光電子課程設(shè)計(jì)光電警報(bào)器

1、光電子課程設(shè)計(jì)一.課程設(shè)計(jì)目的：1.學(xué)會用振蕩電路設(shè)計(jì)發(fā)光管調(diào)制電源的方法；2.了解微弱信號放大電路的設(shè)計(jì)思想；3.熟悉集成運(yùn)算放大器的各類性能參數(shù)；4.了解帶通濾波器從躁聲中檢出弱信號的方法；5.學(xué)會多重反饋有源帶通濾波器的設(shè)計(jì)步驟和參數(shù)計(jì)算；6.練習(xí)如何進(jìn)行光電信號檢測系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)試驗(yàn)；二. 課程設(shè)計(jì)簡介：主要采用了NE555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器電路，產(chǎn)生振蕩信號，驅(qū)動砷化鎵紅外發(fā)光二極管HG412A，并使用2CU2D硅光敏二極管探測該紅外信號，得到的微弱電流信號經(jīng)低噪聲集成運(yùn)放LF353放大，再經(jīng)運(yùn)放uA741對放大后的信號濾波，信號中心頻率為5KHz，濾波后的信號送至光電報(bào)警電路。當(dāng)紅外

2、發(fā)光管與硅光敏二極管之間的區(qū)域被隔斷時(shí)，報(bào)警電路部分的紅燈亮。而當(dāng)電路正常接受到5KHz光脈沖時(shí)，發(fā)光二極管不亮，設(shè)計(jì)思路見下圖三.課程設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1.發(fā)光二極管調(diào)制電源設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)要求：利用LM555CN為HG412A砷化鎵發(fā)光二極管的調(diào)制電源。電源調(diào)制頻率在最小可調(diào)范圍為3kHz7KHz，輸出波形占空比為50%，且發(fā)光二極管的輸出功率可以調(diào)節(jié)。2工作原理：輸出端OUT的高電平通過可變電阻R1對電容器U2充電，使U2逐漸升高到2VCC/3，輸出端OUT跳變?yōu)榈仉娖剑娙萜鱑2又通過可變電阻R1向輸出端OUT放電，當(dāng)U2下降到VCC/3時(shí)，輸出端OUT又變?yōu)楦唠娖?。電容器在VCC/3和2VCC/

3、3之間充電和放電，輸出端OUT輸出連續(xù)的矩形脈沖。由于充放電通道相同，所以輸出的波形占空比為50。3計(jì)算過程：充電時(shí)間T1=放電的時(shí)間T2： T1=T2=ln2*RC=0.7R輸出的電平的矩形脈沖的頻為： f=1/(T1+T2)=1/（1.4RC）要使輸出為5K矩形脈沖： R=6.5K C=0.22uF用NE555組成的多諧振蕩器來驅(qū)動發(fā)光二極管，輸出的電平為12V，設(shè)發(fā)光二極管的工作電流為Id=30mA,電壓為Vd=1.5V,計(jì)算可得限流電阻為R2=360。4電路及波形圖：2.光電微弱信號放大電路設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)要求：本電路是應(yīng)用低噪聲集成運(yùn)放LF353的A部分設(shè)計(jì)的微弱信號放大電路，用于2CU2

4、D型光電二極管輸出的微弱電流信號前置放大。放大倍數(shù)1000-2000可調(diào)，輸出要求出去1/f低頻噪聲。2工作原理：由于光敏二極管在工作時(shí)近似于一個電流源Is，因此在進(jìn)行微弱電流信號放大時(shí)必須考慮如何進(jìn)行I-V轉(zhuǎn)換，有兩種方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換，一是直接電阻轉(zhuǎn)換，即電流源連接電阻R，然后與取R上的電壓進(jìn)行放大；二是采用跨阻放大的方法進(jìn)行I-V轉(zhuǎn)換。采用直接轉(zhuǎn)換的方法時(shí)，如果Is不是一個理想的電流源，則R不能獲得所有的電流；另外如果R后面接放大器時(shí)，放大器的內(nèi)部電阻是和R并聯(lián)的，這將使得Is流過的等效電阻變得不確定。因此通常不采用直接電阻轉(zhuǎn)換的方法。U2=1K，U3=0.1Uf是為了在測量中出去電路中的1/

5、f躁聲。3計(jì)算過程：Ir3=R1*Is， Ir2=Ir3+Is， Uo=-Is*(R1+R2+R1*R2/R3)取R1=10K, R2=1K， R3=100 則R4=R1/R2/R3=90 取100若Is=30uA 則 Uo=-3.33V4電路及波形圖：3.多重反饋有源帶通濾波器設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)要求： 利用運(yùn)放uA741設(shè)計(jì)二階有源低通濾波器對放大電路輸出信號進(jìn)行濾波。要求品質(zhì)因數(shù)Q=10，中心頻率f0=5KHz，中頻增益H=5。2工作原理：濾波器是一種能使有用頻率的信號通過而同時(shí)能對無用頻率的信號進(jìn)行抑制或衰減的電子裝置。圖中R1,R2 和C1組成低通濾波：C2和R3組成高通濾波。3計(jì)算過程：取C

6、1=C2=C, Q=10， f=5KHz， H=5 可得：電壓增益函數(shù)： Av (j)=中心電壓增益： 中心頻率： 品質(zhì)因素； 3dB帶寬： 4電路及波形圖：4.光電報(bào)警電路設(shè)計(jì)：1設(shè)計(jì)要求：在發(fā)光二極管光源，微弱信號放大器和帶通濾波器的基礎(chǔ)上，利用集成運(yùn)放LF353的B部分和普通二極管設(shè)計(jì)光電報(bào)警電路。當(dāng)電路未接受到5KHZ光脈沖時(shí)點(diǎn)亮紅色發(fā)光二極管，正常接受5KHZ光脈沖時(shí)發(fā)光二極管不點(diǎn)亮。2工作原理：用LF353配置成一個比較放大器。放大器的正端加2V的左右的偏壓，負(fù)端加信號電壓。當(dāng)光線未阻斷時(shí)，從主放大器來的交流信號經(jīng)二極管檢波電路，再經(jīng)C2低通濾波后得到直流電壓，使后面的放大器負(fù)輸入端電位大于或等于正輸入端電位，則放大器輸出電壓近似為零，LED管截止，不發(fā)光。當(dāng)光線被阻斷時(shí)，信號消失，放大器只有正端加正電壓，輸出為正電壓，LED管導(dǎo)通發(fā)出紅色光以示報(bào)警。C2的放電時(shí)間尤其重要，它決定了系統(tǒng)的時(shí)間靈敏度，如果光脈沖在被阻斷的一瞬間，C2上的電壓還沒有降到預(yù)定值1V以下，則會出現(xiàn)漏報(bào)錯誤。3電路及波形圖：隨開關(guān)S開閉，波形發(fā)生變化四.課程設(shè)計(jì)總結(jié)：作為一名電子科技專業(yè)光電子方向的學(xué)生，平時(shí)課程比較偏重于光學(xué)理論以及光電子材料