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光电探测器件噪声测试及频谱分析
实验目的
研究一种测量光电探测器件噪声，以及分析其频谱的方法。
实验内容
(1)测量光电导型探测器的噪声。
(2)绘出
实验使用的仪器和器材
(1)前置放大器 1台
(2)频谱分析仪 1台
(3)标准信号发生器 1台
(4)直流稳压电源 1台
(5)万用表 1台
(6)光敏电阻及各种电阻元件等。
实验基本原理
大家知道，光电探测器件的最小可检测功率，受噪声限制。因此，了解光电探测器件的噪声及其频谱，对于使用光电探测器件进行弱信号的测量是十分重要的。光电探测器件噪声的测量，是指在无输入信号的情况下对探测器的电输出所进行的一种测量，在测量的过程中，往往需要在探测器与测量仪之间加一放大器，这就不得不考虑光电探测器件的影响。仪器所测量的是放大器的输出噪声，扣除负载电阻和放大器的噪声之后，才是光电探测器件本身的噪声。
本实验测量光电导型探测器的噪声，下面就以此为例说明其测量的基本原理。光电导探测器可以等效为一个电阻和一个噪声等效电压源串联，或一个电阻与一个噪声等效电流源并联的电路。如下图所示。
图中，Rd是光电导探测器的等效电阻，End是等效噪声电压源，其等效噪声电流源为
若连接有负载电阻RL，同样可用上图等效，只不过噪声等效电压源为EnL，即
放大器的噪声等效电路，如下图所示。
在图中，En和In则分别表示放大器的噪声电压源和噪声电流源。
测量系统的噪声等效电路，如下图所示。
在图中，Es为信号源。由图，可写出下列电路方程式为
式中，K是从探测器到放大器输出端的传递函数，也就是系统的增益。当输入信号Es=0，
由式(7-3)，可得
或
用阻值相同的线绕电阻(标准电阻)代替光电导探测器，在放大器的输出端又可得到一个噪声电压Ub，类似于式(7-4)可得
或
比较式(7-6)与式(7-5)，则可得
=
式中，
由式(7-7)可见，只要知道上图所示系统的增益K，并测出
系统增益K的测量方法如下：
将信号发生器产生的标准信号U通过衰减器加到校准电阻Rcal上，调节信号发生器的频率与选频放大器的中心频率相同(Rcal与探测器串接，其阻值很小，因此本身的热噪声可以忽略)。然后调节衰减器使放大器的输出为mUno，此时根据衰减器及标准信号，即可算出降至Rcal上的标准信号Ucal，一般m取为100。
根据式(7-3)，以Ucal代替式中的Es，则得
再考虑到式(7-4)，则得
或
将式(7-9)代入式(7-7)，则得
令
由式(7-11)可见，只要在放大器无输入信号的情况下测出其输出电压Uno，用线绕电阻代替探测器，测出Ub，便可求得δ，再测出Ucal，由式(7-11)，便可计算出光电探测器件的噪声Und。
实验装置
测量光电导探测器的噪声谱，所用实验测量装置如下图所示。
由图可见，当将开关K1掷“1”时，测光电探测器的噪声；将开关掷“2”时，则测标准电阻Rs噪声。当开关K2合上时，则送入标准信号。衰减器由图中R1与R2组成。
