高速微位移測(cè)量?jī)x--光電轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

光電轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

3.1 電路設(shè)計(jì)原理

激光照射到QP50-6-TO8四象限光電探測(cè)器上，激發(fā)探測(cè)器輸出相應(yīng)的電流。由于激發(fā)得到的電流值為微安級(jí)，因此需要進(jìn)行電流電壓轉(zhuǎn)換的同時(shí)進(jìn)行電平抬升。得到的電壓再通過(guò)運(yùn)算放大器進(jìn)行加減運(yùn)算使之輸出所需的電壓信號(hào)。
3.2 PCB工程設(shè)計(jì)
3.2.1 升壓電路
升壓電路對(duì)5V工作電壓通過(guò)10K的滑動(dòng)變阻器和1K的貼片電阻進(jìn)行分壓，通過(guò)調(diào)整滑動(dòng)變阻器的阻值使COM輸出端輸出2.5V電壓。用于之后的運(yùn)算放大器的正輸入端，起到電平抬升效果。電路中的電容C5，C7對(duì)一些微小電壓跳變起濾波作用，電解電容C6對(duì)突然的大電流和大的電壓跳變起濾波作用

3.2.2 電流電壓轉(zhuǎn)換電路
根據(jù)虛地與虛斷的特點(diǎn)，得到。又因?yàn)檩斎腚娏鳛槲布?jí)，所以選著的電阻值應(yīng)偏大，這里選著了100K的電阻。運(yùn)算放大器的正端輸入COM端2.5V電壓，使輸出電壓為正值且在0~2.5V直間，這樣輸出電壓在經(jīng)過(guò)之后的加減運(yùn)算之后輸出的電壓值不會(huì)過(guò)大。

3.2.3 加減運(yùn)算電路
加減運(yùn)算電路中包括3個(gè)加減器和1個(gè)反向加法器。U12-34代表四象限探測(cè)器的AB象限之和減CD象限之和，用于校訂激光所成的像是否位于測(cè)量焦點(diǎn)；U23-14與U12-34作用相似；U13-24代表四象限探測(cè)器的AC象限之和減BD象限之和。即當(dāng)被測(cè)平面處于焦平面之外時(shí)激光所成的像形變?yōu)闄E圓形，將兩對(duì)角象限進(jìn)行相減得出差值用于之后的計(jì)算；Usum代表四象限探測(cè)器所有象限值之和，即為聚焦誤差信號(hào)FES表達(dá)式中的“S”。

3.2.4 總電路圖

3.2.5 PCB圖

3.3 器件選擇
本設(shè)計(jì)需處理的電流電壓信號(hào)幅值較小且對(duì)運(yùn)算精度有較高要求，因此對(duì)于器件精度要求較高。而且考慮到整體體積以及電路板固定等問(wèn)題，對(duì)于電路板要求尺寸盡量小，所有器件選擇貼片型。
3.3.1 電阻選擇
本設(shè)計(jì)電路中的電阻均采用了0603型精密貼片電阻。因?yàn)橄噍^于一般的貼片電阻精密貼片電阻的誤差比較小，最小誤差（精度）可達(dá)到0.01%，溫度系數(shù)低至±5ppm/℃；0603型電阻比0805型電阻體積更小，可以大大減小電路板尺寸。
電路電壓轉(zhuǎn)換器中的電阻采用型號(hào)為010的精密貼片電阻，阻值為100K。
加減運(yùn)算放大器中的電阻采用型號(hào)為1003的精密貼片排阻，阻值為100K。
3.3.2 電容選擇
本設(shè)計(jì)的升壓電路中的電解電容選用鉭電解電容。因?yàn)殂g電容不像普通電解電容那樣使用電解液而是使用金屬鉭做介質(zhì)，固體鉭電容器電性能優(yōu)良，工作溫度范圍寬。而且，由于鉭電容內(nèi)部沒(méi)有電解液，很適合在高溫下工作。
3.3.3運(yùn)算放大器選擇
本設(shè)計(jì)中的兩個(gè)運(yùn)輸放大器均選擇了LT1882精密運(yùn)算放大器。精密運(yùn)算放大器與一般運(yùn)算放大器相比，兩者放大電路構(gòu)成類(lèi)似，但精密運(yùn)算放大器放大電路會(huì)多一些電源去耦，濾波等特殊設(shè)計(jì)的電路。主要區(qū)別在于運(yùn)算放大器上，精密運(yùn)算放大器的性能比一般運(yùn)放好很多，比如開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)更大，共模抑制比更大，速度比較慢，增益帶寬積，失調(diào)電壓或失調(diào)電流比較小，溫度漂移小，噪聲低等等。一般運(yùn)算放大器的失調(diào)往往是幾mV，而精密運(yùn)算放大器可以小到1uV的水平。