光电电路设计课件

1、光电电路设计光电电路设计光学与电子科技学院光学与电子科技学院余向东 BB平台：中国计量学院教务在线-网上课程-学校精品课程-BlackBoard平台 http:/e- -网络资源-网络资源.rar提纲提纲一、目的和意义 二、内容及安排 三、设计方案、设计要求及指标 四、基础知识 五、常用电路介绍 六、电路板设计要点 七、设计报告格式及要求 八、作品照片一、目的和意义一、目的和意义 光电电路设计是本专业学生在经过电子技术、电路与电子技术实验、光电检测技术等课程的学习后所进行的综合性设计课程。l 了解光电电路设计及制作的一般过程。l 学会正确使用基本的光电子、电子器件。l 掌握使用电脑辅助软件进行

2、设计的技能，进一步熟 悉仪器的操作。l 理论知识和实际运用结合起来，巩固已学的理论知识、提高动手能力，培养独立思考、分析、解决问题的能力，开拓创造力。l 为更高层次的设计课程以及毕业设计打好扎实的基础。二、内容及安排二、内容及安排 1、内容：、内容： 设计一套光电发射电路和光电接收电路，以电路为主（模电、数电），结合一些光电子器件的应用。2、安排和要求：、安排和要求： 理论教学阶段理论教学阶段 ：10%。设计要求、设计方法、经典电路等。确定总体方案图 ，起草线路图 。 详细设计详细设计(辅助设计软件辅助设计软件)： 25%。电路原理图、印刷电路路。 安装与调试：安装与调试： 65%。安装、焊接

3、、调试、记录数据、改进。 总结：总结： 课外完成。设计报告。 三、设计方案、设计要求及指标三、设计方案、设计要求及指标分两个专题进行：分两个专题进行： 光电传感检测电路专题：光电传感检测电路专题：以模拟电路为主，包括光发射电路、光电转换放大电路以及信号处理电路。提供两种选择方案，学生也可根据一定的要求自主确定方案。 光电测速电路专题：光电测速电路专题：以数字电路为主，包括光发射电路、光电转换放大电路以及计数、译码与显示电路。提供两种选择方案，学生也可根据一定的要求自主确定方案。三、设计方案、设计要求及指标：三、设计方案、设计要求及指标： 光电传感检测电路专题，方案光电传感检测电路专题，方案1：

4、 光电转换放大滤波同步相关低通滤波方波发生驱动设计要求：设计要求： 按方案1制作成实物，并上交相应的设计报告。电路原理图和印刷电路图需用电脑辅助设计软件完成。 设计指标：设计指标：驱动频率：3KHz放大倍数：100倍放大器带宽：20KHz锁相信噪比改善：1000三、设计方案、设计要求及指标：三、设计方案、设计要求及指标： 光电传感检测电路专题光电传感检测电路专题,方案方案2： 光电转换放大带通滤波整流方波发生驱动设计要求：设计要求： 按方案2制作成实物，并上交相应的设计报告。电路原理图和印刷电路图需用电脑辅助设计软件完成。 设计指标：设计指标：驱动频率： 10KHz放大倍数： 250倍放大器带

5、宽：3KHz三、设计方案、设计要求及指标：三、设计方案、设计要求及指标： 光电测速、计数电路专题光电测速、计数电路专题,方案方案1： 放放 大大 整整形形电电 路路 发光电路发光电路 电 机 驱电 机 驱动 旋 转动 旋 转叶片叶片 光电接收电路光电接收电路 开关电路开关电路 方波电路方波电路 计数电路计数电路 译码驱动译码驱动 电路电路 显显 示示 电电 路路 设计要求：设计要求： 按方案1制作成实物，并上交相应的设计报告。电路原理图和印刷电路图需用电脑辅助设计软件完成。 设计指标：设计指标： 方波频率：1KHz 放大倍数：100倍 计数范围：0-99三、设计方案、设计要求及指标：三、设计方

