光信号示波器接收头研制的设计[毕业论文+英文翻译]

机电毕业论文:光信号示波器接收头研制的设计含毕业论文、英文论文翻译

光信号示波器接收头研制的设计[毕业论文+英文翻译]

摘 要

光电传感器是将光转化成电的器件。由于它的精度高，反应快，在军事、民用电器和工业控制上的应用十分广泛。本文首先分析了光电传感器的特点、分类和发展现状，提出使用PIN光电二极管的原因，并详细介绍其特点。在设计要求下，分析实现的方法和途径。由于PIN光电二极管输出为电流，而示波器显示一般用电压，所以用电流-电压转换电路实现电流到电压的转换。这样就能实现在示波器上显示光信号了，即达到了目的。

在整个电路中也要考虑放大的问题。但是在实现电流-电压转换的时候，用的电流-电压反馈电路，我们可以在反馈电阻的使用上达到目的，即在光电二极管的光电流一定的前提下，反馈电阻越大，电压越大。同时，我们还可以根据示波器本身电压倍数可以调节，来达到放大电路的目的。

任何电路都不能离开电源。在本设计中，要使用到集成运放CA3140。我们使用220V-9V的变压器，再利用交流直流转换器，实现交流到直流的转换，并用电容调整波形，最后提供直流电源。

当然，上面所提到的只是设计的思路，我们还需要仿真模拟。在本设计中，我们使用了电路仿真软件multisim。在该软件中，我们得到了理想的仿真结果，达到了设计的要求。

关键词： PIN光电二极管，电流电压转换，multisim仿真软件

ABSTRACT

The electro-optical sensor is the component which convertes the light into electricity. Because it’s highly precision, responds quickly, it is extremely widespread in the military, the civil electric appliance and the industry control application .This article has first analyzed the electro-optical characteristic, the classification and the present situation of development, then proposed the reason using the PIN photodiode, and gave details of its features. Under the design request, analysis realization method and way. Because the PIN photodiode outputs for the electric current, but the oscilloscope demonstrated generally uses the voltage, therefore uses the current - voltage switching transform the electric current to the voltage. This will achieve the oscilloscope showing the optical signal, which is to achieve its purpose.

In the entire electric circuit also must consider the problem of amplification. But in achieving the current-voltage conversion, with the current-voltage feedback circuit we may reach the goal in the feedback resistance using, namely premise the photoelectric current certainly, the feedback resistance is bigger, the voltage is greater. Meanwhile, we can also adjusted oscilloscope itself multiple voltage to achieve the purpose amplifier.

Any electric circuit needs the power source. In this design, integrated operational amplifier CA3140 needs power. we use 220V-9V transformer, AC to DC conversion, and capacitance adjustment the wave.

Certainly, above mentioned is only the design mentality, we also need the simulation. In this design, we have used circuit simulation software 'multisim'. In this software, we obtained the ideal simulation result, has met the design requirements.

Key words： PIN photodiode, Current—voltage conversion Multisim Simulation Software

目 录

中文摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1绪论 1
1.1 光电传感器 1
1.1.1光电传感器的原理 1
1.1.2 光电传感器的分类 1
1.1.3光电传感器的应用和发展现状 2
1.2 光探测器 2
1.3主要工作 4
1.4实现途径 4
2 PIN光电二极管 6
2.1光电效应 6
2.1.1光电导效应 6
2.1.2光伏效应 8
2.2 PIN光电二极管结构 9
2.3 PIN光电二极管的主要特性…………………10
2.3.1 伏安特性2.3 PIN光电二极管的主要特性……………10
2.3.2量子效率η 11
2.3.3响应度R0 11
2.3.4响应速度 11
3 PIN光电检测电路 12
3.1基本电路分析 12
3.2噪声分析 13
3.2.1散粒噪声 14
3.2.2热噪声 14
3.3减小噪声的改进电路 16
3.4设计PIN光电检测电路的一般原则 17
4设计与仿真 18
4.1设计的检测电路 18
4.2集成运放CA3140 19
4.3 电路的仿真 20
4.3.1 仿真软件介绍 20
4.3.2仿真实验 20
5驱动电源的设计 24
5.1 整流电路的设计 24
5.1.1半波整流电路 24
5.1.2全波整流电路 26
5.1.3桥式整流电路 27
5.2电容滤波电路 29
5.2.1滤波的基本概念 29
5.2.2电容滤波电路 30
5.2.3滤波原理 30
5.2.4电容滤波电路参数的计算 31
6 硬件制作与调试 32
6.1硬件制作 32
6.2硬件调试 32
7 结束语 35
7.1 本论文工作总结 35
7.2 有待完善之处 35
参考文献 37

1 绪论

本设计是本科生教育改革中的前期探索。在本科生教育开放性实验中，有许多的实验是根据本科生自身的要求和特点展开的。本设计做的是探测光信号的波形情况，它主要用于在其他实验中，将某信号如电信号转换成光信号的转换效率或失真程度的判定上。本设计的要求虽然简单，但意义是十分巨大的。

本次毕业设计的任务十分明确：学习multisim软件，并了解其在电子设计中的使用，掌握基本操作规程。设计光电接收前置单元并且在multisim 中进行模拟仿真。最终制作硬件系统，调试及改进。

在整个毕业设计中，锻炼了学生解决问题的设计思路，又掌握了一门很好的电子线路仿真和设计的EDA工具软件。在硬件制作中，锻炼了自身的动手能力和实际解决电子线路板常见问题的能力，这为实际工作奠定了基础。

1.1光电传感器

1.1.1光电传感器的原理

光电传感器又叫光传感器，是将光信号转换为电信号的一种传感器。敏感波长在可见光（0.38~0.76um）附近，包括红外线光（0.76~1000um）和紫外线光（0.005~0.4um）。其工作原理是基于一些物质的光电效应。光敏二极管是最常见的光传感器。光敏二极管的外型与一般二极管一样，只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入，为增加受光面积，PN结的面积做得较大，光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并与负载电阻相串联，当无光照时 ，它与普通二极管一样，反向电流很小（＜µA），称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。在外电场的作用下，光电载流子参于导电，形成比暗电流大得多的反向电流，该反向电流称为光电流。光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。

1.1.2光电传感器的分类

常见的光电传感器有光电管、光敏电阻、光敏晶体管、光电偶合器、颜色传感器、红外光传感器、紫外光传感器、