多档光功率计设计
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1、大大 连连 民民 族族 大大 学学 课课 程程 设设 计（论计（论 文）文）多档光功率计设计多档光功率计设计学 院 （系）：物理与材料工程学院 专 业：光电子技术科学 学 生 姓 名： 学 号：2012153211 指 导 教 师：冯志庆 完 成 日 期：2015 年 07 月 01 日 大连民族大学摘摘 要要本次设计以通用运算放大器中的 I-V 转换器和同相放大器为核心，通过多档开关实现不同反馈电阻间的切换，从而实现多档光功率计的设计。首先，我使用 Altium Designer Summer 09 软件绘制电路原理图与 PCB 板图；其次，到实验室，在冯老师的指导与帮助下，根据所绘电路原理
2、图，完成使用电烙铁点焊电路板的实验设计，该电路板中有六个电阻、两个 OP07 芯片、硅光电池和若干导线等；再其次，利用万用表调试电路板，直至调试无误；接着，打开光源钨灯，利用积分球提供稳定光，对硅光电池进行照射，通过改变积分球的出射光功率改变光照强度，在不同光功率下使用万用表分别测量电路最终的输出电压，记录数据；然后，切换 I-V 转换电路的反馈电阻，改变光功率计的档位，重复上一步骤，记录数据；而后，根据所得数据，绘制 P-U 曲线，并对其进行标定与灵敏度计算；最后，分析整体电路的输入与输出特性，得出本次课程设计圆满完成的结论。关键词：通用运算放大器、多档开关、关键词：通用运算放大器、多档开关
3、、AltiumAltium DesignerDesigner SummerSummer 0909大连民族大学目目 录录一、绪论一、绪论 .11.1 设计背景.11.2 设计任务.11.3 基本理论知识.11.3.1 半导体三极管.11.3.2 理想运算放大器.21.3.3 同相放大器.21.3.4 反相放大器.31.3.5 I-V 转换器.31.3.6 多档开关.41.4 其他理论知识.41.4.1 焊接.41.4.2 Altium Designer Summer 09.5二、设计方案二、设计方案 .52.1 功能设计.52.2 原理图设计.52.3 PCB 设计.6三、硬件与设备三、硬件与设
4、备 .73.1 PCB.73.2 硅光电池.73.2.1 结构分析.73.2.2 工作原理.83.3 钨灯.83.4 积分球.83.5 OP07CP 芯片.93.6 其他工具.9四、实验过程四、实验过程 .104.1 实验步骤.104.2 注意事项.104.3 完成情况.11大连民族大学五、数据记录与分析五、数据记录与分析 .115.1 数据记录.115.2 数据分析.125.2.1 理论放大系数.125.2.2 灵敏度.125.2.3 P-U 曲线（标定曲线）.125.2.4 模拟 P-U 表.135.3 误差分析.135.3.1 放大系数误差分析.135.3.2 灵敏度误差分析.13六、实
5、验总结六、实验总结 .14七、参考文献七、参考文献 .14多档光功率计设计1一、一、绪论绪论1.11.1 设计背景设计背景随着教学的深入开展，本专业光电子技术科学的学生有必要了解与掌握一些基本的实验电路设计的技能，并能有相应的动手实验能力。本次课程设计以通用运算放大器中的 I-V 转换器和同相放大器为主，通过切换不同的反馈电阻，实现多档光功率的测量。1.21.2 设计任务设计任务（1）使用 Altium Designer Summer 09 软件绘制电路原理图与 PCB；（2）根据设计电路板的功能与结构，选取所需元件；（3）使用电烙铁，把各个元件正确地点焊在电路板上；（4）使用万用表调试焊接好
