（低噪声高S/N热释电前置放大器的设计 毕业论文 71页 26995字 包括开题报告 文献综述 任务书 外文翻译 程序 电路图 答辩记录等）

摘要
随着科学技术的不断发展，红外技术引起了国内外的广泛关注。但其读出电路的发展却滞后，如何降低电路噪声是读出电路研究的热点之一。为了有效读出探测器的热响应信号,需要利用前置放大器进行阻抗变换或者信号放大以及预处理,以便满足后续信号处理的要求.
本文以热释电探测器的前置放大电路为例,主要根据最佳源电阻匹配的原则选择低噪声管，作为前置放大器，以得到最大的输出信噪比。低噪声放大器除了放大管自身噪声外，还需要电阻、电容的噪声也很低。因此，还应选择优质的电阻、电容等元器件以减少固有的热噪声。另外还需要考虑耦合网络、反馈电路和偏置电路的噪声影响，选择合适的耦合网络、反馈电路和偏置电路，尽可能地实现探测器与前置放大器之间的噪声匹配。此外，还需适地调试电路，选择前置放大器的工作点，采用屏蔽和接地等防干扰措施以达到低噪声高信噪比的最终目的。
通过这次毕业设计。使我对光电器件的原理，结构，工作状态的转换有了很深的了解。同时也加强了对电子电工学、红外辐射理论和光电探测技术知识的掌握。对各种电子器件的使用有了进一步的了解。

关键词：红外探测器；热释电；低噪声；信噪比；前置放大器


Abstract
With the great development of science and technology, The infrared technology has aroused interests of the domestic and foreign. But its reading circuit development actually lags, how to reduce the noise of the circuit becomes one of hot spots in the reading circuit studies. In order to read out hot response signal of the detector, we should use the pre-amplifier to prevent the conversion or enlarge signals and pretreat, which satisfies the flowing signal processing.
The paper takes the pre-amplifier of the electric detector that can
releases heat as an example. To obtain the biggest output signal of the noise ration, we choose the low noise tube as the pre-amplifier according to best source resistance match principle. Low noise amplifier can amplify own noise, but its resistance and electric capacity noise should be low. so choosing high quality of resistance and electric capacity is important to reduce the inherent thermal noise.Beside,we need to consider the influence of the coupling network, the feedback circuit and the bias electric circuit noise, and elect them to match the noise between the detector and the pre-amplifier. it is also need to adjust the electric circuit. Choose the pre-amplifier operating point, use the shield and the earth, etc against the jamming to achieve the goal of low noise and high signal.
This graduation project enables me to have a deep understanding of the photoelectric apparatus principle, the structure, the operating state transformation. At the same time, it also strengthens the knowledge on electronic engineering, the infrared radiation theory and photoelectric detection technical. This project makes me have a further understanding of the usage of each kind of electronic device.
Keywords : Infrared Detectors； Pyroelectric； Low Noise； Signal-to-noise Ratio；Preamplifier


目录
0 前言 1
1．探测器的前置放大器 1
1.1低输入阻抗的前置放大器 2
1.2 高输入阻抗前置放大器 2
1.3其他放大电路 2
2．探测器低噪声放大技术 4
2.1放大器的噪声 4
2.1.1．放大器的等效噪声电路 4
2.1.2．噪声系数 5
2.1.3．最佳源阻抗 6
2.1.4．等效噪声带宽 6
2.1.5．偏置电路的噪声影响及低噪声条件 7
2.2低噪声放大技术 9
2.2.1．晶体管的选择 9
2.2.2晶体管低噪声偏置 9
2.2.3阻抗匹配 10
3．场效应管放大器 13
3.1场效应管的性能特征 13
3.2 场效应管放大电路 20
4．热释电探测器阻抗变换与前放的设计 22
结束语 23
参考文献 24
致 谢 24
英文文献及翻译…………………………………………………………………….27
附件1 毕业设计（论文）任务书
附件2 毕业设计文献综述
附件3 毕 业 设 计 开 题 报 告
附件4 中国计量学院毕业设计(论文)验收情况记录表
附件5 中国计量学院毕业设计（论文）答辩记录表
附件6 中国计量学院毕业设计（论文）评语

