一种低频微弱光电探测电路

1.本发明涉及光电探测技术领域，具体涉及一种低频微弱光电探测电路。


背景技术：

2.近年来，随着微光技术和光纤通信技术的迅速发展，各种传感器和光电器件得到了广泛应用。微光信号检测是发展高新技术和科学研究的重要手段，然而，由于微光信号往往十分微弱，微光信号检测精度的高低对产品的性能起着决定性的作用。现有技术中的微光信号光电转换电路存在许多问题，比如信号失真、信号震荡和噪声等，这些问题会导致检测结果不够准确。此外，由于微光信号的弱度，放大器噪声、背景噪声、电路噪声和外界电磁干扰等都会对检测系统的精度产生极大的影响。为了提高微光信号检测精度，需要对微光信号光电转换电路进行改进。一种常见的方法是采用低噪声放大器，可以减少信号噪声和外界电磁干扰。同时，还可以采用滤波器和去噪算法来降低背景噪声和电路噪声，以提高信噪比和系统精度。此外，提高微光信号光电转换电路的带宽通常也是非常重要的。高带宽的光电转换电路可以应用于各种高频电路场合，通用性较强。因此，需要针对不同的应用场合设计不同带宽的微光信号光电转换电路。
3.总之，微光信号光电转换电路的优化对于提高微光信号检测精度和性能至关重要。在未来的研究中，需要进一步探索更加精密、高效、低噪声的微光信号光电转换电路，以满足不断发展的微光技术和光纤通信等前沿光电技术的需求。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种微弱光信号探测的光电转换电路，该电路具有噪声小、带宽大、能有效抑制电路噪声的优点。
5.本发明的目的是通过以下技术方案来实现：一种低频微弱光电转换电路，包括：光电传感器偏置电路模块、高通滤波放大模块和低通滤波放大模块；所述光电传感器偏置电路模块、高通滤波放大模块和低通滤波放大模块串联连接。
6.一种低频微弱光电探测电路，其包括：光电传感器偏置电路模块、高通滤波放大模块和低通滤波放大模块；所述光电传感器偏置电路模块、高通滤波放大模块和低通滤波放大模块串联连接。其中光电传感器偏置电路模块能够将携带信息的光信号转换成方便进行信号处理的电信号；所述高通滤波放大电路模块能够将截止频率以下的信号进行滤除，即滤除低频噪声；所述低通滤波放大电路模块能够将截止频率以上的信号进行滤除，即滤除高频噪声。
7.在优选的实施方案中，所述光电传感器偏置电路模块包括：电阻r1、光电二极管l1、光电二极管l2、电容c1、电容c2、电容c4、电容c5、电容c6、电容c7、电容c9、电容c10和运算放大器u1；其中：
8.电路正电源电压vcc通过与所述光电二极管l1的阴极连接，所述光电二极管l1的阳极与所述运算放大器u1的正相输入端连接；所述光电二极管l1的阳极通过所述电容c1与
电阻r1并联接运算放大器u1输出端；所述光电二极管l1的公共端直接接地；所述运算放大器u1的负相输入端直接接地；电路负电源电压-vcc与光电二极管l2的阳极连接，所述光电二极管l2的阴极与所述运算放大器u1的正相输入端连接；所述运算放大器u1的负相输入端和输出端之间并联连接有电容c1和电阻r1；所述运算放大器u1的运放正电源v+分别与电路正电源电压vcc连接，及与所述电容c5和电容c6连接后接地；所述运算放16大器u1的负电源v-分别与电路负电源电压-vcc连接，及与所述电容c9和电容c10连接后接地；所述运算放大器u1的输出端与高通滤波放大模块连接。
9.在优选的实施方案中，，所述高通滤波放大模块包括：电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电容c11、电容c12、电容c13、电容c14、电容c15、电容c16、电容c17、电容c18、运算放大器u2和运算放大器u3；其中：
10.所述运算放大器u2的正相输入端通过电容c15、电容c16与光电传感器偏置电路模块连接；所述运算放大器u2的正相输入端与所述电阻r7串联后接地；所述运算放大器u2的负相输入端串联连接所述电阻r6后接电容c15；所述运算放大器u2的负相输入端和输出端之间连接后通过电容c13、电容c14和运算放大器u3连接；所述运算放大器u3正相输入端与电阻r9串联后接地；所述运算放大器u3负相输入端与运算放大器u3输出端相连后与低通滤波放大模块连接，实现高通滤波放大模块与低通滤波放大模块的串联；所述电阻r8与电容c13、电容c14连接后并与运算放大器u3输出端连接，所述运算放大器u2的运放正电源v+分别与电路正电源电压vcc连接，及与所述电容c11、电容c12连接后接地；所述运算放大器u2的运放负电源v-分别与电路负电源电压-vcc连接，及与所述电容c17、电容c18连接后接地。
