干涉型光纤扰动传感器信号调理电路的设计和仿真

作者：时间：2011-04-13来源：网络收藏

3 前置放大电路
3．1 电路设计
前置放大电路原理如图4所示。通过PIN光电二极管输入的信号经过I／V变换将光电流转换为电压信号，而后再将电压信号经中间放大电路进行电压信号放大。电路分析：运放U1A及其外围元件组成了I／V变换电路。其中R1是为了消除探测器输出电流中的毛刺，R2为防止电路自激并提供直流通道，C1为隔直电容，C3和R4用于直流平衡及交流补偿。R3为反馈电阻，C2用于减小噪声带宽以保证R3对电路噪声的影响最小。由于加入电容C2后，电路的幅频特性会发生改变，相当于一个滤波器，所以在选取C2时要同时考虑PIN管探测信号的频谱以免将有用信号过度衰减或者滤掉。运放U1D及其外围元件R5，R6，R7组成的反相放大器作为中间放大电路对电压信号进一步放大。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/162175.htm

电路中集成运放选择也十分重要。对其输入电阻、开环增益、转换速率和增益带宽、噪声电压都有较高要求。美国BB公司出品的高速FET输入宽带集成运算放大器OPA132具有极高的输入阻抗；较大的开环增益和增益带宽，极快的电压转换速率和极小的等效噪声带宽，是非常理想的前置放大用集成电路。本文在电路中选择OPA132的四运放形式OPA4132，它大大减小了电路体积与配置的复杂程度，降低了噪声引入。
3．2 电路仿真
搭建仿真电路，并用仿真软件Multisim 10中两通道示波器、波特图示仪对设计的前置放大器分别仿真，得到如图5所示仿真结果。从图5可以看出，经过前置放大电路后输出信号相比输入信号放大了约2×103倍，且基本无失真。

图6为该电路的幅频特性曲线。可以看出该前置放大电路对高频有一定的抑制作用，其主要是放大了低频微弱信号。在图中曲线的中间水平线中可以清楚得到电路的增益为65．284 dB，用鼠标拖动读数轴可得上限频率fH=9.501kHz，下限频率fL=194.486Hz，频宽B=fH-fL=9.306 kHz。

4 带通滤波电路
4．1 滤波器设计
为使检测电路具有良好的信噪比，还需要用带通滤波器对信号进一步处理。该设计在前置放大电路之后加入带通滤波电路，以除去有用信号频带以外的噪声，包括环境噪声及由前置放大器引入的噪声。由于振动引起的信号频率较低，经过实验确定其信号的有效频率在2～5 kHz之间。该设计对滤波器要求为：中心频率2 kHz，带宽为500 Hz～8 kHz，带增益G=2。