp分别为并联的阻性和容性阻抗。,15,补充：偏置电路和负反馈电路的噪声影响,（2）串联负反馈的噪声贡献等效于负反馈合成电阻与探测器的串联与探测器串联的阻抗元件，应满足 RcsEn/In XcsEn/In其中Zcs=Rcs+jXcs，Rcs和Xcs分别为串联的阻性和容性阻抗。,16,（3）接口电路电阻两端的直流电压应尽量减小，以减小电阻元件的1/f 噪声。,补充：偏置电路和负反馈电路的噪声影响,17,补充：偏置电路和负反馈电路的噪声影响,18,电压串联负反馈和电压并联负反馈,补充：偏置电路和负反馈电路的噪声影响,19,综合举例,有一光导型PbS探测器，在
5、室温下工作，其内阻范围为100200 k，信号的频率范围为01000Hz（即 f=1kHz，f0=500Hz），Vsi为50500V,试为其设计一低噪声前置放大器，要求KV20，等效输入噪声Eni10V（保证）。,20,1.电源电压 尽量减少电源种类，即偏置电源和放大器的电源电压尽量一致。2.有源器件的选择3.选择电路形式,21,例：热电偶；光电池等（信号源电阻较小）,-常用器件最佳源电阻分布示意图,例：热电阻、PIN光电二极管（信号源电阻较大）,2.有源元器件（运放）的选择,22,3.选择电路形式，进行参数选择设计,电压串联负反馈；电压并联负反馈反相比例放大电路不会引入共模干扰，但容易引入电阻的热噪声；同相比例放大电路容易实现低噪声设计。,
