光电信号检测电路设计共102页
微弱光信号的光电探测放大电路的设计
微弱光信号的光电探测放大电路的设计对于各种微弱的被测量，例如弱光、弱磁、弱声、小位移、小电容、微流量、微压力、微振动和微温差等，一般都是通过相应的传感器将其转换为微电流或低电压，再经放大器放大其幅值以反映被测量的大小。
但是，由于被测量的信号很微弱，传感器的本底噪声、放大电路及测量仪器的固有噪声以及外界的干扰往往比有用信号的幅值大的多，同时，放大被测信号的过程也放大了噪声，而且必然还会附加一些额外的噪声，例如放大器的内部固有噪声和外部干扰的影响，因此，只有在有效地抑制噪声的条件下增大微弱信号的幅值，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。
1 基本电路光电二极管作为光探测器有两种应用模式如图1所示。
(1)光伏模式，如图1 (a)。
此时，光电二极管处于零偏置状态，不存在暗电流，低噪声，线性度好，因而适于精密领域。
本文就是以这种模式为例进行分析，实际应用中，这个电路一般还需在Rf上并联一个小电容Cs，从而使电路稳定。
(2)光导模式，如图1(b)。
这种模式需要给光电二极管加反向偏置电压，因而存在暗电流，产生噪声电流，同时因为非线性，一般应用在高速场合。
当光照射到光电二极管时，光电二极管产生一个与照明度成比例的微弱电流Ip，该电流流过跨接在放大器负输入端和输出端的反馈电阻Rf，将运算放大器视为理想放大器，根据理想运算放大器输入端的“虚断”特性，从而有E0=IpRf。
可以看出，光电二极管放大电路实际上是一个I／V转换电路。
这个电路看起来非常简单，只需一个反馈电阻，一个光电二极管和一个放大器便可实现。
从输出电压的线性表达式很容易推出，使反馈电阻Rf增大，将使得输出电压也成比例的增大。
经之前分析时，一般给出其典型值为100MΩ。
在下面的分析我们将看到，反馈电阻不但影响信号的带宽，而且影响整个电路噪声。
光电报警器电路设计
光电报警器电路设计光电报警器是一种利用光电传感器来检测光线变化并产生报警信号的电子设备。
它常用于安防系统、火灾报警系统等场合。
在设计光电报警器电路时，主要需要考虑光电传感器的选择、信号放大、信号处理、报警触发等方面。
下面将详细介绍光电报警器电路的设计过程。
首先，选择合适的光电传感器。
常用的光电传感器有光敏电阻和光电二极管等。
光敏电阻是一种利用光照强度变化而改变电阻值的元件，灵敏度较低，需要进行信号放大处理。
而光电二极管则是一种能够将光信号转化成电流输出的器件，灵敏度较高。
根据实际需求选择合适的光电传感器。
其次，进行信号放大。
信号放大是为了增强光电传感器输出的弱电信号，提高其稳定性和可靠性。
常用的放大电路有运算放大器差分放大电路和晶体管放大电路等。
其中，运算放大器差分放大电路采用运算放大器作为放大元件，通过调整反馈电阻和输入电阻的比例关系，将光电传感器输出的电压信号进行放大。
然后，进行信号处理。
信号处理是为了对光电传感器输出的电信号进行处理和转换，从而得到满足实际需求的信号。
常用的信号处理电路有滤波电路、计数电路和比较电路等。
滤波电路可以滤除噪声信号，提高信号的清晰度和准确性。
计数电路可以对信号进行计数，判断光照强度的变化情况。
比较电路可以将光电传感器输出的信号与设定的阈值进行比较，进而产生触发电平。
最后，进行报警触发。
报警触发是通过光电传感器输出的信号判断是否触发报警，并产生相应的报警信号。
根据需要选择合适的报警触发电路，常见的触发电路有继电器触发电路和集成报警电路等。
继电器触发电路通过继电器对电流进行控制，实现报警信号的切换。
集成报警电路则是利用集成电路的功能实现报警信号的产生和输出。
在光电报警器电路设计中还需要考虑电源电路和保护电路等。
电源电路是为了为光电传感器和其他电路提供稳定可靠的电源供电。
保护电路是为了保护光电传感器和其他电路不受过电压、过电流等问题的影响，提高系统的稳定性和可靠性。
总结起来，光电报警器电路设计需要考虑光电传感器的选择、信号放大、信号处理、报警触发、电源电路和保护电路等方面。
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
光电脉搏信号检测电路设计
光电脉搏信号检测电路设计生物医学工程１班－唐维－3004202327摘要：系统采用硅光电池做为光电效应手指脉搏传感器识取脉搏信号。
信号经放大后采用低通放大器克服干扰。
关键词：脉搏测量放大器二阶低通一、前言脉诊在我国已具有2600多年临床实践，是我国传统中医的精髓，但祖国传统医学采用“望、闻、问、切”的手段进行病情诊断，受人为的影响因素较大，测量精度不高。
