第三章 常用光电电路

1、第三章 常用光电电路C1TRIG2Q3R45THR67VCC8GND1555R1R2VCC方波输出T1T2一、常用电路介绍o1、方波发生电路、方波发生电路（1）555定时器方波发生电路定时器方波发生电路.(),.11212210 6930 693TRR C TR C12TTT112122TRRDTRR占空比占空比周期周期一、常用电路介绍o1、方波发生电路、方波发生电路（2）非门构成的无稳态多谐振荡器非门构成的无稳态多谐振荡器 该电路输出方波的上升、下降沿时间较短，并可调节频率该电路输出方波的上升、下降沿时间较短，并可调节频率和波形对称性。调节和波形对称性。调节VR1VR1可改变波形的对称性，调

2、节可改变波形的对称性，调节VR2VR2可可改变波形的频率。改变波形的频率。 12IC1A740434IC1B740456IC1C740489IC1D7404C1VR1VR2方波输出R2R3R1R4C1D1D2D3D4IC1+VCC-VCC方波输出一、常用电路介绍o1、方波发生电路（3）由运算放大器构成的方波发生器由运算放大器构成的方波发生器 21RRD tfZtfzUUUUUUCRRTln)(121方波占空比因数：方波占空比因数：周期：周期：4304RRURUt0UZUfU其中，为方波输出辐度，为齐纳二极管的齐纳电压，为二极管的正向压降。 Q1R1R2L1C1VCC方波输入一、常用电路介绍o2

3、、光发射驱动电路（1）LED驱动2RUUVICEfCCPfUCEU三极管Q1采用开关管，在输入方波的驱动下处于开关状态，电容C1起加速作用。对于一些简单的应用场合，该电路也适合用于激光二极管的驱动。流过LED的峰值电流为：其中LED正向导通压降，为三极管饱和时CE端压降。一、常用电路介绍o2、光发射驱动电路（激光二极管）（2）射极耦合射极耦合LD驱动电路驱动电路 半导体三极管半导体三极管BG1、BG2通过射极通过射极电阻电阻Re耦合形成电流开关。耦合形成电流开关。BG1、BG2轮流工作在导通轮流工作在导通-截止的开关截止的开关状态。当状态。当Vin为为“0”码时，则码时，则BG1导通、导通、B

4、G2截止，截止，LD上只有电流上只有电流IB流过，故流过，故LD不发出激光；当不发出激光；当Vin为为“1”码时，则码时，则BG1截止、截止、BG2导通，导通，LD上有电流上有电流IM+IB流过，故流过，故LD发出激光。射极耦合电流开关发出激光。射极耦合电流开关驱动电路适用于中速率和高速率光驱动电路适用于中速率和高速率光纤通信系统。纤通信系统。IB为为LD的阈值电流。的阈值电流。 C1C2R3R4R2R1Q1方波输入D2D1L1VCC一、常用电路介绍o2、光发射驱动电路（3）脉冲驱动电路脉冲驱动电路 三极管三极管Q1处于开关状态，处于开关状态，当输入信号为高电平时当输入信号为高电平时Q1饱和导

5、通，电容饱和导通，电容C1通过通过Q1、LD放电；当放电；当输入信号为低电平时，输入信号为低电平时，Q1截止，截止，VCC经经R3向向电容电容C1充电，由此充电，由此LD产生光脉冲，光脉冲宽产生光脉冲，光脉冲宽度由度由C1大小及放电回路大小及放电回路等阻抗决定。等阻抗决定。 Q1Q2LEDLDP1R1R2VR1方波输入VCC一、常用电路介绍o2、光发射驱动电路（4）带反馈的带反馈的LD驱动电路驱动电路 光电二极管光电二极管P1用于用于监控监控LD输出光功率输出光功率大小，其输出的光大小，其输出的光电流反馈给电流反馈给Q1输入输入端，用以调整端，用以调整LD的的阈值电流，以起到阈值电流，以起到稳

