光电检测技术中的微弱光信号前置放大电路设计

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微弱信号检测前置处理模块电路设计

微弱信号检测前置处理模块电路设计孙韩【摘要】从Y光纤斐索型激光干涉微振动检测仪的微弱信号检测实际需求出发,基于高速DSP数据采集与处理系统,采用集成运放芯片AD620,设计了一种能实现前置放大、带通滤波、电平抬升、增益可调等功能的前置处理模块电路。

经实验测试,该电路设计具有抑制噪声、抗干扰能力强,信号放大、带通滤波效能高等的优点,能有效进行微弱信号前置放大、去噪等处理,为后续A/D转换和高速DSP数据采集奠定基础。

%According to the actual demand of weak signal detection of Y type optical fiber Laser in-terference micro vibration detector,based on high-speed DSP data acquisition and processing system, using the integrated operational amplifier AD620 chip,a kind of pre-processing module circuit which can realize function of pre-amplifier, band-pass filter, level up and gain adjustable is designed. Through experimental test,the circuit designed in this paper has a strong suppress noise and anti-in-terference ability,the advantages of signal amplification and band-pass filtering efficiency higher. It can also effectively amplify a weak signal and suppress the noise,and lay a foundation for subsequent A/D conversion and high-speed DSP data acquisition.【期刊名称】《江西科学》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】4页(P598-601)【关键词】微小振动测量;微弱信号检测;前置处理模块;电路设计【作者】孙韩【作者单位】安徽大学电子信息工程学院，230601，合肥【正文语种】中文【中图分类】TN248微振动测量广泛应用于石油勘探，各种发电机组、机床及桥梁的振动监测，高层建筑晃动测试，船舶及飞机等的发动机振动分析中。

微弱电流信号的检测和放大电路.doc

图
电压放大器结构合理，准确得实现了电压放大功能。
经I/V转换器后电压（通道B），经一级差分式放大电路后输出电压（通道C）,经二级差分式放大电路后输出电压(通道D)波形对比如图9所示：
图9运算放大电路输入输出电压波形对比
3.
本设计采用开关式相敏检波电路。相敏检波电路是具有鉴别调制信号相位和选频能力的检波电路。其结构如图10所示。
要求：电路要包括电流/电压转换电路，信号放大电路，调制和解调电路，并采用multisim仿真。
三、设计时间及进度安排
设计时间共两周（2015.6.23～2015.7.3）,具体安排如下表：
周安排
设计内容
设计时间
第一周
布置设计任务和具体要求及设计安排；提出设计思路和初步设计方案、根据设计方案，进行具体的设计，根据指导意见，修改具体设计；仿真实现设计要求，指导、检查完成情况。
15.06.23-15.06.26
第二周
设计、仿真，撰写、完成专业模块设计报告,验收、考核
15.06.29-15.07.03
四、指导教师评语及成绩评定
指导教师评语:
年月日
成绩
指导教师(签字):
第一章课程设计的目的
课程设计是学生理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次综合性专业设计训练。通过课程设计使学生获得以下几方面能力，为毕业设计（论文）奠定基础。
经过相敏检波输出电压为4.327V，输入输出电压如图13所示。
图
经过相敏检波电路的波形如图14所示：
图14相敏检波电路输出波形
4.
为了给相敏检波电路提供同频方波信号，实现检波功能。其结构如图15所示。
图
其同向端接地，反向端接入高频正弦来自压信号（1KHZ），输出端为方波信号。当反向端正弦电压小于0时，输出高电平；当反向端输入的正弦电压大于0时，输出低电平。所以输入正弦波输出为反向的正弦波。输入信号和输出信号对比如图16所示。

微弱信号报告

智微弱信号检测结课报告题目：微弱光信号检测与采集组员分工：魏源璋（写报告）钟笛（演讲）王法（PPT制作）学院：机电学院专业：测控技术与仪器指导教师：宋俊磊微弱信号检测报告----微弱光信号检测绪论 (2)一、光电检测原理.............................. 错误！未定义书签。

