AD795KN+LM741C弱光强检测系统的电路设计与制作(4)
1.2 光电检测技术的发展趋势
随着世界各国的激烈竞争正以日新月异的速度突飞猛进及科研技术的提高，光电检测技术的发展趋势主要表现在：
高精度方向发展：检测精度向高精度方向发展，纳米、亚纳米高精度的光电测量新技术是今后的发展热点；
智能化方向发展：检测系统向智能化方向发展，如光电跟踪与光电扫描测量技术；
数字化方向发展：检测结果向数字化，实现光电测量与光电控制一体化方向发展；
多元化方向发展：光电检测仪器的检测功能向综合性、多参数、多文测量等多元化方向发展，并向人们无法触及的领域发展，如微空间三文测量技术和大空间三文测量技术；
微型化方向发展：光电检测仪器所用电子元件及电路向集成化方向发展；光电检测系统朝着小型、快速的微型光、机、电检测系统发展；
自动化方向发展：检测技术向自动化，非接触、快速在线测量方向发展，检测状态向动态测量方向发展。
1.3 论文的研究内容
1.3.1 课题需要解决的主要问题
光电检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术，从原理上讲光电检测技术可以检测一切能够影响光量和光特性的非电量。它主要利用电子技术来对光学信号进行检测，并进一步传递、储存、控制、计算和显示。其原理是通过光电探测器件将光学信息量变换成电信号，并进一步经过电路放大、处理，以达到电信号输出的目的。然后采用电子学、信息论、计算机及物理学等方法分析噪声产生的原因和规律，以便于进行相应的电路改进，更好地研究被噪声淹没的微弱有用信号的特点与相关性，从而了解非电量的状态。微弱信号检测的目的是从强噪声中提取有用信号，同时提高检测系统输出信号的信噪比。微弱光信号的检测在许多领域都有应用，检测方法多种多样，但常用的方法由于灵敏度有限，难以满足要求。
在光电检测电路中, 一般采用光电探测器来获取光信息或其它信息如位移、温度、型变等, 其基本原理是把调制到光载波上的有用信号解调出来,实现光信号到电信号的转换, 测量电信号的变化, 从而实现对光信号的测量。通常, 光电检测电路由光电检测器件和前级放大电路组成。其中, 前级放大电路的作用是保证光电器件和后级电路处于最佳的工作状态。弱光强信号检测系统前级放大电路的设计对整个系统性能起决定性作用。因为在后级电路中, 常常有上百倍甚至千倍的放大设计, 在信号放大的同时, 也放大了噪声。所以在微弱信号探测研究中不仅要进行后级放大和滤波环节的设计与改善, 而且前级信号放大电路的精确设计也非常重要。
1.3.2 论文的主要架构
本文从弱光信号检测系统的电路设计方案入手，论述了光电检测电路的基本工作原理，同时从电路形式设计和器件选择两方面论述了光电检测系统前置放大电路的设计要点，给出了采用AD795KN为前置放大器来设计放大电路、LM741C为放大器的有源滤波电路以及主放大电路，最终完成低噪声弱光强检测电路的设计。
2 弱光强检测电路的设计理论
2.1 光电检测电路分析
2.1.1 电路基本原理
用光电二极管组成的光电检测电路， 实际上是一个光→电流→电压的变换器。首先由光电二极管将接收的光信号变成与之成比例的微弱电流信号， 再通过运放和反馈电阻组成的放大器变换成电压信号。其基本电路如图2.1所示。
图2.1 光电流_电压转换电路
假定运放为理想的运放， 其输入电阻和放大倍数都为无穷大， 则输出电压为 。理论上，系统的输出电压 的值与输入电流 成线性关系，灵敏度由反馈电阻 确定。而实际应用中， 由于要受到运放失调电压 与偏置电流 的影响， 其输出电压总要产生误差。误差电压一般为：