實(shí)驗(yàn)一光電二極管、光電三極管光照特性的測試ppt課件

1、掌握光電二極管的任務(wù)原理和運(yùn)用方法。進(jìn)一步了解光電二極管的光照特性和伏安特性，為設(shè)計(jì)光電系統(tǒng)前置放大器打下根底。光電二極管是結(jié)型半導(dǎo)體光伏探測器件。當(dāng)入射光子能量大于資料禁帶寬度時(shí)，半導(dǎo)體吸收光子能量將產(chǎn)生電子空穴對。產(chǎn)生在PN結(jié)內(nèi)的電子空穴對在內(nèi)建電場光電二極管任務(wù)時(shí)加反向偏壓Vb作用下被分別，構(gòu)成光生電勢，產(chǎn)生光電流，如圖1所示 圖1 光電二極管任務(wù)原理圖光電三極管的原理性構(gòu)造如圖2所示。正常運(yùn)用時(shí)，集電極加正電壓。因此，集電結(jié)為反偏置，發(fā)射結(jié)為正偏置，集電結(jié)為光電結(jié)。當(dāng)光照到集電結(jié)上時(shí)，集電結(jié)即產(chǎn)生光電流Ip向基區(qū)注入，同時(shí)在集電極電路產(chǎn)生了一個(gè)被放大的電流： 為電流放大倍數(shù)。 圖2 光

2、電三極管任務(wù)原理圖(1)CppIIIE4E3E2E1E0E4E3E2E1E0U I0E4E3E2E1E0E4E3E2E1E0 U I0 圖3a光電二極管伏安特性曲線 b光電三極管伏安特性曲線光電二極管和光電三極管的伏安特性曲線丈量光電二極管的光電流和照度特性曲線。丈量光電二極管不同照度下的伏安特性曲線。圖4 光電二極管光照特性測試安裝照度計(jì)直流穩(wěn)壓電源A光電探測器調(diào)壓變壓器實(shí)驗(yàn)儀器：光電二極管、鎢絲燈、調(diào)壓變壓器、照度表、毫安表、直流穩(wěn)壓電源等。實(shí)驗(yàn)安裝如圖4。 掌握硅光電池的正確運(yùn)用方法。了解光電池零負(fù)載，以及不同負(fù)載光陰電流與照度的關(guān)系。光電池具有半導(dǎo)體結(jié)型器件無源直接負(fù)載下的任務(wù)特性，任

3、務(wù)原理如圖1所示。 RL外接負(fù)載為，Ip為光電流，ID為二極管結(jié)電流。 光IRLIDI A N P 圖1 光電池任務(wù)原理圖I為經(jīng)過負(fù)載的外電流： 其中ISC為光電流反向飽和電流。當(dāng) 為溫度電壓當(dāng)量時(shí)，負(fù)載RL上的電壓V=IRL 給光電池正向偏壓。當(dāng)零負(fù)載時(shí)RL=0，1式外電流為短路電流： S為光電流靈敏度，短路電流ISC和照度E成正比。當(dāng)開路時(shí)，RL=，1式外電流I=0那么開路電壓為： 開路電壓Voc與照度E幾乎無關(guān)；一切照度下的開路電壓Voc趨于光電池正向開啟電壓V=0.6伏，并小于這個(gè)電壓值。/(1)Tv vDscIIIIIeTTKVqscpIISEln(1)pocTSCIVVI最正確負(fù)載

4、，負(fù)載在RL=0之間變化按閱歷公式求出最正確負(fù)載：當(dāng)RLRopt時(shí)，并忽略光電池結(jié)電流，負(fù)載電流近似等于恒定短路電流。當(dāng)RLRopt時(shí)，光電池結(jié)電流按指數(shù)添加,負(fù)載電流近似于指數(shù)方式減小。 m(0.6 0.8)(0.6 0.8)ImococoptscVVVRISE測定電池零負(fù)載下Ip和E的關(guān)系。測定光電池不同負(fù)載情況下特性數(shù)據(jù)。 硅光電池、照度計(jì)、鎢絲燈、調(diào)壓變壓器、直流穩(wěn)壓電源、毫伏電壓表、微安表、電阻和電位計(jì)等。圖2 光電池負(fù)載實(shí)驗(yàn)安裝照 度 計(jì)調(diào) 壓 變 壓 器 A R5 R6 RLC mv R3100B G1R4VE I2 I1 A G 100 光電池負(fù)載實(shí)驗(yàn)線路安裝如圖2所示。u光電