1.1 光电检测与采集原理 ...................... 错误！未定义书签。

1.2 光电转换 .......................................... 错误！未定义书签。

二、信号检测前置放大电路设计 (4)2.1噪声来源分析 (4)2.2前置放大电路设计 (4)三、锁定放大器 (7)3.1、基本原理 (7)3.2、锁定放大参数分析 (9)四、A/D采集及软件设计.................. 错误！未定义书签。

4.1、ADC0809芯片介绍 (11)4.2、A/D启动及程序流程 (12)4.3、硬件接口图 (13)绪论微弱信号不仅意味着信号的幅度很小，而且主要指的是被噪声淹没的信号，微弱是相对于噪声而言的。

为了检测被背景噪声覆盖着的微弱信号，进行了长期的研究工作，分析噪声产生的原因和规律，研究被测信号的特点，相关性以及噪声的统计特征，以寻找出从背景噪声中检测出有用信号的方法。

微弱信号检测技术的首要任务是提高信噪比，这就需要采用电子学、信息论、计算机和物理学的方法，以便从强噪声中检测出有用的微弱信号，从而满足现代科学研究和技术开发的需要，微弱信号的检测技术不同于一般的检测技术，它注重的不是传感器的物理模型和传感原理，也不是相应的信号转换电路和仪表实现方法，而是抑制噪声和提高信燥比，因此可以说，微弱信号检测是一门专门抑制噪声的技术。

在许多研究和应用领域中，都涉及到微弱信号的精密测量。

然而，由于任何一个系统部必然存在噪声，而所测量的信号本身又相当微弱，因此，如何把淹没于噪声中的有用信号提取出来的问题具有十分重要的意义。

第4章光电信号检测电路1

o
U b1
Ub2
Ub3 Uo 大的偏置电压会引起光电
二极管的反向击穿。
利用图解法确定输入电路的负载电阻和反向偏置电压大小时，应根据输入光通量的变化范围和输出信号的幅度要求使负载线稍高于转折点M，以便得到不失真的最大电压输出，同时保证反向偏压不大于器件的最大工作电压Umax。
2、解析计算法：对光电器件的非线性伏安特性进行分段折线化，称为折线化伏安特性。
在线段MN有关系：
arctan G0
G0U0 GU0 Smax
O
U0
由此可得：
U0

S max G0 G
或
arctan G
N
Ub U0
arctan GL
0 Ub U
G0

G
S max U0
2、计算负载电阻和偏置电压：
i
为保证最大线性输出条件，负载线和对应的伏
M I max
图解法的应用：
1、负载电阻的影响分析：
图中给出了Ub不变时， RL的大小对输出信号的影响：
io
RL1 RL2 RL3
RL 2
RL1
RL3 M Q
输入光通量不变时，负
0 载电阻的减小会增大输出信

0 0

号电流，而减小输出电压。
同时负载电阻的减小会受到
最大工作电流和功耗的限制。
5 10
U /V
15
光电倍增管
光电二极管
光电三极管
1、图解计算法：利用包含非线性元件的串联电路的图解法对恒流源器件的输入电路进行计算。

U
I Ub
Ub
io
RL
I

微弱光信号检测电路的设计

ElectronicComponent&Device Applications0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来对光学信号进行检测，并进一步传递、储存、控制、计算和显示。

