低噪声前置放大器的选用.ppt

1,光电信号检测与处理技术,第二章 第二节 低噪声前置放大器的选用,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,3,光电检测电路的低噪声设计,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”,4,光电检测电路的低噪声设计,前置 放大器噪声,电路 噪声,5,1. 根据噪声系数(dB) 计算Eni,NF=10lgF （dB）,用分贝表示：,求出Eni：,6,113型低噪声前置放大器的NF等值图,2. NF图的应用,7,2. NF图的应用,采用噪声发生器或正弦波法，测出不同Rs和f0条件下的一系列NF值，标在坐标图上。,8,2. NF图的应用,（1）从NF图中，可以选择NF最小的Rs和f0的范围。,（2）结合探测器的Rs和系统的带宽范围。NF图为正确选择前置放大器提供了依据。,（3）利用NF图还可以计算出最小可检测信号（MDS）的大小，MDS的定义为折合到放大器输入端的Eni。,9,3. 利用NF图，计算Eni， 根据Eni和Vsi来选用前置放大器,根据系统对(Vsi/Eni)的比值要求来选定放大器的NF值,10,不同Rs、f、NF值情况下的Eni,如果被测信号为Vsi =1V，f =100Hz，Rs=100，若要求系统的Vsi/Eni10。计算选用哪个放大器？,4. 根据Eni和Vsi来选用前置放大器（一）,11,4.低噪声运算放大器的选用（二）,（1）选用 和 均小的运算放大器,（2）在Rs大的情况下， 起着比较大的作用,（3）计算Eni再和Vs比较。然后根据Psi/Pni（或Vsi/Eni）的要求决定运算放大器是否符合要求。,*（2）可根据 IB ， 计算,12,13,实例计算,例如，OP07和LMC662在1kHz时的 和 分别为 :,当Rs=50k，且工作在1kHz条件下，选哪一种运算放大器可使 小些（假定带宽为 f=1kHz，T=290K）?,14,补充：偏置电路和负反馈电路的噪声影响,（1）并联负反馈的噪声贡献等效于负反馈合成电阻与探测器的并联 与探测器并联的阻抗元件，应满足 RcpEn/In XcpEn/In 其中Zcp=Rcp+jXcp，Rcp和Xcp分别为并联的阻性和容性阻抗。,15,补充：偏置电路和负反馈电路的噪声影响,（2）串联负反馈的噪声贡献等效于负反馈合成电阻与探测器的串联 与探测器串联的阻抗元件，应满足 RcsEn/In XcsEn/In 其中Zcs=Rcs+jXcs，Rcs和Xcs分别为串联的阻性和容性阻抗。,16,（3）接口电路电阻两端的直流电压应尽量减小，以减小电阻元件的1/f 噪声。,补充：偏置电路和负反馈电路的噪声影响,17,补充：偏置电路和负反馈电路的噪声影响,18,电压串联负反馈和电压并联负反馈,补充：偏置电路和负反馈电路的噪声影响,19,综合举例,有一光导型PbS探测器，在室温下工作，其内阻范围为100200 k，信号的频率范围为01000Hz（即 f=1kHz，f0=500Hz），Vsi为50500V,试为其设计一低噪声前置放大器，要求KV20，等效输入噪声Eni10V（保证）。,20,1.电源电压 尽量减少电源种类，即偏置电源和放大器的电源电压尽量一致。 2.有源器件的选择 3.选择电路形式,21,例：热电偶； 光电池等（信号源电阻较小）,-常用器件最佳源电阻分布示意图,例： 热电阻、PIN光电二极管（信号源电阻较大）,2.有源元器件（运放）的选择,22,3.选择电路形式，进行参数选择设计,电压串联负反馈；电压并联负反馈 反相比例放大电路不会引入共模干扰，但容易引入电阻的热噪声；同相比例放大电路容易实现低噪声设计。,