AD795KN+LM741C弱光强检测系统的电路设计与制作(7)
本设计选择AD795KN作为前置放大器，AD795KN的主要性能如下：
◇ 失调电压为25 ，最大为250 (K级)；
◇ 失调电压漂移最大为3 / (K级)；
◇ 输入偏置电流在25 时，最大为1 (K级)；
◇ 0.1-10 电压噪声为2.5 ；
◇ 1/ 转折频率为12 ；
◇ 电压噪声在100 处为10 / ；
◇ 电流噪声在100 处为0.6 / ；
◇ 在±15 V时的功耗为40 ；
◇ 增益带宽乘积为1 ；
3.1.1 前置放大电路设计方案一
设计方案一电路如图3.1所示。电路在运放的同相输入端串联电阻 来消除运放的偏置电流造成的偏压误差( 包括由温度引入的偏置电流漂移的影响),通常 = 。这种电路的缺点是电阻 会引入热噪声,常可用 与之并联以减小噪声频带。此外, 由于偏置电流还会引入压降,使光电二极管产生暗电流。当选用偏置电流为 级的运放时,实际应用中可忽略偏置电流的影响.故没必要引入电阻 。
图3.1 前置放大电路设计方案一
3.1.2 前置放大电路设计方案二
设计方案二电路如图3.2所示。电路用T型电阻网络来代替反馈电阻, 这种电路的优点是可以用小阻值电阻组成的T型网络来代替大阻值的反馈电阻 (通常 m1),以减小电阻的寄生电容的影响, 提高信号的频带宽度。
这种电路的缺点是, 运放的偏移电压、电压噪声及电阻 产生的热噪声都比非T型网络放大了 倍, 而 m1, 可见这种电路的噪声较大, 精度较差。
图3.2 前置放大电路设计方案二
3.1.2 前置放大电路设计方案三
设计方案三电路如图3.3所示。电路用两个运放组成一个复合放大器,它由一个内反馈电路与外反馈电路组成，具有降低噪声带宽而不影响信号频带的特点。在外反馈电路基础上附加的内反馈电路，可用 、 、 来控制U2A的增益响应特性。在直流情况下, 该反馈由 断开, 此时放大器的开环增益是两个放大器开环增益的乘积。合理地设置 / 的比值具有减小噪声带宽的功效。
图3.3中， 是为了补偿因 过大所造成的直流误差， 上的并联电容 用于去除它上面的杂散噪声。外反馈电阻 上并联的电容 为消振电容，其作用是减小电路的通频带。要注意U1A 的正、负输入端的连接与单运放的连接不同,正好颠倒,这是因为复合放大器的输入极性由U1A、U2A共同决定。本课题前置放大电路部分采用设计方案三。
图3.3 前置放大电路设计方案三
3.2 滤波电路的设计
为使电路设计简洁并具有良好的信噪比,设计时还需要用带通滤波器对信号进行理。为保证测量的精确性，在前置放大电路之后加人二阶带通滤波电路，以除去有用信号频带以外的噪声，包括环境噪声及由前置放大器引人的噪声。这里采用的有源带通滤波器可选通某一频段内的信号，而抑制该频段以外的信号。该滤波器的幅频特性如图3.4所示。图3.4中， 、 分别为上下限截止频率， 为中心频率，其频带宽度为：
式中，Q为品质因数，Q值越大，则随着频率的变化，增益衰减越快。这是因为中心频率
一定时，Q值越大，所通过的频带越窄，滤波器的选择性好。
图3.4 二阶带通滤波器的幅频特性
3.2.1 滤波电路设计方案一
典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成，如图3.5所示电路。这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制。
图3.5 典型带通滤波器
若 为同相比例运算电路的输入，比例系数为：