其原理是通过光电探测器件将光学信息量变换成电信号，并进一步经过电路放大、处理，以达到电信号输出的目的。

微弱光信号的检测在许多领域都有应用，检测方法多种多样，但常用的方法由于灵敏度有限，难以满足要求，本文应用光电检测技术来检测微弱光信号。

该方法利用高性能运放来设计检测电路，因而具有精度高、稳定性好等优点。

1电路基本原理用光电二极管组成的光电检测电路，实际上是一个光→电流→电压的变换器。

首先由光电二极管将接收的光信号变成与之成比例的微弱电流信号，再通过运放和反馈电阻组成的放大器变换成电压信号。

其基本电路如图1所示。

假定运放为理想的运放，其输入电阻和放大倍数都为无穷大，则输出电压为U0=I P R。

理论上，系统的输出电压U0的值与输入电流I P成线性关系，灵敏度由反馈电阻R确定。

而实际应用中，由于要受到运放失调电压V od与偏置电流I b的影响，其输出电压总要产生误差。

误差电压一般为：U e=V od(1+R/R d)+I b R其中R d为光电二极管的结电阻。

由此式中可以看出，当运放的失调电压与偏置电流都较小时，输出电压误差较小。

因此，选择运放时，应选择性能参数都符合要求的运放。

本设计选择AD795KN作为前置放大器。

2检测电路设计光电二极管所接收到的信号一般都非常微弱，而且输出的信号往往被深埋在噪声之中。

因此，对这样的微弱信号一般都要先进行放大、滤波，然后通过模数转换将信号传输给后续处理器电路。

本检测系统由光电二极管、前置放大电路、滤波电路、主放大电路、A/D转换电路，MCU控制和信号处理电路等组成，其结构框图如图2所示。

微弱光信号检测电路的设计杜习光（西南大学工程技术学院，重庆400716）摘要：从微弱光信号检测电路的设计方案入手，论述了光电检测电路的基本工作原理，给出了采用AD795KN为前置放大器来设计放大电路、有源滤波电路以及主放大电路，最终设计低噪声光电检测电路的一般原则。

光电探测器前置放大电路设计与研究

光电探测器前置放大电路设计与研究作者：胡晓东来源：《中国科技纵横》2017年第04期摘要：为了更好地利用光电探测器对弱光信号进行检测，从而使得弱光信号转换成为电信号，并对这种电信号进行有效的运用，那么在设计其前置放大电路时就一定要对光伏探测器、光电导器件等进行有效的研究，结合不同探测器的特点以及探测光信号的频率特性来选择放大电路，从而使得光电探测器的前置电路的性能达到最佳状态。

关键词：设计与研究；前置放大；光电探测器中图分类号：TN15 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）04-0085-01光电探测器将微弱的光信号转换成为电流信号，然后再经过放大电路将电流信号转换成电压信号，由于电流信号比较微弱，只有经过有效的放大之后才能够对其记录下来，前置放大电路就可以实现这一功能，但是如果前置电路设计的不合理将会对掺杂进来的噪声信号等进行放大，从而影响了电流的质量，因此本文就光电探测器前置放大电路的设计与研究具有重要意义。

1 光电探测器的工作条件（1）说明偏置情况。

光电探测器基本上都需要在某种形式的偏置条件下工作。

比如光电磁探测器的偏置是磁场，而电阻测辐射热气以及光电导探测器则需要直流偏置电源。

探测器的噪声与信号通常和偏置的情况有关系，所以一定要注明偏置情况。

（2）光敏面面积。

光敏面的尺寸面积也影响探测器的噪声与信号，通常情况下，光敏面的面积与探测器的信号噪声成一定比例。

（3）工作温度。

大部分探测器，工作温度都会影响到其噪声与信号，其中由半导体材料制成的探测器最为明显。

因此，一定要明确探测器的工作温度。

常用的工作温度有：液氢温度（22.4K）、液氯温度（4.2K）、液氮温度（77K）等。

（4）电路的宽带与通频带。

由于噪声的影响使得探测器失去了极限性能，噪声的电流与电压都与宽带的平方根成正比例，因此在对探测器的性能进行描述的时候，一定要确定电路的带宽与通频带。

（5）辐射源的光谱分布。

大部分光电探测器的响应信号都与辐射源的波长有关系，他们都是对特定范围内辐射波长信号有响应，其中光子探测器表现最为突出。

微弱信号检测的前置放大电路设计研究

微弱信号检测的前置放大电路设计研究摘要：当前在现代农业生产发展中，检测微弱信号越来越受到高度重视，尤其是在精准农业产业发展过程中。

本文以电压电流转换设施为载体，对微弱信号检测前置放大电路设计的相关技术要求进行了阐述，并且通过具有远程集成控制的电路器件的选用和抗噪影响的技术改进，对在电路设计中应当注意的一些技术要点进行了分析，而且经过微弱信号检测，结果比较安全科学。

