[工学]第10章光电检测电路与信号处理

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1、课程主要内容四大部分：理论基础光电信号变换与处理光辐射源光电探测器光电系统分析设计测距计时器放大、滤波、比较主波回波光学信号变换光－电信号变换激光脉冲测距原理示意图电学信号变换光电信号变换与处理光学信号变换光电信号变换与处理光－电信号变换电学信号变换教材第八章教材第九章教材第十章第10章光电检测电路与信号处理10.1检测电路的带宽和频率特性10.2光电检测电路的低噪声设计10.3微弱光电信号的处理方法*有特殊要求的电学信号处理方法10.1检测电路的带宽和频率特性10.1.1检测电路的基本结构和技术要求基本任务光电检测电路偏置电路设计（静态设计）频率响

2、应设计（动态设计）噪声特性设计1.带宽的含义K(f)ffLCfHC70.7%100%Df=fHC－fLC≈fHC10.1检测电路的带宽和频率特性10.1.2检测电路的带宽带宽ΔfΔf太小，频率失真（波形失真）Δf太大，噪声大（例：热噪声）电路带宽Δf根据信号的频谱特性来确定2.带宽对信号质量的影响10.1.2检测电路的带宽3.如何确定检测电路带宽？正弦调制信号:振幅调制：频率调制：10.1.2检测电路的带宽3.如何确定检测电路带宽？例1：确定调幅波检测电路的带宽载波频率为f0＝5KHz调制频率为F＝100Hz电路带宽Df＝2F＝0.2kHz10.1.

3、2检测电路的带宽3.如何确定检测电路带宽？正弦调制信号:脉冲波信号：振幅调制：频率调制：10.1.2检测电路的带宽3.如何确定检测电路带宽？脉冲波信号的带宽分析Ttdtd－脉冲宽度3.如何确定检测电路带宽？脉冲波信号的带宽分析Ttdtd－脉冲宽度脉冲重复频率f0=200kHz，脉宽td=0.5μs脉冲波频谱分析脉冲波频谱分析启动虚拟仪器LabVIEW8.6仿真信号3.如何确定检测电路带宽？脉冲波信号的带宽分析Ttdtd－脉冲宽度脉冲重复频率f0=200kHz，脉宽td=0.5μs脉冲波频谱动态分析3.如何确定检测电路带宽？脉冲波信号的带宽分析主要频谱

4、能量范围3.如何确定检测电路带宽？电路带宽增大，信号峰值功率增加－常数电路带宽增大，噪声功率增加－最佳带宽最佳带宽10.1.2检测电路的带宽3.如何确定检测电路带宽？正弦调制信号:脉冲波信号：td为脉冲宽度振幅调制：频率调制：要求信噪比高：要求脉冲形状好：10.1.2检测电路的带宽3.如何确定检测电路带宽？例2：确定激光脉冲信号检测电路带宽电路带宽（准确保持脉冲形状）脉冲重复频率f=200kHz脉宽td=0.5μs10.1.2检测电路的带宽10.1.3检测电路的频率特性分析与设计激光脉冲重复频率f0=200kHz，脉宽td=0.5μs电路带宽△f=3

5、MHz信号带宽B=1/td=2MHz输入级电路前置放大器后续放大器6MHz6MHz6MHz10.1.3检测电路的频率特性分析与设计输入级电路光电导探测器电路两个过程－－两个时间常数：光－电（载流子）电（载流子）－电（压）固有时间常数电路时间常数10.1.3检测电路的频率特性分析与设计输入级电路光电导探测器电路固有时间常数电路时间常数10.1.3检测电路的频率特性分析与设计激光脉冲重复频率f0=200kHz，脉宽td=0.5μs电路带宽△f=3MHz信号带宽B=1/td=2MHz输入级电路前置放大器后续放大器6MHz6MHz6MHz第10章光电检测

6、电路与信号处理10.1检测电路的带宽和频率特性10.2光电检测电路的低噪声设计10.3微弱光电信号的处理方法*有特殊要求的电学信号处理方法10.2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10.2光电检测电路的低噪声设计直接探测系统的信噪比－－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”10.2光电检测电路的低噪声设计前置放大器噪声电路噪声1.放大器En－In噪声模型：纯电阻信号源例如：低噪声放大器OP27En=3.5nV/Hz1/2,In=1.7pA/Hz1/

7、210.2.1前置放大器的噪声仅有热噪声--选择低噪声放大器就行了？1.放大器En－In噪声模型：纯电阻信号源等效输入噪声电压信号源与放大器相互作用噪声系数10.2.1前置放大器的噪声F=1，理想的无噪声放大器F>1，实际的有噪声放大器噪声系数F反映了放大器的噪声使系统信噪比变坏的程度，是衡量放大器噪声性能好坏的重要指标。2.噪声系数NF=10lgF（dB）用分贝表示：10.2.1前置放大器的噪声n级级联放大电路噪声系数：KP1很大时，F≈F1－－前置放大器的噪声贡献例1：光电倍增管和雪崩光电二极管高内增益例2：光电二极管无内增益2.噪声系数10.2

8、.1前置放大器的噪声3.最佳源电阻10.2.1前置放大器的噪声3.最佳源电阻10.2.1前置放大器的噪声例如