光電二極管前置放大電路的制作方法
【專利摘要】一種光電二極管前置放大電路，其特點(diǎn)在于：由光電轉(zhuǎn)換模塊、儀表放大模塊和電壓跟隨模塊組成，所述光電轉(zhuǎn)換模塊由光電二極管、電阻、第一電容、穩(wěn)壓源組成，所述儀表放大模塊由儀表放大器、電位器、第二電容、第三電容、第一電源組成，所述電壓跟隨模塊由運(yùn)算放大器、第四電容、第五電容、第二電源組成。本發(fā)明一方面能有效抑制信號放大過程中的共模干擾，提高轉(zhuǎn)換精度，另一方面放大倍數(shù)可調(diào)，使用靈活方便，結(jié)構(gòu)簡單。
【專利說明】光電二極管前置放大電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電二極管，特別是一種光電二極管前置放大電路。
【背景技術(shù)】
[0002]光電二極管能夠根據(jù)所受光的照度來輸出相應(yīng)模擬電信號，因此廣泛應(yīng)用于光纖通訊、光纖傳感和信號隔離等領(lǐng)域。工作于反向電壓狀態(tài)下的光電二極管受光照射時，會產(chǎn)生一個低量級的光電流，為實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步處理，必須對該光電流進(jìn)行放大與處理。光電二極管與附屬的前置放大電路，構(gòu)成了光電探測器。
[0003]轉(zhuǎn)換精度是光電探測器的一個重要指標(biāo)，影響光電探測器轉(zhuǎn)換精度的因素主要來自于兩個方面，一方面是光電二極管本身的性能指標(biāo)，另一方面則是信號在前置放大過程中受到的外部干擾。
[0004]前置放大電路中，共模干擾是外部干擾中的一個重要因素。通常應(yīng)用于抑制抑制共模干擾的方法主要有兩種:
[0005]1、使用雙運(yùn)算放大器對光電二極管信號兩端同時進(jìn)行提取，處理完成后同時進(jìn)入一個運(yùn)算放大器的正負(fù)輸入端進(jìn)行匯總。
[0006]2、使用兩個光電二極管同時對信號進(jìn)行采樣，相應(yīng)處理后再進(jìn)入一個運(yùn)算放大器的正負(fù)輸入端進(jìn)行匯總。
[0007]由于運(yùn)算放大器適用于單端電流信號的提取，因此上述兩種方法都是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的疊加，其缺點(diǎn)在于:
[0008]1、一個前置放大電路至少需要三個運(yùn)放工作，再加上相應(yīng)配置的電阻電容，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。多器件的誤差累積、人為的選擇、走線等都會對放大效果帶來不可預(yù)知的影響。
[0009]2、部分環(huán)境下由于光路的限制，沒有條件使用兩個光電二極管同時對信號進(jìn)行探測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為克服運(yùn)算放大器功能的上述不足，本發(fā)明提供一種光電二極管前置放大電路。該前置放大電路對光電流進(jìn)行放大的同時，能夠有效抑制共模干擾，提高光電轉(zhuǎn)換精度。該前置放大電路的放大倍數(shù)靈活可調(diào)，結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)與維護(hù)。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0012]—種光電二極管前置放大電路，其特點(diǎn)在于:由光電轉(zhuǎn)換模塊、儀表放大模塊和電壓跟隨模塊組成，所述光電轉(zhuǎn)換模塊由光電二極管、電阻、第一電容、穩(wěn)壓源組成，所述儀表放大模塊由儀表放大器、電位器、第二電容、第三電容、第一電源組成，所述電壓跟隨模塊由運(yùn)算放大器、第四電容、第五電容、第二電源組成；上述各器件的連接關(guān)系是:所述的光電二極管的負(fù)極同時與儀表放大器正輸入端、第一電容的一端和電阻的節(jié)點(diǎn)相