CN206117673U - 一种红外接收电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种红外接收电路，包括电源模块、高压直流电源、雪崩光电二极管、前置放大电路、主放大电路和单片机，高压直流电源用于为雪崩光电二极管提供偏置电压使其工作在雪崩状态；雪崩光电二极管用于接收红外回波信号并输出微电流信号；前置放大电路用于将微电流信号进行第一次放大；主放大电路用于将微电流信号进行第二次放大并输出电压信号；单片机用于检测电压信号进而实现红外回波信号的探测。本实用新型的技术方案，采用简单的电路结构实现红外接收电路，大大降低了成本；同时，通过采用AD500‑8型雪崩光电二极管作为红外接收管，大大提高了红外接收电路的接收灵敏度和增益，从而大大提高了红外探测的精度和距离。
Description
技术领域
本实用新型属于红外技术领域，尤其涉及一种红外接收电路。
背景技术
红外接收电路通常采用光电探测器检测红外波，利用光电效应的原理，一旦受到光的照射，温度就会升高，其自身的电导率也随之发生改变。而在未经光的照射时，该类器件的暗电流很微弱，几乎可以忽略不计。因此，光电探测器可以将微弱的光信号转化为电流信号，以供后期的信号处理电路放大和采样。由于现有技术红外接收电路的光辐射灵敏度和增益较低，同时仅能接收特定的红外波波段，再加上，红外光在大气中传输时，部分光能会被大气分子所吸收，使得单位面积光能量减少，也有另一部分被散射，造成传播方向上的光能损失。从而影响了红外接收电路探测的精度和距离。
故，针对现有技术的缺陷，实有必要提出一种技术方案以解决现有技术存在的问题。
实用新型内容
有鉴于此，确有必要提供一种电路结构简单、成本低的红外接收电路，并能够提高红外探测的精度和距离。
为了克服现有技术存在的缺陷，本实用新型提供以下技术方案：
一种红外接收电路，包括电源模块、高压直流电源、雪崩光电二极管、前置放大电路、主放大电路和单片机，其中，
所述电源模块用于为所述前置放大电路、主放大电路和单片机提供供电电压；
所述高压直流电源用于为所述雪崩光电二极管提供偏置电压使其工作在雪崩状态；
所述雪崩光电二极管用于接收红外回波信号并输出微电流信号；
所述前置放大电路与所述雪崩光电二极管相连接，用于将微电流信号进行第一次放大；
所述主放大电路与所述前置放大电路相连接，用于将微电流信号进行第二次放大并输出电压信号；
所述单片机与所述主放大电路相连接，用于检测电压信号进而实现红外回波信号的探测。
优选地，所述所述雪崩光电二极管采用Pacific Silicon Sensor公司生产的AD500-8型雪崩光电二极管。
优选地，所述高压直流电源的正端与第一电阻R1的一端相连接，所述第一电阻R1的另一端与第一电容C1的一端和雪崩光电二极管的负极相连接，所述高压直流电源的负端以及所述第一电容C1的另一端接地，所述雪崩光电二极管的正极与所述前置放大电路相连接。
优选地，所述前置放大电路进一步包括第一运放芯片U1、第二电阻R2、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4，其中，所述第一运放芯片U1的第二引脚与所述雪崩光电二极管的正极、所述第二电阻R2的一端、所述第二电容C2的一端相连接，所述第一运放芯片U1的第三引脚接地，所述第一运放芯片U1的第四引脚与电源模块-5V输出端和所述第四电容C4的一端相连接，所述第一运放芯片U1的第七引脚与电源模块+5V输出端和所述第三电容C3的一端相连接，所述第一运放芯片U1的第六引脚与所述第二电阻R2的另一端和所述第二电容C2的另一端相连接作为第一输出端，所述第三电容C3的另一端和所述第四电容C4的另一端均与地相连接。
优选地，所述第一运放芯片U1采用OP07通用运算放大器。
