干涉型光纖擾動(dòng)傳感器信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)和仿真
3 前置放大電路
3.1 電路設(shè)計(jì)
前置放大電路原理如圖4所示。通過PIN光電二極管輸入的信號(hào)經(jīng)過I/V變換將光電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào),而后再將電壓信號(hào)經(jīng)中間放大電路進(jìn)行電壓信號(hào)放大。電路分析:運(yùn)放U1A及其外圍元件組成了I/V變換電路。其中R1是為了消除探測(cè)器輸出電流中的毛刺,R2為防止電路自激并提供直流通道,C1為隔直電容,C3和R4用于直流平衡及交流補(bǔ)償。R3為反饋電阻,C2用于減小噪聲帶寬以保證R3對(duì)電路噪聲的影響最小。由于加入電容C2后,電路的幅頻特性會(huì)發(fā)生改變,相當(dāng)于一個(gè)濾波器,所以在選取C2時(shí)要同時(shí)考慮PIN管探測(cè)信號(hào)的頻譜以免將有用信號(hào)過度衰減或者濾掉。運(yùn)放U1D及其外圍元件R5,R6,R7組成的反相放大器作為中間放大電路對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)一步放大。本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/162175.htm
電路中集成運(yùn)放選擇也十分重要。對(duì)其輸入電阻、開環(huán)增益、轉(zhuǎn)換速率和增益帶寬、噪聲電壓都有較高要求。美國(guó)BB公司出品的高速FET輸入寬帶集成運(yùn)算放大器OPA132具有極高的輸入阻抗;較大的開環(huán)增益和增益帶寬,極快的電壓轉(zhuǎn)換速率和極小的等效噪聲帶寬,是非常理想的前置放大用集成電路。本文在電路中選擇OPA132的四運(yùn)放形式OPA4132,它大大減小了電路體積與配置的復(fù)雜程度,降低了噪聲引入。
3.2 電路仿真
搭建仿真電路,并用仿真軟件Multisim 10中兩通道示波器、波特圖示儀對(duì)設(shè)計(jì)的前置放大器分別仿真,得到如圖5所示仿真結(jié)果。從圖5可以看出,經(jīng)過前置放大電路后輸出信號(hào)相比輸入信號(hào)放大了約2×103倍,且基本無(wú)失真。
圖6為該電路的幅頻特性曲線??梢钥闯鲈撉爸梅糯箅娐穼?duì)高頻有一定的抑制作用,其主要是放大了低頻微弱信號(hào)。在圖中曲線的中間水平線中可以清楚得到電路的增益為65.284 dB,用鼠標(biāo)拖動(dòng)讀數(shù)軸可得上限頻率fH=9.501kHz,下限頻率fL=194.486Hz,頻寬B=fH-fL=9.306 kHz。
4 帶通濾波電路
4.1 濾波器設(shè)計(jì)
為使檢測(cè)電路具有良好的信噪比,還需要用帶通濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)一步處理。該設(shè)計(jì)在前置放大電路之后加入帶通濾波電路,以除去有用信號(hào)頻帶以外的噪聲,包括環(huán)境噪聲及由前置放大器引入的噪聲。由于振動(dòng)引起的信號(hào)頻率較低,經(jīng)過實(shí)驗(yàn)確定其信號(hào)的有效頻率在2~5 kHz之間。該設(shè)計(jì)對(duì)濾波器要求為:中心頻率2 kHz,帶寬為500 Hz~8 kHz,帶增益G=2。
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評(píng)論