微弱光实验报告文档格式.docx
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4、APD光电二极管组件
5、光电倍增管组件
6、衰减片组件系统
7、连接线
若干
8电源线
根
四、注意事项
1、连接电路时，保证电路未通电。
2、光源极性不要接反。
3、不要用强光持续照射光电倍增管，特别是在高压下，否则容易使倍增管老化
五、实验操作
实验名称课程名称课程号
学院（系）专业班级
学生姓名学号实验地点实验日期1、低噪声放大器应用实验
一个光电探测系统是由光学变换、光电探测器和后续电路处理系统组成，一般光电探测器需连结多级放大器，我们称第一级放大器为前置放大器，对于一个由n个放大器
级连成的放大系统，其噪声特性可由弗里斯（Friis）公式表达：
NF
F21F31L巴1
（5.1.1）
kpkp1kp2kpkp2Lkpn1
式中NF为系统的总噪声系数；
F1为第一级放大器的噪声系数；
Fn为第n级放大器的噪声系数；
kp为第一级功率增益，kpn为第n级功率增益。
由上式可以看出，多级放大器噪声系数的大小，主要取决于第一级放大器的噪声系数。
为了使多级放大器的噪声系数减小应尽量减小第一级的噪声系数，同时提高第一级的功率增益kp1，这是指导我们设计低噪声放大器的一个重要原则。
此外，还需考虑放大器的频率特性，动态范围，信号源阻抗等要求。
所以具体电路因系统不同而异。
从低噪声要求出发应考虑如下几点：
1）选择内部噪声低，信号源电阻合适的管子前置放大器可由晶体管、结型场效应
管、绝缘栅场效应管和集成电路组成。
晶体管适合于信号源电阻在几十欧姆至一兆欧姆范围内；
结型场效应管适合于较高的源电阻；
绝缘栅场效应管可工作于更高的信号源电
1/f噪声较大，所以用得较少，只有在高阻状态才用。
阻情况，但因其
2）应选择优质电阻、电容低噪声放大器除了放大管自身噪声低以外，还需要电阻、电容的噪声也很低，因电阻自身都存在固有的热噪声，热噪声电压的均方值为
2
（5.1.2）
Vn4kTRf
式中，k为玻耳兹曼常数（1.38X10-23/J/K）；
R为电阻阻值；
T为电阻的绝对温度；
f为测量系统的通频带宽度。
除此以外，电阻还产生与电阻品质有关的电流噪声（也称过剩噪声）。
电流噪声的均方电压为
22
Vff警f
f（5.1.3）
学生姓名学号实验地点实验日期
式中，K是与材料工艺有关的常数也是流过电阻的直流电流，f是频率；
R是电阻阻值。
这种噪声有与频率成反比、与所加直流电流idc的平方成正比的特性。
这种噪声的大小与生产过程有密切关系。
通常合成碳质电阻噪声最大；
金属膜电阻噪声比较小；
精密金属膜电阻噪声更小；
线绕电阻噪声最小（但体积较大）。
所以，最常用的是金属膜电阻。
3）有良好的电磁屏蔽措施因为前置放大器输入信号很弱，外界干扰相对来说显得很强，它们可通过分布电容或磁场耦合把干扰引入放大器，所以，用金属壳把放大器包围起来，并使金属壳接地就能很好地屏蔽外界电场干扰。
屏蔽壳除了屏蔽外界电场干扰外，同时也屏蔽外界磁场干扰。
此外，放大器的信号输入线应尽可能短且采用屏蔽线。
采用晶体管或结型场效应管组成的低噪声集成运算放大器其体积小、使用方便，在噪声要求不很高的情况下，用它组装的前置放大器是方便易得的。
本实验就采用低噪声集成运算放大器组装前置放大器进行实验。
从课程学习中已经知道：
放大器的噪声模型是由无噪声的理想放大器输入端等效噪声电压源En和等效噪声电流源In值。
而信号源是由信号源电阻Rs、信号电压Vs和噪声均方根电压皿组成。
（5.1.4）
（5.1.5）
（5.1.6）
般低噪声集成运算放大器都给出En和In值。
由此可得最佳源电阻
也可得到等效输入噪声电压
E2V2E2I2R2
innns
和最小噪声系数
F.E；
E戌
min4kTRsopf
Fmin1
取对数值
（dB）得
但是，一般En和In都给出1H带宽中的值，所以最小噪声系数也定义在1Hz带宽中,即
222
eninRs
（5.1.7）
4kTRsop
（5.1.8）
NF10logF
有的集成运算放大器给出In、En值，也有的给出NF值。
号,
成绩
指导教师
日期
本实验仪器使用的探测器输出的都是微弱电流信号，故前级设计为低噪声微弱电流/电压
变换电路，如下图。
页，共
电流/电压变换电路
为降低由于输入偏置电流产生的漂移，应对不同量程的偏置电流进行转换，响应频率岁反馈电阻R3-R6而变，电阻大小由输入的直流电流确定。
电路中，在反向输入端输入电流，通过反馈电阻把电流转换为电压，输出电压Uo=-li*Rf（Ii为探测器输出电流，
Rf为R3-R6中一个电阻）。
因此可确定响应的输入电流转换的电压Uq
要使用驱动电流小的运放，驱动电流引起的漂移电压可采用同向输入抵消。
电路中量程选择开关J2对应机箱面板上增益调节选择开关，漂移补偿选择开关J3
对应机箱面板上补偿调节选择开关，补偿调节电位器Rp2-Rp5对应机箱面板RP1-RP4
打开主机箱电源，选择不同增益档位和对应补偿调节档位，调节补偿调节电位器，观察表头显示，根据原理图分析显示结果。
增益档位系数分别为
X4档：
1K;
X3档：
10K;
X2档：
100KX1档：
1M
2、普通光电二极管测量微弱光原理实验
微弱电流放大-
f电压输出（BNC）
t
（BNCC）
补偿调节
—►报警电路
输出显示阈值调节
图5.2.1电路框图
本实验仪电路框图如图5.2.10
1、将光电二极管组件接入机箱后航空插座接口，机箱内已经为二极管提供直流偏压。
2、光源和光电二极管组件对接。
3、光源对应接入机箱后红、黑护套插座。
4、打开电源开关。
调节光强，观察主机箱显示值，单位为MV
5、观测不同光强对应不同的档位情况。
6、观测调制光输出。
7、实验完成后关闭电源
3、雪崩光电二极管测量微弱光原理实验
1、将雪崩光电二极管组件接入机箱后航空插座接口，机箱内已经为二极管提供直流偏压。
2、光源和雪崩光电二极管组件对接。
7、通过观测结果分析与光电二极管的测试性能的异同点。
&
实验完成后关闭电源
4、光电倍增管测量微弱光原理实验
1、将光电倍增管组件接入机箱后对应BN（接口。
2、光源和衰减片及光电倍增管管组件对接。
6、通过不同衰减片进行组合的到不同强度的微弱光对结果进行观测。
7、观测调制光输出。
7、通过观测结果分析与光电二极管、雪崩光电二极管的测试性能的异同点。
六、试验数据处理
广东海洋大学学生实验报告书（学生用淺0U-B-11-112
成绩指导教师
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广东海洋大学学生实验报告书
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