光电探测器的放大电路.ppt

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1、4.2光电探测器的放大电路4.2.1放大器的噪声模型4.2.2多级放大器的噪声影响4.2.3放大器的选用4.2.4放大器的外部电路设计参考书：方志豪，晶体管低噪声电路高晋占，微弱信号检测赵远，张宇《光电信号检测原理与技术》1光探测器及其偏置电路耦合网络低噪声前置放大器多级放大系统反馈电路光探测电路示意图放大器偏置电路后级信号处理电路24.2.1放大器的噪声模型3设计高质量的低噪声前置放大器，我们要了解：信号的特性噪声的特性噪声分析方法一、放大器的设计前提为此学习一些关于放大器的噪声及描述放大器噪声特性的一些有关参数和模型，从而更好地抑制噪声、放大信号。4二、放大器的噪声1.放大器的E

2、n－In噪声模型（a）(b)En-In模型Vs－信号源，Zi－放大器的输入阻抗，RS－信号源内阻，Ens为RS的热噪声En－噪声电压源，In－噪声电流源，Av－放大器电压增益，利用En-In模型的优点：（1）放大器便可看成是无噪声的，对放大器噪声的研究归结为只要分析En、In在整个电路中所起的作用。简化了电路系统的噪声的计算。（2）模型的实验基础：能够通过实验测量得出En、In的具体大小。5Vs－信号源，Zi－放大器的输入阻抗，RS－信号源内阻，Ens－RS的热噪声En－噪声电压源，In－噪声电流源，Av－放大器电压增益Eni－放大器输入端的噪声电压，Vso－放大器的输出端电压，En

3、o－放大器输出端的总噪声（c）（b）VsoEno利用En-In模型，一个放大系统的噪声简化为三个噪声即En、In和Ens。进一步考虑这三个噪声源的共同效果，我们将它们统统等效地归结到信号源位置上，用单一噪声源代替原系统的所有噪声源,称为等效输入噪声Eni。2.等效输入噪声Q:如何得到等效输入噪声Eni？6根据电路叠加原理，各噪声源在放大器输出端的贡献分别为：Ens的贡献为：En的贡献为：In的贡献为：Ens的贡献En的贡献In的贡献7若En、In不相关，将上述各项均方相加便得总的输出噪声为：因此等效输入噪声为：－信号源到放大器输出端的传输函数（考虑源在内的系统增益，注意和Av的区别！

4、）8可以看出，放大器的输入阻抗不出现在等效输入噪声的表达式中。因为采用En—In模型后，放大器便视为是无噪声的了，这样一个无噪声的网络并不改变整个系统的噪声性能，无噪声放大器的所有参数(包括输入阻抗)不应再在Eni的表达式中出现。采用En-In模型的另一个原因，是因为这个模型中所采用的各个参数容易测量。首先，源电阻Rs的热噪声Ens，可以由电阻的热噪声公式求出；其次计算放大器前的电路的开路输出噪声电压(或短路输出噪声电流)；然后折合到源端位置就得到等效输入噪声电压Eni的大小。9（1）测En。放大器输入端短路，即Rs＝0（Ens、InRs均为零），测得放大器输出端的噪声电压均方根值为

5、AvEn，除以Av得En；（2）测In。取一个很大的电阻作为源电阻（或放大器输入端开路），即Rs＝无穷大（InRs），测得放大器输出端的噪声电压均方根值为AvsInRs，除以AvsRs得In。3.实验方法测放大器的En，In：10三、放大器的噪声系数在实际工作中常常需要衡量一个放大器，或者一个元件，或者一个系统的噪声性能。系统的噪声性能，不仅仅是指系统本身元器件产生噪声的大小，还包括它对信号影响的程度。由于Eni的表示式中含有源电阻Rs及其热噪声项，故不宜用Eni作为衡量的指标。另一方面，同时用En、In来表示又比较麻烦。因此，在噪声分析中，通常是用噪声系数NF（NoiseFigur

6、e）作为衡量放大器或元件、或系统噪声性能的指标。为了定义噪声系数NF，先给出信噪比的定义。11信噪比：输出端信号功率与噪声功率之比，称为信号噪声比，简称信噪比为输出端信号功率为输出端噪声功率122.噪声系数（NoiseFactor）：输出端总噪声功率源电阻产生的输出噪声功率F=即Kp为放大器系统的功率增益（1）基本定义从输出端角度出发13（2）推导式一总的等效输入噪声功率输入端源电阻噪声功率F=上下同除以Kp，即放大器噪声总是存在，F大于1的原因从输入端角度出发从输入端角度出发14（3）推导式二放大器输入噪声功率输入端源电阻噪声功率F=1+15（4）推导式三输入端信噪比输出端信噪比F

7、=不为Eni，此时输入端噪声功率仅为源电阻产生的热噪声功率用分贝表示则写成：电压表示则为：Q:F或NF的大小？16放大器的噪声系数的定义表示信号通过放大器后，信噪比变坏的程度：如果放大器是理想的无噪声的线性网络，那么其输入端的信号与噪声得到同样的放大，即输出端的信噪比与输入端的信噪比相同，于是F=1或NF=0dB；如果放大器本身有噪声，又无滤波功能(如前放一般不采取带限措施)，信号通过放大器后，则信号和噪声都同样放大，则输出噪声功率等于放大后的输入噪声功率