連，所述的電阻的另一端與所述的儀表放大器負(fù)輸入端及穩(wěn)壓源Vcc連接，所述的光電二極管正極與第一電容另一端均接地，所述的電位器的一端和中間抽頭與所述的儀表放大器的增益輸入端連接，第一電源的正極與儀表放大器的正電源輸入端連接，同時通過第二電容接地，第一電源的負(fù)極與儀表放大器的負(fù)電源輸入端連接，同時通過第三電容接地，所述的儀表放大器輸出端與所述的運(yùn)算放大器的正輸入端連接，第二電源的正極與所述的運(yùn)算放大器的正電源輸入端連接，同時通過第四電容接地，第二電源的負(fù)極與所述的運(yùn)算放大器的負(fù)電源輸入端連接，同時通過第五電容接地，所述的運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端與輸出端連接，作為總的信號輸出。
[0013]本發(fā)明的前置放大電路原理如下:穩(wěn)壓源Vcc為光電二極管提供反向電壓，光電二極管受光照射產(chǎn)生光電流i，光電流i加在電阻上產(chǎn)生的壓差作為儀表放大器的差分信號輸入，運(yùn)算放大器用于對儀表放大器輸出端信號進(jìn)行隔離與緩沖，其輸出端信號作為總的信號輸出，電位器用于調(diào)節(jié)儀表放大器的放大倍數(shù)，第一電容與電阻構(gòu)成低通濾波器，對信號進(jìn)行低通濾波，第二電容、第三電容用于對儀表放大器的電源輸入進(jìn)行濾波，第四電容、第五電容用于對運(yùn)算放大器的電源輸入進(jìn)行濾波。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)效果:
[0015]本發(fā)明光電二極管前置放大電路對光電流進(jìn)行放大的同時，能夠有效抑制共模干擾，提高光電轉(zhuǎn)換精度。
[0016]該前置放大電路在信號米集與放大部分僅米用了一個光電二極管和一個儀表放大器，結(jié)構(gòu)簡單，其放大倍數(shù)靈活可調(diào)，易于實(shí)現(xiàn)與維護(hù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的光電二極管前置放大電路的結(jié)構(gòu)圖；
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0019]先請參閱圖1，圖1為本發(fā)明的光電二極管前置放大電路的結(jié)構(gòu)圖，由圖可見，本發(fā)明光電二極管前置放大電路，由光電轉(zhuǎn)換模塊、儀表放大模塊和電壓跟隨模塊組成，所述光電轉(zhuǎn)換模塊由光電二極管Al、電阻R1、第一電容Cl、穩(wěn)壓源Vcc組成,所述儀表放大模塊由儀表放大器A2、電位器R2、第二電容C2、第三電容C3、第一電源Vl組成，所述電壓跟隨模塊由運(yùn)算放大器A3、第四電容C4、第五電容C5、第二電源V2組成；上述各器件的連接關(guān)系是:所述的光電二極管Al的負(fù)極同時與儀表放大器A2正輸入端、第一電容Cl的一端和電阻(Rl)的節(jié)點(diǎn)相連，所述的電阻Rl的另一端與所述的儀表放大器A2負(fù)輸入端及穩(wěn)壓源Vcc連接，所述的光電二極管Al的正極與第一電容Cl的另一端均接地，所述的電位器R2的一端和中間抽頭與所述的儀表放大器A2的增益輸入端連接，第一電源的正極Vl+與儀表放大器A2的正電源輸入端連接，同時通過第二電容C2接地，第一電源的負(fù)極Vl-與儀表放大器A2的負(fù)電源輸入端連接，同時通過第三電容C3接地，所述的儀表放大器A2輸出端與所述的運(yùn)算放大器A3的正輸入端連接，第二電源的正極V2+與所述的運(yùn)算放大器A3的正電源輸入端連接，同時通過第四電容C4接地，第二電源的負(fù)極V2-與所述的運(yùn)算放大器A3的負(fù)電源輸入端連接，同時通過第五電容C5接地，所述的運(yùn)算放大器A3的負(fù)輸入端與輸出端連接，作為總的信號輸出。