5、池受光照后，產(chǎn)生光電流I2。在A、B兩點(diǎn)的毫伏電壓會產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。調(diào)理穩(wěn)壓電源VE后，產(chǎn)生補(bǔ)償電流I1，I1和光電流I2方向相反。調(diào)理電位計(jì)R5粗調(diào)和R6細(xì)調(diào)使補(bǔ)償電流I1與光電流I2相減，并促使毫伏電壓表G1指示為零。此時(shí)，表示A點(diǎn)和B點(diǎn)電位一樣。相當(dāng)于光電池在A、B二點(diǎn)外電路為零形狀下任務(wù)，根據(jù)電路平衡條件：u u 那么光電流為：23124()0I RIIR42111431001()()1001002RIIIIRR了解光電倍增管的根本特性。學(xué)習(xí)光電倍增管根本參數(shù)的丈量方法。學(xué)會正確運(yùn)用光電倍增管。 任務(wù)原理 光電倍增管是由半透明的光電發(fā)射陰極、倍增極和陽極所組成的，由圖1所示。圖1 光電倍增管

6、外形與結(jié)果原理表示圖a) 側(cè)窗式b) 端窗式c) 原理表示圖u當(dāng)入射光子照射到半透明的光電陰極K上時(shí)，將發(fā)射出光電子，被第一倍增極D1與陰極K之間的電場所聚焦并加速后與倍增極D2碰撞，一個(gè)光電子從D1撞擊出3個(gè)以上的新電子，這種新電子叫做二次電子。這些二次電子又被D1D2之間的電場所加速，打到第二個(gè)倍增極D2上。并從D2上撞擊出更多的新的二次電子。如此繼續(xù)下去，使電子流迅速倍增。最后被陽極A搜集。搜集的陽極電子流比陰極發(fā)射的電子流普通大105104倍。這就是真空光電倍增管的電子內(nèi)倍增原理。u 供電分壓器和輸出電路 u 光電倍增管的極間電壓的分配普通是由圖2所示的串聯(lián)電阻分壓器執(zhí)行。u 最正確的

7、極間電壓分配取決于三個(gè)要素：陽極峰值電流、允許的電壓動(dòng)搖以及允許的非線性偏離。圖2 光電倍增管供電電路-HVD1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D811IA10IK1 2 3 4 5 6 7 8 9KA光電倍增管的特性和參數(shù)陰極光照靈敏度 陰極光照靈敏度定義為光電陰極的光電流IK除以入射光通量所得的商： 國際照明委員會的規(guī)范光照相應(yīng)于分布溫度為2859K的絕對黑體的輻射。陽極光照靈敏度 陽極光照靈敏度定義為陽極輸出電流IA除以入射光通量所得的商：()KKmISA L()AAmISA I電流增益 電流增益定義為在一定的入射光通量和陽極電壓下，陽極電流與陰極電流的比值，也可以用陽極光照靈敏度

8、與陰極光照靈敏度的比值來確定，即： 或 暗電流 當(dāng)光電倍增管在完全黑暗的情況下任務(wù)時(shí)，陽極電路里依然會出現(xiàn)輸出電流，稱為暗電流。引起暗電流的要素有：熱電子發(fā)射、場致發(fā)射、放射性同位素的核輻射、光反響、離子反響和極間漏電等。AKIGIAKSGSu實(shí)驗(yàn)安裝如圖3。 圖3 測試原理圖測試室光源室白熾燈白熾燈電源倍增管電源倍增管檢流計(jì)u本實(shí)驗(yàn)選用GB787-74型光電倍增管，其管腳和稱號見以下圖。了解光電三極管和紅外發(fā)光管的性能、參數(shù)及運(yùn)用。學(xué)會擬定、分析光電系統(tǒng)。掌握光電三極管接納及放大電路，紅外發(fā)光管脈沖調(diào)制光源的構(gòu)成與調(diào)試。u 實(shí)驗(yàn)原理u 光電控制系統(tǒng)普通由發(fā)光部分、接納部分和信號處置部分組成。

