光电电子技术复习内容

光电子电路设计北京理工大学光电学院

2第一章低噪声放大器噪声的基本概念噪声定义噪声的统计特性随机噪声是一种前后独立的平稳随机过程大多数噪声瞬时幅度服从正态分布噪声分类热噪声：导体中载流子热运动产生的噪声称为热噪声3热噪声的特点普遍存在于各种形式的电阻中，是电阻性元件的底限噪声热噪声功率分布是均匀的，属于白噪声散弹噪声：半导体、真空器件中的载流子是离散型的电荷迁移粒子，流经器件的电流因此会出现随机的起伏，称为散弹噪声散弹噪声的特点属于白噪声与电流流过位垒（半导体的PN结等）有关41/f噪声：半导体、真空器件、电阻器件中还存在闪烁噪声，与器件材料和表面状况有关1/f噪声的特点1/f噪声在每个（10）倍频程带宽内的功率是相等的不属于白噪声，其噪声功率谱密度随频率降低而增加过剩噪声：当直流电流流过不连续介质时（如炭膜电阻），由于电导率不均匀，电流流过在介质间产生小电弧引起的电流脉冲引起的噪声称为过剩噪声。过剩噪声的特点过剩噪声功率与频率倒数成正比过剩噪声电压与流过电阻的电流成正比5放大器的噪声放大器的噪声模型放大器内部元件众多，可以将内部噪声源折算成噪声电压源En和电流源In两种形式送入输入端。放大器内部成为一个无噪声的放大器。噪声系数噪声系数定义为放大器总的输出噪声功率与源电阻在放大器输出端的噪声功率比。噪声系数是对放大器引起的信噪比恶化程度的度量。好的放大器F→1。即使放大器的输出与输入信噪比尽量接近6最佳源电阻噪声系数不仅取决于噪声电压，还取决于源电阻，噪声系数存在一个最优值R0，此时放大器在源热噪声的基础上噪声增加得最小，此源电阻称为最佳源电阻。噪声匹配条件时最小噪声系数与放大器噪声电压及噪声电流的乘积有关，乘积越大，噪声系数也越大。低噪声放大器的设计1.反馈电路对噪声的影响

反馈电路的引入会使放大器的噪声系数变坏，但可以通过合理的参数选择使变坏的程度忽略不计。电压串联噪声模型和参数选择方法电压并联噪声模型和参数选择方法电流并联噪声模型和参数选择方法电流串联噪声模型和参数选择方法7偏置电路对噪声的影响及无噪声偏置电路对放大器输入级而言，偏置电路的偏置电阻的热噪声、1/f噪声、过剩噪声通过放大器后会使放大器的低噪声性能劣化，可以采取无噪声的偏置方法。偏置电路的噪声影响无噪声偏置电路的原理低噪声设计方法和步骤放大器的设计需要满足一系列基本指标：增益、带宽、输入阻抗、输出阻抗、反馈深度、稳定性、经济性……8噪声匹配方法调节输入级BIT的集电极电流采用变压器耦合（变耦）采用放大器并联接地方法与特点串联一点接地并联一点接地串并联一点接地多点接地低噪声放大器设计举例中阻信号源低阻信号源采用FET做前置放大高阻信号源9第二章专用放大器集成运算放大器集成运放基本单元电路集成运放的主要参数开环电压增益Auo输入失调电压Uos输入偏置电流IiB输入失调电流Ios差模输入电阻Ri共模抑制比CMRR-3dB带宽fH转换速率SR10集成运放的基本应用原理闭环应用的理想运放满足Auo=∞，Rid=∞，CMRR=∞，Uos=0，Ios=0，Ro=0

Rid=∞→运放输入端“虚断”Auo=∞→运放输入端“虚短”反相输入放大器特点电压增益输入阻抗同相输入放大器特点电压增益输入阻抗差动放大器特点差动电压增益输入阻抗CMRR及对称条件11电流放大器反馈式电流放大器工作原理电流放大器（I-V转换电路）特点直接反馈式电流放大器特点和输出分压反馈式电流放大器特点和输出微弱电流放大器电流放大器噪声模型和测量极限差动电流放大器的特点和输出仪表放大器电桥放大器工作原理电桥电压放大器输出特性电桥电流放大器输出特性差动测量放大器与仪表放大器输出特性12程控增益放大器

在测量中常常会遇到输入信号变化范围较大的情况，要求信号放大器能够根据输入信号的大小自动改变程序增益，使放大器输出电压始终保持在靠近满量程的范围内，这种放大器称为程控增益放大器（程控放大器）。程控放大器工作原理程控放大器的类型与特点13第六章光电器件电路设计及应用偏置电路：通过该电路对器件加上一定的偏置电压或偏置电流，使器件在正常状态下工作，发挥出最好性能。光电导器件的偏置与放大电路光电导器件偏置形式匹配偏置：RL=R0恒流偏置：RL»R0恒压偏置：RL«R0光电导器件偏置特点偏置方式对光电导器件－前放响应度的影响偏置方式对光电导器件－前放信噪比的影响偏置方式对偏置电源的要求14扫积型探测器偏置扫积型探测器在图像信息光电变换过程中，同时完成了探测、延迟积累和积分3种功能。外加偏置电源要求输出电压响应度实现信号延迟和积分的必要条件光伏型（PV）探测器的偏置与放大电路光伏型探测器的伏－安特性光伏型探测器的偏置形式与适用类型低压正向偏置0电压偏置反向电压偏置偏置电路输出信噪比与偏置参数、前放输入电阻关系光伏探测器最佳偏置电路及信号放大在0偏或较小反偏电压状态下可获得最高信噪比15光电池偏置电路光电池伏－安特性光电池偏置电路自偏置电路反向偏置电路（为了扩大光电池线性范围）光电倍增管的偏置与放大电路光电倍增管伏－安特性偏置电源分压电阻链/电容值确定光电倍增管输出与前放形式电流放大电压放大光电倍增管与前放的耦合形式及特点负端接地的正高压供电正端接地的负高压供电16光电慎耦合搭器特而性与墙应用光电控耦合母器的筐工作划原理光耦扣是一捡种以鸟光为钢媒介族，传雹输信帐号的舒复合轿元件秃输入钉端配悠置光病源，限输出就端配策置受贩光器馅，封昨装成适一个停器件捡。光电相耦合恶器的袄抗干僵扰原茶理光电棋