《光电子应用系统课程设计》详细教案.doc

:学会用振荡电路设计发光管调制电源的方法;了解微弱信号放大电路的设计思路;熟悉集成运算放大器的各类性能参数;了解带通滤波器从噪声中检出弱信号的方法;学会多重反馈有源带通滤波器的设计步骤和参数计算;练****如何进行光电信号检测系统的联调试验;***化镓发光二极管设计一个调制电源。要求电源调制频率在最小可调范围为3KHz~7KHz,输出波形占空比50%。且发光二级管的输出功率可以调节。画出电路图,简要说明工作原理。实际调试所设计的电路,并总结调试过程中应注意的细节问题。光电微弱信号放大电路设计应用低噪声集成运放LF353的APart设计一微弱信号放大电路,用于2CU2D型光电二极管输出的微弱电流信号前置放大。放大倍数1000~2000可调,且输出要求除去1/f低频噪声。简要说明设计原理。多重反馈有源带通滤波器设计结合前置放大器,利用运放uA741设计一个二阶有源低通滤波器对放大电路输出的信号进行滤波。滤波器要求品质因素Q为10,中心频率f0为5KHz,中频增益H为5。给出滤波器设计参数的详细计算过程;要求利用其中一个可调电阻调整中心频率f0,其余元件参数固定。光电报警电路设计在已经设计出的HG412A***化镓发光二极管光源和微弱信号放大器和带通滤波器滤波器的基础上,利用集成运放LF353的BPart和普通红色发光二极管,设计一个光电报警电路。要求当电路未接受到5KHz光脉冲时点亮红色发光二极管,正常接收5KHz光脉冲时发光二极管不点亮。简要说明设计原理。。电路没有稳态,只有两个暂稳态,也不需要外加触发信号,利用输出端OUT的高电平通过可变电阻R1向电容器C1充电,使UC1逐渐升高,/3时,输出端OUT跳变到低电平,电容器C1通过电阻R1向输出端OUT放电,使UC1下降,/3时,输出端OUT跳变到高电平,输出端OUT又通过R1向电容器C1充电。如此循环,振荡不停,//3之间充电和放电,输出端OUT输出连续的矩形脉冲。由于充放电通道相同,所以输出的波形占空比为50%。图1发光二极管调制电源原理图输出信号脉宽周期T的计算公式如下:因此输出的矩形脉冲的频率为:调节R1的大小即可调节输出的频率。,通过计算可知,,,。因此R1选用2K大小的可调电阻。用NE555组成振荡器来驱动发光管时,要注意发光管上一定要串联一个限流电阻。使输出电流小于或等于发光管的最大正向电流IF。若振荡器的输出电压为VO,则限流电阻R2取值为:设输出VO高电平为5V,则R2应不小于116Ω,如果输出为12V(VCC为12V),则R2应不小于350Ω,,为了调节发光管的输出功率,采用2K的可调电阻R3的来控制发光管输出功率,。课程设计考查点:50%占空比,即电路结构输出频率调节范围二极管限流电阻输出功率可调微弱信号放大电路由于光敏二极管在工作时近似于一个电流源Is,因此在进行微弱电流信号放大时必须考虑如何进行I-V转换,有两种方法进行转换,一是直接电阻转换,即电流源连接电阻R,然后与取R上的电压进行放大;二是采用跨阻放大的方法进行I-V转换。采用直接转换的方法时,如果Is不是一个理想的电流源,则R不能获得所有的电流;另外如果R后面接放大器时,放大器的内部电阻是和R并联的,这将使得Is流过的等效电阻变得不确定。因此通常不采用直接电阻转换的方法。采用跨阻放大的方法,如图所示,Is全部流过反馈电阻Rf,与负载的大小无关,所以就能正确地从电流信号转换为电压信号。在此类应用中,OP放大器的偏流Ib与信号一起流过Rf,再考虑到偏置电压Vio,输出为:因此Rf不宜过大,否则放大器的偏流将在Rf上行程较大的偏压,当需要更大的转换电阻时,可以考虑采用T型网络的方法来提高放大倍数,同时避免过大的输出偏压。U3和U2组成高通滤波电路是为了在测量中除去电路中的1/f低频噪声,根据3dB截止频率fc的估算公式1/2лRC,,R3取1KΩ,。参考:光敏二极管通常温度系数比较大,故很少用于光强的精确测量。光敏二极管的等效电阻室温下比较大,约为1000M,温度升高10度减少一半。等效电容随结面积和二极管偏压变化,零偏压下典型值50pF。光伏模式:零偏置,无暗电流,线性度好,低噪声(热噪声,等效电阻引起),精密应用光导模式:反偏置,有暗电流,非线性,较高噪声(热噪声+散粒噪声,导电引起),高速应用