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光电信号处理习题

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。

1.光子探测器和热探测器

特点：光子探测器--a是一种波长选择性探测器，要产生光子效应，光子的能量要超过某一确定的值，即光子的波长要短于长波限。波长长于长波限的入射辐射不能产生所需的光子效应，因而也就不能被探测出来。另一方

面．波长短于长波限的入射辐射，当功率一定时，波长愈短，光子数就愈少。因此理论上光子探测器的响应率应与波长成正比。

b速度高

。热探测器--a所有热探测器，在理论上对一切波长都具有相同的响应，因而是非选择行探测器。b热探测器一般无需制冷。c热探测器的响应时间比光子探测器长（取决于热探测器热容量的大小和散热的快慢）。

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。

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。

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。

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。

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。

Psi

NF?

Psi/Pni

?Pni

?Psi?Pno?

Pno

，NF?

Pno

(A为放大器功率增益)

P/P P PP

?P?

P?A p

so no

so

Pno

niso

Pni

?so?

ni p

P?si?

P

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；

P?AP

P?P ?P

所以噪声系数又为：NF?

Pno

?ApPni?Pn

?1? Pn

?1? Pn

no pni n no1 n，

PniAp ApPni PniAp ApPni

一般情况下，实际Pn不会为零，所以NF1；理想情况下NF=1。得证。

证明最佳源电阻Rsopt=En/In

E2?E2?I2R2

E2 I2R2

噪声系数有表示式：NF?ns n ns?1?n?ns(等效输入噪声比信号源噪声)

E2 E2 E2

ns ns ns

E2 I2R

而E ?4KTR?f，所以NF?1???n ?n s，放大器一设计好，En、In就不变了，所以NF只是Rs

ns s

4KTRS?f

4KT?f

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：

?NF 1 E2 I2

?? ???n ???n ?0

s s?R R24KT?f 4KT?

s s

可得到当Rsopt

=En/In

R ?En时，NF取得极值。为最小值。所以有最佳源电阻。

sopt I

n

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。

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。

三级放大器级联成为一个放大系统，此系统的噪声系数