4-3光电探测器的放大电路

第四章光电信号处理

4.1光辐射探测过程的噪声

4.2光电探测器的偏置电路

4.3光电探测器的放大电路

4.4微弱信号检测

4.5锁定放大器

4.6取样积分器

4.7光子计数器

1

4.3 光电探测器的放大电路

4.3.1 耦合网络的低噪声设计原则

从光电探测器获取信号，除了要有必要的偏置电路外，还必须有耦合网络才能将探测器输出的信号送到后续的低噪声前放进行放大。

这一节我们讲述耦合网络的类型，以及耦合网络的低噪声设计的原则。

耦合网络除了要符合电子学的设计原则之外，从降低噪声提高输出端信噪比的角度来考虑和分析，为了尽量减少耦合网络带来的噪声，必须满足下列条件：

（1）对于耦合网络中的串联阻抗元件

（2）对于耦合网络中的并联阻抗元件

En 、In 为前置放大器的En-In 模型中En 、In 参量。

⎩⎨

⎧<<<

n cs n n cs I E X I E R //⎪⎩

⎪⎨

⎧>>>>n n cp n n cp I E X I E R //

（3）为了减小电阻元件的过剩噪声，（过剩噪声是除了热噪声之外的一种由流过电阻的直流电流所引起的1/f噪声）必须尽量减小流过电阻的电流，或降低电阻两端的直流压降。

由于每一个元件都是一个噪声源，对系统的输出噪声都有贡献，因此为了减小输出端的噪声，提高信噪比，应尽量采用简单的耦合方式。

在可能的情况下，应采用直接耦合方式，从而消除耦合网

络所带来的噪声。

在迫不得已要采用耦合网络时，注意遵循上述原则。

6

变化时，其NF 也是随着变化的。

P A p NF

13

•只考虑前放噪声的条件

前放采取低噪声设计方法，且噪声匹配。 满足级联低噪声条件

22

1

1112

v n n i ni A E I Z E >>•反馈电路的低噪声条件

串联负反馈，反馈合成电阻应远小于E n /I n 。 并联负反馈，反馈合成电阻应远大于E n /I n 。

4.3.3 低噪声运算放大器的选用

由于集成电路制造技术的不断提高，低噪声、低温漂的运放也越来越多，因此，在低噪声前放的设计中，可直接选用性能优良的低噪声运算放大器，这可以省去许多的时间。

①利用低噪声运放的NF -R s 曲线选择运放。

对于低噪声运放，生产厂家一般会在其产品手册中提供一定测试条件下的NF -R s 曲线，如下便是两例。

OP-07的NF -R s 曲线LMC662的NF -R s 曲线

从NF -R s 曲线上可以清楚地看到，在所运用的频率范围下，源电阻R s 和NF 的关系，当源电阻为50K Ω，运用频率为1KHz 时，OP-07的NF 约为3dB ，而LMC662却为8dB ，故这两者比较应选用OP07。

19

2

222)

(s n n

ns ni R I E E E ++=∴

对O

P

07来说对LMC662:

92

215

32

()4(2210)(0.11310

5010)

ni s E KTR f −−=Δ+×+×××2

12216

2

16

)

10

65.5(10

84.410

0.8−−−×+×+×=伏伏2

16

10

84.21伏

−×=2

662

207

)

()

(LMC ni OP ni E E <故选用OP07