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烟雾探测IC所用的光电放大电路,很久也没看明白是什么原理

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scswn|  楼主 | 2012-3-4 16:39 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 scswn 于 2012-3-5 16:28 编辑

这是一个我画的比较容易看的电路图:




就是这个电路,想了很久都没搞清楚是什么放大电路,增益特性怎么计算。
还请各位见多识广的高手指点一下。先谢谢了!

后面的内容都是这个电路的来源,还有我查过的形似的电路,可以不管。


下面这个图是 A5303 数据手册中给出的应用电路图。红色方框内的就是光电放大器。




这是一个类似的芯片 M75010 的框图和应用电路图,放大器结构也是一样的。



增益由 C1, C2 脚上外接电容的大小来确定。C1 脚接 0.047uF 时增益是 4701 倍,C2 脚接 4700pF 时增益是 471 倍。而且 C2 脚的还得串一个值需要计算的电阻。
另外这个 IC 还比较细致的写出了这个放大器是一个高增益脉冲放大器,光电二极管工作在零偏状态下。




以下是《传感器技术手册》这本书中“光电二极管前置放大器设计”一节中出现的图表。噪声增益 1 + C1/C2 和那些 IC 数据手册中给出的计算式形式相同,但电路结构还是不一样。




另,附一个光电二极管的等效电路:


(帖子已经过修改,删去了一些内容,避免给人问题过多的感觉)

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沙发
scswn|  楼主 | 2012-3-4 16:59 | 只看该作者
那两个分压电阻,或者是 IC 应用电路中的两个固定电阻加一个电位器,是用于微调烟雾感应灵敏度的。

由于运放的输出是下一级比较器的输入,所以我认为这块儿相当于是提供一个虚地,运放相当于工作在双电源下。调节分压比,也就是调节输出的直流电平。

但我把运放的负电源由 GND 改为 VEE,原来的分压电阻的中点改为 GND 后再看,还是没能理解电路结构。

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板凳
scswn|  楼主 | 2012-3-5 01:23 | 只看该作者
有个比较重要的点忘了说明了,红外发射二极管那边是每隔 10s 开启 100us,电流 100mA。

这个放大电路基本能确定放大的是一个脉冲信号,只是我不会分析它是如何工作的。

放大器的输出可能只有某个时间超过设定阈值,导致下一级的比较器翻转。
因为这些 IC 内部有时序逻辑,所以这样是可以工作的,只要控制逻辑部分能捕获到一个上升沿或下降沿就行。

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地板
yewuyi| | 2012-3-5 09:03 | 只看该作者
一个帖子中问了太多的问题,呵呵,结果就是大家都看看后飘过。

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lymex| | 2012-3-5 09:39 | 只看该作者
间隔10秒开启的问题,是断续工作,这样节省电源。很多烟雾探测器是9V电池供电的。因此,分析电路时,一个要确认放大器的建立时间足够快,另一个就是看有烟和无烟两种情况下的分别表现。

从原理上看,光电烟雾传感器的发射部分并不是直接照射在受光部分,而是有一个较大的夹角,无烟雾时就没有信号,而有烟雾的时候烟雾被照亮,就被接收二极管检测到。

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6
scswn|  楼主 | 2012-3-5 10:41 | 只看该作者
一个帖子中问了太多的问题,呵呵,结果就是大家都看看后飘过。
yewuyi 发表于 2012-3-5 09:03


呵呵,其实问题就是最开始的那一个图。后边的都是到目前为止我查过的东西。

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7
scswn|  楼主 | 2012-3-5 10:49 | 只看该作者
间隔10秒开启的问题,是断续工作,这样节省电源。很多烟雾探测器是9V电池供电的。因此,分析电路时,一个要确认放大器的建立时间足够快,另一个就是看有烟和无烟两种情况下的分别表现。

从原理上看,光电烟雾传感器 ...
lymex 发表于 2012-3-5 09:39


要分析的应该是这个电路的增益特性,或者是对光电二极管产生的 100us 脉冲的响应。

光电二极管变化的是等效电路中的电流源,再加上反馈回路中有电容,导致分析起来有些困难。不过我试试看能不能计算一下传递函数。

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8
scswn|  楼主 | 2012-3-5 10:55 | 只看该作者
刚做了个仿真,下面这个图就是选择高增益时的仿真结果





加上一个 10M 的反馈电阻后,结果就成了这样

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HORSE7812| | 2012-3-5 12:43 | 只看该作者
学习了!

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nongfuxu| | 2012-3-5 15:46 | 只看该作者
一个帖子中问了太多的问题,呵呵,结果就是大家都看看后飘过。

我看也是这样认为的.
好像是交流放大器.因为单端供电,用200k电阻建立初始工作点.反馈网络被那个"Gain Select"覆盖了.

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scswn|  楼主 | 2012-3-5 16:23 | 只看该作者
本帖最后由 scswn 于 2012-3-5 16:33 编辑
我看也是这样认为的.
好像是交流放大器.因为单端供电,用200k电阻建立初始工作点.反馈网络被那个"Gain Select"覆盖了.
nongfuxu 发表于 2012-3-5 15:46

呃,看来我还是把内容删一删吧,容易被认为都是问题
我也觉得像交流放大器,但这个运放同相端接的光电二极管让人不知如何下手,感觉可能和运放的输入偏置电流还有关系

那个 200k 电阻如果没有的话,脉冲到来,输出变低后再升上去变慢。再把光电二极管等效电路中那个 1G 电阻去掉的话,就不会再升上去了,一直那么低

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nongfuxu| | 2012-3-5 20:01 | 只看该作者
我也觉得像交流放大器,但这个运放同相端接的光电二极管让人不知如何下手

那个芯片框图上图的是放大器的同相输入端,不过并不见得通常所说的运放!
--->类似运放的同相输入,又能接收一定的电流信号的输入端.

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13
nongfuxu| | 2012-3-5 20:02 | 只看该作者
像这样的把某些功能打包的芯片,具体性能只有查它的数据手册和应用笔记了.因为芯片内幕是厂家的技术机密,不会告诉别人.

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jiangzhe8525| | 2012-3-24 16:47 | 只看该作者
我以前做过安防产品,CO报警器,烟雾报警器等等,不过电路和你的不是很相似,这类产品很多都是用电池的,所以对低功耗要求比较高,同时还要有自建功能,即防止传感器死机,
红外发射二极管那边是每隔 10s 开启 100us,电流 100mA。

这个放大电路基本能确定放大的是一个脉冲信号,然后对其采样,

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