光電信號(hào)處理習(xí)題答案剖析

1、1光電信號(hào)處理習(xí)題1光電探測(cè)器按物理原理分為哪兩類，各有何特點(diǎn)？光電探測(cè)器按物理原理分為哪兩類，各有何特點(diǎn)？一類是利用各種光子效應(yīng)的光子探測(cè)器，特點(diǎn)是入射光子直接和材料中的電子發(fā)生相互作用，即光電子效應(yīng)；一類是利用溫度變化效應(yīng)的熱探測(cè)器，特點(diǎn)是基于材料吸收光輻射能量以后溫度升高的現(xiàn)象，即光熱效應(yīng)。2分別畫出主動(dòng)、被動(dòng)光電探測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，說(shuō)明各部分的作用。分別畫出主動(dòng)、被動(dòng)光電探測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，說(shuō)明各部分的作用。被動(dòng)式：被動(dòng)式：主動(dòng)

2、式：主動(dòng)式：需要有光源照射目標(biāo)。3什么是噪聲？噪聲與干擾有何不同？光電探測(cè)系統(tǒng)有哪些噪聲？光電探測(cè)器有哪些噪聲？什么是噪聲？噪聲與干擾有何不同？光電探測(cè)系統(tǒng)有哪些噪聲？光電探測(cè)器有哪些噪聲？噪聲：噪聲：由于元器件內(nèi)微觀粒子隨即的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的有害信號(hào)，稱為噪聲。不同：不同：噪聲是來(lái)自元器件內(nèi)部粒子；而干擾是指其他的有害信號(hào)，有系統(tǒng)外部的，也可以有內(nèi)部的。光電探測(cè)系統(tǒng)的噪聲：光電探測(cè)系統(tǒng)的噪聲：光子噪聲，探測(cè)器噪聲，電路噪聲。光電探測(cè)器

3、的噪聲：光電探測(cè)器的噪聲：熱噪聲，散粒噪聲，產(chǎn)生復(fù)合噪聲，1f噪聲，溫度噪聲。4等效噪聲帶寬表示什么意義？與系統(tǒng)的頻率帶寬有何不同？等效噪聲帶寬表示什么意義？與系統(tǒng)的頻率帶寬有何不同？將噪聲功率譜圖按照面積相等變換成矩形，以最大噪聲功率為高，則寬就是等效噪聲帶寬。系統(tǒng)的頻率帶寬指在幅頻特性曲線中高度為0.707倍峰值的兩頻率之差。5放大器的放大器的EnIn噪聲模型并說(shuō)明意義。噪聲模型并說(shuō)明意義。放大器的內(nèi)部噪聲可以用串聯(lián)在輸入端的零阻抗

4、電壓發(fā)生器En和并聯(lián)在輸入端具有無(wú)窮大阻抗的電流發(fā)生器In來(lái)表示。兩者相關(guān)系數(shù)為r。這種模型叫EnIn噪聲模型。意義：意義：可將放大器看作無(wú)噪聲，對(duì)放大器噪聲的研究歸結(jié)為分析En、In在電路中的作用。簡(jiǎn)化了電路系統(tǒng)的噪聲計(jì)算。6什么是噪聲系數(shù)，證明放大器的噪聲系數(shù)什么是噪聲系數(shù)，證明放大器的噪聲系數(shù)NF≧1。噪聲系數(shù)：噪聲系數(shù)：輸入端信噪比與輸出端信噪比的比值。，(Ap為放大器功率增益)sisininisinonososononisos

5、oninosiPPPPPPPNFPPPPPPPPP???????????nonipPNFPA??放大器的輸出噪聲功率Pno由兩部分組成，一部分為Pni(信號(hào)源內(nèi)阻熱噪聲)Ap；另一部分為放大器本身產(chǎn)生的噪聲在輸出端呈現(xiàn)的噪聲Pn；，所以噪聲系數(shù)又為：1nopninnonPAPPPP????11pninnonnnippninippniAPPPPPNFPAAPPAAP???????一般情況下，實(shí)際Pn不會(huì)為零，所以NF1；理想情況下NF=1

