CN212871468U - 一种光电探测器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种光电探测器，其包括光电二极管、电流‑电压转换电路和CPU芯片，电流‑电压转换电路包括跨阻抗放大电路、自举电路和低通滤波电路；光电二极管将光信号转换为电流信号，该电流信号通过顺次连接的互阻抗电路、自举电路和低通滤波电路传输至CPU芯片的模拟输入端。在跨阻抗放大电路中设置补偿电容，确定跨阻抗放大电路的增益带宽积和电路的带宽，消除跨阻抗放大电路中的振荡以及限制噪声；通过设置自举电路，减小了跨阻抗放大电路中电阻元器件固有噪声对电路噪声的影响，对跨阻抗放大电路的输入电容起到自举作用，消除了跨阻抗放大电路中运算放大器的差模输入电容影响，进而减小了输入电容，增大了跨阻抗放大电路的带宽。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光探测技术领域，尤其涉及一种光电探测器。
背景技术
目前，激光器可以输出400nm、850nm、1100nm或940nm的激光，通过光电探测器可以探测到激光器输出的激光。在光电探测放大电路中，通常情况下接收到的光学信号和经过光电探测器转换后的电信号都比较微弱，很容易掩没在环境噪声中，而且后面放大电路的引入，不仅引入了多余的噪声源，而且对输入放大器的噪声进行了放大作用。目前，一般采用跨阻抗放大电路对光电二极管输出的微弱信号进行放大，然而光电二极管的输出信号的速度要求了跨阻抗电路具有较高的带宽，但是灵敏度高的光电二极管要求有较高的增益，就限制了跨阻抗放大电路的带宽，使得跨阻抗放大电路的带宽及其增益向冲突。因此，为解决上述问题，本实用新型提供一种光电探测器，通过具有相位补偿功能的跨阻抗放大电路实现光电二极管对电路高阻抗的要求，并且设置了自举电路扩展电路的带宽。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提出了一种光电探测器，通过具有相位补偿功能的互阻抗电路实现光电二极管对电路高阻抗的要求，并且设置了自举电路扩展电路的带宽。
本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种光电探测器，其包括光电二极管、电流-电压转换电路和CPU芯片，电流-电压转换电路包括跨阻抗放大电路、自举电路和低通滤波电路；
光电二极管将光信号转换为电流信号，该电流信号通过顺次连接的互阻抗电路、自举电路和低通滤波电路传输至CPU芯片的模拟输入端。
在以上技术方案的基础上，优选的，光电二极管为Si光电二极管、雪崩光电二极管、光电二极管、肖特基光电二极管和光伏二极管中任一种。
在以上技术方案的基础上，优选的，光电二极管的工作模式采用光电导模式；
光电二极管的正极外接反偏电压，光电二极管的负极与跨阻抗放大电路电性连接。
进一步优选的，跨阻抗放大电路包括：电阻R22-R23、电容C12-C13和运算放大器TL082；
电阻R22的一端和电容C12的一端分别与运算放大器TL082的引脚2电性连接，电阻R22的另一端和电容C12的另一端均接地；光电二极管的负极与运算放大器TL082的引脚3电性连接，电阻R23的一端与运算放大器TL082的引脚3电性连接，电阻R23的另一端与自举电路的输出端电性连接，电容C13并联在电阻R23的两端。
进一步优选的，自举电路包括：电阻R24-R25、电容C14和运算放大器 OP07；
运算放大器TL082的引脚1通过电阻R24与运算放大器OP07的引脚6电性连接，运算放大器OP07的引脚5接地，电阻R25和电容C14串联以后并联在运算放大器OP07的引脚6及其引脚7之间，电阻R23的另一端与运算放大器OP07的引脚7电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，低通滤波电路为二阶无限增益多路反馈型滤波电路，其截至频率为20Hz。
进一步优选的，低通滤波电路包括：电阻R26-R29、电容C15-C17和运算放大器OPA656；
