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前置放大器在微弱信号检测中的应用进展 学 院：物理与电子工程学院 专 业：自动化 班 级：13级7班 学 号姓 名：梁检满 指导教师：秦 怡 日 期：2013年12月31日 摘要 光电检测系统中光电器件紧密连接一个低噪声前置放大器，它的任务是:放大光电探测器件所输出的微弱电信号；匹配后置处理电路与探测器件之间的阻抗。对前置放大器的要求是:低噪声、高增益、低输出阻抗、足够的信号带宽和负载能力，以及良好的线性和抗干扰能力。针对不同类型的光电检测系统的相应的前置放大电路的种类不同有T型网络前置放大电路、差分式前置放大电路、双运放前置放大电路、高阻型前置放大电路，低阻型前置放大电路等等。 关键词：前置放大电路，微弱光信号检测，光电转换  目录 摘要 I 引言 1 1 光电检测电路模块 2 2 前置放大电路设计 3 2.1 T型网络前置放大电路 3 2.2 差分式前置放大电路 4 2.3 改进型差动输入前置放大电路 4 3 双运放前置放大电路的设计 7 4 微变光信号检测前置放大电路的设计与分析 8 4.1 微变光信号检测前置放大电路的设计之一 8 4.2 微变光信号检测前置放大电路的设计之二 8 4.3 微变光信号检测前置放大电路的设计之三 9 5 根据电阻划分的前置放大电路的设计 11 5.1 低阻型前置放大器 11 5.2 高阻型前置放大器 11 5.3 跨阻型前置放大器 12 参考文献 14  引言 微弱信号的检测和处理技术主要运用迅速发展起来的电子学、信息论以及物理方法等加以分析噪声，对信号进行检测、采集有用信号。微弱信号不仅信号本身的幅度较小，而且往往都是淹没在背景噪声之中。而其中的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。它主要利用电子技术对光学信号进行检测, 并进一步传递、储存、控制、计算和显示[。光电检测技术从原理上讲可以检测一切能够影响光量和光特性的非电量。它可通过光学系统把待检测的非电量信息变换成为便于接受的光学信息, 然后用光电探测器件将光学信息量变换成电量, 并进一步经过电路放大、处理, 以达到电信号输出的目的。由于光电探测器所接收到的信号一般都非常微弱而且光探测器输出的信号往往被深埋在噪声之中的特点, 要对这样的微弱信号进行处理, 一般都要先进行预处理, 以将大部分噪声滤除掉,并将微弱信号放大到后续处理器所要求的电压幅度。这样, 就需要通过前置放大电路、滤波电路和主放大电路来输出幅度合适、并已滤除掉大部分噪声的待检测信号。 1 光电检测电路模块 上图为光电检测电路模块示意图 前置放大电路位于光电转换器后级放大电路之间对整个光电检测系统性能的影响很大，为得到有用的信号设计低噪声，高精度的前置放大电路就变得非常重要。 2 前置放大电路设计 一般的前置放大电路 有上图可得如下关系 可见输出电压Vo呈线性比例关系，其比例系数为Rf/R1改变Rf可方便的改变前置放大电路的斜率。但是要保证其线性变换精度，必须要求rso很大，否则会产生变换误差。光信号的灵敏度与所接的反馈电阻Rf有关，灵敏度越高反馈电阻越大，对电阻、量程转换开关的绝缘要求就越高，稳定性就越难保证。而反馈电阻增大，会带来电阻的热噪声电流，这在实验中是难于接受的。 2.1 T型网络前置放大电路 在理想状态下电路放大率为 当时，运算放大器开环增益A1时 可见放大器增益仅与外部T型电阻网络有关,选用不同网络电阻比值得到电阻比值精度较高、稳定性较好，闭环增益精度和稳定性也会提高，由于反馈电阻扩展了(1+Rx/R2)倍，既减少了热噪声影响，又减少了对运放输入偏置电流的影响。但是，单通道输入的情况下，当输入为不稳定误差信号时，输出端必然也为不稳定误差信号，这使得电路的稳定性很难保证。必须想办法克服这个缺点。 2.2 差分式前置放大电路 在所挑选的两个光电器件的特性参数尽量一致的情况下，差分式光电检测电路不但能减小暗电流的影响，也能减小温度变化引起的测量误差；另外，由于检测光路与参考光路为一个光源，光源的漂移和波动不会对检测结果带来太大的误差。 计算可得： 电容C为超前校正电容，用于防止运放发生自激，同时还可以减少输直流电平的纹波，其值一般为0.1~0.22μF。由于此电路对电阻匹配要求较高，在电阻不匹配的情况下，会引入不要的动态误差。 2.3 改进型差动输入前置放大电路 由上述三种前置放大电路比较分析，我们综合各种电路优点设计出了一种双运放前置放大电路。 双运放差动输入前置放大电路的使用效果，结构、性能等都优越于面所提的单运放前置放大电路[6]。并且通过对反馈电阻的扩展，减小电阻所带来