关键词：微弱信号；检测前置；放大电路；设计分析一.前言近年来，随着现代农业的不断发展，通过在安全、高效的时限内采集收取农田生态条件和农作物生产资料，并且实现肥料、水分、农药等精准作业，有效地防范和杜绝生态破坏、环境污染问题，实现农业生产经营经济、社会、生态效益最大化的精准农业，得到了前所未有的健康发展。

生物传感设施在上述信息资料的采集取得中具有很大的作用，比如，在精准农业种植物施水灌溉过程中需要充分考虑空气指数和土壤中水分的含量，利用传感设施对这些信号的变化情况进行检测，及能够实现精准农业灌溉的良好效果。

所以近年来很多生物传感设施在精准农业中的生态条件、农作物生长环节等信息采集检测上得到了很好的应用。

不过由于一些农作物自身具有的生理属性，存在着一定程度的微弱信号，很多电流和电压信息都无法满足级次需求，因此，便设计了前置放大电路，通过这种选系统结构来检测微弱信号的相关信息。

笔者试就微弱信号检测的前置放大电路设计中应当把握的技术要点，谈些粗浅的认识。

二.微弱信号检测前置放大电路设计中应当把握的技术要点2．1 前置放大电路系统结构一般来说，微弱信号是生物传感设施形成的信号，通常频率不是很高，在对具有一定差异性的农作物自身属性进行检测的时候，能够获取一定的电流和电压数值。

而要获取这样的电流信号资料，需要先将其转换生成电压信号，并且利用电路系统的放大功效，在滤波设施的作用下，降低频率较高的噪音影响（如图1）。

（图1 微弱信号检测前置放大电路系统结构示意图）由于传感设施形成的信号是微弱的，很可能遭受噪音的干扰，因而在放大仪器的选用上通常倾向于仪表设施。

微弱光信号的光电探测放大电路的设计

，
ｄｅｅｔｏｏｒｔｃｉｎｆｗｅｋｓｇｌｍｐｉｙｎｇｈｅｉｎａ－ｔｎｏｓａｉｎｄｈｅｔｂｌｔｐｏｌｍ，ｈｅｅｉｎｏｌｗｎｏｓａｉｎａａｌｆｉｔｓｇｌｏ－ｉｅｒｔｏａｔｓａｉｉｙｒｂｅｔｄｓｇｆａｏｉｅｐｔｅｅｔｃｓｇａｍｐｉｎｉｃｔａｉｅｈｉｃｔｐａａｔｒｓｌｃｉｎｍｅｈｄｈｏｏｌｃｒｉｎｌａｌｆｇｃｒｕｉ，ｎｄｇｖｓｔｅｃｒｕｉｉｙｉｒｍｅｅｅｅｔｏｔｏ
了噪声，而且必然还会附加一些额外的噪声，例
１基本电路
光电二极管作为光探测器有两种应用模式
收稿日期：０１ — ４２２２０—４
如图１所示。
基金项目：部级以上基金资助项目ｆ须要有编号１省必
摘
要：分析了微弱光信号放大电路的基本工作原理，针对光电探测中对微弱信号放大带来
的信噪比和稳定性问题，设计了一种低噪声光电信号放大电路，并给出了电路参数选择方法。
关键词：光电探测；光电二极管；放大电路；噪声模型
号的幅值，才能提取出有用信号。本文针对检测微弱光信号的光电二极管放大电路，综合分析了其电路噪声、信号带宽及电路稳定性．在此基础上设计了一种低噪声光电信号放大电路，并给出电路参数选择方法。ｅ：监。

《光电检测技术-题库》(1).

