[發明專利]一種用于光強檢測的前置放大及量程自動轉換電路

有效

• 申請號: 201310223397.6
• 申請日: 2013-06-07
• 公開（公告）號: CN103323111A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 朱惠宗;許四云;張兵;倪新龍;鄧焯泳;馮金垣
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01J1/46
• 分類號: G01J1/46
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及光強檢測領域。

背景技術

由于在光強檢測系統中需要探測的光強動態變化范圍可能很大，而測量時既要考慮分辨率，又要兼顧測量范圍，運用量程自動轉換技術就能較好地解決這個問題。

現有的光強信號放大電路大多只追求高增益，但忽略了對測量范圍的考慮，而且存在溫漂、噪聲偏大、失調電壓偏大等問題，不能滿足光強檢測系統的實際應用需求。因此，研究出用于光強信號檢測的、能夠兼顧分辨率和測量范圍的、高性能的前置放大及量程自動轉換電路就顯得非常必要。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提出了一種高性能的用于光強檢測的前置放大及量程自動轉換電路。

一種用于光強檢測的前置放大及量程自動轉換電路，包括用于探測光強信號的PIN光電二極管，還包括前置運算放大器和模擬開關，光電探測器的正極接電源地，光電探測器的負極與前置運算放大器的反向輸入端相連，前置運算放大器的反向輸入端依次通過第一電阻和第一電容連接到電源地，前置運算放大器的同相輸入端與電源地相連，前置運算放大器的兩個外接電容端分別通過第二電容和第三電容連至前置運算放大器的電容接回端，前置運算放大器的負電源端接負電壓源，前置運算放大器的正電源端接正電壓源，前置運算放大器的反向輸入端先后通過第二電阻和第三電阻連至電源地，作為可變電阻的第五電阻的兩個固定端分別與正、負電源相連，第五電阻的動端依次通過第四電阻和第三電阻連至電源地，前置運算放大器的反向輸入端通過第四電容連至前置運算放大器的輸出端，所述模擬開關是雙四路模擬開關，模擬開關的X通道第一輸入端通過第六電阻連至前置運算放大器的反向輸入端，模擬開關的X通道第一輸入端與其Y通道第一輸入端相連，模擬開關的X通道第二輸入端通過第七電阻連至前置運算放大器的反向輸入端，模擬開關的X通道第二輸入端與其Y通道第二輸入端相連，模擬開關的X通道第三輸入端通過第八電阻連至前置運算放大器的反向輸入端，模擬開關的X通道第三輸入端與其Y通道第三輸入端相連，模擬開關的X通道第四輸入端通過第九電阻連至前置運算放大器的反向輸入端，模擬開關的X通道第四輸入端與其Y通道第四輸入端相連，模擬開關的地端與電源地相連，模擬開關的負電源端與負電壓源相連，模擬開關的正電源端與正電壓源相連，模擬開關的X公共輸出端與前置運算放大器的輸出端相連，模擬開關的Y公共輸出端依次通過第十電阻和第五電容連至電源地，第五電容的正極與第十電阻相連，第五電容的負極與電源地相連，從第五電容的正極引出整個電路的輸出電壓，第一電容、第二電容、第三電容以及第四電容是無極性電容，第五電容是電解電容。

進一步的，前置運算放大器采用芯片ICL7652，模擬開關采用芯片74HC4052。

本發明能夠兼顧分辨率和測量范圍的關系，能夠在較低成本下實現很高的性能。光電探測器D1用于探測輸入光強Pi，把光信號轉化為光電流信號，前置放大電路的作用就是有效地把光電二極管產生的微弱光電流轉化為較大的電壓信號；第一電容C1用于濾除光強波動產生的高頻噪聲，第二電容C2和第三電容C3用于芯片失調電壓的周期性的動態補償，第十電阻R10和第五電容C5組成的濾波電路用來濾去前置運算放大器ICL7652的斬波尖峰噪聲；第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4及第五電阻R5組成了暗電流補償電路，可以通過調節變阻器第五電阻R5來產生與暗電流大小相等、方向相反的電流進行補償；第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9決定了雙四路模擬開關U2四個量程的放大倍數，相鄰電阻之間呈一定的倍數增加。當電路上電后，量程轉換電路自動將量程設置為最高檔，即前置放大電路的增益最大，A/D轉換器每隔一段時間讀取一次輸出電壓Vo進行超量程或者欠量程判斷；判別標準以A/D轉換器的輸入上限的95%作為其上閾值Vmax，以A/D轉換器上限的9%作為下閾值Vmin，Vo>Vmax為超量程，Vo<Vmin為欠量程；若超量程，則外接微處理器程控信號控制量程由高到低變化，直至輸出電壓Vo介于Vmax和Vmin之間；若輸入光功率Pi變化后導致現量程不合適，則電路自動根據Pi的變化趨勢決定量程的增減，直到量程重新合適為止。本發明具有低噪聲、高增益、高共模抑制比、失調小、可探測光強動態范圍大等優點。

附圖說明

圖1是本發明的電路原理圖。

具體實施方式