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紅外密集度光電立靶中放大電路的設(shè)計(jì)
摘要：提出了一種紅外光電立靶測試系統(tǒng)中前置放大電路的設(shè)計(jì)方案。該方案打破了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用超大β管或利用儀表放大器增益可編程性來獲取所需放大倍數(shù)的方法，選用低噪聲運(yùn)算放大器和儀表放大器組成電路。同時簡單論述了噪聲放大電路設(shè)計(jì)中的屏蔽和接地措施。關(guān)鍵詞：密集度 光電立靶 前放 干擾 噪聲
在靶場測試中，彈丸射擊密度是衡量低伸彈道武器性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。到目前為止，國內(nèi)靶場在密度集度測量方面已有多種方法，最先進(jìn)的方法是采用光電靶進(jìn)行測量。筆者研制了一種四光幕交匯的光電立靶測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)以四個無形的光幕（紅外光）為靶面，當(dāng)彈丸穿過四個不同不幕時產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖序列，通過對這四個時間值的解算可得到彈丸的著靶坐標(biāo)，進(jìn)而換算出彈丸射擊密集度。
在測試中，光電靶的靈敏度直接影響整個系統(tǒng)的測試精度，而影響光電靶靈敏度的關(guān)鍵因素就是信號調(diào)度電路中放大電路的放大倍數(shù)和信噪比，而此設(shè)計(jì)性能良好的前置放大電路顯得尤為重要。本文介紹了一種采用低噪聲運(yùn)放和儀表放大器組成的前放電路，該電路不僅可以很好地放大微弱信號，而且克服了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的弊端，簡化了設(shè)計(jì)，也使得電路結(jié)構(gòu)更為緊湊。
1 測試系統(tǒng)工作原理
光電靶的測試以光電轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)，以無形的光幕為靶面。圖1所示是光電靶測試的系統(tǒng)框圖，其測試原理如下：當(dāng)有物體穿過光幕時，會引起接收光電管的光通量發(fā)生變化，此時，光電管所在電路會產(chǎn)生一個正比于該光通量變化的電信號，處理電路將這個電信號放大、整形、最后以脈沖形式輸出，再經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到所要測量的物理量。
2 設(shè)計(jì)要求
該系統(tǒng)中，紅外光電管輸出的信號十分微弱，最大約為10mV，如果此輸出信號直接輸入到后續(xù)電路，則往往會被噪聲淹沒，要有效利用這個輸出信號，就必須對其進(jìn)行放大。在一般情況的光電檢測系統(tǒng)中，光電敏感器件的輸出端都緊密連接一個低噪聲前放大器，它的任務(wù)是：放大光電敏感器件所輸出的微弱電信號，并匹配后續(xù)調(diào)理電路與光電敏感器件之間的阻抗。根據(jù)該系統(tǒng)要求，由光電敏感器件輸出的微弱電信號應(yīng)被放大800倍左右，因此，對前置放大器的要求是：低噪聲、高增益、低輸出阻抗、足夠的信號帶寬和負(fù)載能力、良好的線性和抗干擾能力、結(jié)構(gòu)緊湊、靠近光電敏感器件并具有良好的接地和屏蔽。
3 設(shè)計(jì)方案
該前置放大器電路的設(shè)計(jì)要從以下幾個方面考慮：首先應(yīng)滿足放大電路的高信噪比和信號源阻抗與放大器之間的噪聲匹配（所謂噪聲匹配是指信號源阻抗等于最佳源阻抗，使得放大電路的噪聲系數(shù)最小）；其次，要考慮電路組態(tài)、形式等以滿足對放大器增益、頻響、輸入輸出阻抗等方面的要求；最后通牒，還應(yīng)采取一定的方法來減少噪聲，采取屏蔽以及接地措施以盡量避免信號受到外來的干擾。
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