随着科学技术的发展，脉搏测试不再局限于传统的人工测试法或听诊器测试法。
利用血液是高度不透明的液体,光照在一般组织中的穿透性要比在血液中大几十倍的特点, 可通过传感器对脉搏信号进行检测,这种技术具有先进性、实用性和稳定性,同时也是生物医学工程领域的发展方向。
本文将详细介绍一种光传导式的脉搏信号检测电路，并说明所涉及到的问题和方法。
二、系统设计1 系统目标设计及意义设计制作一个光电脉搏测试仪，通过光电式脉搏传感器对手指末端透光度的监测，间接检测出脉搏信号，并在显示器上显示所测的脉搏跳动波形，要求测量稳定、准确、性能良好。
2 设计思想（1）传感器：利用指套式光电传感器，指套式光电传感器的换能元件用硅光电池,由于心脏的跳动,引起手指尖的微血管的体积发生相应的变化（当心脏收缩时，微血管容积增大；当心脏舒张时,微血管容积减少），当光通过手指尖射到硅光电池时,产生光电效应,两极之间产生电压由于指尖的微血管内的血液随着心脏的跳动发生相应于脉搏的容积变化,因而使光透过指尖射到硅光电池时也发生相应的强度变化, 而非血液组织(皮肤、肌肉、骨格等)的光吸收量是恒定不变的, 这样就把人体的脉搏(非电学量) 转换为相应于脉博的电信号, 方便检测。
（2）按正常人脉搏数为60~80次/min ，老人为100~150次/min ，在运动后最高跳动次数为240次/ min 设计低通放大器。
5Hz 以上是病人与正常人脉搏波体现差异的地方，应注意保留。
（3）测量中考虑到并要消除的干扰有：环境光对脉搏传感器测量的影响、电磁干扰对脉搏传感器的影响、测量过程中运动的噪声还有50Hz 干扰。
光电检测电路的设计及实验研究
光电检测电路的设计及实验研究光电检测电路在多个领域具有广泛的应用，如光学测量、图像处理、环境监测等。
光电检测电路的设计与实验研究在提高检测精度、降低噪声、增加灵敏度等方面具有重要意义。
本文将介绍光电检测电路的设计方法及实验研究，以期为相关领域的研究提供参考。
随着科技的不断发展，光电检测电路的研究也日益受到。
光电检测电路的设计方法多种多样，不同的设计方法对应不同的应用场景。
当前，研究者们主要光电检测电路的精度、灵敏度和稳定性等方面的研究。
在此基础上，本文旨在设计一种高效、稳定的光电检测电路，并对其进行实验研究。
光电检测电路的核心部分是光学系统。
光学系统的设计主要包括光源、光路和光探测器三个部分。
在设计中，应根据实际需求选择合适的光源和光探测器，并通过对光路的优化设计，提高光的利用率和检测精度。
光电检测电路的电路部分主要包括信号处理电路和光电探测器接口电路。
信号处理电路主要对探测器输出的信号进行放大、滤波和数字化处理；光电探测器接口电路则主要实现光信号到电信号的转换。
在设计中，应充分考虑各部分电路的功能和特点，确保整体电路的稳定性和可靠性。
本文采用的光电检测电路实验设备及材料包括：光源、光路组件、光电探测器、信号处理电路板、计算机等。
在实验中，首先对光电检测电路进行组装和调试，确保电路的正常运行。
接着，对电路进行性能测试，包括光源的稳定性、光路的传输效率、光电探测器的响应速度和信号处理电路的精度等。
通过对比不同条件下的实验数据，分析电路的性能表现及误差来源。
实验结果表明，该光电检测电路在光源稳定性、光路传输效率和光电探测器响应速度方面均表现出较好的性能。
同时，信号处理电路通过对探测器输出信号的处理，有效降低了噪声，提高了检测精度。
在实验过程中，发现光电检测电路的性能受到光源强度、光路传输损耗、探测器性能和环境因素等影响。
为了进一步提高电路的性能，可以采取以下措施：优化光学系统设计，提高光源的稳定性和光路的传输效率；选用高性能的光电探测器，提升电路的响应速度和精度；加强电路的噪声抑制能力，提高信号处理电路的稳定性。
光电信号检测电路设计(课堂PPT)
GL（RL） 已知，可得偏置电源电压Ub：
Ub
Smax(GL G0) GL(G0 G)
.
13
(U bU 0)G LG 0U 0 H点：G L ( U b U m a x ) G U m a x S m in M点：G L (U b U 0 ) G U 0 S m a x
.
14
（3）计算输出电压幅度
.
15
（4）计算输出电流幅度
IIm axIm inG L U
IGLUS1G/GL（负载减小，输出电流幅值增大）
通常GL>>G
I S
.
16
（5）计算输出电功率 由功率关系P=U I，得
PGLU2GL(G S GL)2
.
