王立娟

摘要：在高速大動態(tài)電轉換的過程中，所有的高速開關都會在切換的過程中不斷地產(chǎn)生噪聲，從而使得在高速狀態(tài)下的芯片能夠在運行的過程中產(chǎn)生脈沖。一般在大動態(tài)光電轉換的過程中將會產(chǎn)生很大的干擾。本文通過實驗有效地分析三級管內(nèi)部集電極間電阻的特性和基極電壓之間的關系。最終的目的是通過分析三極泄流和三級泄流之間所產(chǎn)生的實驗仿真結果，從而最后分析并聯(lián)三級管泄漏過程中的降噪效果。

關鍵詞：三極管；高速大動態(tài)；光電轉換系統(tǒng)；降噪措施

引言：

在通信系統(tǒng)發(fā)展的過程中，主要運用光纖傳輸技術來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的技術，并要求配套的測量技術和測量儀器都能夠不斷地進步。在實際生產(chǎn)的過程中，正是因為讓探測和采集過程中產(chǎn)生的目標光電信號變得更好，才會在之后對光電探測器本身的性能和數(shù)據(jù)采集的速度提出越來越高的要求。

1.三級管對高速大動態(tài)光電轉換系統(tǒng)降噪研究的背景

傳統(tǒng)的光電探測器很難在光電轉換系統(tǒng)的內(nèi)部實現(xiàn)大范圍的變動。在實際高速大動態(tài)光電轉換的過程中，一般都是通過使用自動量程的切換設計方案來有效地進行設計，并在之后通過利用高速開關來有效地切換通道內(nèi)部反饋阻值的大小，這樣往往能夠更好地改變放大的倍數(shù)[1]。但是，在使用高速開關切換信號的過程中會產(chǎn)生噪聲。產(chǎn)生的噪聲會使得高速運放的過程進入飽和區(qū)，從而延長響應的時間。所以，光電轉換系統(tǒng)內(nèi)部的效率都會顯得比較低。

本文結合實際案例選擇在切換通道旁邊來并聯(lián)三級管，并將其更好地轉變?yōu)樾沽鞴艿?，從而更好地抑制噪聲的產(chǎn)生。在實驗的過程中可以通過分析內(nèi)部的原理來更好地進行實驗仿真。

2.系統(tǒng)結構

三級管本身都會在高速開關泄流管電路中發(fā)揮著重要的作用，整體結構如圖1所示：

整個三極管泄流管本身是由光電二極管、高速運算放大器、反饋電阻和其他構件組成。這些構件將會聯(lián)合在一起，并發(fā)揮著更大的作用。

3.三極管的特性和作用

3.1三極管特性

所有的三極管在有正向電壓的背景下，射極和基極之間將會形成正向壓降的模式。集電極和基電極之間又會形成反向壓降。在建設的過程中可以滿足三極管放大的要求。通過射極到集電極之間所產(chǎn)生的等效電阻可以做實驗，表1則主要顯示了實驗的主要結果。

從表1的數(shù)據(jù)可以知道，基極電壓將會影響三極管射極和集電極之間的電阻特性。如果在操作的過程中，基極電壓已經(jīng)達到了0.5V，那么可以將其視作光電二極管漏電阻。

3.2三級管發(fā)揮的泄流作用

當高速開關一直處于工作狀態(tài)時，那么總有一路屬于通暢的狀態(tài)。但是，只有通過有效地斷開才能夠讓開關有效地進行切換。

當開關一直處于閉合狀態(tài)下時，在運算放大器反相運輸?shù)倪^程中都會產(chǎn)生接近于0的電壓。如果開關一旦斷開，那么跨接電阻的通道也會得以斷開。

小信號在瞬間響應的過程中都會出現(xiàn)小的脈沖。在低速電路發(fā)展的過程中，正是由于瞬態(tài)響應的時間基本都比較長，所以脈沖時間并不會在其中占據(jù)很重要的地位，甚至不會在之后影響后續(xù)數(shù)據(jù)采集過程中的采樣精度。又因為高速運算放大器在實際操作的過程中會保持較高的轉換速率，瞬時響應的時間也會變得很短暫。因此，當舜態(tài)響應出現(xiàn)在邊沿脈的時候，響應過程中的每一個環(huán)節(jié)都不能夠被忽略[2]。又因為過載恢復時間會在其中發(fā)生作用，最后，整個邊沿脈沖的比例也會變大。高速電路內(nèi)部也就會出現(xiàn)脈沖噪聲干擾的現(xiàn)象。

三極管的基極電壓多數(shù)都是由使用過程中的輸出端所提供的。不僅發(fā)射極處于正偏的位置，而且集電極也出現(xiàn)反偏的現(xiàn)象。光電探測器內(nèi)部所產(chǎn)生的大部分電流都可以借助三極管射極和集電極的通路來進行流走。在實踐操作的過程中，只有很少一部分的電流會因此流過有效電阻。同時，運算放大器反相輸入端的電壓趨近于零。因此，運算放大器不會在使用的過程中進入飽和區(qū)。

4.仿真結果分析

4.1不加極的三級管效果分析

采用壓控開關來模擬高速開關斷開和閉合的過程，一般周期為2ms，整個輸入電壓和輸出電壓仿真的結果如圖2所示。根據(jù)測量的結果可以得知，在開關閉合時，輸入的電壓為1.654mV，而輸出電壓為-102.680mV。由T2標線可以得知：當輸入電壓都上升到-4.820V時，輸出的電壓會立刻變成5000V。所有類型的運算放大器也就因此進入飽和區(qū)。

4.2加三級管泄流脈沖效果分析

如果三級管內(nèi)部的運算器已經(jīng)被明顯地穩(wěn)定在線性區(qū)域時，當開關閉合時，輸入的電壓為-102.573μV，輸出的電壓則會被定為為428.804mV。另外，在開關斷開之后，三極管輸出電壓所產(chǎn)生的影響明顯要更大。其中，運算放大器本身的輸入電壓幾乎為零，而且有著很好的穩(wěn)定效果。但是，在整體操作過程中，只有在開關閉合的瞬間才會產(chǎn)生輕微地抖動，并不會對輸出的過程產(chǎn)生很大的影響。

從T1-T2的變化可以知道，在加三極管運算法則之后，其運算放大器并沒有因此進入飽和區(qū)。整個輸出電壓下降的有效電壓值主要被控制在386.332ns內(nèi)。

5.結束語

三極管的泄流作用本身將會很好地抑制高速開關切換過程中產(chǎn)生的噪聲，并有效地縮短輸出信號下降時的恢復時間，最終也就能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的輸出。

參考文獻

[1] 王立剛，張殿元. 低噪聲光電檢測電路的研究與設計[J].電測與儀表，2016（3）：29-34

[2] 宋濤，張斌，羅倩倩. 光電轉換電路的設計與優(yōu)化[J]. 光電技術應用，2017（3）：159-163

（作者單位：廣東省佛山市高明區(qū)職業(yè)技術學校）