自举电路通过电阻R26分别与电阻R28的一端、电阻R27的一端和电容 C17的一端电性连接，电容C17的另一端接地，电阻R27的另一端分别与电容 C15的一端、电容C16的一端和运算放大器OPA656的引脚2电性连接，电阻 R28的另一端、电容C15的另一端和电容C16的另一端分别与运算放大器OPA656的引脚1电性连接，运算放大器OPA656的引脚3通过电阻R29接地，运算放大器OPA656的引脚1与CPU的模拟输入端电性连接。
进一步优选的，电阻R26-R28为5％容差的金属膜电阻。
本实用新型的一种光电探测器相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)通过在跨阻抗放大电路中设置补偿电容，确定跨阻抗放大电路的增益带宽积和电路的带宽，消除跨阻抗放大电路中的振荡以及限制噪声；
(2)通过设置自举电路，减小了跨阻抗放大电路中电阻元器件固有噪声对电路噪声的影响，对跨阻抗放大电路的输入电容起到自举作用，消除了跨阻抗放大电路中运算放大器TL082的差模输入电容影响，进而减小了输入电容，增大了跨阻抗放大电路的带宽；
(3)运算放大器TL082与运算放大器OP07由反馈电阻R23和电阻R25串联起来，其中反馈电阻R23返回到运算放大器TL082的同相输入端，不仅保证了负反馈回路，而且也避免了在同一个反馈回路中出现两个运算放大器相位倒置问题的发生。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型一种光电探测器的结构图；
图2为本实用新型一种光电探测器的电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型的一种光电探测器，其包括光电二极管、电流-电压转换电路和CPU芯片。
光电二极管，将光信号转换为微弱的电流信号。本实施例中，光电二极管为Si光电二极管、雪崩光电二极管、光电二极管、肖特基光电二极管和光伏二极管中任一种，并且其工作模式采用光电导模式，具体的，光电二极管的正极外接反偏电压，光电二极管的负极与电流-电压转换电路电性连接。
电流-电压转换电路，将光电二极管输出的微弱电流信号转换为微弱电压信号，并该微弱电压信号进行放大。由于该微弱电压信号比较微弱，很容易掩没在环境噪声中，而且后面放大电路的引入，不仅引入了多余的噪声源，而且对输入放大器的噪声进行了放大作用。因此，为了解决上述问题，本实施例中，电流-电压转换电路包括跨阻抗放大电路、自举电路和低通滤波电路，其中，光电二极管将光信号转换为电流信号，该电流信号通过顺次连接的互阻抗电路、自举电路和低通滤波电路传输至CPU芯片的模拟输入端。
跨阻抗放大电路，由于微弱光检测需要低噪声和高增益的运算放大器，因此，本实施例中设置跨阻抗放大电路以满足光电二极管对响应速度和灵敏度的要求。本实施例中，如图2所示，跨阻抗放大电路包括：电阻R22-R23、电容 C12-C13和运算放大器TL082；具体的，电阻R22的一端和电容C12的一端分别与运算放大器TL082的引脚2电性连接，电阻R22的另一端和电容C12的另一端均接地；光电二极管的负极与运算放大器TL082的引脚3电性连接，电阻 R23的一端与运算放大器TL082的引脚3电性连接，电阻R23的另一端与自举电路的输出端电性连接，电容C13并联在电阻R23的两端。其中，电阻R23为反馈电阻，反馈电阻R23负责运算放大器TL082的增益；然而由于引入了反馈电阻R23，会造成跨阻抗放大电路存在潜在振荡的可能，因此，必须引入相位补偿，消除潜在的振荡，本实施例中，在反馈电阻R23的两端并联补偿电容 C13，确定运算放大器TL082的增益带宽积和电路的带宽，消除跨阻抗放大电路中的振荡以及限制噪声；补偿电容C13在噪声增益回路中产生一个极点，与光电二极管引起的噪声增益中的零点相互抵消。