11.在优选的实施方案中，所述的低通滤波放大模块包括：电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15、电阻r16、电阻r17、电容c19、电容c20、电容c21、电容c22、电容c23、电容c24、运算放大器u4和运算放大器u5；其中：
12.所述运算放大器u4的正相输入端通过电阻r14、电阻r15与高通滤波放大模块连接；所述运算放大器u4的正相输入端与所述电容c21串联后接地；所述运算放大器u4的负相输入端串联连接所述电阻r11后接地；所述运算放大器u4的负相输入端通过电阻r10和运算放大器u4输出端连接；所述运算放大器u4输出端通过电阻r16、电阻r17后与运算放大器u5的正相输入端连接；所述运算放大器u5的正相输入端与电容c24串联后接地；所述运算放大器u5的负相输入端与电阻r12串联后接地；所述运算放大器u5负相输入端通过电阻r13与运算放大器u5输出端连接，所述运算放大器u4的运放正电源v+分别与电路正电源电压vcc连接，及与所述电容c19、电容c20连接后接地；所述运算放大器u4的运放负电源v-分别与电路负电源电压-vcc连接，及与所述电容c25、电容c26连接后接地。
13.和现有技术相比，本发明的有益效果在于：
14.本发明通过提供一种低频微弱光电探测电路，能够把微弱的光信号转换成电信号，而且能够有着很好的滤波降低噪声；此外，采用上述光电转换电路后，其滤波放大电路具备20hz-100khz的频带范围，能够应用在各种低频电路场合。
附图说明
15.下面根据附图对本说明作进一步详细说明。
16.图1是本发明中微弱光信号光电转换电路结构示意图。
17.图2是本发明中光电传感器偏置电路结构示意图。
18.图3是本发明中滤波放大模块电路结构示意图。
19.图4是本发明中光电探测电路探测到的20hz正弦波信号。
20.图5是本发明中光电探测电路探测到的100khz正弦波信号。
具体实施方式
21.为使发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
22.如图1所示，本实施例中提供一种微光信号光电转换电路，包括：光电传感器偏置电路和滤波放大模块；所述光电传感器偏置电路和滤波放大模块串联连接。当携带信息的微弱光信号输入到光电传感器偏置电路时，由光电二极管将光信号转换成为电信号，转换后的电信号由滤波放大电路将频段外的信号进行滤除，并且将频段内的信号进行放大得到有效信号。本发明通过将光电传感器偏置电路和滤波放大模块组合在一起有效的解决了把微弱光信号转换为电压信号，并能进一步大幅滤除信号噪声的技术问题。
23.进一步的，如图2所示，在优选的实施方案中，光电传感器偏置电路模块包括：电阻r1、光电二极管l1、光电二极管l2、电容c1、电容c2、电容c4、电容c5、电容c6、电容c7、电容c9、电容c10和运算放大器u1；其中，直流电压vcc通过与光电二极管l1的阴极连接，光电二极管l1的阳极与运算放大器u1的正相输入端连接；光电二极管l1的阳极通过电容c1与电阻r1并联接运算放大器u1输出端；光电二极管l1的公共端直接接地；运算放大器u1的负相输入端直接接地；直流电压-vcc通过与光电二极管l2的阳极连接，光电二极管l2的阴极与运算放大器u1的正相输入端连接；运算放大器u1的负相输入端和输出端之间并联连接有电容c1和电阻r1；运算放大器u1的运放正电源v+分别与电路正电源电压vcc连接，及与电容c9和电容c10连接后接地；运算放大器u1的运放负电源v-分别与电路负电源电压-vcc连接，及与电容c5和电容c6连接后接地；运算放大器u1的输出端与高通滤波放大模块连接。
24.优选的，在本实施例的一个优选技术方案中，在上述光电传感器偏置电路模块中，vcc直流电压可选择9-15v，本实施例中将直流电源vcc的供电电压选择为12v；-vcc直流电压可选择-(9-15)v，本实施例中将直流电源vcc的供电电压选择为-12v；电阻r1大小为6kω；电容c1大小为0.1μf；电容c2、电容c5、电容c7、电容c9大小为100nf；电容c3、电容c4、电容c6、电容c8大小为10μf。