优选地，所述主放大电路进一步包括第二运放芯片U2、第三运放芯片U3、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7和第八电容C8，其中，所述第三电阻R3的一端与第一输入端相连接，所述第三电阻R3的另一端与所述第二运放芯片U2的第二引脚、第四电阻R4的一端相连接，所述第二运放芯片U2的第三引脚接地，所述第二运放芯片U2的第四引脚与电源模块-5V输出端和第六电容C6的一端相连接，所述第二运放芯片U2的第七引脚与电源模块+5V输出端和第五电容C5的一端相连接，所述第五电容C5的另一端和第六电容C6的另一端均接地，所述第二运放芯片U2的第六引脚与所述第四电阻R4的另一端和所述第五电阻R5的一端相连接，所述第五电阻R5的另一端与所述第三运放芯片U3的第三引脚相连接，所述第三运放芯片U3的第二引脚与所述第六电阻R6的一端和第七电阻R7的一端相连接，所述第六电阻R6的另一端接地，所述第三运放芯片U3的第四引脚与电源模块-5V输出端和第八电容C8的一端相连接，所述第三运放芯片U3的第七引脚与电源模块+5V输出端和第七电容C7的一端相连接，所述第七电容C7的一端和第八电容C8的另一端均接地，所述第三运放芯片U3的第六引脚与所述第七电阻R7的另一端相连接作为第二输出端与单片机的AD采样端相连接。
优选地，所述第二运放芯片U2和第三运放芯片U3采用OP07通用运算放大器。
优选地，所述高压直流电源产生110V直流电压。
与现有技术相比较，本实用新型的技术方案，采用简单的电路结构实现红外接收电路，大大降低了成本；同时，通过采用Pacific Silicon Sensor公司生产的AD500-8型雪崩光电二极管作为红外接收管，大大提高了红外接收电路的接收灵敏度和增益，从而大大提高了红外探测的精度和距离。
附图说明
图1为本实用新型一种红外接收电路的原理框图。
图2为本实用新型一种红外接收电路中前置放大电路的电路原理图。
图3为本实用新型一种红外接收电路中主放大电路的电路原理图。
如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本实用新型。
具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型作进一步说明。
参见图1，所示为本实用新型一种红外接收电路的原理框图，包括电源模块、高压直流电源、雪崩光电二极管、前置放大电路、主放大电路和单片机，其中，电源模块用于为前置放大电路、主放大电路和单片机提供供电电压；高压直流电源用于为雪崩光电二极管提供偏置电压使其工作在雪崩状态；雪崩光电二极管用于接收红外回波信号并输出微电流信号；前置放大电路与雪崩光电二极管相连接，用于将微电流信号进行第一次放大；主放大电路与前置放大电路相连接，用于将微电流信号进行第二次放大并输出电压信号；单片机与主放大电路相连接，用于检测电压信号进而实现红外回波信号的探测。
在一种优选实施方式中，雪崩光电二极管采用Pacific Silicon Sensor公司生产的AD500-8型雪崩光电二极管。该管具有较高的光辐射灵敏度和增益，并且噪声小，可接受较宽波段的入射光。该管的具体参数如下表所示：
表1 AD500-8光电探测器参数表
AD500-8雪崩光电二极管在正常工作时，需要提供一较高的偏置电压，使其工作在雪崩状态，且随着偏置电压的提高，其接收灵敏度也会提高，将接收到的光能量转换为电流的能力也会提升。由于该二极管的击穿电压范围为120v-160v，因此在实际电路中，高压直流电源产生110V直流电压，使二极管的负极施加一110v的反向偏置高压，高压直流电源可以电源模块直流电压升压得到。
由于AD500-8雪崩光电二极管仅产生的微弱电流，因此，需要放大电路对其输出信号进行放大后才能转化为可供单片机采样处理的电压信号。本实用新型中，通过前置放大电路和主放大电路进行两级放大。