自举电路，由于光电二极管产生的信号电压使得其结电容分流出一部分电流信号，减弱了信号带宽。然而对于高增益的跨阻抗电路而言，对带宽限制起主要作用的是寄生电容和相位补偿，虽然减小补偿电容可以增加电路的带宽，但是其值不可能无限的减小，也不可能无限增加，例如，当补偿电容C13的大小设置过高时，会造成电路的过度补偿，使得跨阻抗放大电路的输出过慢；因此，本实施例中，为了平衡信号带宽以及补偿量，设置了自举电路，通过减小跨阻抗电路的输入电容来增加电路的带宽。优选的，本实施例中，如图2所示，自举电路包括：电阻R24-R25、电容C14和运算放大器OP07；具体的，运算放大器TL082的引脚1通过电阻R24与运算放大器OP07的引脚6电性连接，运算放大器OP07的引脚5接地，电阻R25和电容C14串联以后并联在运算放大器OP07的引脚6及其引脚7之间，电阻R23的另一端与运算放大器OP07的引脚7电性连接。其中，电阻R22和电阻R24组成了反馈回路，减小了电阻R22 和电阻R24固有噪声对电路噪声的影响，对运算放大器TL082的输入电容起到自举作用，消除了运算放大器TL082的差模输入电容影响，进而减小了输入电容；目前运算放大器TL082的总输入电容主要包括运算放大器TL082输入端的共模输入电容和光电二极管的电容，随着输入电容的减小，跨阻抗放大电路的带宽增加；在低频段，运算放大器OP07相当于反相器，由于电容C14的影响，电阻R25和运算放大器OP07没有形成反馈回路，保证了整个电路的开环增益；随着频率的不断增高，运算放大器OP07由反相器变为积分电器，甚至变为衰减器，在某一段频率下，电阻R25和电容C14组成的积分器在转变为衰减器的过程中降低了运算放大器OP07的增益；运算放大器TL082与运算放大器OP07由反馈电阻R23和电阻R25串联起来，其中反馈电阻R23返回到运算放大器TL082的同相输入端，不仅保证了负反馈回路，而且也避免了在同一个反馈回路中出现两个运算放大器相位倒置问题的发生。
低通滤波电路，对自举电路输出信号进行滤除干扰信号，以满足后续CPU 芯片模拟输入端转换精度的要求。本实施例中，低通滤波电路为二阶无限增益多路反馈型滤波电路，其截至频率为20Hz。优选的，本实施例中，如图2所示，低通滤波电路包括：电阻R26-R29、电容C15-C17和运算放大器OPA656；具体的，自举电路通过电阻R26分别与电阻R28的一端、电阻R27的一端和电容C17的一端电性连接，电容C17的另一端接地，电阻R27的另一端分别与电容C15的一端、电容C16的一端和运算放大器OPA656的引脚2电性连接，电阻R28的另一端、电容C15的另一端和电容C16的另一端分别与运算放大器 OPA656的引脚1电性连接，运算放大器OPA656的引脚3通过电阻R29接地，运算放大器OPA656的引脚1与CPU的模拟输入端电性连接。其中，电阻R28 为限流电阻；电阻R31、电容C37和电容C38组成反馈回路；电阻R32和电容 C36组成RC滤波器；电阻R33为接地电阻；电阻R26-R28为5％容差的金属膜电阻。
本实施例的工作原理为：光电二极管将光信号转换为电流信号，该电流信号经过跨阻抗放大电路进行电流-电压转换，转换后的电压信号通过自举电路减小跨阻抗放大电路的输入电容，增大电路的带宽，并通过低通滤波电路滤波噪声后输入CPU芯片的模拟输入端。
本实施例的有益效果为：通过在跨阻抗放大电路中设置补偿电容，确定跨阻抗放大电路的增益带宽积和电路的带宽，消除跨阻抗放大电路中的振荡以及限制噪声；
通过设置自举电路，减小了跨阻抗放大电路中电阻元器件固有噪声对电路噪声的影响，对跨阻抗放大电路的输入电容起到自举作用，消除了跨阻抗放大电路中运算放大器TL082的差模输入电容影响，进而减小了输入电容；
运算放大器TL082与运算放大器OP07由反馈电阻R23和电阻R25串联起来，其中反馈电阻R23返回到运算放大器TL082的同相输入端，不仅保证了负反馈回路，而且也避免了在同一个反馈回路中出现两个运算放大器相位倒置问题的发生。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种光电探测器，其包括光电二极管、电流-电压转换电路和CPU芯片，其特征在于：所述电流-电压转换电路包括跨阻抗放大电路、自举电路和低通滤波电路；
所述光电二极管将光信号转换为电流信号，该电流信号通过顺次连接的互阻抗电路、自举电路和低通滤波电路传输至CPU芯片的模拟输入端。
2.如权利要求1所述的一种光电探测器，其特征在于：所述光电二极管为Si光电二极管、雪崩光电二极管、光电二极管、肖特基光电二极管和光伏二极管中任一种。
3.如权利要求1所述的一种光电探测器，其特征在于：所述光电二极管的工作模式采用光电导模式；
所述光电二极管的正极外接反偏电压，光电二极管的负极与跨阻抗放大电路电性连接。
