實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試

1、實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試實 驗 一 光電二極管、光電三極管光照特性的測試實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試、目的要求掌握光電二極管的工作原理和使用方法。進(jìn)一步了解光電二極管的光照特性和伏安特性，為設(shè)計光電系統(tǒng)前置放大器打下基礎(chǔ)。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試二、工作原理光電二極管是結(jié)型半導(dǎo)體光伏探測器件。當(dāng)入射光子能量大于材料禁帶寬度時，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（光電二極管工作時加反向偏壓Vb）作用下被分離，形成光生電勢，產(chǎn)生光電流，如圖1所示 圖1 光電二極管工作原理圖實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的

2、測試光電三極管的原理性結(jié)構(gòu)如圖2所示。正常運用時，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，集電結(jié)即產(chǎn)生光電流Ip向基區(qū)注入，同時在集電極電路產(chǎn)生了一個被放大的電流： 為電流放大倍數(shù)。 圖2 光電三極管工作原理圖實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試E4E3E2E1E0E4E3E2E1E0U I0E4E3E2E1E0E4E3E2E1E0 U I0 圖3（a）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實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試三、實驗內(nèi)容測量光電二極管的光電流和照度特性曲線。測量光電

3、二極管不同照度下的伏安特性曲線。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試圖4 光電二極管光照特性測試裝置照度計直流穩(wěn)壓電源A光電探測器調(diào)壓變壓器四、實驗儀器及裝置 實驗儀器：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。實驗裝置如圖4。 實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試實 驗 二 硅光電池負(fù)載特性的測試實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試一、實驗?zāi)康恼莆展韫怆姵氐恼_使用方法。了解光電池零負(fù)載，以及不同負(fù)載時光電流與照度的關(guān)系。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試二、工作原理光電池具有半導(dǎo)體結(jié)型器件無源直接負(fù)載下的工作特性，工作原理如圖1所示。 RL外

4、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 光電池工作原理圖實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試I為通過負(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，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（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，（RL=），（1）式外電流I=0則開路電壓為： 開路電壓Voc與照度E幾乎無關(guān)；所有照度下的開路電壓Voc趨于光電池正向開啟電壓V伏，并小于這個電壓值。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試最佳負(fù)載，負(fù)載在RL=0之間變化按

5、經(jīng)驗公式求出最佳負(fù)載：當(dāng)RLRopt時，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，光電池結(jié)電流按指數(shù)增加,負(fù)載電流近似于指數(shù)形式減小。 實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試三、實驗內(nèi)容測定電池零負(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)。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試四、實驗儀表和器材 硅光電池、照度計、鎢絲燈、調(diào)壓變壓器、直流穩(wěn)壓電源、毫伏電壓表、微安表、電阻和電位計等。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試圖2 光電池負(fù)載實驗裝置 A R5 R6 RLC mv R3100B G1R4VE I2 I1 A G 100五、實驗線路裝置

6、 光電池負(fù)載實驗線路裝置如圖2所示。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試光電池受光照后，產(chǎn)生光電流I2。在A、B兩點的毫伏電壓會產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)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)節(jié)電位計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，表示A點和B點電位相同。相當(dāng)于光電池在A、B二點外電路為零狀態(tài)下工作，根據(jù)電路平衡條件： 則光電流為：實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試實 驗 三 光電倍增管特性和參數(shù)的測試實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試一、實驗?zāi)康牧私夤怆姳对龉艿幕咎匦?。學(xué)習(xí)光電倍增管基本參數(shù)的測

7、量方法。學(xué)會正確使用光電倍增管。 實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試二、實驗原理工作原理 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 光電倍增管外形與結(jié)果原理示意圖a) 側(cè)窗式b) 端窗式c) 原理示意圖實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試當(dāng)入射光子照射到半透明的光電陰極K上時，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，一個光電子從D1撞擊出3個以上的新電子，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

8、倍增。最后被陽極A收集。收集的陽極電子流比陰極發(fā)射的電子流一般大105104倍。這就是真空光電倍增管的電子內(nèi)倍增原理。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試供電分壓器和輸出電路 光電倍增管的極間電壓的分配一般是由圖2所示的串聯(lián)電阻分壓器執(zhí)行。最佳的極間電壓分配取決于三個因素：陽極峰值電流、允許的電壓波動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實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試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

9、商： 國際照明委員會的標(biāo)準(zhǔn)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：實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試電流增益 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工作時，陽極電路里仍然會出現(xiàn)輸出電流，稱為暗電流。引起暗電流的因素有：熱電子發(fā)射、場致發(fā)射、放射性同位素的核輻射、光反饋、離子反饋和極間漏電等。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試三、實驗裝置實驗裝置如圖3。 圖3 測試