《光电检测》题库一、填空题1.光电效应分为内光电效应和外光电效应，其中内光电效应包括和。

2.对于光电器件而言，最重要的参数是、和。

3.光电检测系统主要由光电器件、和等部分组成。

4.为了取得很好的温度特性，光敏二极管应在较负载下使用。

5.光电倍增管由阳极、光入射窗、电子光学输入系统、和等构成。

6.光电三极管的工作过程分为和。

7.激光产生的基本条件是受激辐射、和。

8.检测器件和放大电路的主要连接类型有、和等。

D的基本功能是和。

10.已知本征硅材料的禁带宽度E g=1.2eV，则该半导体材料的本征吸收长波限为。

11. 非平衡载流子的复合大致可以分为和。

12.在共价键晶体中，从最内层的电子直到最外层的价电子都正好填满相应的能带，能量最高的是填满的能带，称为价带。

价带以上的能带，其中最低的能带常称为，与之间的区域称为。

13.本征半导体在绝对零度时，又不受光、电、磁等外界条件作用，此时导带中没有，价带中没有，所以不能。

14.载流子的运动有两种型式，和。

15. 发光二极管发出光的颜色是由材料的决定的。

16. 光电检测电路一般情况下由、、组成。

17. 光电效应分为内光电效应和效应，其中内光电效应包括和，光敏电阻属于效应。

18.导带和价带中的电子的导电情况是有区别的，导带愈多，其导电能力愈强；而价带的愈多，即愈少，其导电能力愈强。

19.半导体对光的吸收一般有、、、和这五种形式。

20. 光电器件作为光电开关、光电报警使用时，不考虑其线性，但要考虑。

24.半导体对光的吸收可以分为五种，其中和可以产生光电效应。

22.光电倍增管由阳极、光入射窗、电子光学输入系统、和等构成，光电倍增管的光谱响应曲线主要取决于材料的性质。

23.描述发光二极管的发光光谱的两个主要参量是和。

25.检测器件和放大电路的主要连接类型有、和等。

26.使用莫尔条纹法进行位移-数字量变换有两个优点，分别是和。

27、电荷耦合器件（CCD）的基本功能是和。

28、光电成像器件的输出物理量与对应的输入物理量的比值关系常用转换特性来表示，不同的光电成像器件往往用不同的参量来描述其转换特性，像管通常使用转换系数，像增强管常使用，摄像器件采用。

微弱信号检测的超低噪音宽带放大器设计

产能经济微弱信号检测的超低噪音宽带放大器设计秦正波　任羊弟　王　辉安徽师范大学物理与电子信息学院摘要：本文简要报道了微型超低噪音宽带快电荷灵敏前置放大器。

该放大器主要采用高增益宽带低噪音电压反馈型集成运放芯片OPA847，其低电压输入噪音低至0.85nV/Hz1/2, 带宽高至3.9GHz。

整个成本低至数百元，是同类型产品的1/10或更少，该前置放大器具有电路结构简单、紧凑，超高速，极低噪音，超高稳定性等优点。

经实验测试，该放大器能有效进行微弱信号的放大和噪音的抑制，可广泛应用于普通物理实验的光电探测的前置放大，科研上也具有较可观的应用前景。

关键词：微弱信号检测；前置放大器；超低噪音中图分类号：TN722 文献识别码：A 文章编号：1001-828X(2017)007-0339-02The design of an ultra-low-noise wideband amplifier for the weak signal measurementQIN Zheng-bo，REN Yang-di，WANG Hui(Department of Physics, Anhui Normal University, Wuhu 241000, Anhui, China)Abstract: A miniature, ultra-low-noise, and high-sensitivity preamplifier has been introduced in brief in this paper. The design is adopted which mainly combines a high-gain bandwidth, low-noise, voltage-feedback operational amplifier OPA847. The input voltage noise density reaches to as low as 0.85nV/Hz1/2 and bandwidth gets up to 3.9 GHz. The device costs only several hundred yuan, which is less than one tenth of cost for similar products. The preamplifier has the advantage of simple, compact, super-high speed, ultra-low noise and super-high stability et al. The amplifier has the function of the gain of weak signal and suppression of noise after testing. It is applied to the amplification of photoelectric detection and has the application foreground for scientific research.Key words: weak signal detection; pre-amplifier; ultra-low-noise引言在大学物理实验中的光电测量，光信息传输实验中的微弱信号检测或者飞行时间质谱实验中的质谱检测，无论光谱测量中使用的光电倍增管[1]，还是质谱实验中使用的微通道板[2-3]，最终输出的都是脉冲电子流，尤其是电子流具有瞬态性和高速性(10-9秒)，而普通的低带宽的放大器无法有效的进行高速电子脉冲信号的放大，并且会造成时间积分上的拉宽，造成信号损失乃至丢失，最终可能不为采集装置所采集，因此从检测器上所获得的微弱信号，需要经过前置放大器进行预放大才可以被瞬态采集卡或者示波器进行信号采集及数据处理。