25.进一步的，如图3所示，在优选的实施方案中，高通滤波放大模块包括：运算放大器u2、运算放大器u3、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电容c11、电容c12、电容c13、电容c14、电容c15、电容c16、电容c17、电容c18；其中，运算放大器u2的正相输入端通过电容c15、电容c16与光电传感器偏置电路模块连接；运算放大器u2的正相输入端与电阻r7串联后接地；运算放大器u2的负相输入端串联连接电阻r6后接电容c15；运算放大器u2的负相输入端和输出端之间连接后通过电容c13、电容c14和运算放大器u3连接；运算放大器u3正相输入端与电阻r9串联后接地；运算放大器u3负相输入端与运算放大器u3输出端相连后与低通滤波放大模块连接；电阻r8与电容c13、电容c14连接后并与运算放大器u3输出端连接。运算放大器u2的运放正电源v+分别与电路正电源电压vcc连接，及与电容c11、电容c12连接后接地；运算放大器u2的运放负电源v-分别与电路负电源电压-vcc连接，及与电容c17、电容c18连接
后接地。
26.优选的，在本实施例的一个优选技术方案中，在上述高通滤波放大模块中，电容c12、电容c13、电容c14、电容c15、电容c16、电容c18大小为100nf；电容c11、电容c17大小为10μf；电阻r6大小为30.5kω；电阻r7大小为208kω；电阻r8大小为73.6kω；电阻r9大小为86.2kω。
27.进一步的，如图3所示，在优选的实施方案中，低通滤波放大模块包括：运算放大器u4、运算放大器u5、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15、电阻r16、电阻r17、电容c19、电容c20、电容c21、电容c22、电容c23、电容c24；其中，运算放大器u4的正相输入端通过电阻r14、电阻r15与高通滤波放大模块连接；运算放大器u4的正相输入端与电容c21串联后接地；运算放大器u4的负相输入端串联连接电阻r11后接地；运算放大器u4的负相输入端通过电阻r10和运算放大器u4输出端连接；运算放大器u4输出端通过电阻r16、电阻r17后与运算放大器u5的正相输入端连接；运算放大器u5的正相输入端与电容c24串联后接地；运算放大器u5的负相输入端与电阻r12串联后接地；运算放大器u5负相输入端通过电阻r13与运算放大器u5输出端连接。运算放大器u4的运放正电源v+分别与电路正电源电压vcc连接，及与电容c19、电容c20连接后接地；运算放大器u4的运放负电源v-分别与电路负电源电压-vcc连接，及与电容c25、电容c26连接后接地。
28.优选的，在本实施例的一个优选技术方案中，在上述低通滤波放大模块中，电容c14、电容c26大小为100nf；电容c22、电容c23大小为160μf；电容c21、电容c24大小为16μf；电阻r10大小为150kω；电阻r11大小为10kω；电阻r12大小为10kω；电阻r13大小为51kω；电阻r14大小为16.6kω；电阻r15大小为59.5kω；电阻r16大小为5.55kω；电阻r17大小为178kω。
29.在本实施例的一个优选技术方案中，在利用图1所示微弱光电探测电路进行微弱光电信号探测，如图4所示，为该电路探测的20hz正弦波信号；如图5所示，为该电路探测的100khz的正弦波信号。本方案中，低频微弱光电探测电路将光信号转换成电流信号后，通过滤波电路模块将信号进行滤波放大，能够完美探测到原始信号。