10、原理圖實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試本實驗選用GB787-74型光電倍增管，其管腳和名稱見下圖。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試實 驗 四 光電控制電路設(shè)計與裝調(diào)實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試一、實驗?zāi)康牧私夤怆娙龢O管和紅外發(fā)光管的性能、參數(shù)及應(yīng)用。學(xué)會擬定、分析光電系統(tǒng)。掌握光電三極管接收及放大電路，紅外發(fā)光管脈沖調(diào)制光源的構(gòu)成與調(diào)試。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試二、實驗原理與電路實驗原理光電控制系統(tǒng)一般由發(fā)光部分、接收部分和信號處理部分組成。本實驗采用振蕩電路產(chǎn)生的方波信號對紅外發(fā)光管進(jìn)行調(diào)制，使之輸出光脈沖信號，然后由光電三極管接收，放大還

11、原為電信號。方波脈沖發(fā)生器使用555時基集成電路；光電接收電路采用光電三極管組成的放大電路，本實驗采用3DU11型。 實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試參考實驗電路 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) HG413實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試時基集成塊NE555輸出震蕩頻率由外接電阻R1、R2及電容C1決定。3端為輸出端，R3是限流電阻，避免由于電流過大而燒壞紅外發(fā)光管D，其輸出信號為方波，占空比為 。實驗一光電二極管、

12、光電三極管光照特性的測試接收電路由光電三極管、放大驅(qū)動電路和負(fù)載組成。由于外接負(fù)載的不同，所采用的放大電路的形式也很多。如果負(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 （+5V）實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試采用運算放大器作放大電路（如圖3）該電路特點是：電路簡單，調(diào)試方便，工作穩(wěn)定可靠。但輸出電流仍受運算放大器的最大輸出電流限制。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試如果負(fù)載電流較大，或者負(fù)載需要較高的電壓驅(qū)動，那么可以采用繼電器進(jìn)行弱電強(qiáng)電轉(zhuǎn)換（如圖4）該

13、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的元器件增多而有所下降。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試三、實驗內(nèi)容組裝脈沖發(fā)生器電路，并進(jìn)行調(diào)試，先取C1=10F。此時 此頻率可由接收部分發(fā)光二極管直觀地顯示出來，便于調(diào)試。組裝光接收電路，將光脈沖轉(zhuǎn)換為電脈沖。 聯(lián)調(diào) 實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試實 驗 五相關(guān)器的研究及其主要參數(shù)測量實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試、目的要求了解相關(guān)器的原理。測量相關(guān)器的輸出特性。測量相關(guān)器的抑制干擾能力與抑制白噪聲能力。測量相敏檢波特性。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試二、基本原理相關(guān)器由相敏

14、檢波器與低通濾波器組成，是鎖定放大器的核心部件。鎖定放大器中的相關(guān)器通常采用圖1所示的形式，由一個開關(guān)式乘法器與低通濾波器組成。C0V0ViR1R0VAVB圖1 鎖定放大器中通常 采用的相關(guān)器實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試相乘電路不是采用模擬乘法器，而是采用開關(guān)電路。參考信號VB可以認(rèn)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)節(jié)，求得圖1中Vi和Vo為：式中：實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試=0當(dāng)=R時,圖1各點的波形如圖2所示。 注：圖1中低通濾波器為

15、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，畫的低通濾波器不倒相， Vo與Vi中的直流分量同號。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試對（2）式討論有下列結(jié)論： 時間常數(shù)， T1R0C0 當(dāng)=R時， 輸出直流電壓與相位成cos關(guān)系。奇次諧波能通過并抑制偶次諧波，傳輸函數(shù)和方波的頻譜一樣，說明相關(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相同的方波或正弦波信號。輸出Vo與f/fR響應(yīng)曲線如圖3所示。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試 VoffR 圖3 Vo f/fR響應(yīng)曲線 曲線表明在fR的各奇次諧波的響應(yīng)為基波的1/(2n

16、+1)。 離開奇次諧波頻率很快衰減，形成Q值很高的帶通濾波器。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試圖4 相關(guān)器輸入為與參考信號同頻的 方波時它的輸出直流電壓與兩者 的相位差成線性關(guān)系V0如果輸入信號為一恒定和參考方波頻率相同的方波信號，則相關(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，可以作鑒相器使用。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試等效噪聲帶寬 基波噪聲帶寬： 總等效噪聲帶寬： 式中T為低通濾波器的時間常數(shù)。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試三、相關(guān)器框圖 相關(guān)器實驗插件盒的相關(guān)器電原理框圖如圖5所示。由加法器、交流放大器、開關(guān)

