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 ～f曲线，分析频谱。 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，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，R d 是光电导探测器的等效电阻，E nd 是等效噪声电压源，其等效噪声电流源为 (7-1) 若连接有负载电阻R L ，同样可用上图等效，只不过噪声等效电压源为E nL ，即 =4kTR L △f  (7-2) 放大器的噪声等效电路，如下图所示。 在图中，E n 和I n 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，E s 为信号源。由图，可写出下列电路方程式为 (7-3) 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E s =0， 由式(7-3)，可得 (7-4) 或 (7-5) 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U b ，类似于式(7-4)可得 或 (7-6) 比较式(7-6)与式(7-5)，则可得 = (7-7) 式中， =4kTR d △f。 由式(7-7)可见，只要知道上图所示系统的增益K，并测出 、 ，即可算出探测器的噪声E nd 。 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R cal 上，调节信号发生器的频率与选频放大器的中心频率相同(R cal 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mU no ，此时根据衰减器及标准信号，即可算出降至R cal 上的标准信号U cal ，一般m取为100。 根据式(7-3)，以U cal 代替式中的E s ，则得 (7-8) 再考虑到式(7-4)，则得 或 (7-9) 将式(7-9)式(7-7)，则得 (7-10) 令 ，则 (7-11) 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U no ，用线绕电阻代替探测器，测出U b ，便可求得δ，再测出U cal ，由式(7-11)，便可计算出光电探测器件的噪声U nd 。 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K 1 掷“1”时，测光电探测器的噪声；将开关掷“2”时，则测标准电阻R s 噪声。当开关K 2 合上时，则送入标准信号。衰减器由图中R 1 与R 2 组成。