光电二极管前置放大电路的制作方法
【专利摘要】一种光电二极管前置放大电路，其特点在于：由光电转换模块、仪表放大模块和电压跟随模块组成，所述光电转换模块由光电二极管、电阻、第一电容、稳压源组成，所述仪表放大模块由仪表放大器、电位器、第二电容、第三电容、第一电源组成，所述电压跟随模块由运算放大器、第四电容、第五电容、第二电源组成。本发明一方面能有效抑制信号放大过程中的共模干扰，提高转换精度，另一方面放大倍数可调，使用灵活方便，结构简单。
【专利说明】光电二极管前置放大电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及光电二极管，特别是一种光电二极管前置放大电路。
【背景技术】
[0002]光电二极管能够根据所受光的照度来输出相应模拟电信号，因此广泛应用于光纤通讯、光纤传感和信号隔离等领域。工作于反向电压状态下的光电二极管受光照射时，会产生一个低量级的光电流，为实现进一步处理，必须对该光电流进行放大与处理。光电二极管与附属的前置放大电路，构成了光电探测器。
[0003]转换精度是光电探测器的一个重要指标，影响光电探测器转换精度的因素主要来自于两个方面，一方面是光电二极管本身的性能指标，另一方面则是信号在前置放大过程中受到的外部干扰。
[0004]前置放大电路中，共模干扰是外部干扰中的一个重要因素。通常应用于抑制抑制共模干扰的方法主要有两种:
[0005]1、使用双运算放大器对光电二极管信号两端同时进行提取，处理完成后同时进入一个运算放大器的正负输入端进行汇总。
[0006]2、使用两个光电二极管同时对信号进行采样，相应处理后再进入一个运算放大器的正负输入端进行汇总。
[0007]由于运算放大器适用于单端电流信号的提取，因此上述两种方法都是在此基础上进行的叠加，其缺点在于:
[0008]1、一个前置放大电路至少需要三个运放工作，再加上相应配置的电阻电容，系统结构复杂。多器件的误差累积、人为的选择、走线等都会对放大效果带来不可预知的影响。
[0009]2、部分环境下由于光路的限制，没有条件使用两个光电二极管同时对信号进行探测。
【发明内容】
[0010]为克服运算放大器功能的上述不足，本发明提供一种光电二极管前置放大电路。该前置放大电路对光电流进行放大的同时，能够有效抑制共模干扰，提高光电转换精度。该前置放大电路的放大倍数灵活可调，结构简单，易于实现与维护。
[0011]本发明的技术解决方案如下:
[0012]—种光电二极管前置放大电路，其特点在于:由光电转换模块、仪表放大模块和电压跟随模块组成，所述光电转换模块由光电二极管、电阻、第一电容、稳压源组成，所述仪表放大模块由仪表放大器、电位器、第二电容、第三电容、第一电源组成，所述电压跟随模块由运算放大器、第四电容、第五电容、第二电源组成；上述各器件的连接关系是:所述的光电二极管的负极同时与仪表放大器正输入端、第一电容的一端和电阻的节点相连，所述的电阻的另一端与所述的仪表放大器负输入端及稳压源Vcc连接，所述的光电二极管正极与第一电容另一端均接地，所述的电位器的一端和中间抽头与所述的仪表放大器的增益输入端连接，第一电源的正极与仪表放大器的正电源输入端连接，同时通过第二电容接地，第一电源的负极与仪表放大器的负电源输入端连接，同时通过第三电容接地，所述的仪表放大器输出端与所述的运算放大器的正输入端连接，第二电源的正极与所述的运算放大器的正电源输入端连接，同时通过第四电容接地，第二电源的负极与所述的运算放大器的负电源输入端连接，同时通过第五电容接地，所述的运算放大器的负输入端与输出端连接，作为总的信号输出。
[0013]本发明的前置放大电路原理如下:稳压源Vcc为光电二极管提供反向电压，光电二极管受光照射产生光电流i，光电流i加在电阻上产生的压差作为仪表放大器的差分信号输入，运算放大器用于对仪表放大器输出端信号进行隔离与缓冲，其输出端信号作为总的信号输出，电位器用于调节仪表放大器的放大倍数，第一电容与电阻构成低通滤波器，对信号进行低通滤波，第二电容、第三电容用于对仪表放大器的电源输入进行滤波，第四电容、第五电容用于对运算放大器的电源输入进行滤波。
[0014]本发明的技术效果:
[0015]本发明光电二极管前置放大电路对光电流进行放大的同时，能够有效抑制共模干扰，提高光电转换精度。
[0016]该前置放大电路在信号米集与放大部分仅米用了一个光电二极管和一个仪表放大器，结构简单，其放大倍数灵活可调，易于实现与维护。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明的光电二极管前置放大电路的结构图；
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明进一步说明。