17、式乘法器（PSD）、低通濾波器、直流放大器、參考通道方波形成與驅(qū)動電路組成。 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1,10,100 乘法器PSDPSD輸出 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直流輸出加法器輸出 參考輸入方波驅(qū)動電路實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試四、實驗內(nèi)容與測試相關(guān)器的PSD波形觀察及輸出電壓測量圖6 相關(guān)器PSD波形觀察及輸出電壓測量框圖多功能信號源正弦波輸出相關(guān)器信號輸入PSD輸出參考輸入輸出交流、直流噪聲電壓表表交流輸入頻率計 輸入寬帶相移器輸入 同相輸出相位計信號輸入 參考輸入 示波器實驗一

18、光電二極管、光電三極管光照特性的測試按圖6所示用電纜或?qū)Ь€連接；接通電源，預(yù)熱二分鐘，調(diào)節(jié)多功能信號源，使輸出頻率在10KHz左右。調(diào)節(jié)寬帶相移器的相移量觀察PSD的輸出波形。測量相關(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。把實測結(jié)果與理論公式 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。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試相關(guān)器諧波響應(yīng)的測量與觀察 把上述實驗連接圖略作如下改變，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

19、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，由示波器觀察PSD波形及測量PSD輸出直流電壓，調(diào)節(jié)相移器的相移，使輸出直流電壓最大，并觀察示波器波形相同于全波整流波形，相位計測量的相位差為0，記下上述數(shù)據(jù)。改變分頻數(shù)n為2、3、4、5，對于某一“n”值重復(fù)上述測量。實測結(jié)果為：奇次諧波輸出的直流響應(yīng)電壓為基波的直流響應(yīng)電壓的1/n，偶次諧波的輸出直流響應(yīng)為0，PSD的輸出波形如圖7所示。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試 VA VO VR VPSDt ttt VA VO VR VPSDtttt VA VO VR VPSDtttt圖

20、7 相關(guān)器諧波響應(yīng)的各點波形實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試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。要確切測量與計數(shù)噪聲電壓，必須要已知噪聲帶寬，已知噪聲帶寬可以用高通，低通濾波器組成一個已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有下列關(guān)系式?jīng)Q定： 實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試圖8 對噪聲的抑制與等效噪聲帶寬測量框圖多功能信號源正弦波輸出示波器頻率計同相輸出直流輸出高、低通濾波器輸入輸出寬帶相移器輸入相關(guān)器信號輸入噪聲輸入?yún)⒖驾斎爰臃ㄆ鬏敵鯬SD輸出Y1Y2交流白噪聲交流、直流

21、、噪聲電壓表輸入噪聲輸出X-Y記錄儀輸入輸入測試方框圖如圖8所示 實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試白噪聲信號源通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已知等效噪聲帶寬的噪聲源，輸給相關(guān)器的噪聲，白噪聲電壓的大小由交流、直流、噪聲電壓表測量，在測量白噪聲電壓時，給出的白噪聲的均方根電壓。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試相敏檢波特性 實驗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。工作頻率選為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。 改變寬帶相移器的相移量。由示波器觀察“P

22、SD輸出”波形，并測量“相關(guān)器輸出”的直流電壓。用相位計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。表明輸出直流電壓與相移量成線性關(guān)系的相敏特性，測360并說明周期性。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試五、注意事項信號源接頭過多，頻率計接線可不同時接，可先接頻率計后記下頻率，再接到其他點去；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)合觀察PSD輸出的波形為準(zhǔn)；倍頻、分頻輸出，單點（紅點）按下為板面指示數(shù)，多點按下為多點指示數(shù)的相加之和。倍頻或分頻后的相位可能發(fā)生改變，應(yīng)結(jié)合PSD波形和直流輸出進(jìn)行調(diào)整；本實驗中信號源輸出頻率置1KHz，相關(guān)器交流放大

23、倍數(shù)置X10檔，直流放大倍數(shù)置X10檔；本實驗中所給出的實驗調(diào)件僅供參考，可以自己擬定條件測量；實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試實 驗 六 同步積分器的研究及其主要參數(shù)測量實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試一、目的要求了解同步積分器的原理。測量同步積分器的輸出特性。測量同步積分器的抑制干擾能力與抑制白噪聲能力。測量同步積分器的過載電平。測量同步積分器的等效噪聲帶寬。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試二、基本原理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，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，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