6、案、设计要求及指标： 光电测速、计数电路专题光电测速、计数电路专题,方案方案2： 放大放大 整形整形 计数电路计数电路 译码驱动译码驱动 电路电路 显显 示示 电电 路路 光源 A 光接收 B 信号采信号采集电路集电路 设计要求：设计要求： 按方案2制作成实物，并上交相应的设计报告。电路原理图和印刷电路图需用电脑辅助设计软件完成。设计指标：设计指标： 放大倍数：100倍 计数范围：0-99四、基础知识：四、基础知识： 基本原理及概念基本原理及概念 ： 频率、周期、占空比、增益、频率响应、带宽、信噪比、信噪比改善、锁相。 常用元器件介绍：常用元器件介绍： 电阻、电容、二极管、三极管、光电器件、集

7、成电路等。 四、基础知识四、基础知识基本原理及概念基本原理及概念 ： 频率、周期、占空比：频率、周期、占空比：四、基础知识四、基础知识基本原理及概念基本原理及概念 ：l 增益：增益：放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量转换为信号能量的能力。电压增益、电流增益、互阻增益、互导增益等。 Av=20lg(Vout/Vin) 四、基础知识四、基础知识基本原理及概念基本原理及概念 ：l频率响应频率响应 、带宽：带宽： 四、基础知识四、基础知识 信噪比、信噪以改善： 信噪比（SNR）：NSSNR S:信号有效值N:噪声有效值信噪比改善（SNIR）：OiNNiiOOffNSNSSNIR:iNf:ONf输

8、入噪声带宽输出噪声带宽四、基础知识四、基础知识 锁相（同步相关）：（微弱信号检测）锁相（同步相关）：（微弱信号检测）)(tWCOSVVRmS加法器乘法器低通滤波)(tWCOSVNN)(tWCOSVRRCOSVVmO21)(21)(21)2(21tWWCOStWWCOSVVCOStWCOSVVVRNRNRNRmSR四、基础知识四、基础知识常用元器件介绍：常用元器件介绍：l电阻：电阻：四、基础知识四、基础知识常用元器件介绍：常用元器件介绍：l电容：电容： 四、基础知识四、基础知识常用元器件介绍：常用元器件介绍：l 晶体二极管晶体二极管 ：整流、稳压、检流、开关等。：整流、稳压、检流、开关等。 四、

9、基础知识四、基础知识常用元器件介绍：常用元器件介绍：l 晶体三极管晶体三极管 ：锗管和硅管：锗管和硅管 ，NPN、PNP。四、基础知识四、基础知识常用元器件介绍：常用元器件介绍：l 场效应管场效应管 ：FET(结型、绝缘栅型结型、绝缘栅型(增强型、耗尽型增强型、耗尽型),是电压控是电压控制器件制器件 。四、基础知识四、基础知识常用元器件介绍：常用元器件介绍：l集成电路集成电路 ：四、基础知识四、基础知识常用元器件介绍：常用元器件介绍：l光电器件光电器件 ：五、常用电路介绍五、常用电路介绍 方波发生电路方波发生电路 光发射驱动电路光发射驱动电路 光电转换电路光电转换电路 信号放大电路信号放大电路

10、 带通滤波电路带通滤波电路 整流电路整流电路 锁相电路锁相电路 计数电路计数电路 译码电路译码电路 电源电路电源电路 五、常用电路介绍五、常用电路介绍 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：C1TRIG2Q3R45THR67VCC8GND1555R1R2VCC方波输出T1T2 1221211693. 0,)(693. 0CRTCRRT 21TTTTf1212112RRRRTTD五、常用电路介绍五、常用电路介绍 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： VR1改变波形对称性，VR2改变波形的频率。 12I

11、C1A740434IC1B740456IC1C740489IC1D7404C1VR1VR2方波输出五、常用电路介绍五、常用电路介绍 方波发生电路方波发生电路（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)(1214304RRURUt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0UZUfUR2R3R1R4C1D1D2D3D4IC1+VCC-VCC方波输出五、常用电路介绍五、常用电路介绍 光发射驱动电路光发射驱动电路:（1） LED驱动电路驱动电路: Q1R1R2L1C1VCC方波输入2RUUVICEfCCP五、常用电

