CH6光信号的变换及检测技术.ppt

LOGO 光电信号检测电路的噪声 - * - 噪声的分类及性质 一个系统的噪声可分为来自外部的干扰噪声和内部噪声。 来自系统外部的干扰噪声，就其产生原因又可分为人为造成的和自然造成的干扰两类。 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 均方值为 概率分布函数P(E)为 光电信号检测电路的噪声 - * - 主要的噪声类型 1. 电阻热噪声 当某电阻处于环境温度高于绝对零度的条件下，由于内部杂乱无章的自由电子的热运动，形成起伏变化的噪声电流。其大小与极性均在随机地变化着，且长时间的平均值等于零。常用噪声电流的均方值 表示 对应该电阻两端产生的噪声电压均方值为 式中 R—所讨论元件的电阻值； k—玻尔兹曼常数； T—电阻所处环境的绝对温度； 　 ?f—所用测量系统的频带宽度。 光电信号检测电路的噪声 - * - 1. 电阻热噪声 电阻噪声 电阻热噪声的等效电路 * 2. 散弹噪声 散弹噪声的电流均方值为 式中：q为电子电荷；IDC为流过电流的直流分量。 在光电器件中，光电流的直流分量Ip,也同样引起散弹噪声,即 散弹噪声的顺势变化 光电信号检测电路的噪声 * 3. 噪声 噪声有以下经验公式： 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。 上式可以改写为 可知噪声的电流均方值与电路频率f成反比，所以称之为1/f噪声。 光电信号检测电路的噪声 * 该噪声的电流均方值为 ? 4. 产生–复合噪声(g—r噪声) ? 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。 ? 在相对低频的条件下，即 时，公式可简化为 ? 光电信号检测电路的噪声 * 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. 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。 ? 光电信号检测电路的噪声 * 噪声等效参量 1. 等效噪声带宽 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 式中，?f为等效噪声带宽；AP(f) 为放大器或网络的相对功率增益，是频率f的函数；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。 对于白噪声的情况，即D(f)＝1，当网络的频率响应为带通型时，则有 光电信号检测电路的噪声 * 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，这个电阻就叫作等效噪声电阻。 2. 等效噪声电阻 用电阻的热噪声 来等效放大器的噪声，负载电阻RL的热噪声为 ，等效到输入端为 ，对应等效电阻为 。所以总等效电阻为 放大器等效噪声电阻 对应总输入噪声为 对应总输出噪声为 光电信号检测电路的噪声 * 这是一种将各噪声等效为放大器输入源电阻因等效升温而附加热噪声的方法。Rs为源电阻，用Rs的热噪声表示输入源的噪声 3. 等效噪声温度 式中,T0为参考温度(工作室温)。 放大器等效噪声温度 光电信号检测电路的噪声 * 假设放大器的噪声也等效到电阻RS上，相当于附加一个温差Teq在RS产生的热噪声,把Teq叫作等效噪声温度。于是等效在输入端的总噪声为 对应输出端的总噪声为 如把放大器噪声等效为等效噪声电阻Rq的热噪声 所以 或 光电信号检测电路的噪声 * 前置放大器的噪声 Rs是信号源内阻；Es是信号源电动势；RL是输出负载；Pi ，P0分别是输入、输出的信号功率；Ni是加到输入端的噪声功率；No是输出端的总噪声功率；于是噪声系数可定义为 1. 噪声系数(F) 线性四端网络 下面对其有关特性进行讨论： (1)对于理想无噪声的网络有P0／N0＝Pi／Ni，即F＝1。当网络存在噪声时，P0／N0Pi／Ni，即F＞1，所以网络的噪声系数F??1。 光电信号检测电路的噪声 * (2)噪声系数常用其分贝数FdB来表示 (3)将网络功率增益AP引入上式，并设Ni经网络后输