0 前言
热释电探测器是七十年代取得重要进展的一种新型热探测器，和传统的热探测器相比，它有高的频率响应和高探测率，和有些光子探测器比较，它不需要致冷，温室工作，有宽而平坦的光谱响应，且能制成大面积均匀响应的灵敏面，后者对激光功率和能量测量应用是很理想的，因而自热释电探测器问世以来获得了迅速发展，性能不断提高，目前新的应用还在不扩大。
国内于七十年代初期，开展了对热释电探测器的研制，目前取得了很大发展，其中LA-TGS和LiTaO2探测器以达到国外先进水平，然而热释电探测器的应用在国内尚处在初始阶段，落后于探测器的发展水平，其主要原因是与其他探测器相比，它具有高阻抗和低噪声的特点，要求前置放大器具有相应特性，因而给应用中提出了一些新问题。本论文主要介绍了根据最佳源电阻匹配的原则选择低噪声管，作为前置放大器，以得到最大的输出信噪比。低噪声放大器除了放大管自身噪声外，还需要电阻、电容的噪声也很低。因此，还应选择优质的电阻、电容等元器件以减少固有的热噪声。另外还需要考虑耦合网络、反馈电路和偏置电路的噪声影响，选择合适的耦合网络、反馈电路和偏置电路，尽可能地实现探测器与前置放大器之间的噪声匹配。此外，还需适地调试电路，选择前置放大器的工作点，采用屏蔽和接地等防干扰措施以达到低噪声高信噪比的最终目的。



1．探测器的前置放大器
探测器对于前置放大器的要求通常从两个方面考虑。以是要求探测器前置放大器功率传输最大，即放大器的输入电阻等于光探测器内阻，工作于匹配状态，这时，再一定的入射光功率情况下，从放大器输出端可得到最大输出电功率；其次，要求探测器-前置放大器输出最小的噪声，即放大器要工作在最佳源电阻Rsopt的情况下，此时在放大器输出端可得到最大的信噪比。而在实际的探测系统中最佳源电阻与匹配电阻往往是不相等的，有的相差还很大，如何选择视实际要求而定。
在设计前置放大器时还须了解探测器的内阻，不同类型的探测器的内阻相差很大。例如PV-HgCdTe内阻一般在几十欧姆至几千欧姆数量级；而硅光电二极管系列却为几十千欧至上百千欧；热释电探测器的内阻高达1013Ω数量级。与之相应的有低输入阻抗、中输入阻抗和搞输入阻抗的放大器或电流型、电压型放大器，或采用阻抗变换器等。
根据阻抗匹配及噪声要求，探测器常采用以下形式的前置放大电路。

1.1低输入阻抗的前置放大器
低输入阻抗的前置放大器一般可有变压器偶合、晶体管共基极电路、并联负反馈及多个晶体管并联等作为放大器的输入级。
在变压器偶合中，改变匝数比可以改变变压器输出端电阻，以达到阻抗匹配和所需最佳源电阻要求。但是，它和变压器偶合零偏置电路类似，只适用于较窄的频带。
采用多个低噪声晶体管并联，可以减小放大器输入电阻，也可以达到阻抗匹配或最佳源电阻要求。
1.2 高输入阻抗前置放大器
对于阻抗特别高的光探测器必须采用场效应管作为第一级输入电路。场效应管是电压控制器件，它的栅—源、栅—漏电阻高达103—1015Ω，而栅一源电容与栅一漏电容一般为几皮法到几十皮法。所以其输入阻抗十较高的。同时，场效应管噪声低，抗辐射能力强，具有零温度系数工作点，所以高输入阻抗放大器常采用场效应管制作。
为了进一步提高输入阻抗。除了选用高阻输入的场效应管（例如3DJ14A,其Ri≥1011Ω）外，还可采用源极输出电路，或源极跟随器（其KV～1）作阻抗变换，再和下一级放大器相连，因为一般晶体管共射放大器，其Ri≈1～2kΩ，直接将高阻探测器与其相联相当于将信号短路，所以，必须经过一级阻抗变换。
采用“自举”电路也可进一步增大放大器的输入阻抗，其具体电路可参考一般电路书籍，这里不再详细讨论。