光电探测器前置放大电路设计概要

光电探测器前置放大电路设计概要上海光学精密机械研究所李国扬此处的光电探测器，指的是将光功率转化为电流的二极管结构光电转换器件。

有人认为光电探测器的应用很简单，将光电二极管的输出电流用一个电阻进行取样，就得到了电压，该电压可经过AD转换电路进行数字化处理。

一个简单的光电探测器应用电路如下图所示：实际上，没有如上图一样简单。

首先，上图中的光电探测器会产生一个暗电流，这个暗电流有可能会大到可以和信号电流比拟；其次，取样电阻会产生热噪声，而电阻值越大，噪声也越大。

并且，10mV 的信号电压未必足够大。

而在光电流大小一定的情况下要提高信号电压，就需要增大取样电阻，取样电阻变大，又会增大噪声，这是一对矛盾。

进一步分析，光电探测器的PN结有一个结电容，这个结电容和取样电阻形成一个RC充电回路，RC值的大小决定了光电探测器的响应速度。

对于一个给定探测器，C 值是随着VCC电压值变化而变化的。

电容值随VCC变化典型曲线如下图。

当VCC值不稳时（如用噪声大的开关电源给探测器做偏压），就会使结电容不稳，结电容的大小会影响响应度；这样，VCC的噪声会通过改变结电容的大小而转化成信号的噪声。

确定了探测器种类和VCC后，C值就固定了，此时，减小R值可以减小响应时间，增大响应带宽；但是，减小R值又会减小响应幅度。

这又是一对矛盾。

对于探测微弱信号而言，需要一个比较大的取样电阻，而取样电阻如果很大，对于后级电路来说，相当于一个大的输出阻抗，这对后级电路的处理带来了困难。

如下图所示意，如果后级电路的输入电阻为1M欧，那么信号电压只有一半被后级放大器提取，所以，要求后级电路有很大的输入阻抗，才能尽可能多的提取信号能量。

到了这里，您可能会说，是否可以选择一种光电探测器，使它能够对光信号更为敏感，也就是说，单位光功率可以得到更大一些的光电流，这样就减轻了电路的压力。

是的，有响应更大的器件。

但是，增大光电响应度，在半导体工艺上需要增大光敏面积，而增大光敏面积的一个伴生效应是增大结电容。

微弱光强信号采样电路设计

微弱光强信号采样电路设计余明;陈锋;李抄;吴太虎【摘要】微弱光信号检测电路应用在许多精密测量仪器中.针对微弱光强信号放大采样问题,分析了传统光电检测电路存在的不足,采用S2387系列光电二极管,结合多级放大电路与T型反馈电阻网络,设计了一种放大倍率可编程的微弱光强信号采样电路.基于对实验数据的分析,通过对前后级放大倍数的合理分配,该电路兼顾了提高响应速度与降低噪声的要求,简洁可靠,适合于光强和波长变化范围大的微弱荧光、散射光和反射光检测.【期刊名称】《光学仪器》【年(卷),期】2014(036)003【总页数】5页(P253-257)【关键词】微弱光信号;T型反馈电阻网络;多级放大电路;可编程放大倍率【作者】余明;陈锋;李抄;吴太虎【作者单位】中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所,天津300161;中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所,天津300161;中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所,天津300161;中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所,天津300161【正文语种】中文【中图分类】TH89引言目前光电检测电路已被应用到许多领域。

