干涉型光纤扰动传感器信号调理电路的设计和仿真

2011-11-22 09:48

　　2．2 光电探测器的工作模式

　　光电二极管一般有两种模式工作：零偏置工作和反偏置工作，图3所示为光电二极管两种模式的偏置电路。

光电二极管的工作模式

图3 光电二极管的工作模式

　　在光伏模式时，光电二极管可非常精确地线性工作；而在光导模式时，光电二极管可实现较高的切换速度，但要牺牲一定的线性。在反偏置条件下，即使无光照，仍有一个很小的电流(暗电流)。而在零偏置时则没有暗电流，这时二极管的噪声基本上是分路电阻的热噪声。在反偏置时，由于导电产生的散粒噪声成为附加的噪声源。该设计所针对的待检测传感信号是十分微弱的信号，尽量避免噪声干扰是首要任务，所以该设计采用光伏模式。

　　3 前置放大电路

　　3．1 电路设计　　

　　前置放大电路原理如图4所示。通过PIN光电二极管输入的信号经过I／V变换将光电流转换为电压信号，而后再将电压信号经中间放大电路进行电压信号放大。电路分析：运放U1A及其外围元件组成了I／V变换电路。其中R1是为了消除探测器输出电流中的毛刺，R2为防止电路自激并提供直流通道，C1为隔直电容，C3和R4用于直流平衡及交流补偿。R3为反馈电阻，C2用于减小噪声带宽以保证R3对电路噪声的影响最小。由于加入电容C2后，电路的幅频特性会发生改变，相当于一个滤波器，所以在选取C2时要同时考虑PIN管探测信号的频谱以免将有用信号过度衰减或者滤掉。运放U1D及其外围元件R5，R6，R7组成的反相放大器作为中间放大电路对电压信号进一步放大。

前置发大原理图

图4 前置放大原理图

　　电路中集成运放选择也十分重要。对其输入电阻、开环增益、转换速率和增益带宽、噪声电压都有较高要求。美国BB公司出品的高速FET输入宽带集成运算放大器OPA132具有极高的输入阻抗；较大的开环增益和增益带宽，极快的电压转换速率和极小的等效噪声带宽，是非常理想的前置放大用集成电路。本文在电路中选择OPA132的四运放形式OPA4132，它大大减小了电路体积与配置的复杂程度，降低了噪声引入。