[激光原理与应用-37]:《光电检测技术-4》- 光学测量基础 - 噪声与光学中的常见电路
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目录
第1章 噪声
1.1 什么是噪声
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从环境保护的角度看,凡是影响人们正常学习,工作和休息的,在某些场合“不需要的声音”,都统称为噪声。如机器燃烧声,各种交通工具的鸣笛声,人的嘈杂声及各种突发的声响等,均称为噪声。 随着工业生产、交通运输、城市建筑的发展,以及人口密度的增加,家庭设施(电视机等)的增多,环境噪声日益严重,它已成为污染人类社会环境的一大公害。
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从物理角度看,噪声是无规则的机械波。
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物理学上,噪声指一切不规则的信号(不一定要是声音),比如电磁噪声,热噪声,无线电传输时的噪声,激光器噪声,光纤通信噪声,照相机拍摄图片时画面的噪声等。
本文探讨的是物理学概念上的噪声。
1.2 分类
(1)按噪声的波长成分分布分类
(2)按现代城市的环境噪声来源分类
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交通噪声
主要指的是机动车辆、飞机、火车和轮船等交通工具在运行时发出的噪声。这些噪声的噪声源是流动的,干扰范围大。
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工业噪声
主要指工业生产劳动中产生的噪声。主要来自机器和高速运转设备。
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建筑施工噪声
主要指建筑施工现场产生的噪声。在施工中要大量使用各种动力机械,要进行挖掘、打洞、搅拌,要频繁地运输材料和构件,从而产生大量噪声。
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社会生活噪声
主要指人们在商业交易、体育比赛、游行集会、娱乐场所等各种社会活动中产生的喧闹声,以及收录机、电视机、洗衣机等各种家电的嘈杂声,这类噪声一般在80分贝以下。如洗衣机、缝纫机噪声为50--80分贝,电风扇的噪声为30~65分贝,空调机、电视机为70分贝。
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发动机噪声
发动机噪声主要包括燃烧噪声、机械噪声、进排气噪声、冷却风扇及其他部件发出的噪声。
根据发动机表面噪声产生的机理,又可分为燃烧噪声和机械噪声。
--- 燃烧噪声
燃烧噪声是在可燃混合气体燃烧时,因气缸内火焰气体压力急剧上升冲击发动机各部件,使之发出机械波而产生的噪声。柴油中的十六烷值不合适或喷油时间过于提前,会引起发动机工作狂怒,使噪声急剧增大。汽油机由于过热、汽油品质不良和点火提前角过大等原因造成长波燃烧声,敲缸现象等。
--- 机械噪声
机械噪声是发动机内部的燃烧过程和结构发出机械波所产生的噪声,是通过发动机外表面以及与发动机外表面刚性连接结构向大气辐射的,因此称为发动机表面噪声。
第2章 电子电路的常见噪声
2.1 通过放电产生的噪声
此类噪声来源于自然界中的雷电,这种状况下产生的噪声对电子设备的损害程度无法预测,就算普通的开关设备,也极有可能成为放点噪声源。
2.2 因为辐射干扰而产生的噪声
辐射干扰即通过空间介质,干扰能量的近场感应。
此类噪声来源主要在工频、射频和高频大功率传输线上产生,由于上面电流变化较快,在附近形成交变磁场噪声源。
2.3 特定器件固有的噪声源
在组成电路的内部组件中,特定器件自带噪声源,且产生噪声随机。
其中主要包括散弹噪声、热噪声和接触噪声等。
热噪声主要成因是导体内部自由电子的无规则热运动;
散弹噪声则是在晶体管期间中产生的电流噪声,是载流子在通过势垒区时不均匀而引起的电流的微小起伏;