9、u 本實(shí)驗(yàn)采用振蕩電路產(chǎn)生的方波信號對紅外發(fā)光管進(jìn)展調(diào)制，使之輸出光脈沖信號，然后由光電三極管接納，放大復(fù)原為電信號。u 方波脈沖發(fā)生器運(yùn)用555時(shí)基集成電路；光電接納電路采用光電三極管組成的放大電路，本實(shí)驗(yàn)采用3DU11型。 參考實(shí)驗(yàn)電路 發(fā)光電路由震蕩電路和紅外發(fā)光管HG413組成，電路圖如圖1所示。圖1 發(fā)光電路148237651 R1 2.2K R2 51K C1 0.2F C2 0.01FR3 39 DVCC(+5V) HG413u時(shí)基集成塊NE555輸出震蕩頻率由外接電阻R1、R2及電容C1決議。u3端為輸出端，R3是限流電阻，防止由于電流過大而燒壞紅外發(fā)光管D，其輸出信號為方波，

10、占空比為 。1211.43()fRR C112RRR接納電路由光電三極管、放大驅(qū)動(dòng)電路和負(fù)載組成。由于外接負(fù)載的不同，所采用的放大電路的方式也很多。假設(shè)負(fù)載電流較小，可采用晶體管作放大器，輸出端直接帶負(fù)載如圖2。 圖2 晶體管放大電路T13DU11D(BT201)T23DG6R151K R2 6.2K VCC +5Vu采用運(yùn)算放大器作放大電路如圖3該電路特點(diǎn)是：電路簡單，調(diào)試方便，任務(wù)穩(wěn)定可靠。但輸出電流仍受運(yùn)算放大器的最大輸出電流限制。u假設(shè)負(fù)載電流較大，或者負(fù)載需求較高的電壓驅(qū)動(dòng)，那么可以采用繼電器進(jìn)展弱電強(qiáng)電轉(zhuǎn)換如圖4該電路經(jīng)繼電器后輸出電流可較大。但其調(diào)試復(fù)雜，且電路的可靠性也由于采用

11、的元器件增多而有所下降。組裝脈沖發(fā)生器電路，并進(jìn)展調(diào)試，先取C1=10F。此時(shí) 此頻率可由接納部分發(fā)光二極管直觀地顯示出來，便于調(diào)試。組裝光接納電路，將光脈沖轉(zhuǎn)換為電脈沖。 聯(lián)調(diào) 361.432Hz2.2511010 10f了解相關(guān)器的原理。丈量相關(guān)器的輸出特性。丈量相關(guān)器的抑制干擾才干與抑制白噪聲才干。丈量相敏檢波特性。u相關(guān)器由相敏檢波器與低通濾波器組成，是鎖定放大器的中心部件。鎖定放大器中的相關(guān)器通常采用圖1所示的方式，由一個(gè)開關(guān)式乘法器與低通濾波器組成。sin()AAVVtC0V0ViR1R0VAVB圖1 鎖定放大器中通常 采用的相關(guān)器41(sinsin3.)3BRRVtt相乘電路不是

12、采用模擬乘法器，而是采用開關(guān)電路。參考信號VB可以以為是以頻率R的單位幅度方波。VA為輸入信號，表示為VAVAsin(t+)。當(dāng)R為信號。R時(shí)為噪聲或干擾，VA、VB之間的相關(guān)差可以由鎖定放大器參考通道的相移電路調(diào)理，求得圖1中Vi和Vo為：式中：iABVVV0002120 1 2.100212002cos(21)1211 (21)cos()1 (21)ARnonRtR CnRR VntQVRnnR CQenR C 、 、12100(21)nRQtgnR C=0當(dāng)=R時(shí),圖1各點(diǎn)的波形如圖2所示。 注：圖1中低通濾波器為反相輸入，因此，輸出直流電壓與Vi反號，圖2中為了更直觀起見，畫的低通濾波