[0019]先请参阅图1，图1为本发明的光电二极管前置放大电路的结构图，由图可见，本发明光电二极管前置放大电路，由光电转换模块、仪表放大模块和电压跟随模块组成，所述光电转换模块由光电二极管Al、电阻R1、第一电容Cl、稳压源Vcc组成,所述仪表放大模块由仪表放大器A2、电位器R2、第二电容C2、第三电容C3、第一电源Vl组成，所述电压跟随模块由运算放大器A3、第四电容C4、第五电容C5、第二电源V2组成；上述各器件的连接关系是:所述的光电二极管Al的负极同时与仪表放大器A2正输入端、第一电容Cl的一端和电阻(Rl)的节点相连，所述的电阻Rl的另一端与所述的仪表放大器A2负输入端及稳压源Vcc连接，所述的光电二极管Al的正极与第一电容Cl的另一端均接地，所述的电位器R2的一端和中间抽头与所述的仪表放大器A2的增益输入端连接，第一电源的正极Vl+与仪表放大器A2的正电源输入端连接，同时通过第二电容C2接地，第一电源的负极Vl-与仪表放大器A2的负电源输入端连接，同时通过第三电容C3接地，所述的仪表放大器A2输出端与所述的运算放大器A3的正输入端连接，第二电源的正极V2+与所述的运算放大器A3的正电源输入端连接，同时通过第四电容C4接地，第二电源的负极V2-与所述的运算放大器A3的负电源输入端连接，同时通过第五电容C5接地，所述的运算放大器A3的负输入端与输出端连接，作为总的信号输出。
[0020]图1中，本实施例的控制信号增强模块原理如下:稳压源Vcc为光电二极管提供反向电压，光电二极管Al受光照射产生光电流i，光电流i加在电阻Rl上产生的压差作为仪表放大器A2的差分信号输入,运算放大器A3用于对仪表放大器A2输出端信号进行隔离与缓冲，其输出端信号Vout作为总的信号输出，电位器R2用于调节仪表放大器的放大倍数，第一电容Cl与电阻Rl构成低通滤波器,对信号进行低通滤波，第二电容C2、第三电容C3用于对仪表放大器A2的电源输入进行滤波,第四电容C4、第五电容C5用于对运算放大器A3的电源输入进行滤波。
[0021]本实施例中，光电二极管Al选用绵阳超光通讯的GTlOl型光电二极管，仪表放大器A2芯片选用ADI公司的AD8221型芯片，运算放大器A3芯片选用德州仪器的LM324型芯片。
[0022]本实施例中，电阻Rl选择33.2K欧姆，电位器R2选择200K欧姆，第一电容(Cl)、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5均选择0.1微法。
[0023]本实施例中，反向电压Vcc选择5V，仪表放大器A2的第一电源和运算放大器A3的第二电源均选择±15V。
[0024]本实施例中，该仪表放大器的最小放大倍数为1.25，可根据需要通过调节电位器R2的方式增加放大倍数。
[0025]本实施例中，该前置放大电路应用于实际，经测试对于共模干扰可将信噪比提高约2.5倍。
[0026]实验表明，本发明光电二极管前置放大电路对光电流进行放大的同时，能够有效抑制共模干扰，提高光电转换精度。该前置放大电路的放大倍数灵活可调，结构简单，易于实现与维护。
【权利要求】
1.一种光电二极管前置放大电路，其特征在于:由光电转换模块、仪表放大模块和电压跟随模块组成，所述光电转换模块由光电二极管(Al)、电阻(R1)、第一电容(Cl)、稳压源(Vcc)组成,所述仪表放大模块由仪表放大器(A2)、电位器(R2)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第一电源(Vl)组成，所述电压跟随模块由运算放大器(A3)、第四电容(C4)、第五电容(C5)、第二电源(V2)组成；上述各器件的连接关系是:所述的光电二极管(Al)的负极同时与仪表放大器(A2)正输入端、第一电容(Cl)的一端和电阻(Rl)的节点相连，所述的电阻(Rl)的另一端与所述的仪表放大器(A2)负输入端及稳压源Vcc连接，所述的光电二极管(Al)正极与第一电容(Cl)另一端均接地，所述的电位器(R2)的一端和中间抽头与所述的仪表放大器(A2)的增益输入端连接,第一电源的正极(VI+)与仪表放大器(A2)的正电源输入连接，同时通过第二电容(C2)接地，第一电源的负极(V1-)与仪表放大器(A2)的负电源输入连接，同时通过第三电容(C3)接地，所述的仪表放大器(A2)输出端与所述的运算放大器(A3)的正输入端连接，第二电源的正极(V2+)与所述的运算放大器(A3)的正电源输入连接，同时通过第四电容(C4)接地，第二电源的负极(V2-)与所述的运算放大器(A3)的负电源输入连接，同时通过第五电容(C5)接地，所述的运算放大器(A3)的负输入端与输出端连接，作为总的信号输出。
【文档编号】H03F3/45GK103986431SQ201410206833
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2014年5月16日
【发明者】袁丰华, 王向朝, 李中梁 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所