参见图2，所示为本实用新型一种红外接收电路中前置放大电路的电路原理图，高压直流电源的正端与第一电阻R1的一端相连接，第一电阻R1的另一端与第一电容C1的一端和雪崩光电二极管的负极相连接，高压直流电源的负端以及第一电容C1的另一端接地，雪崩光电二极管的正极与前置放大电路相连接。前置放大电路进一步包括第一运放芯片U1、第二电阻R2、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4，其中，第一运放芯片U1的第二引脚与雪崩光电二极管的正极、第二电阻R2的一端、第二电容C2的一端相连接，第一运放芯片U1的第三引脚接地，第一运放芯片U1的第四引脚与电源模块-5V输出端和第四电容C4的一端相连接，第一运放芯片U1的第七引脚与电源模块+5V输出端和第三电容C3的一端相连接，第一运放芯片U1的第六引脚与第二电阻R2的另一端和第二电容C2的另一端相连接作为第一输出端，第三电容C3的另一端和第四电容C4的另一端均与地相连接。
由于前置放大电路的输入电流极其微弱，因此在选择时需考虑以下因素：(1)低噪声、低温漂：由于是对微弱信号进行I-V转换，因此应选择低噪声、低温漂和抗干扰性强的运算放大器进行电路设计，降低噪声和温度等对电路的影响；(2)频率带宽：选择合适的频率带宽，可以有效的抑制除有用频率以外的高频信号；(3)输入阻抗、输出阻抗；对于电压转换电路而言，较高的输入阻抗有益于降低信号损耗，较低的输出阻抗有益于增大输出功率。
在一种优选实施方式中，第一运放芯片U1采用OP07通用运算放大器。
该放大器采用双电源供电，具有低达25V的输入失调电压，无需调零电路；同时，具有2nA左右的输入偏置电流以及300V/mV的开环增益，使得该运算放大器特别适用于信号处理电路中的小信号放大。
参见图3，所示为本实用新型一种红外接收电路中主放大电路的电路原理图，主放大电路进一步包括第二运放芯片U2、第三运放芯片U3、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7和第八电容C8，其中，第三电阻R3的一端与第一输入端相连接，第三电阻R3的另一端与第二运放芯片U2的第二引脚、第四电阻R4的一端相连接，第二运放芯片U2的第三引脚接地，第二运放芯片U2的第四引脚与电源模块-5V输出端和第六电容C6的一端相连接，第二运放芯片U2的第七引脚与电源模块+5V输出端和第五电容C5的一端相连接，第五电容C5的另一端和第六电容C6的另一端均接地，第二运放芯片U2的第六引脚与第四电阻R4的另一端和第五电阻R5的一端相连接，第五电阻R5的另一端与第三运放芯片U3的第三引脚相连接，第三运放芯片U3的第二引脚与第六电阻R6的一端和第七电阻R7的一端相连接，第六电阻R6的另一端接地，第三运放芯片U3的第四引脚与电源模块-5V输出端和第八电容C8的一端相连接，第三运放芯片U3的第七引脚与电源模块+5V输出端和第七电容C7的一端相连接，第七电容C7的一端和第八电容C8的另一端均接地，第三运放芯片U3的第六引脚与第七电阻R7的另一端相连接作为第二输出端与单片机的AD采样端相连接。
主放大电路是为了实现合适倍数的电压放大，以使得输出的电压能够被单片机采样。AD500-8的输出电流极其微弱，经前置放大电路I-V转换后输出的电压为2.72mV。由于单片机供电电压一般设定为3-5v左右，则需要在主放大电路中实现多于1000倍的放大，在此种情况下，本实用新型主放大电路也采用两级放大的形式，第一级放大为反相放大，放大倍数为50倍；第二级放大为正相放大，放大倍数为20倍。
在一种优选实施方式中，第二运放芯片U2和第三运放芯片U3采用OP07通用运算放大器。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种红外接收电路，其特征在于，包括电源模块、高压直流电源、雪崩光电二极管、前置放大电路、主放大电路和单片机，其中，