在光电系统中，光电检测电路把接收到的光信号转换成电信号，并对电信号进行放大，再与后面的检测和运算系统对接。

光电检测电路在整个光电系统中是非常重要的，它的性能好坏直接决定了整个系统的性能好坏［1］。

现结合光电二极管、集成运算放大器构成的二级放大电路、T型网络、滤波器和高精度A／D转换芯片，设计一种通用的高放大倍率、高精度、低噪声的微弱光强信号采样电路。

1 二级放大电路在荧光、散射光和微弱的反射光检测中，光信号比较微弱，一般为1～10nW。

本设计采用的光电二极管为日本滨松生产的S2387系列66R型，该型号光电二极管拥有高线性、高灵敏度和小的暗电流，可用于320～1 100nm波长的微弱光强信号检测。

该型号光电二极管响应率约为0.1～0.58A／W，等效噪声功率为W的光强变化即可引起有效的光电流变化［2］，由此可知，该型号光电二极管可以满足测量要求。

微弱信号检测的前置放大电路

引言
针对精准农业中对微弱信号检测的技术需求，本ppt设计了以电流电压转换器，仪表放大器和低通滤波器为主要结构的微弱信号检测前置放大电路。结合微弱信号的特点讨论了电路中噪声的抑制和隔离，提出了电路元件的选择方法与电路设计中降低噪声干扰的注意事项。本文利用集成程控增益仪表放大器PGA202 设计了微弱信号检测前置放大电路，并利用微弱低频信号进行了测试，得到了理想的效果。
4、电路的设计与实现
综合考虑微弱信号检测的需要和市场上芯片的供应情况，本文选用PGA202 搭建仪表放大器，对微弱信号检测前置放大电路进行了整体设计。
4.1 PGA202 简介这里所选用的PGA202 是由BURR-BROWN 公司生产的，
PGA202 是一种程控仪表放大器，它内部集成了程控的增益改变逻辑电路。由于省去了增益控制部分，利用 PGA202 搭建仪表放大器可以使电路结构得到很大的简化，并且它的放大倍数稳定精确，为后续的数据处理提供了方便。PGA202 的内部结构如图3。
电路中的仪表放大级通常设计为程控放大倍数的结构，通过程控开关调整反馈电阻的大小，从而改变放大倍数。为了对数字电路和模拟电路进行隔离，程控开关选用光偶开关。为了提高仪表放大器的性能，可以选用集成仪表放大器。很多公司提供了不同类型的集成仪表放大器，如INA127，它内部集成了仪表放大器的主要结构，有很好的对称性，可通过改变外接电阻的大小改变放大倍数。PGA202 是一款可程控放大倍数的仪用放大器，应用它可以简化电路结构，但PGA202 需要搭建差分输入级，这样就降低了共模抑制能力。2007 年末ADI 公司推出的AD8253 芯片集以上两种芯片的优点于一身，不但集成了完整的仪表放大电路，还集成了程控放大倍数的逻辑电路，是微弱信号检测前置放大电路的理想选择。

光电探测器前置放大电路研究

在弱光检测中，光电探测器将接收到的光信号变为微弱的电流信号，一般为微安数量级，光电探测器通过放大器将其转变为电压信号，只有经过充分的放大和处理才能被记录下来。

加州理工学院曾对光通信中微弱光信号的检测器使用不同特性的前置放大器，给出了各种比较数据，充分说明前置电路的性能决定整个系统的优良[1]。

前置电路若设计得好，会使探测灵敏度提高，从而更好地进行实验研究；反之，不仅会把输入信号和噪声放大，同时还会混进电子器件本身带来的新噪声，这对于实际实验的影响会非常大。