13、器不倒相， Vo與Vi中的直流分量同號。 對2式討論有以下結(jié)論： 時(shí)間常數(shù)， T1R0C0 當(dāng)=R時(shí)， 輸出直流電壓與相位成cos關(guān)系。 奇次諧波能經(jīng)過并抑制偶次諧波，傳輸函數(shù)和方波的頻譜一樣，闡明相關(guān)器是以參考信號頻率為參數(shù)的方波匹配濾波器。因此，能在噪聲中或干擾中檢測和參考信號頻率一樣的方波或正弦波信號。輸出Vo與f/fR呼應(yīng)曲線如圖3所示。012cosAoRVVR 1/31/51/71/91/111357911 VoffR 圖3 Vo f/fR呼應(yīng)曲線 曲線闡明在fR的各奇次諧波的呼應(yīng)為基波的1/(2n+1)。 分開奇次諧波頻率很快衰減，構(gòu)成Q值很高的帶通濾波器。圖4 相關(guān)器輸入為與參考

14、信號同頻的 方波時(shí)它的輸出直流電壓與兩者 的相位差成線性關(guān)系V0-1+190180-90-180假設(shè)輸入信號為一恒定和參考方波頻率一樣的方波信號，那么相關(guān)器為相敏檢波器，輸出的直流電壓和信號與參考信號兩者的相位差成線性關(guān)系。 如圖4所示，可以作鑒相器運(yùn)用。等效噪聲帶寬 基波噪聲帶寬： 總等效噪聲帶寬： 式中T為低通濾波器的時(shí)間常數(shù)。1001122NfR CT2211816NNffTu相關(guān)器實(shí)驗(yàn)插件盒的相關(guān)器電原理框圖如圖5所示。由加法器、交流放大器、開關(guān)式乘法器PSD、低通濾波器、直流放大器、參考通道方波構(gòu)成與驅(qū)動(dòng)電路組成。 圖5 相關(guān)器框圖加法器 信號輸入 噪聲輸入 面板控制信號輸入1,10

15、,100 乘法器PSDPSD輸出輸出 面板控制面板控制 面板控制面板控制低通濾波器T=0.1s,1s,10s直流放大1,10,100直流輸出直流輸出加法器輸出加法器輸出 參考輸入方波驅(qū)動(dòng)電路相關(guān)器的PSD波形察看及輸出電壓丈量圖6 相關(guān)器PSD波形察看及輸出電壓丈量框圖多功能信號源正弦波輸出正弦波輸出相關(guān)器信號輸入信號輸入PSD輸出輸出參考輸入?yún)⒖驾斎胼敵鲚敵鼋涣?、直流噪聲電壓表表交流輸入交流輸入頻率計(jì) 輸入輸入寬帶相移器輸入輸入 同相輸出同相輸出相位計(jì)信號輸入信號輸入 參考輸入?yún)⒖驾斎?示波器u 按圖6所示用電纜或?qū)Ь€銜接；接通電源，預(yù)熱二分鐘，調(diào)理多功能信號源，使輸出頻率在10KHz左右。

16、u 調(diào)理寬帶相移器的相移量察看PSD的輸出波形。丈量相關(guān)器輸出的直流電壓與相關(guān)器輸入信號對參考信號之間相位差之間的關(guān)系。u 把實(shí)測結(jié)果與實(shí)際公式 對比。式中Vo為相關(guān)器輸出的直流電壓，KAC為交流放大倍數(shù)，KDC為直流放大倍數(shù)，VA為輸入信號的幅值，為參考信號與輸入信號之間的相位差。2cosoACDCAVKKV相關(guān)器諧波呼應(yīng)的丈量與察看 把上述實(shí)驗(yàn)銜接圖略作如下改動(dòng)，寬帶相移器的輸入信號由nf,f/n輸出即n倍頻或n分頻送給 。多功能信號源功能“選擇置分頻。由于相關(guān)器的參考信號為輸入信號的1n分頻，即相關(guān)器的輸入信號為參考信號的n倍頻。先置分頻數(shù)為1，由示波器察看PSD波形及丈量PSD輸出直流

17、電壓，調(diào)理相移器的相移，使輸出直流電壓最大，并察看示波器波形一樣于全波整流波形，相位計(jì)丈量的相位差為0 ? 1，記下上述數(shù)據(jù)。改動(dòng)分頻數(shù)n為2、3、4、5，對于某一“n值反復(fù)上述丈量。實(shí)測結(jié)果為：奇次諧波輸出的直流呼應(yīng)電壓為基波的直流呼應(yīng)電壓的1/n，偶次諧波的輸出直流呼應(yīng)為0，PSD的輸出波形如圖7所示。 VA VO VR VPSDt ttt VA VO VR VPSDtttt VA VO VR VPSDtttt圖7 相關(guān)器諧波呼應(yīng)的各點(diǎn)波形對噪聲的抑制與等效噪聲帶寬 白噪聲電壓與帶寬有關(guān)。多功能信號源中的白噪聲發(fā)生器是一寬帶白噪聲源。要確切丈量與計(jì)數(shù)噪聲電壓，必需求知噪聲帶寬，知噪聲帶寬可