30.本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本技术相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种低频微弱光电探测电路，其特征在于，其包括：光电传感器偏置电路模块、高通滤波放大模块和低通滤波放大模块；所述光电传感器偏置电路模块、高通滤波放大模块和低通滤波放大模块串联连接。2.根据权利要求1所述的低频微弱光电探测电路，其特征在于，所述光电传感器偏置电路模块包括：电阻r1、光电二极管l1、光电二极管l2、电容c1、电容c2、电容c4、电容c5、电容c6、电容c7、电容c9、电容c10和运算放大器u1；其中：电路正电源电压vcc通过与所述光电二极管l1的阴极连接，所述光电二极管l1的阳极与所述运算放大器u1的正相输入端连接；所述光电二极管l1的阳极通过所述电容c1与电阻r1并联接运算放大器u1输出端；所述光电二极管l1的公共端直接接地；所述运算放大器u1的负相输入端直接接地；电路负电源电压-vcc与光电二极管l2的阳极连接，所述光电二极管l2的阴极与所述运算放大器u1的正相输入端连接；所述运算放大器u1的负相输入端和输出端之间并联连接有电容c1和电阻r1；所述运算放大器u1的运放正电源v+分别与电路正电源电压vcc连接，及与所述电容c5和电容c6连接后接地；所述运算放16大器u1的负电源v-分别与电路负电源电压-vcc连接，及与所述电容c9和电容c10连接后接地；所述运算放大器u1的输出端与高通滤波放大模块连接。3.根据权利要求1所述的低频微弱光电探测电路，其特征在于，所述高通滤波放大模块包括：电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电容c11、电容c12、电容c13、电容c14、电容c15、电容c16、电容c17、电容c18、运算放大器u2和运算放大器u3；其中：所述运算放大器u2的正相输入端通过电容c15、电容c16与光电传感器偏置电路模块连接；所述运算放大器u2的正相输入端与所述电阻r7串联后接地；所述运算放大器u2的负相输入端串联连接所述电阻r6后接电容c15；所述运算放大器u2的负相输入端和输出端之间连接后通过电容c13、电容c14和运算放大器u3连接；所述运算放大器u3正相输入端与电阻r9串联后接地；所述运算放大器u3负相输入端与运算放大器u3输出端相连后与低通滤波放大模块连接，实现高通滤波放大模块与低通滤波放大模块的串联；所述电阻r8与电容c13、电容c14连接后并与运算放大器u3输出端连接，所述运算放大器u2的运放正电源v+分别与电路正电源电压vcc连接，及与所述电容c11、电容c12连接后接地；所述运算放大器u2的运放负电源v-分别与电路负电源电压-vcc连接，及与所述电容c17、电容c18连接后接地。4.根据权利要求1所述的低频微弱光电探测电路，其特征在于，所述的低通滤波放大模块包括：电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15、电阻r16、电阻r17、电容c19、电容c20、电容c21、电容c22、电容c23、电容c24、运算放大器u4和运算放大器u5；其中：所述运算放大器u4的正相输入端通过电阻r14、电阻r15与高通滤波放大模块连接；所述运算放大器u4的正相输入端与所述电容c21串联后接地；所述运算放大器u4的负相输入端串联连接所述电阻r11后接地；所述运算放大器u4的负相输入端通过电阻r10和运算放大器u4输出端连接；所述运算放大器u4输出端通过电阻r16、电阻r17后与运算放大器u5的正相输入端连接；所述运算放大器u5的正相输入端与电容c24串联后接地；所述运算放大器u5的负相输入端与电阻r12串联后接地；所述运算放大器u5负相输入端通过电阻r13与运算放大器u5输出端连接，所述运算放大器u4的运放正电源v+分别与电路正电源电压vcc连接，及与所述电容c19、电容c20连接后接地；所述运算放大器u4的运放负电源v-分别与电路负电
源电压-vcc连接，及与所述电容c25、电容c26连接后接地。

技术总结
本发明公开了一种低频微弱光电转换电路；其转换后的电信号具有噪声小、带宽大的优点，其结构包括：光电传感器偏置电路模块、高通滤波放大模块和低通滤波放大模块；所述光电传感器偏置电路模块、高通滤波放大模块和低通滤波放大模块串联连接。本发明通过提供一种微光信号光电转换电路，能够把微弱的光电流信号转换成电压信号，并能很好的滤波降低噪声；此外，采用上述低频微弱光电转换电路，其电路可以探测到20Hz-100kHz频率范围的信号，能够应用在各种低频电路场合。种低频电路场合。种低频电路场合。


技术研发人员：陈赟 谢宇 纪德宝
受保护的技术使用者：复旦大学
技术研发日：2023.05.08
技术公布日：2023/9/23