24、使用上有時較相關(guān)器具有更多的優(yōu)點。同步積分器最簡單的形式如圖1所示。 實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試設(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)行積分，可以求得同步積分器的輸出電壓為： 式中X為單位開關(guān)函數(shù)，數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 略去小項，一級近似為： 式中 ：實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試由（1），（3）式表明，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定。通過討論有下列結(jié)論：時間常數(shù)：當(dāng) 時， 對圖2所示的同步積分器，實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試奇次諧波能通過，并抑制偶次諧波，傳

25、輸函數(shù)的頻譜和方波的頻譜一樣，說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相同的方波或正弦波信號。如果輸入信號為一幅值恒定和參考方波頻率相同的方波信號，則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： 實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試三、電路原理圖 實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試四、實驗內(nèi)容與測試輸出波形的觀察與輸出電壓的測量 同步積分器輸出波形觀察與測試框圖如圖4。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試諧波響應(yīng)的觀察與測量 實驗連接原理框圖見圖

26、5。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試改變置分頻數(shù)n，測量對應(yīng)的n次諧波響應(yīng)。（因為參考信號頻率的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)節(jié)相移器相移量使輸出方波幅度最大，測出這時的輸出電壓大小，并用示波器觀察輸入輸出波形。觀察波形如圖6所示。 實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試 抑制不相干信號的測量及過載電平的測量 不相干信號的測試框圖如圖7。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試對白噪聲的抑制測量 白噪聲的抑制與等效噪聲帶寬的測量框圖如圖8。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試相敏特性的測量 相敏特性的測試框圖如圖9。實驗一光電二極管、光電

27、三極管光照特性的測試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，輸出幅度與相位差成線性關(guān)系。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試實 驗 七多點信號平均器實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試一、目的要求了解多點信號平均器的原理。觀察與測量多點信號平均器的輸出特性。觀察與測量多點信號平均器的抑制噪聲力。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試二、基本原理周期信號的波形復(fù)現(xiàn) 多點信號平均器是一種信號處理裝置，能從較強(qiáng)的干擾和噪聲中提取信號，依據(jù)時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，它適用于重復(fù)信號的波形復(fù)現(xiàn)，在信號出現(xiàn)之后依次取多個信號樣品，并按固定

28、頻率重復(fù)取樣，把每一個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。對于多點信號平均器可以由數(shù)字存儲器或模擬存儲器來實現(xiàn)求和平均，但是原理相同。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試模擬多點信號平均器的核心是門積分電路，門積分電路的單元電路如圖1所示。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試設(shè)控制開關(guān)的門脈沖的周期為TR，門寬為Tg，引入單位幅度的門脈沖函數(shù) fo（t）， 式中 為相對門寬， 為門脈沖的圓頻率。 波形如圖2所示。 實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試門積分電路的門接通時，積分電阻為R，門斷開時，積分電阻為。引入單位幅度的門脈沖函數(shù)后，積分電阻與

29、開關(guān)能用等效積分電阻Re置換。于是，門積分電路便可用圖3表示，形式上與普通積分電路相同，只是電阻值是時間的函數(shù)。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試積分電路的微分方程為： 設(shè) 把式（4）代入式（3），解微分方程得： 實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試 式中 根據(jù)物理意義簡化式（5），對于多點信號平均器， 通常有 若被測信號中不含有直流項或不需要直流項， 還有 因此有：實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試 于是，式（5）簡化為： 式（8）為門積分電路的傳輸函數(shù)。若考慮輸入信號頻率接近于直流，則式（5）中只有前兩項比較大，其它項可以忽略，于是 這個電路相當(dāng)于電阻為R/，電容為C

30、的低通RC濾波器。 實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試等效噪聲帶寬 門積分電路對不相干信號的抑制能力，可以由傳輸函數(shù)直接求得。而對白噪聲的抑制能力用等效噪聲帶寬計算更簡單。 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)。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試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 ，此濾波器只能通過低于L次諧波的頻率。這時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 若門積分電路的前級是直接耦合的直流放大器，就要考慮直流（或稱零頻）附近的等效噪聲帶寬在數(shù)值上與基波處相等。實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試信噪比的改善 對不相干信號的抑制能力 設(shè)某一不相干信號的頻率為 ，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 實驗一光電二極管、光電三極管光照特性的測試對窄帶噪聲的抑制能力 輸入端的白噪聲帶寬 ，對于白噪聲，輸出端相對于輸入端的信噪比改善為： 若 用式（15）來表示，并以 代入式（19）則： 當(dāng) 時， 則 只有當(dāng)取樣門很窄而輸入白噪聲又不太寬，可 保證 時，才能用式（21）表