18、以用高通，低通濾波器組成一個(gè)知通帶寬度的帶通濾波器來確定。對于二階有源濾波器信號帶寬fs與等效噪聲帶寬fn有以下關(guān)系式?jīng)Q議： 2nsff圖8 對噪聲的抑制與等效噪聲帶寬丈量框圖多功能信號源正弦波輸出正弦波輸出示波器頻率計(jì)同相輸出同相輸出直流輸出輸出高、低通濾波器輸入輸入輸出輸出寬帶相移器輸入輸入相關(guān)器信號輸入信號輸入噪聲輸入噪聲輸入?yún)⒖驾斎雲(yún)⒖驾斎爰臃ㄆ鬏敵黾臃ㄆ鬏敵鯬SD輸出輸出Y1 Y2交流白噪聲交流、直流、噪聲電壓表輸入輸入噪聲輸出噪聲輸出X-Y記錄儀輸入輸入輸入輸入測試方框圖如圖8所示 u白噪聲信號源經(jīng)過高低通濾波器組成的帶通濾波器的限制，使高通、低通濾波器的輸出為知等效噪聲帶寬的噪聲

19、源，輸給相關(guān)器的噪聲，白噪聲電壓的大小由交流、直流、噪聲電壓表丈量，在丈量白噪聲電壓時(shí)，給出的白噪聲的均方根電壓。相敏檢波特性 實(shí)驗(yàn)連線及原理框圖同圖6。把多功能信號源的輸出改成方波輸出。任務(wù)頻率選為250Hz其它頻率都可以。輸入方波信號為1000mV。相關(guān)器的參數(shù)選擇：KAC=1，KDC=1，T1秒。 改動(dòng)寬帶相移器的相移量。由示波器察看“PSD輸出波形，并丈量“相關(guān)器輸出的直流電壓。用相位計(jì)測出不同相移量與輸出直流電壓值。用坐標(biāo)紙畫出Vo曲線為直線。闡明輸出直流電壓與相移量成線性關(guān)系的相敏特性，測360并闡明周期性。信號源接頭過多，頻率計(jì)接線可不同時(shí)接，可先接頻率計(jì)后記下頻率，再接到其他點(diǎn)

20、去；寬帶相移器的相位指示按鍵不一定準(zhǔn)確，以輸出直流電壓值顯示，并結(jié)合察看PSD輸出的波形為準(zhǔn)；倍頻、分頻輸出，單點(diǎn)紅點(diǎn)按下為板面指示數(shù)，多點(diǎn)按下為多點(diǎn)指示數(shù)的相加之和。倍頻或分頻后的相位能夠發(fā)生改動(dòng)，應(yīng)結(jié)合PSD波形和直流輸出進(jìn)展調(diào)整；本實(shí)驗(yàn)中信號源輸出頻率置1KHz，相關(guān)器交流放大倍數(shù)置X10檔，直流放大倍數(shù)置X10檔；本實(shí)驗(yàn)中所給出的實(shí)驗(yàn)調(diào)件僅供參考，可以本人擬定條件丈量；了解同步積分器的原理。丈量同步積分器的輸出特性。丈量同步積分器的抑制干擾才干與抑制白噪聲才干。丈量同步積分器的過載電平。丈量同步積分器的等效噪聲帶寬。u同步積分器是一種同步濾波器，同步積分器能在噪聲中提取微弱信號，具有很