接触噪声则是因为两种不同材料之间的不完全接触,使电导率发生起伏而产生的干扰信号。
这几种噪声源都可看作特定器件的固有噪声源,但在噪声的抑制过程中却可能有所区别。
2.4 电子电路中噪声监测办法
(1)通过肉眼观察法进行监测
观察法即通过检测者进行肉眼观察,这种运用方法十分有限,主要是对电路板的虚焊、漏焊和线之间的短路和断裂、元件安装和是否烧焦等情况进行检查。
通过触摸器件进行监测触摸法即通过人手对器件进行触摸从而发现问题的检测方法。
通过对机件、机箱、底板进行轻击时产生的噪声震荡加大,则可断定噪声与此电路相关。
在电路正常工作时,本身发热的元器件突然失去热度或过热,产生的噪声与此器件有关。
(2)通过示波器进行动态观测
通过示波器对电路中的关键点波形进行观察,这种观察是在电路中从后往前慢慢注入测试信号,再根据示波器的输出信号波形来检测异常,若信号波形表现异常,则表明前方电路存在故障。
(3)用万用表进行静态测量
通过万用表的直流工作电流和电压能对故障进行检测,可见万用表也能检测噪声,尤其是在现行电路分立元件的监测中,万用表的运用十分广泛。
(4)通过分割法逐级检测
此种方法是对部件进行逐级拆除,找出无噪声部位,进而寻找并确定噪声来源。
在检查中,应从前往后分离电路,具体可通过在电路板上短线、拔掉部分插件等方式来完成,无噪声的部位即噪声产生的根源所在。
2.5 抑制电子电路噪声的有效途径
在电子电路中,噪声对其造成负面效果的大小,取决于噪声与信号相比的相对大小。这种比较通常通过信噪比来表示。对电子电路进行噪声上的优化,应以提升电路输出信噪比为最终目的。具体可从信号强度的提升和噪声的降低上进行。因此在相应的选择过程中,应确保信号和噪声的增减差异,以改变整个电路的信噪比,以下是通过减小电路中内部噪声来提升信噪比的具体途径。
(1)在电子电路中运用合适器件
在电子的研制过程中,低噪声电子器件的全用能有效降低噪声污染。以场效应管和晶体管的噪声性能对比为例,结型场效应管在低频和中频区中的电流噪声比晶体管要小很多,原因是场效应管主要以多数载流子来导电,而晶体管在电极和基极之间的电流分布不均,在运行的过程中会产生分配噪声,而载流子从发射结势垒造成的散弹噪声,对冉有栅级与导电沟道的反向电流散弹噪声,但十分微弱。
可见,场效应管在低频噪声上相对于晶体管具有较好性能优势。力图在音频放大电路前置放大级中多运用结型场效应管。但高频段的使用中,因为沟道电阻噪声从栅级和够到之间寄生电容感应到栅级,伴随频率的提升而不断变大,因此此时的电流噪声可能比警惕三极管更大。
(2)电源滤波器的运用
在电子电路中,滤波器作为对电源频率进行选择的期间,职能通过对电源频率进行详尽频率成分的选择,而若有高于此频率成分的信号,则会产生衰竭。因为电源滤波器具有十分有效的降噪功能,因而在当前的市场上出现的五花八门的电源滤波器,在许多电子设备的电源输入端都有安装使用。
(3)在电子电路中负反馈的引入
负反馈在电子电路中的运用有利有弊,在电子电路中,负反馈对抑制电路内部的噪声具有很好的效果,但对有用信号也会产生抑制影响,相对比则会发现信噪比并无显著提升。在运用负反馈的同时,也会产生如下的负面效果:一是负反馈的引入会在电路中增加一个反馈电阻带来的热噪声;而是在负反馈引入后可能造成电路自激,造成电路无法正常运作。因此,通常在电子电路的噪声抑制中部推荐运用负反馈的办法。
第3章 光学电路常见噪声
3.1 常见噪声
3.2 噪声处理
第4章 光学电路中常见的电路
选频放大器(frequency selective amplifier)对某一段频率或单一频率的信号具有突出的放大作用,而对其他频率的信号具有较强抑制作用的放大单元。
谐振放大器、有源带通滤波器等都属于这一范畴。
选频放大器广泛应用于发射机的射频放大,接收机的中频放大以及通信系统中的单频导频信号放大。
以上是关于[激光原理与应用-37]:《光电检测技术-4》- 光学测量基础 - 噪声与光学中的常见电路的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章
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