基于此点，有必要对光电探测器前置电路进行深入研究。

1光电探测器光电探测器是一种将辐射能转换成电信号的器件，是光电系统的核心组成部分，在光电系统中的作用是发现信号、测量信号，并为随后的应用提取某些必要的信息。

光电探测器的性能参数与其工作条件密切相关[2]，所以在给出性能参数时，要注明有关的工作条件，只有这样，光电探测器才能互换使用。

主要工作条件有：（1）辐射源的光谱分布很多光电探测器，特别是光子探测器，其响应是辐射波长的函数，仅对一定波长范围内的辐射有信号输出。

这种称为光谱响应的“信号依赖于辐射波长”的关系，决定了探测器探测特定目标的有效程度。

所以在说明探测器的性能时，一般都需要给出测定性能时所用辐射源的光谱分布。

如果辐射源是单色辐射，则需给出辐射波长。

假如辐射源是黑体，就要指明黑体的温度。

当辐射经过调制时，则要说明调制频率。

（2）电路的通频带和带宽因噪声限制了探测器的极限性能，噪声电压或电流均正比于带宽的平方根，所以在描述探测器的性能时，必须明确通频带和带宽。

（3）工作温度许多探测器，特别是用半导体材料制作的探测器，无论是信号还是噪声，都与工作温度有密切关系。

所以必须明确工作温度。

最通用的工作温度是：室温(295K)、干冰温度(195K)、液氮温度(77K)、液氯温度(4.2K)以及液氢温度(20.4K)。

（4）光敏面尺寸探测器的信号和噪声都与光敏面积有关，大部分探光电探测器前置放大电路研究高科，孙晶华（哈尔滨工程大学理学院，黑龙江哈尔滨150001）摘要：在弱光检测中，光经过光电探测器转换为电信号，此信号极其微弱。

《光电检测技术-题库》(2)

《光电检测》题库一、填空题1.对于光电器件而言，最重要的参数是、和。

2.光电倍增管由阳极、光入射窗、电子光学输入系统、和等构成。

3.光电三极管的工作过程分为和。

4.激光产生的基本条件是受激辐射、和。

5. 非平衡载流子的复合大致可以分为和。

6.在共价键晶体中，从最内层的电子直到最外层的价电子都正好填满相应的能带，能量最高的是填满的能带，称为价带。

价带以上的能带，其中最低的能带常称为，与之间的区域称为。

7.本征半导体在绝对零度时，又不受光、电、磁等外界条件作用，此时导带中没有，价带中没有，所以不能。

8.载流子的运动有两种型式，和。

9. 发光二极管发出光的颜色是由材料的决定的。

10. 光电检测电路一般情况下由、、组成。

11. 光电效应分为内光电效应和效应，其中内光电效应包括和，光敏电阻属于效应。

12.半导体对光的吸收一般有、、、和这五种形式。

13. 光电器件作为光电开关、光电报警使用时，不考虑其线性，但要考虑。

14.半导体对光的吸收可以分为五种，其中和可以产生光电效应。

15.光电倍增管由阳极、光入射窗、电子光学输入系统、和等构成，光电倍增管的光谱响应曲线主要取决于材料的性质。

16.描述发光二极管的发光光谱的两个主要参量是和。

17.检测器件和放大电路的主要连接类型有、和等。

18..使用莫尔条纹法进行位移-数字量变换有两个优点，分别是和。

19.电荷耦合器件（CCD）的基本功能是和。

20.光电编码器可以按照其构造和数字脉冲的性质进行分类，按照信号性质可以分为和。

21.交替变化的光信号，必须使所选器件的大于输入信号的频率才能测出输入信号的变化。

22.随着光电技术的发展，可以实现前后级电路隔离的较为有效的器件是。

23.硅光电池在偏置时，其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系，且动态范围较大。

24.发光二极管的峰值波长是由决定的。

二、名词解释1. 光亮度：2. 本征半导体：3. N型半导体：4. 载流子的扩散运动：5. 光生伏特效应：6. 内光电效应：7.光电效应8.量子效率9.分辨率10.二次调制11.二值化处理12.光电检测技术13.响应时间14.热电偶15.亮度中心检测法三、判断正误1. A/D变换量化误差不随输入电压变化而变化，是一种偶然误差。