[0020]圖1中，本實(shí)施例的控制信號增強(qiáng)模塊原理如下:穩(wěn)壓源Vcc為光電二極管提供反向電壓，光電二極管Al受光照射產(chǎn)生光電流i，光電流i加在電阻Rl上產(chǎn)生的壓差作為儀表放大器A2的差分信號輸入,運(yùn)算放大器A3用于對儀表放大器A2輸出端信號進(jìn)行隔離與緩沖，其輸出端信號Vout作為總的信號輸出，電位器R2用于調(diào)節(jié)儀表放大器的放大倍數(shù)，第一電容Cl與電阻Rl構(gòu)成低通濾波器,對信號進(jìn)行低通濾波，第二電容C2、第三電容C3用于對儀表放大器A2的電源輸入進(jìn)行濾波,第四電容C4、第五電容C5用于對運(yùn)算放大器A3的電源輸入進(jìn)行濾波。
[0021]本實(shí)施例中，光電二極管Al選用綿陽超光通訊的GTlOl型光電二極管，儀表放大器A2芯片選用ADI公司的AD8221型芯片，運(yùn)算放大器A3芯片選用德州儀器的LM324型芯片。
[0022]本實(shí)施例中，電阻Rl選擇33.2K歐姆，電位器R2選擇200K歐姆，第一電容(Cl)、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5均選擇0.1微法。
[0023]本實(shí)施例中，反向電壓Vcc選擇5V，儀表放大器A2的第一電源和運(yùn)算放大器A3的第二電源均選擇±15V。
[0024]本實(shí)施例中，該儀表放大器的最小放大倍數(shù)為1.25，可根據(jù)需要通過調(diào)節(jié)電位器R2的方式增加放大倍數(shù)。
[0025]本實(shí)施例中，該前置放大電路應(yīng)用于實(shí)際，經(jīng)測試對于共模干擾可將信噪比提高約2.5倍。
[0026]實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明光電二極管前置放大電路對光電流進(jìn)行放大的同時，能夠有效抑制共模干擾，提高光電轉(zhuǎn)換精度。該前置放大電路的放大倍數(shù)靈活可調(diào)，結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)與維護(hù)。
【權(quán)利要求】
1.一種光電二極管前置放大電路，其特征在于:由光電轉(zhuǎn)換模塊、儀表放大模塊和電壓跟隨模塊組成，所述光電轉(zhuǎn)換模塊由光電二極管(Al)、電阻(R1)、第一電容(Cl)、穩(wěn)壓源(Vcc)組成,所述儀表放大模塊由儀表放大器(A2)、電位器(R2)、第二電容(C2)、第三電容(C3)、第一電源(Vl)組成，所述電壓跟隨模塊由運(yùn)算放大器(A3)、第四電容(C4)、第五電容(C5)、第二電源(V2)組成；上述各器件的連接關(guān)系是:所述的光電二極管(Al)的負(fù)極同時與儀表放大器(A2)正輸入端、第一電容(Cl)的一端和電阻(Rl)的節(jié)點(diǎn)相連，所述的電阻(Rl)的另一端與所述的儀表放大器(A2)負(fù)輸入端及穩(wěn)壓源Vcc連接，所述的光電二極管(Al)正極與第一電容(Cl)另一端均接地，所述的電位器(R2)的一端和中間抽頭與所述的儀表放大器(A2)的增益輸入端連接,第一電源的正極(VI+)與儀表放大器(A2)的正電源輸入連接，同時通過第二電容(C2)接地，第一電源的負(fù)極(V1-)與儀表放大器(A2)的負(fù)電源輸入連接，同時通過第三電容(C3)接地，所述的儀表放大器(A2)輸出端與所述的運(yùn)算放大器(A3)的正輸入端連接，第二電源的正極(V2+)與所述的運(yùn)算放大器(A3)的正電源輸入連接，同時通過第四電容(C4)接地，第二電源的負(fù)極(V2-)與所述的運(yùn)算放大器(A3)的負(fù)電源輸入連接，同時通過第五電容(C5)接地，所述的運(yùn)算放大器(A3)的負(fù)輸入端與輸出端連接，作為總的信號輸出。
【文檔編號】H03F3/45GK103986431SQ201410206833
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】袁豐華, 王向朝, 李中梁 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所