21、強(qiáng)的抗干擾才干，和相關(guān)器一樣是微弱信號檢測儀器的關(guān)鍵部件之一。由于它輸出為交流信號，因此，在運(yùn)用上有時(shí)較相關(guān)器具有更多的優(yōu)點(diǎn)。同步積分器最簡單的方式如圖1所示。 iVIRu設(shè)輸入信號為：Iisin(t+)，兩電容C分別由電子開關(guān)S以參考頻率fR交替地接到電阻R上，對輸入信號進(jìn)展積分，可以求得同步積分器的輸出電壓為：u 式中X為單位開關(guān)函數(shù)，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：u 略去小項(xiàng)，一級近似為：u u 式中 ：ooVV X411(sinsin3sin5)35RRRXttt2121220,1,2cos(21)2cos()12112(21)12(21)tRninRConRRntQRIQVenRCnRCn212(2

22、1)nRQarctgRCnu由1，3式闡明，同步積分器輸出為一方波信號，方波頻率為R。方波幅度由3式?jīng)Q議。經(jīng)過討論有以下結(jié)論：u 時(shí)間常數(shù)：u 當(dāng) 時(shí)，u 對圖2所示的同步積分器，2ITRCR2coioRIVcos210iVRRV 奇次諧波能經(jīng)過，并抑制偶次諧波，傳輸函數(shù)的頻譜和方波的頻譜一樣，闡明同步積分器是以參考信號頻率為參數(shù)的方波匹配濾波器。因此，能在噪聲或干擾中檢測和參考信號頻率一樣的方波或正弦波信號。假設(shè)輸入信號為一幅值恒定和參考方波頻率一樣的方波信號，那么同步積分器輸出方波的振幅和信號與參考信號兩者的相位差成線性相敏關(guān)系。等效噪聲帶寬： 基波等效噪聲帶寬： 總等效噪聲帶寬： 114

23、NfRC218NNff輸出波形的察看與輸出電壓的丈量 同步積分器輸出波形察看與測試框圖如圖4。諧波呼應(yīng)的察看與丈量 實(shí)驗(yàn)銜接原理框圖見圖5。u改動(dòng)置分頻數(shù)n，丈量對應(yīng)的n次諧波呼應(yīng)。由于參考信號頻率的n次分頻，即輸入信號為參考信號的n次倍數(shù)，在每置一n值之后，調(diào)理相移器相移量使輸出方波幅度最大，測出這時(shí)的輸出電壓大小，并用示波器察看輸入輸出波形。察看波形如圖6所示。 抑制不相關(guān)信號的丈量及過載電平的丈量 不相關(guān)信號的測試框圖如圖7。對白噪聲的抑制丈量 白噪聲的抑制與等效噪聲帶寬的丈量框圖如圖8。相敏特性的丈量 相敏特性的測試框圖如圖9。同步積分器的相敏特性 如圖10，同步積分器輸入為恒幅方波時(shí)

24、，輸出幅度與相位差成線性關(guān)系。了解多點(diǎn)信號平均器的原理。察看與丈量多點(diǎn)信號平均器的輸出特性。察看與丈量多點(diǎn)信號平均器的抑制噪聲力。周期信號的波形復(fù)現(xiàn) 多點(diǎn)信號平均器是一種信號處置安裝，能從較強(qiáng)的干擾和噪聲中提取信號，根據(jù)時(shí)域特性的取樣平均來改善信噪比，復(fù)現(xiàn)被噪聲淹沒的信號波形，它適用于反復(fù)信號的波形復(fù)現(xiàn)，在信號出現(xiàn)之后依次取多個(gè)信號樣品，并按固定頻率反復(fù)取樣，把每一個(gè)周期的許多取樣信號，依次一一對應(yīng)相加求平均，從而有效地改善了信噪比。對于多點(diǎn)信號平均器可以由數(shù)字存儲器或模擬存儲器來實(shí)現(xiàn)求和平均，但是原理一樣。u模擬多點(diǎn)信號平均器的中心是門積分電路，門積分電路的單元電路如圖1所示。u設(shè)控制開關(guān)的

25、門脈沖的周期為TR，門寬為Tg，引入單位幅度的門脈沖函數(shù) fot，u 式中 為相對門寬， 為門脈沖的圓頻率。u 波形如圖2所示。 121sinonftnRTngRTT2RRTu門積分電路的門接通時(shí)，積分電阻為R，門斷開時(shí)，積分電阻為。引入單位幅度的門脈沖函數(shù)后，積分電阻與開關(guān)能用等效積分電阻Re置換。u于是，門積分電路便可用圖3表示，方式上與普通積分電路一樣，只是電阻值是時(shí)間的函數(shù)。 eoRRftu積分電路的微分方程為：u u 設(shè)u 把式4代入式3，解微分方程得： cosiiVVt ooieedVVVdtCRtCRt22cos()cos()1 (/ )1 (/ )tRtoitVVeRCRC12

