Трансимпедансный синхронный усилитель обнуляет фоновую засветку

Texas Instruments OPA4277 TL072

Датчики света находят применение во множестве важных приложений, начиная от бытовой электроники, такой как схемы измерения окружающего света и управления экспозицией в камерах, и заканчивая научными приборами, такими как оптическая абсорбционная спектроскопия, обнаружение по ИК излучению в термографии и двухцветная пирометрия. Например, в оптической спектроскопии правильное измерение интенсивности зондирующего пучка имеет основополагающее значение при определении характеристик материала и устройства. При этом необходимо исключить любое влияние постоянной или очень низкочастотной фоновой подсветки. Кроме того, чтобы увеличить отношение сигнал/шум, при механической обтюрации или ином способе модуляции зондирующих пучков можно использовать узкополосные фазочувствительные или синхронные технологии детектирования.

Опорный сигнал от обтюратора работает как источник прямоугольных импульсов и модулирует усиление инвертирующего усилителя, основанного на ОУ.
Рисунок 1. Опорный сигнал от обтюратора работает как источник прямоугольных импульсов и модулирует
усиление инвертирующего усилителя, основанного на ОУ.

В описываемой ниже схеме опорный сигнал оптического модулятора, аналогично генератору прямоугольных импульсов с частотой fCHOP, модулирует коэффициент усиления инвертирующего усилителя, основанного на операционном усилителе (ОУ) (Рисунок 1). Входное напряжение усилителя пропорционально фототоку, генерируемому фотодиодом, который облучается световым пучком, модулированным частотой прерывателя. В этом случае, поскольку коэффициент усиления и вход управляются одной частотой, на выходе усилителя присутствует постоянная составляющая, которая может быть легко выделена фильтром нижних частот.

Операционные усилители A1A и A1B преобразуют фототок в напряжение только для переменных компонентов сигнала. Сопротивление резистора R1 можно изменить в зависимости от уровня освещенности, который потребуется измерять. Емкость конденсатора C1 выбирается в соответствии с общей емкостью фотодиода (если пренебречь входной емкостью A1A). Величина емкости C1 должна быть такой, чтобы обеспечить устойчивость трансимпедансной схемы [1].

Основным элементом схемы является операционный усилитель A1C, в цепь обратной связи которого включен фоторезистор RPR, определяющий усиление каскада. Сопротивление RPR зависит от интенсивности света, излучаемого светодиодом D1. Светодиодом D1 управляет преобразователь напряжение-ток на усилителе A2B. На один вход преобразователя через повторитель A2A подается фиксированное напряжение VB, а на другой – сигнал ΔV, сформированный с помощью A3. A2A определяет значение постоянной составляющей тока RPR, тогда как A2B и ΔRPR изменяются с частотой опорного сигнала. Сделанный на операционном усилителе A3 триггер Шмитта преобразует любые КМОП/ТТЛ уровни опорного сигнала в сбалансированные прямоугольные импульсы ±4.6 В, ослабленные до уровня ±0.5 В для питания светодиода током порядка 1.8 мА. Красный светодиод и фоторезистор RPR, в качестве которого используется сульфид-кадмиевый прибор NSL-19M51, выпускаемый компанией LUNA, расположены друг напротив друга и помещены в черную коробку, чтобы исключить попадание на оптрон фоновой засветки.

Для калибровки схемы сначала отключите или закройте входной фотодиод, чтобы усилитель A1A не преобразовывал сигнал переменного тока. Затем установите переключатель S1 в положение ИЗМЕРЕНИЕ и с помощью потенциометра RT2 установите выходное напряжение равным нулю. Когда переключатель S1 установлен в положение КАЛИБРОВКА, и на выходе буфера устанавливается известное тестовое напряжение, равное примерно 300 мВ, потенциометром RT1 зафиксируйте выходное напряжение на уровне 0 В. Тогда напряжение VB, управляющее сопротивлением RPR, установит соотношение RPR/RC = RA/RB.

Ссылки

  1. Wang, Tony, and Barry Erhman, “Compensate Transimpedance Amplifiers Intuitively,” Application Report SBOA055A, Texas Instruments, 1993.

Материалы по теме

  1. Datasheet LUNA optoelectronics NSL-19M51
  2. Datasheet Texas Instruments OPA4277
  3. Datasheet Texas Instruments TL072

EDN

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Transimpedance synchronous amplification nulls out background illumination

Изготовление 1-4 слойных печатных плат за $2

42 предложений от 26 поставщиков
Исполнение: SO14-150. OP AMP, QUAD HIGH PRECISION, 4277; Amplifiers, No. of:4; Op Amp Type:Precision; Gain, Bandwidth -3dB:1MHz; Slew Rate:0.8; Voltage, Supply...
OPA4277UA
Texas Instruments
158 ₽
ЗУМ-СМД
Россия
OPA4277UA/2K5
Texas Instruments
162 ₽
TMElectronics
Россия
OPA4277PA
Texas Instruments
от 920 ₽
LifeElectronics
Россия
OPA4277PA.
Texas Instruments
по запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя