噪聲的基本知識ppt課件(已修改)
2025-05-18 22:02 本頁面
【正文】 光電信號處理 第一章 緒 論 噪聲的基本知識 噪聲的基本概念 光電探測器的噪聲 噪聲的基本概念 光電系統(tǒng)是光信號的變換、傳輸及處理的系統(tǒng)。 包含 光學(xué)系統(tǒng)、 光電探測器、電子系統(tǒng)。 系統(tǒng)在工作時(shí)，總會受到一些無用信號的干擾， 例如：光電變換中光電子隨機(jī)起伏的干擾； 輻射光場在傳輸過程中受到通道的影響 背景光的干擾； 放大器引入的干擾等等。 這些非信號的成分統(tǒng)稱為噪聲 ● 廣義噪聲的定義： 任何疊加在信號上的不希望的隨機(jī)擾動或干擾統(tǒng)稱為噪聲。 ● 這些干擾及擾動主要來自兩方面： (1)來自光電系統(tǒng)的外部 (2)來自光電系統(tǒng)內(nèi)部 來自光電系統(tǒng)外部的噪聲 —— 干擾 ● 通常由電、磁、機(jī)械、雜散光等因素所引起，這種干擾絕大多數(shù)是 “ 人為的 ” ， 如： 電源 50H z 干擾； 工業(yè)設(shè)備電火花干擾等。 ● 一般具有規(guī)律性，采取適當(dāng)?shù)拇胧?(如屏蔽、濾波、遠(yuǎn)離噪聲源等 )可以將其減小或消除。 ● 對系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性影響很大 系統(tǒng)的抗干擾能力 對外部的理解：以被動光電系統(tǒng)為例 來自光電系統(tǒng)內(nèi)部 —— 噪聲 ● 系統(tǒng)內(nèi)部的材料、器件或固有的物理過程的自然擾動。 例如： 導(dǎo)體中帶電粒子無規(guī)則運(yùn)動引起的熱噪聲， 光探測過程中光子計(jì)數(shù)引起的散粒噪聲等。 ● 這些過程是隨機(jī)過程，它既不能預(yù)知其精確大小及規(guī)律，也不能完全消除， 但其遵循的統(tǒng)計(jì)規(guī)律、也可以通過一些措施來控制。 ● 系統(tǒng)內(nèi)部的噪聲： 探測器 噪 聲 光子噪聲 電路噪聲 ● 噪聲在實(shí)際的光電探測系統(tǒng)中是極其有害的。由于噪聲總是與有用信號混在一起，因而影響對信號特別是微弱信號的正確探測。 ● 一個(gè)光電探測系統(tǒng)的極限探測能力往往由探測系統(tǒng)的噪聲所限制。 在精密測量、通訊、自動控制、核探測等領(lǐng)域，減小和消除噪聲是十分重要的問題， 是提高光電系統(tǒng)性能指標(biāo)的關(guān)鍵。 光電探測器的噪聲 在光電系統(tǒng)中 ， 探測器的噪聲主要有： ● 熱噪聲 ● 散粒噪聲 ● 產(chǎn)生 — 復(fù)合噪聲 (g— r噪聲 ) ● 溫度噪聲 ● 噪聲。 f11．熱噪聲 ● 熱噪聲是由 耗散元件 中電荷載流子的隨機(jī)熱運(yùn)動引起的 。 ● 任何一個(gè)處于熱平衡條件下的電阻 ， 即使沒有外加電壓 ， 也都有一定量的噪聲 ， 這是由于電阻體內(nèi)電子的熱運(yùn)動所引起的 。 ● AB兩極間的電阻為 R，在絕對溫度 T的平衡態(tài)下， 內(nèi)部的電 子處于不斷的熱運(yùn)動中， 無序 的電子運(yùn)動。 ● 如果從一個(gè)想象的截面 S去看，任何一瞬間有些電子 從左向右穿越 S面，有些電子從右向左穿越 S面。 A B T S R 從時(shí)間平均來看，這兩種方向的電子數(shù)一定相等，因?yàn)?AB之間沒有外電壓，不會有電流通過 AB。 ● 但是考慮流過 S面的電子數(shù)的均方偏差，則不為零。 這樣在 AB兩端就應(yīng)出現(xiàn)一電壓漲落。 這一電壓漲落 1928年為瓊斯 (Johnson)的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。同時(shí)奈奎斯特推導(dǎo)出熱噪聲功率為： 式中： R為電阻或阻抗元件的實(shí)部 （ 單位為歐姆 ） ； K為玻耳茲曼常數(shù)： 1023 J / K； T為導(dǎo)體的絕對溫度 （ K） ； 為測量帶寬 。 如用噪聲電流表示則為 : f?RfkTinJ?? 42fK T Re t ?? 42● 例如：若一個(gè) 1KΩ的電阻 ， 在 1Hz帶寬內(nèi) ， 室溫T=290K， 則可求得均方根熱噪聲電壓為 4nV。 22tn eE ?2tn eE ?為了簡化符號 ， 常記 或 ● 熱噪聲屬于白噪聲頻譜 ， 一般說來 ， 高端極限額率為： ＝ 0． 15kT 1034Hz= 1010Hz 由上式可知， 與電阻的溫度 T有關(guān)。 在室溫下 (T＝ 290k)， ＝ 6 1012Hz， 一般電子學(xué)系統(tǒng)工作頻率遠(yuǎn)低于該值， 故可認(rèn)為熱噪聲為白噪聲頻譜。 HfHfHf● 研究信號時(shí) ， 通常在頻率域中 （ 簡稱頻域 ） 進(jìn)行研究 ， 定義功率譜密度 ： ● S（ f ） 的物理意義代表了單位帶寬內(nèi)的噪聲電壓的均方值 ， 也就是單位帶寬內(nèi)的噪聲 ， 通常稱為功率譜密度
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1