6、定稳定LD输出光功率输出光功率的作用。的作用。 一、常用电路介绍o3、光电转换电路（1）光电三极管电路）光电三极管电路 光电三极管有较高的灵敏度，但响应速度一般为s级。图30电路可用于一般场合（如遥控器）的光电转换。PH1R1C1VCC信号输出C1R1R2R3R4P1Q1Q2VCCHV信号输出一、常用电路介绍o3、光电转换电路（2）双极型光电前置放大电路双极型光电前置放大电路 双极型输入具有输入阻抗低、输入电双极型输入具有输入阻抗低、输入电压噪声小、输入电流噪声大的特点。压噪声小、输入电流噪声大的特点。 前置放大器设计重点之一是要尽量减前置放大器设计重点之一是要尽量减少电路噪声，并且前置放大器

7、接收的信号较少电路噪声，并且前置放大器接收的信号较弱，为此弱，为此Q1的静态工作点一般设置在靠近的静态工作点一般设置在靠近截止区的位置。截止区的位置。 光电二极管光电二极管P1可根据不同的需要选用可根据不同的需要选用普通光电二极管（普通光电二极管（PD）、带耗尽层的光电）、带耗尽层的光电二极管（二极管（PIN）或雪崩光电二极管（）或雪崩光电二极管（APD）。）。R2为跨阻，该放大器的输出由压可由下述为跨阻，该放大器的输出由压可由下述公式描述：公式描述：其中其中I为光电二极管为光电二极管P1的光电流。的光电流。 2OUR I C1R1R2R3R4P1VCCHV信号输出Q1Q2Q3R5一、常用电路

8、介绍o3、光电转换电路(3) FET型光电前置放大电路型光电前置放大电路 输入极采用FET，它的特点是输入阻抗大、输入电压噪声大、输入电流噪声小。一、常用电路介绍o3、光电转换电路(4)采用集成器件的光电前置放大电路采用集成器件的光电前置放大电路 IC1R1R2C1P1信号输出VCCHV 该电路的特点是设计简单，但电路的性能取决于采用何种集成电路。 一、常用电路介绍o4、信号放大电路 信号放大电路一般处于光电接收系统的中间级，该型电路在设计时着重要考虑的指标是： 电压放大倍数、带宽、动态范围、线性度等，对噪声指标一般不予重点考虑。由于该型电路接收的信号较大，因此该型电路的静态工作点一般设置在放

9、大区的中心点。 一、常用电路介绍o4、信号放大电路（1）晶体管信号放大电路晶体管信号放大电路 晶体管放大器一般可分为共发射极、共集电极、共基极三种基本形态，在具体应用时可根据实际情况来选用。采用分立元件的放大器成本较低，但体积偏大，并且设计较复杂，许多参数需经计算而确定 。Q1R1R2R3R4C1C2C3信号输出信号输入VCCC4IC1RiRfReqCfC2信号输出信号输入-VEEVCCIC1RiRfReqCfC1C2信号输出信号输入-VEEVCCab一、常用电路介绍o4、信号放大电路（2）采用运放的信号放大电路采用运放的信号放大电路 ifRRKffdBLCRf213ifRRK1ffdBLCR

10、f213反相放大器放大倍数：反相放大器放大倍数：低通低通3dB3dB截止频率：截止频率：同相放大器同相放大器放大倍数为：放大倍数为：低通低通3dB3dB截止频率：截止频率：R1R2R5C4C3IC1-VEEVCC信号输出信号输入Rp一、常用电路介绍o5、带通滤波电路（1）多环反馈型带通滤波器多环反馈型带通滤波器 图中电路为采用单运放多环反馈型RC有源滤波器，该型滤波器具有输入阻抗高，输出阻抗低，输出与输入之间隔离良好，通带系数可以灵活调节等优点。但可处理的信号频带受运算放大器带宽的限制。 )11(1212150RRRCf1502RRKf)11(21215RRRQCRQfBdB5031设C3=C