4.如权利要求3所述的一种光电探测器，其特征在于：所述跨阻抗放大电路包括：电阻R22-R23、电容C12-C13和运算放大器TL082；
所述电阻R22的一端和电容C12的一端分别与运算放大器TL082的引脚2电性连接，电阻R22的另一端和电容C12的另一端均接地；光电二极管的负极与运算放大器TL082的引脚3电性连接，电阻R23的一端与运算放大器TL082的引脚3电性连接，电阻R23的另一端与自举电路的输出端电性连接，电容C13并联在电阻R23的两端。
5.如权利要求4所述的一种光电探测器，其特征在于：所述自举电路包括：电阻R24-R25、电容C14和运算放大器OP07；
所述运算放大器TL082的引脚1通过电阻R24与运算放大器OP07的引脚6电性连接，运算放大器OP07的引脚5接地，电阻R25和电容C14串联以后并联在运算放大器OP07的引脚6及其引脚7之间，电阻R23的另一端与运算放大器OP07的引脚7电性连接。
6.如权利要求1所述的一种光电探测器，其特征在于：所述低通滤波电路为二阶无限增益多路反馈型滤波电路，其截至频率为20Hz。
7.如权利要求6所述的一种光电探测器，其特征在于：所述低通滤波电路包括：电阻R26-R29、电容C15-C17和运算放大器OPA656；
所述自举电路通过电阻R26分别与电阻R28的一端、电阻R27的一端和电容C17的一端电性连接，电容C17的另一端接地，电阻R27的另一端分别与电容C15的一端、电容C16的一端和运算放大器OPA656的引脚2电性连接，电阻R28的另一端、电容C15的另一端和电容C16的另一端分别与运算放大器OPA656的引脚1电性连接，运算放大器OPA656的引脚3通过电阻R29接地，运算放大器OPA656的引脚1与CPU的模拟输入端电性连接。
8.如权利要求7所述的一种光电探测器，其特征在于：所述电阻R26-R28为5％容差的金属膜电阻。
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| CN202021732678.6U CN212871468U (zh) | 2020-08-19 | 2020-08-19 | 一种光电探测器 |
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| CN202021732678.6U CN212871468U (zh) | 2020-08-19 | 2020-08-19 | 一种光电探测器 |
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| CN212871468U true CN212871468U (zh) | 2021-04-02 |
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Family Applications (1)
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| CN202021732678.6U Active CN212871468U (zh) | 2020-08-19 | 2020-08-19 | 一种光电探测器 |
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| CN (1) | CN212871468U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113030906A (zh) * | 2021-04-29 | 2021-06-25 | 上海脉泽光电科技有限公司 | 一种用于激光测距仪的光电信号放大装置 |
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2020
- 2020-08-19 CN CN202021732678.6U patent/CN212871468U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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