12、路介绍五、常用电路介绍 光发射驱动电路光发射驱动电路:（2） 射极耦合射极耦合LD驱动电路：驱动电路：五、常用电路介绍五、常用电路介绍 光发射驱动电路光发射驱动电路:(3)、脉冲驱动电路：、脉冲驱动电路： C1C2R3R4R2R1Q1方波输入D2D1L1VCC五、常用电路介绍五、常用电路介绍 光发射驱动电路光发射驱动电路:（4） 带反馈的带反馈的LD驱动电路：驱动电路： Q1Q2LEDLDP1R1R2VR1方波输入VCC五、常用电路介绍五、常用电路介绍 光电转换电路：光电转换电路： （1） 光电三极管电路：光电三极管电路： PH1R1C1VCC信号输出五、常用电路介绍五、常用电路介绍 光电转换

13、电路：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： C1R1R2R3R4P1Q1Q2VCCHV信号输出IRUO2五、常用电路介绍五、常用电路介绍 光电转换电路：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： C1R1R2R3R4P1VCCHV信号输出Q1Q2Q3R5五、常用电路介绍五、常用电路介绍 光电转换电路：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五、常用电路介绍五、常用电路介绍l 信号放大电路：信号放大电路： (1).晶体管信号放大电路：晶体管信号放大电

14、路：Q1R1R2R3R4C1C2C3信号输出信号输入VCCC4五、常用电路介绍五、常用电路介绍l 信号放大电路：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： IC1RiRfReqCfC2信号输出信号输入-VEEVCCIC1RiRfReqCfC1C2信号输出信号输入-VEEVCCabifRRKffdBLCRf213ifRRK1ffdBLCRf213五、常用电路介绍五、常用电路介绍 带通滤波电路：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：C3=C3=C R1R2R5C4C3IC1-VEEVCC信号输出信号输入Rp)11(1212150RRRCf

15、1502RRKf)11(21215RRRQCRQfBdB5031五、常用电路介绍五、常用电路介绍 带通滤波电路：带通滤波电路：（2） 积分式带通滤波器：积分式带通滤波器：R3=R4=R5=R6=R,C1=C2=C 321411IC1A567IC1B1098IC1CR1R2R3R4R5R6R7R8C1C2-VEEVCC信号输入信号输出RCf210120RRKf1212RRRQQfBdB03五、常用电路介绍五、常用电路介绍 整流电路：整流电路： D1D2D31234R1R2R3C1C2C3VinVoutVinVoutVinVoutABC五、常用电路介绍五、常用电路介绍 锁相电路：锁相电路： IC1

16、A1213IC2A111012IC2B435IC2C896IC2DR1R2R3R4C3C4+5V-5VC1C2信号输入信号输出+Vr-Vr)21 (mioOVRRVNifCRSNIR04五、常用电路介绍五、常用电路介绍 计数电路 :J21Q22Q13DOWN4UP5Q36Q47VSS8J49J310ENABLE11CO12BO13REST14J115VDD16U3CD40192BCMJ21Q22Q13DOWN4UP5Q36Q47VSS8J49J310ENABLE11CO12BO13REST14J115VDD16U4CD40192BCMVCCVCCenable五、常用电路介绍五、常用电路介绍 译

17、码电路译码电路 B1C2LT3BL4LE5D6A7VSS8e9d10c11b12a13g14f15VDD16U5CD4511BCMVCCVCCabfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpcom9com10U7R101K五、常用电路介绍五、常用电路介绍 电源电路电源电路 （1） 晶体管稳压电路：晶体管稳压电路：R1R2RcRsRLQ1Q2C1C2Dz电压输入电压输出UoUz五、常用电路介绍五、常用电路介绍 电源电路电源电路（2） 三端固定输出稳压电路：三端固定输出稳压电路： Vin1GND2Vout3U17805C1C2C3电压输出电压输入五、常用电路介绍五、常用电路介绍 电源电路

18、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： Vin1GND2Vout3U1W117MC1C2C3电压输出电压输入R1VR六、电路板设计要点六、电路板设计要点 电路板设计步骤电路板设计步骤 电路原理图电路原理图 设计设计 印刷电路板印刷电路板 设计设计六、电路板设计要点六、电路板设计要点 电路板设计步骤电路板设计步骤(1)电路原理图的设计电路原理图的设计(2) 产生网络表产生网络表(3) 印制电路板的设计印制电路板的设计 六、电路板设计要点六、电路板设计要点 绘制电路原理图绘制电路原理图 （1）设计图纸大小）设计图纸大小 （2）设置）设置Protel 99/Schematic设计环境