光电检测与应用课程设计1.doc

目录： 1.引言 ………………………………………………………………………………1 2.检测原理 …………………………………………………………………………2 2.1.输入信号电路 ………………………………………………………………………………2 2.2.放大信号电路 ………………………………………………………………………………2 2.3.滤波电路 ……………………………………………………………………………………5 3.实验结果 …………………………………………………………………………9 4.结果讨论与总结 ………………………………………………………………10 5.参考文献 ………………………………………………………………………11 一．引言 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。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。 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，因此，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。 本课设的研究对象就是弱光高频小信号的光电检测，通过光电二极管接收光信号转换成电信号，在进行放大滤波得到高频信号输出，高频小信号探测电路在日常生活中应用也很广泛，例如飞机黑匣子信号的探测，各种接收机等，本次课程设计主要是模拟弱光信号进行探测处理。 检测原理 本检测电路共分为三个部分：输入信号电路，放大电路和滤波电路。下面分别对三个部分进行工作原理原理及构造解释。 2.1.输入信号电路： 输入信号电路由7MHz（5V)正弦波发射器，稳压二极管，三极管，LED以及390Ω，65Ω电阻组成。 本次设计主要是探测弱光信号， 所以为了模拟出弱光信号这里采7MHz（5V）的正弦波信号，通过光电耦合器件输出到高频放大电路，为使信号稳定输出，本次课设采用图1所示电路，稳压管和三极管可以使光电耦合器件输出一个稳定的信号。 图1 输入信号电路电路图 2.2.放大电路 一般输入的信号都含有我们不需要的直流信号，所以一般需要过滤掉直流信号，所以放大电路这里选用阻容耦合放大器。 （1）阻容耦合放大器原理： 阻容耦合放大器原理图如图2-(1)所示。 其中与为耦合电容。耦合电 容的容量应足够大，即对于交流信号 近似为短路。其作用是“隔离直流，通 过交流”。当输入信号含有直流信号时， 可以将其过滤，直流信号Vcc经过 通过发射极接地、经过Rc后通过电容器 ，输出的信号不含直流电。这样正弦信 号中的直流电就被阻容耦合放大电路过滤 掉，仅剩下交流高频小信号电流。 图2-（1）耦合放大电路电路图 图2-（2），图2-（3）为阻容耦合放大电路的直流通路和交流通路的电路图。 图2-(2) 直流通路 图2-（3） 交流通路 （2）电路失真： 由于三极管特性的非线性会造成电路的非线性失真，使输入信号波形与输出信号波形存在差异，电路中的失真分为截止失真和饱和失真，下面对三极管造成的电路信号失真进行分析。图2-（4）为放大电路波形的分析，直流负载线与交流负载线一定会在Q点相交。但由于失真效应，真正的波形图与图2-（4）并不相同。 图2-（4） 放大电路波形分析图 截止失真： 由于三极管在部分时间内截止而引起的失真成为截止失真，其具体原因为静态工作点过低引起 i、i 、U失真。图2-（5）为i、i、U波形分析，由图可知其输出信号与输入信号有差异。 （a） i波形分析