AD795KN+LM741C弱光强检测系统的电路设计与制作(6)
虽然一些参考书中注明高输人阻抗运算放大器可以不考虑输人端的阻抗平衡, 但是用于光电探测的前级放大电路, 却有显著区别。以全息防伪产品特性检测过程中光电探测器为例，用100Hz的测试交变光强对如图2.5的设计电路所示进行实验。匹配电阻 凡对信号输出的影响如图2.6所示。
图2.5 光电检测示例电路原理图
图2.6 匹配电阻对输出信号的影响
在相同光照度下, 图2.6(a)是配置匹配电阻 的信号输出；图2.6(b)为未配置匹配电阻即 的信号输出。分析所测数据, 图2.6(a)输出信号有效值约为70mV, 噪声值小于3mV；图2.6(b)输出信号有效值约为35mV, 噪声值却大于15mV。图2.6(b)电路输出信号幅值约为图2.6(a)输出信号幅值的一半, 而噪声幅值却为图2.6(a)噪声幅值的五倍以上, 即配置匹配电阻电路的信噪比是未配置匹配电阻电路信噪比的10倍以上。可见, 配置匹配电阻不仅可以提高前级增益, 而且可以降低电流噪声, 从而较大幅度的提高了信噪比和测量精度。
2.3.2 滤波电路
在放大器的输出和光电池输出之间加一个RC滤波电路, 限制了放大器输出信号的带宽, 滤掉经过放大的噪声和放大器本身的噪声。
2.3.3 运算放大器的工作温度
由运算放大器的温度特性可知,温度每升高10℃,运算放大器的偏置电流将增加1倍,从而降低微弱电流测量的灵敏度和准确度。为此,尽可能降低电源压,增大负载电阻,以减小运算放大器的工作电流,降低工作温度。
2.3.4 布局布线
在电路设计中为了保证为后级提供可靠稳定的信号,应按信号流程布局。布线时前、后级间不应串绕,避免大、小信号间的藕合。为了提高信噪比,电阻选低噪声的1%精度金膜电阻电容选低噪声的瓷介、云母或担电容电源两级LC滤波,降低噪声电源线尽量远离输入信号线信号输入线用尽量短的屏蔽电缆在电源部分和放大器的输出部分大面积敷铜，放大器的输人部分大面积敷铜,与电源一点接地整个放大器用金属屏蔽。
2.4 低噪声光电检测电路的设计原则
设计低噪声光电检测电路时，一般应遵循以下几项原则：
(1) 光电检测电路采用电流放大型时，光电二极管应采用无偏压的工作方式，这样可减小光电二极管的暗电流，提高检测精度；
(2) 电路的反馈电阻在满足通频带宽度和输出信号范围的情况下应尽可能大，这样会增大输出信噪比，同时也提高了电路的信号放大倍数；
(3) 选用前置放大器时，应选用超低偏置电流的运放，以提高检测的灵敏度和精度。当反馈电阻较大时，偏流会在反馈电阻上产生偏移电压，这样会给检测带入误差；
(4) 电路的工作环境温度越小，输出的信噪比越大。所以，应尽可能使检测电路在较低的温度环境下工作。
(5) 为了减小系统的外部噪声，光电检测电路必须用金属外壳来屏蔽外界电磁干扰，同时外壳要接地。另外，摩擦电、外界振动、输入连接及输入电缆等都会引起误差和漂移， 故要尽可能严格的连接，避免电缆的振动。优质的低噪声或地渗露电缆可以缩减泄露电流，并尽可能缩短输入连接线路的高度。
3 弱光强检测电路的方案选定
3.1 前置放大电路的设计
光电探测器前级放大电路的设计通常从两方面着手： 一是设计合适的电路形式； 二是选择合适的运放。
影响微弱缓变电流测量灵敏度的首要因素是运算放大器的偏置电流 , 其次是噪声电压和零点漂移。要实现微电流的测量, 运算放大器要满足：（1）偏置电流 <被测电流 ；（2）输入阻抗 >反馈电阻 ；（3）增益、共模抑制比高；（4）失调电压及漂移小；（5）噪声小。