17
光伏型器件光电信号输入电路
伏安特性：一组以入射光功率为参量的曲 线簇，分布在伏安坐标系的第四象限。
.
21
②根据图解法确定静态工作点Q
.
22
3、根据负载电阻分析光电池工作状态：
负载较小情况下，光通量较低时，光通量与负载上电流、电压近似线性。
.
23
（1）短路或线性电流放大
区域Ⅰ
后续电流放大级作为负载，从光电池中吸取最 大的输出电流，要求负载电阻或者后续放大电 路的输入阻抗尽可能小（输出电流近似短路电 流，大且线性好，噪声电流低，信噪比高，实 用弱信号检测）。
.
7
（a），减小负载（斜率增大），使输出信号电流增大而电压减小。负载的减 小受到最大工作电流和功耗的限制；过大的负载，使负载线越过转折点M进 入非线性区，使信号失真。
（b），增大偏置电压使输出信号电压幅度增大，改善线性度，但功耗随之
增大，且可能使光电二极管反向击穿。 .
第六章光电检测电路的设计
S max /[U b (1 G / G0 ) S max / G0 ]
当
R
＝1/
L
G
L
已知时，可计算偏置电源
电压 U b为
用解析法计算输入电路
U b S max(GL G0 ) / GL (G0 G)
a) 确定线性区 b) 计算输出信号
3）计算输出电压幅度 由图b，当输入光通量由Φmin变化到Φmax时，输出电压
b) 相对探测灵敏度曲线 1-检测型Si光电二极管
2-照相用Si光电二极管 3-平面型Si光电池 4-光电三极管
5-台面型光电二极管 6-视见函数
7-CdS光敏电阻
2）探测器的光电转换特性和入射辐射能量的大小相匹配
根据光电系统辐射源的发光强度、传输介质和目标的传输 及调制损耗、接收光学系统接收孔径的限制及反射吸收等损失 的影响，可以计算出入射到探测器光敏面上的实际辐射能量， 通常它们是很微弱的，探测器的选择应充分利用这些有用的信 号能量，为此要考虑：
为了提高传输效率，无畸变地变换光电信号，光电检测器 件不仅要和被测辐射源及光学系统，而且要和后续的电子系统 在特性和工作参数上相匹配，使每个相互连接的器件都处于最 佳的工作状态。光电检测器件和光路的匹配是在对辐射源和光 路进行光谱分析和能量计算的基础上，通过合理选择光路和器 件的光学参数来实现的，这要涉及到工程光学的内容。而光电 检测器件和电路的匹配则应根据选定的光电检测器件的参数， 通过正确选择和设计电路来完成。
载电阻RL的减小会增大输出信号电流 而使输出电压减小。但RL的减小会受 到最大工作电流和功耗的限制。为了
提高输出信号电压应增大RL ，但过大 的RL会使负载线越过特性曲线的转折 点M进入非线性区，而在这个范围内
光电信号检测电路设计
光电信号检测电路设计在设计光电信号检测电路之前，需要确定以下几个关键参数：光电信号的波长、光电传感器的输出特性、所需的电信号增益和滤波要求。
一般来说，光电信号检测电路由以下几个基本组成部分组成：光电传感器、放大电路、滤波电路和输出电路。
首先，选择一个合适的光电传感器。
根据所需的光电信号波长和灵敏度要求，选择合适的光电传感器。
常见的光电传感器有光敏二极管、光敏电阻和光电三极管等。
接下来，设计一个放大电路来放大光电传感器的输出信号。
放大电路可以使用运放来实现，运放具有高增益和低失真的特点。
放大电路应该将光电传感器的微弱信号放大到适合后续处理和控制的程度。
为了提高信号质量和去除噪声，滤波电路也是必要的。
滤波电路可以选择合适的滤波器来实现，常见的滤波器有低通滤波器和带通滤波器等。
滤波器可以去除高频噪声和不需要的信号成分，以保证输出信号的准确性和稳定性。
最后，设计一个输出电路来输出检测到的光电信号。
输出电路可以选择合适的接口电路或控制电路来实现，以满足所需的输出要求。
在设计光电信号检测电路时，需要考虑以下几个方面：1.光电传感器的选择和特性，如波长、灵敏度、响应时间等。
2.放大电路的设计，包括放大倍数的选择、输出电阻的确定等。
3.滤波电路的设计，包括滤波器类型的选择、截止频率的确定等。
4.输出电路的设计，包括输出接口电路的选择、输出信号类型的确定等。
5.对电路进行仿真和实验验证，以确保其性能和可靠性。
总体来说，光电信号检测电路设计是一个涉及多个方面的复杂工程，需要综合考虑各种因素来实现预期的功能。
只有在充分理解和应用相关电路理论的基础上，才能设计出性能稳定、有效可靠的光电信号检测电路。
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
光电信号检测电路设计
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。