所述电源模块用于为所述前置放大电路、主放大电路和单片机提供供电电压；
所述高压直流电源用于为所述雪崩光电二极管提供偏置电压使其工作在雪崩状态；
所述雪崩光电二极管用于接收红外回波信号并输出微电流信号；
所述前置放大电路与所述雪崩光电二极管相连接，用于将微电流信号进行第一次放大；
所述主放大电路与所述前置放大电路相连接，用于将微电流信号进行第二次放大并输出电压信号；
所述单片机与所述主放大电路相连接，用于检测电压信号进而实现红外回波信号的探测。
2.根据权利要求1所述的红外接收电路，其特征在于，所述所述雪崩光电二极管采用Pacific Silicon Sensor公司生产的AD500-8型雪崩光电二极管。
3.根据权利要求1或2所述的红外接收电路，其特征在于，所述高压直流电源的正端与第一电阻R1的一端相连接，所述第一电阻R1的另一端与第一电容C1的一端和雪崩光电二极管的负极相连接，所述高压直流电源的负端以及所述第一电容C1的另一端接地，所述雪崩光电二极管的正极与所述前置放大电路相连接。
4.根据权利要求3所述的红外接收电路，其特征在于，所述前置放大电路进一步包括第一运放芯片U1、第二电阻R2、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4，其中，所述第一运放芯片U1的第二引脚与所述雪崩光电二极管的正极、所述第二电阻R2的一端、所述第二电容C2的一端相连接，所述第一运放芯片U1的第三引脚接地，所述第一运放芯片U1的第四引脚与电源模块-5V输出端和所述第四电容C4的一端相连接，所述第一运放芯片U1的第七引脚与电源模块+5V输出端和所述第三电容C3的一端相连接，所述第一运放芯片U1的第六引脚与所述第二电阻R2的另一端和所述第二电容C2的另一端相连接作为第一输出端，所述第三电容C3的另一端和所述第四电容C4的另一端均与地相连接。
5.根据权利要求4所述的红外接收电路，其特征在于，所述第一运放芯片U1采用OP07通用运算放大器。
6.根据权利要求1所述的红外接收电路，其特征在于，所述主放大电路进一步包括第二运放芯片U2、第三运放芯片U3、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7和第八电容C8，其中，所述第三电阻R3的一端与第一输入端相连接，所述第三电阻R3的另一端与所述第二运放芯片U2的第二引脚、第四电阻R4的一端相连接，所述第二运放芯片U2的第三引脚接地，所述第二运放芯片U2的第四引脚与电源模块-5V输出端和第六电容C6的一端相连接，所述第二运放芯片U2的第七引脚与电源模块+5V输出端和第五电容C5的一端相连接，所述第五电容C5的另一端和第六电容C6的另一端均接地，所述第二运放芯片U2的第六引脚与所述第四电阻R4的另一端和所述第五电阻R5的一端相连接，所述第五电阻R5的另一端与所述第三运放芯片U3的第三引脚相连接，所述第三运放芯片U3的第二引脚与所述第六电阻R6的一端和第七电阻R7的一端相连接，所述第六电阻R6的另一端接地，所述第三运放芯片U3的第四引脚与电源模块-5V输出端和第八电容C8的一端相连接，所述第三运放芯片U3的第七引脚与电源模块+5V输出端和第七电容C7的一端相连接，所述第七电容C7的一端和第八电容C8的另一端均接地，所述第三运放芯片U3的第六引脚与所述第七电阻R7的另一端相连接作为第二输出端与单片机的AD采样端相连接。
7.根据权利要求6所述的红外接收电路，其特征在于，所述第二运放芯片U2和第三运放芯片U3采用OP07通用运算放大器。
8.根据权利要求1所述的红外接收电路，其特征在于，所述高压直流电源产生110V直流电压。
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