光 电转 换 及调 理 电路 的设 计
李 岩 哈 尔滨 师 范 大学 １０２ ５０ ５
【 摘
要】 时代在发展 ， 人类在进 步， 科学技 术使 社会有 了质的飞跃， 光在人 类生活中扮 演着越 来越 重要 的角 色， 在科 学领域 更是拥有重要地位。
尤其是在 电子测量 、 通讯、 传感等领域。因此 ， 新兴的光 系统和原有的 电系统的融合将会是未来一段 时间里亟待解决的问题 和长期 的研 究方向。从而 掌握光电转换的理论基础和原理 、 实现的方法 、 如何提 高放大倍数等方面的知识对光电转换技术有着重大的现实意义。 【 关键词 Ｊ 光电转换 放大电路 滤波电路 中图分类号：Ｂ ７ 文献标识码 ： 文章编号 ：０９— ０７ ２ １ ）４—０ ２ ０ Ｔ５ Ａ １０ ４６ （０ ０ ０ １６— ２
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１ ．光电转换电路的基本构成
由于光 电探测管接收到的信号一般都很微弱 ， 无法直接进行处理 ， 而且光探测管输出的信号也通 常被 噪声埋 没， 因此 ， 需要对 的这些微 弱 信号 进 行处 理 ， 进 行预 处 理 以 将 大 部 分 噪声 滤 除 掉 ， 将 微 弱 信 号 放 先 并 大到 后 续处 理 器 所要 求 的 电压 幅度 。这 样 ， 以 通 过 前 置 放 大 电 路 、 可 滤 波 电路 和 主放 大 电路 输 出幅 度 合 适 并 且 经 过 滤 除 掉 大 部 分 噪 声 的待 测 信号。在控制室内通过驱动半导体激光器使之发光 ， 出的光再经过耦 发 合器耦合到光纤中， 之后传输到待测的现场 ； 这样光 能通 过光电转换器 转化为电能提供 给有源器件 。在半 导体激光管的驱动 电路 中加 入了相 应的稳压电路 ， 电转换 电源则主要应用于远端的电子器件。 光 由于 Ｆ Ｇ传感器是以光信号作为转换和传输的载体， Ｂ 因此需要通过 电子处理构成解调仪器 ， 就首先借助光检测放大器完成光信号到电信号 的转换 ， 再将被调制到光载波上的外 界变化量转换成 电信 号输 出。而后 续的电子处理的精度与检测放大器输 出的电信号的精度有很大关系 ， 因 而光检测放大器的电路设计非常重要。光电检测 电路的转换模式为光一 电流一电压 ， 在检测 电路 中 由光 电探测 管完成光一 电流 的转换。由于 Ｆ Ｇ传感器信号光的带宽为０ ２ｎ 并且具有较低 的光功率 ， Ｂ ． ｍ， 经过长距离 传输后到达光检测器的信号将会非常微弱 ， 又因为信号的频率很低 ， 光检 测放大器将 ＰＮ接收的光信号功率变换成与之对应 的微弱 电流信号 ， Ｉ 再 通过运算放大器变换为电压信号 ， 在放大电路中存 在器件 的固有 噪声 和 由供电电源引起 的噪声 ， 因此依照弱信号检测理论 ， 在电路设计中必须采 取多项措施抑制噪声来提高信噪 比， 满足后续 电子处 理电路对信号 的要 求。光电探测器 ＰＮ管相 当于电流源， Ｉ 完成光功率到电流的转化。
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０ 引 言 ．
随着光纤技术的成熟 ， 许多基 于光纤光栅 的研究都成 为了人们热衷 的研究对象 ， 利用光纤光栅技术对一些物理量采集，之后再进行光 电的 变换将光信号转换成 电信号使之 为人们所用 ， 由于 Ｆ Ｇ传感 器是以光 Ｂ 信号为变换 的传输载体 ， 因此要 借助 电子 处理构成 硬件解调 仪器。 目 前， 许多报道采用匹配光栅滤波法 、 非平衡 Ｍ—ｚ于涉法等进行解调和 Ｆ Ｐ腔 的正交解调 ， 但其 调谐范围太小 ， 能进行分布式 传感 。而用 自 不 由谱宽的可调谐光 纤 Ｆｂｙ—ＰｒｔＴ ａｒ ｅ （ ＦＦ—Ｐ 滤波 器却克服 了这 些缺 ｏ ） 点， 基于 ＇ Ｉ Ｆ—Ｐ滤波技术对传感 Ｆ Ｇ进 行扫描并建立 智能化硬件 解 Ｔ Ｂ 调 电路 是 研 究 的关 键 。
（ 槽型光电传感器 ， １ ） 它是把光发射器和光接收器互相对立地 装在一 个槽的两侧因此称为槽形光电。能够发射红外线或可见光 ， 在没有遮挡 时光接收器能接收到此光 。如果被检测物体从槽 中通过的时候光路被遮 挡， 则光电开关会输出一个开关控制信号 ， 去切断或接通负载电流， 完成 次控制动作。但是槽形开关的检测距离只有几厘米 ， 所以较少采用 。 （） ２对射型光电传感器 ， 把发光器和收光器分离开这样可 以使检测的 距离增大 。发光器和收光器分离并对立放置 的光电开关被称为对射分 离 式光 电开 关 ， 简称 对 射 式 光 电开 关 。它 的检 测 距 离 一般 可 达 几 米 到 几 十米。在使用时只要把发光器和收光器分别装在检测物通过的两侧， 当 检测物通过时阻挡光路 ， 么接收光器就输 出一个 开关控制信号。 那 （） ３反光板型光 电开关 ， 是把发光器和收光器装入在一个装置内， 并 且在前方装有一块反光板 ， 通过反光板反射完成光电控制称为反光板 反 射式光 电开关。通常情况下， 发光器发出的光被反光板反射回来然后 又 被收光器收到； 一旦光路被检测物挡住 ， 收光器收不到光时， 电开关就 光 输 出一个开关控制信号， 完成一次控 制， 它的检测头里装也有一个发光 器 和 一 个 收光 器 ， 前方 没 有 反 光板 。正 常 情 况下 发 光 器发 出 的光 收 光 但 器是找不到的。当检测物通过时挡住 了光， 并把光部分反射 回来 ， 收光 器就收到光信号 ， 出一个开关信号 。由于光纤受环境影 响小并且抗 电 输 磁干扰强 ， 因而： 前端放大和主放大。 前端放大选择 的芯片是 ＡＤ ４ ， Ｄ ４ ５ ９ Ａ ５９是具有极低输入偏置电流的 单片电路静 电计 型运算放大器 ， 为达到高精度 的 目的， 输入偏置电流和 输入偏置电压漂移均通过激光调节 ， 合于低输入电流和低输入偏置电 适 压 的场合 ， 也特别适合用作各种 电流输 出的传感器， 如光 电二极管 、 光电 倍增管等的前置放大器。本项 目选择该芯片 目的是 因为探测 的光信 号 非 常微弱 ， 通过该片可以得到精度的调节 。 主放大器选用的是 Ａ ８ ３ Ａ Ｓ放大芯片。前级放大部分 由光电转 Ｄ ０３ Ｋ 换二极管与前级放大器组成 ， 也是光电检测电路 的核心部分 ， 这 其器件 选用高性能 的低噪声运算放大器来 实现 电路匹配并将光电流转换成 电 压信号， 以实现数倍 的放大。然而， 虽然前级放大倍数可 以设计得很大 ， 但 由于反馈 电阻会引入热噪声而限制电路的信噪 比， 因此前级信号不能 无 限 放大