光电探测器的放大电路ppt课件.ppt

4.2光电探测器的放大电路光探测器及
其偏置电路4.2.1放大器的噪声模型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
噪声分析方法二、放大器的噪声
1.放大器的En－In噪声模型

Vs－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，Eno－放大器输出端的总噪声根据电路叠加原理，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：若En、In不相关，将上述各项均方相加便得总的输出噪声为：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。（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。

三、放大器的噪声系数信噪比：

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2.噪声系数（NoiseFactor）：（2）推导式一（3）推导式二（4）推导式三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和放大器本身的噪声功率之和。对这样的放大器，信号经放大后，信噪比不可能变好，输出端的信噪比就比输入端的信噪比低，则F>1。F和Rs的关系:

Δf为放大系统的噪声等效带宽，在前放中，通常认为输入噪声带宽与Δf相等。增大Δf可以减小F。但如果二者不等，如输入噪声带宽大于Δf，则增大Δf会使等效输入噪声Eni增加，这对提高整个系统的信噪比是非常不利的(参见4.3节SNIR)，因此不能采取增加B的方法。
对于一个确定的放大器，我们只能通过改变源电阻来减小它的噪声系数。Rs增大时第二项减小而第三项增大，Rs减小时第二项增大第三项减小。因此，F是有极值的。
求偏导：

得：

因此，当信号源的内阻等于放大器的源电阻时噪声系数F取得最小值

21噪声系数的概念仅仅适用于线性电路（线性放大器）。对于非线性电路而言，不仅得不到线性放大，而且信号和噪声、噪声和噪声之间会相互作用，即使电路本身不产生噪声，在输出端的信噪比和输入端的也不相同。因此噪声系数的概念就不能适用。
以上公式仅适用于纯电阻信号源且放大器En、In噪声不相关的情况。更一般为复源复相关，即：
信号源非纯阻性器件：复阻抗为Z=Rs＋jXs
放大器En、In噪声相关：r=Re(r)＋jIm(r)
当传感器是纯电抗源（例如光电传感器和压电传感器），噪声系数F失去意义。按推导式一计算，此时信号源噪声功率为零，F趋于无穷。因此，对于纯电抗源的前置放大器噪声性能是采用等效输入噪声电压来衡量的。即运用En－In模型来进行计算。噪声匹配举例：五、噪声匹配
2、利用并联放大器的方法实现噪声匹配
N个完全相同的放大器并联，如下图所示，该方法等效于减小，使六、噪声温度－折合热噪声法
当Ti=0时，F=1表示放大器本身不产生噪声，是理想的无噪声放大器；
当Ti=T时，则F=2（NF=3dB），表示放大器本身所产生的噪声和信号源所输入的噪声相等。

Ti和F都可以表征放大器内部噪声的大小，两种表示，没有本质的区别。常用来计算放大电路的噪声系数与噪声温度之间的转换。通常噪声温度可较精确地比较放大器内部噪声的大小。
例如：T=290K
F=1.12时 Ti=35K
F=1.21时 Ti=61K
两噪声系数只相差0.09，而两Ti相差26K。
从噪声系数上看，两放大器差别很小，但从噪声温度上看,两者相差很大。因此，在噪声很低的场合，用噪声温度表示能更清楚地显示出放大电路的噪声性能。噪声温度表示法就是折合热噪声法，它可以描述热