26、cos()1 sin()1 ()inVn R tnnRCn R22cos()cos()1 ()1 ()tRCn R teRCRCn Rn R2cos()1 ()tRCeRCn R 式中 根據(jù)物理意義簡化式5，對于多點(diǎn)信號平均器， 通常有 假設(shè)被測信號中不含有直流項(xiàng)或不需求直流項(xiàng)， 還有 因此有：RCarctg()n R RCarctg()1n R RC1RC211()1 RCn R2111 ()RC 于是，式5簡化為： 式8為門積分電路的傳輸函數(shù)。假設(shè)思索輸入信號頻率接近于直流，那么式5中只需前兩項(xiàng)比較大，其它項(xiàng)可以忽略，于是 這個(gè)電路相當(dāng)于電阻為R/，電容為C的低通RC濾波器。 122cos

27、()1 sincos()1 ()1 ()tiRConVnn R tVenRCRCn Rn R22cos()cos()1()1()tRCoitVVeRCRC等效噪聲帶寬 門積分電路對不相關(guān)信號的抑制才干，可以由傳輸函數(shù)直接求得。而對白噪聲的抑制才干用等效噪聲帶寬計(jì)算更簡單。 根據(jù)定義等效噪聲帶寬可表示為： 是n次諧波相對于基波的歸一化傳輸函數(shù) 將式11代入式10，得： 由此可知，fNn是、RC和n的函數(shù)。fNn2nNnfK dfKn2sin1sin21()nnKnRC f222sin ()2sin ()nNnfRC n基波處的等效噪聲帶寬總等效噪聲帶寬 有限帶寬噪聲 設(shè)低通濾波器的帶寬 ，此濾波

28、器只能經(jīng)過低于L次諧波的頻率。這時(shí)總的等效噪聲帶寬為基波到第L次諧波處的等效噪聲帶寬之和。直流附近的等效噪聲帶寬 假設(shè)門積分電路的前級是直接耦合的直流放大器，就要思索直流或稱零頻附近的等效噪聲帶寬在數(shù)值上與基波處相等。12NfRC1NNnnfffLfNRi2221sin2sinLNnnfRCn2NDfRC信噪比的改善 對不相關(guān)信號的抑制才干 設(shè)某一不相關(guān)信號的頻率為 ，并在第P次諧波附近，有 。 求得輸出電壓相對于輸入電壓的傳輸函數(shù)為： 通常有 故式17化簡為 fdfPffdRd sin121()pdPKPRCf1.2/1PRC fd2KpRC fd對窄帶噪聲的抑制才干 輸入端的白噪聲帶寬 ，

29、對于白噪聲，輸出端相對于輸入端的信噪比改善為： 假設(shè) 用式15來表示，并以 代入式19那么： 當(dāng) 時(shí)， 那么 只需當(dāng)取樣門很窄而輸入白噪聲又不太寬，可 保證 時(shí)，才干用式21表述信噪比的改善。 fLfNRi(/)/(/)/SNSNffNNiooifNofLfNRi(/)/(/)2sin ()22sin ()1LSNSNmoiLnnn 1L2sin ()22sin ()1LnLnn ( /)( /)S NomS Ni1fNifR對寬帶白噪聲的抑制才干 一個(gè)實(shí)踐電路的輸入級總有一定的帶寬，等效噪聲帶寬不能夠?yàn)闊o窮大。這里所指的白噪聲是相對的。當(dāng)被恢復(fù)的信號頻率較低或取樣門較寬，并且輸入電路帶寬較寬時(shí)，可以把噪聲看成白噪聲。 在數(shù)學(xué)上假設(shè) ，可以為噪聲是白噪聲。這時(shí)， 輸出相對于輸入信噪比的改善為： 1fNTig( /)2 2( /)(1)24sinfS NNoiS NiRC 有 ，代入式22得： 式23闡明：在白噪聲的條件下，門積分電路輸出相對于輸入的信噪比的改善，只與輸入等效