6、的电路板，直至无误为止；（5）使用万用表测量与记录在不同光功率下的电压值，切换反馈电阻，重复测量与记录，最后对多档光功率计进行标定，并绘制标定曲线。1.31.3 基本理论知识基本理论知识完成该设计，需掌握以下基本理论知识。1.3.11.3.1 半导体三极管半导体三极管图 1.1 半导体三极管三极管由两个 PN 结组成，分为 PNP 和 NPN 两种类型，具有电流放大作用。发射区的掺杂浓度最高；基区最薄，掺杂浓度最低；集电区面积最大。多档光功率计设计21.3.21.3.2 理想运算放大器理想运算放大器图 1.2 理想运算放大器理想运算放大器的输入电阻为无穷大，输出电阻为无穷小（近似为零） ，电压
7、放大倍数为无穷大等。在线性区工作时有以下特点：（1） 输入电流等于零，这种现象称为“虚断” ；（2） 差模输入电压等于零，这种现象称为“虚短” ；（3） 2 与 3 相互跟随变化，且二者关系为（2） ；（4） 虚地：3 接地，相当于 2 接地（虚地）等。1.3.31.3.3 同相放大器同相放大器图 1.3 同相放大器同相放大器的电压信号从同相输入端输入，采用电压串联负反馈结构，具有共模抑制比要求高、输入电阻高和输出电阻低的特点。根据计算可得：0 =1= += 0= (1 +1)= 1 +1= 1 +1因此，同相放大器的电压增益为 。多档光功率计设计31.3.41.3.4 反相放大器反相放大器图
8、 1.4 反相放大器反相放大器的电压信号从反相输入端输入，采用电压并联负反馈结构，具有共模抑制比要求低、输入电阻和输出电阻较低的特点。根据计算可得： = += 01= 2 =211=2=21因此，反相放大器的电压增益为 。1.3.51.3.5 I-VI-V 转换器转换器图 1.5 I-V 转换器I-V 转换器是实现电流转换为电压的放大器。根据计算可得：= 该电路组成的 I-V 转换器避免了运放输入失调电压、偏入偏置电路和失调电流影响带来的积分误差，也避免了电容的漏电流带来的误差，但对电阻和运放的精度要求较高。1.3.61.3.6 多档开关多档开关多档光功率计设计4图 1.6 多档开关多档开关是
9、指一个可以使电路开路、使电流中断或使其流到其他电路的电子元件，它含有一个或数个接通点，接点的“闭合” （closed）表示电子接点导通，允许电流流过；开关的“开路” （open）表示电子接点不导通形成开路，不允许电流流过。1.1.4 4 其他理论知识其他理论知识1.4.11.4.1 焊接焊接焊接，也称作熔接、镕接，是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。焊接可在多种环境下进行，如野外、水下和太空。无论在何处，焊接都可能给操作者带来危险，所以在进行焊接时必须采取适当的防护措施。焊接通过
10、下列三种途径达成接合的目的：（1）加热欲接合之工件使之局部熔化形成熔池，熔池冷却凝固后便接合，必要时可加入熔填物辅助；（2）单独加热熔点较低的焊料，无需熔化工件本身，借焊料的毛细作用连接工件（如软钎焊、硬焊） ；（3）在相当于或低于工件熔点的温度下辅以高压、叠合挤塑或振动等使两工件间相互渗透接合（如锻焊、固态焊接） 。本次课设使用第二种途径进行焊接操作。1.4.21.4.2 AltiumAltium DesignerDesigner SummerSummer 0909多档光功率计设计5Altium Designer 是原 Protel 软件开发商 Altium 公司推出的一体化的电子产品开发系
11、统，主要运行在 Windows 操作系统。Altium Designer 的主要功能有：（1） 原理图设计（2） 印刷电路板设计（3） FPGA 的开发（4） 嵌入式开发（5） 3D PCB 设计Altium Designer 这套软件通过把原理图设计、电路仿真、PCB 绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完美融合，为设计者提供了全新的设计解决方案，使设计者可以轻松进行设计，熟练使用这一软件必将使电路设计的质量和效率大大提高。二、设计方案二、设计方案2.12.1 功能设计功能设计制作一个能够实现以下功能的电路：（1） 实现电流转换为电压与电压放大；（2） 实现切换反馈电