6、。得證。7證明最佳源電阻證明最佳源電阻Rsopt=EnIn噪聲系數(shù)有表示式：(等效輸入噪聲比信號(hào)源噪聲)22222222221nsnnsnnsnsnsnsEEIREIRNFEEE??????3(4)減少元器件的使用數(shù)，采用簡(jiǎn)單耦合的方法，減少輸出端噪聲，盡可能采用直接耦合，消除耦合網(wǎng)絡(luò)的噪聲；11噪聲測(cè)量與一般電壓測(cè)量有何不同？噪聲測(cè)量與一般電壓測(cè)量有何不同？噪聲的測(cè)量無(wú)法用電壓表在輸入端直接測(cè)量，都是在輸出端測(cè)量。測(cè)出的總噪聲是系統(tǒng)內(nèi)

7、部各噪聲綜合作用的結(jié)果。這是因?yàn)樵肼曋刀挤浅Ｐ?，而且分布在放大器的各個(gè)部分的緣故。12畫出正弦波法測(cè)量系統(tǒng)噪聲系數(shù)的框圖，說(shuō)明工作原理。畫出正弦波法測(cè)量系統(tǒng)噪聲系數(shù)的框圖，說(shuō)明工作原理。(1)將K1、K2都打在1點(diǎn)，調(diào)節(jié)正弦信號(hào)發(fā)生器，然后在測(cè)量?jī)x表記錄Vo，得出傳輸函數(shù)Avs；(2)將K1打到2點(diǎn)，在測(cè)量?jī)x表處可得出總的噪聲Eno；(3)由得出等效輸入噪聲；0nnivsEEA?(4)由此得到噪聲系數(shù)。210lg4niFsENKTRf?

8、?13根據(jù)集成運(yùn)算放大器的參數(shù)計(jì)算其輸出噪聲電壓。根據(jù)集成運(yùn)算放大器的參數(shù)計(jì)算其輸出噪聲電壓。(1)計(jì)算熱噪聲電壓為噪聲電壓有效值，其中，是熱噪聲電壓密度，為，也nBBBBneeBW??BBe4nekTRf??可在頻譜密度圖中查找；BWn是熱噪聲帶寬，BWn=fH﹒Kn，fH是上限截至頻率，Kn是轉(zhuǎn)換系數(shù)，一般為1.57；(2)計(jì)算1f噪聲，為歸一化為1Hz的噪聲電壓。其中：為頻率為f時(shí)的噪聲電壓密度，在圖中查找；f為_(kāi)fnmatfee

9、f??_atfe圖中最小的頻率；為1f的有效值，fH為上限截至頻率，取BWn；fL為下限頻率，取ln()HnffnmLfeef??0.1Hz；(3)總的噪聲輸入電壓：；22_nvnfnBBeee??(4)噪聲增益為Noise_Gain=1RfR1；(5)電流噪聲轉(zhuǎn)化為等效電壓噪聲源：，Req=R1Rf；_nineqeiR?(6)運(yùn)放電路的熱噪聲：，Req=R1Rf；_4nReqekTRf??(7)輸出噪聲電壓：。222____nonvn

10、inReeee???14利用集成運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)低噪聲運(yùn)算放大電路時(shí)，如何選擇器件？有哪些基本原則？利用集成運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)低噪聲運(yùn)算放大電路時(shí)，如何選擇器件？有哪些基本原則？為了滿足噪聲的指標(biāo)，必須選用合適的有源和無(wú)源器件；在線路上配合使用，(1)有源器件的選用主要從源電阻和頻率范圍來(lái)考慮；(2)電阻的選用，用過(guò)剩噪聲較小的金屬膜電阻或者線繞電阻，有時(shí)也用電感替代并聯(lián)電阻，而且要考慮電阻工作的頻率范圍；(3)電容的選用，實(shí)際電容還存在電感