11、4=C，该电路几个重要参数的计算公式如下：中心频率：中心频率：中心频率增益：中心频率增益：等效品质因数：等效品质因数：3dB带宽：带宽：一、常用电路介绍o5、带通滤波电路（2）积分式带通滤波器）积分式带通滤波器321411IC1A567IC1B1098IC1CR1R2R3R4R5R6R7R8C1C2-VEEVCC信号输入信号输出一、常用电路介绍o5、带通滤波电路（2）积分式带通滤波器）积分式带通滤波器o采用3运放的积分式RC有源带通滤波器。为了获得良好的温度特性，通常选用封装在一个管壳内的运算放大器组。设R3=R4=R,C1=C2=C，R5=R6=R所参数的计算公式为：中心频率： 中心频率增益

12、：等效品质因数： 3dB带宽： 从上几式可以看出，电路值与R无关。因此，通过调整R值可以单独调节中心频率，而改变R1或R2可以单独改变值。012fRC201fRKR 1212RRQR03dBfBQ321411IC1A567IC1B1098IC1CR1R2R3R4R5R6R7R8C1C2-VEEVCC信号输入信号输出一、常用电路介绍o6、整流电路图为A半波整流电路，图B为全波整流电路，图C为桥式整流电路。半波整流电路整流效率低，全波、桥式整流电路效率高，桥式整流电路可提供浮地输入。在实际应用中可根据不同的需要选择具体的整流电路。 D1D2D31234R1R2R3C1C2C3VinVoutVinV

13、outVinVoutABCR1R2RcRsRLQ1Q2C1C2Dz电压输入电压输出UoUz图为采用晶体管的串联调整型稳压电路，其中图为采用晶体管的串联调整型稳压电路，其中Q1为放大管，为放大管，Q2为调整管，为调整管，R1、R2组成采样电阻网路，组成采样电阻网路，DZ为基准电压稳为基准电压稳压管。输出电压压管。输出电压UO的计算公式为：的计算公式为： 其中为 基准电压，为 晶体管Q1基极与发射极之间的电压。 一、常用电路介绍o7、电源电路（1）晶体管稳压电路晶体管稳压电路()1211OZbeRRUUURZU1beU()1211OZbeRRUUURVin1GND2Vout3U17805C1C2C

14、3电压输出电压输入一、常用电路介绍o7、电源电路(2)三端固定输出稳压电路三端固定输出稳压电路 三端固定电压式集成稳压器具有性能好、可靠性高、易于使用等特点。其输出电压为固定值，可正可负，在实际使用时可选用合适的输出电压型号，目前市场使用较多的有78XX、79XX系列。图为采用7805三端稳压器稳压电路，输出电压值为5V。 Vin1GND2Vout3U1W117MC1C2C3电压输出电压输入R1VR一、常用电路介绍o7、电源电路(3) 三端可调输出稳压电路三端可调输出稳压电路 三端可调电压式集成稳压器，具有性能好、可靠性高、易于使用，并且输出电压可调的特点。图为采用W117M三端可调稳压器的稳

15、压电路，其输出电压计算公式为： .()11 25 1VRORUR其中1.25V为W117M内部提供的基准电压。值可取120或240，值可根据输出电压值选择，一般为1K至几K。一、常用电路介绍o8、计数电路采用集成芯片CD40192可以进行BCD码计数，为了获得两位数的计数。可以将两片CD40192进行级联，具体的CD40192实物图和两位计数器的连接图如图所示： J21Q22Q13DOWN4UP5Q36Q47VSS8J49J310ENABLE11CO12BO13REST14J115VDD16U3CD40192BCMJ21Q22Q13DOWN4UP5Q36Q47VSS8J49J310ENABLE11CO12BO13REST14J115VDD16