目次

1绪论1

1.1研究背景1

1.2国内外研究现状1

1.3本文所研究的内容2

2关键元器件的选择5

2.1光电二极管的选择5

2.2运算放大器的选择8

2.3本章小结10

3基本电路设计11

3.1基本放大电路11

3.2相位补偿电路12

3.3本章小结18

4宽带光电二极管放大器19

4.1自举放大电路设计19

4.2自举放大电路的带宽分析及仿真19

4.3使用复合放大器降噪21

4.4本章小结23

5实验测试与数据分析25

5.1PCB电路板的制作25

5.2实测结果26

结论29

致谢30

参考文献31

1  绪论 1.1  研究背景 光电检测技术是一门新兴的科学检测技术，它把精密的光学和方便处理的电子学完美的结合起来[1]，主要是把不可量化处理的光学信号转化为更为直观的电学信号，易于处理。 选区激光熔化是生产复杂零件的分层生产技术，是一种以快速原型制造技术为基本原理发展起来的先进的激光增材制造技术，通过专用软件对零件三维数字化模型进行分层离散，以切片方式获取各截面的轮廓数据后，对层轮廓填充扫描方式，生成层面扫描数据；随后利用高能量激光束根据轮廓数据逐层选择性地熔化成型缸中的粉末，选区熔化后，成型缸下降一个切片厚度，料缸上升一定高度，将一定体积粉末再次预置于铺粉刮板前端；铺粉刮板重新进行铺粉动作；通过逐层铺粉，逐层熔化凝固堆积的方式，制造三维实体零件[2]。 选区激光熔化过程中，激光的光强度可以直观的反应激光熔池的状态，采集加工过程中激光光强并分析，有助于研究人员分析加工过程中发生的物理现象，从而推进选区激光熔化技术的发展。本论文以采集激光选区熔化过程中的激光光强为目的，设计一个应用于选区激光熔化技术的光电检测放大电路，检测在激光选区熔化过程中的激光强度。 放大电路本身噪声干扰会直接影响到对微弱输入信号的精确测量，因此对微弱信号的前期放大提出了特别的要求。我们把这种能够检测微弱信号、放大微弱信号和把它转化为适合后级电路处理的特殊电路称为前置放大电路[3]。 因此， 前置放大电路的设计方案对于掌握整个激光选区的情况来说是十分关键的。为了达到研究的目的是，设计一个低噪声干扰、高增益放大的电路是非重要。
1.2  国内外研究现状 由于光敏器件对光电检测起到的作用十分显著，从1873年英国科学家W.R.Smith 发现了硒的光电导效应以来[4]，国内外许多公司和研究机构一直都在研究半导体光敏器件。 1984 年，Ito.M 设计了集成的 MSM 结构光电二极管[5]；1986 年，Taguchi.K 设计了一种高速、高灵敏度的平面 InP/InGaAs 雪崩型光电二极管[6]；1988 年，VanZeghbroeck.B.J.设计了响应时间短(响应时间小于 5ps)，频率高(频率速度可达105GHz)的 MSM 结构的肖特基光电二极管[7]；1990年，Kurtz 设计了一种高灵敏度红外线 InAsSb-PIN 型光电二极管[8]，1995 年，Kyomasu 设计了一种高速 PIN 型光电二极管[9]，1999 年，Ho Chong-Long 设计了一种高速的平面 InGaAs-PIN 型光电二极管[10]，2000 年，J.C.Carrano 等人设计出了 GaN 型雪崩光电二极管[11]；2002年，Hurm.V 设计了一种大面积的 MSM 结构的光电二极管[12]；2003 年，Muramoto.Y 设计了一种宽带，高性能的 InP/InGaAs-PIN型光电二极管[13]；2004年，Pancheri.L等人设计了一种结型场效应管源跟随结构的集成 PIN型光电二极管[14]；2005年，Jeong-M.Choi 等人设计出了一种紫外光增强型桂光电探测器[15]；2006年，LJ.Mandalapu 等人提出了在 P型半导体中掺杂 Sb的光电二极管， 并研究了其性能[16]； 2007年， Yan-Kuin Su等人设计了一种MSM结构的InGaAsN型光电探测器[17]，Geis.M.W.等人采用了 CMOS 工艺设计出了一种高速的桂光电二极管[18]；2008 年，S.J.Yomg等人提出了基于 MIS 结构的 ZnO型的光电探测器[19]，Marc Samann 等人设计出了一种非晶硅的P-I-I-N型光电探测器[20]；2009 年，L，S.Chuah 等人设计出了一种 GaN型肖特基光电二极管[21]。近年来，英国的 SELEX 公司报道了关于硅基的HgCdTe探测器的最新研究进展[22]，2013 年 9 月 17 日英国工程师网报道了维也纳科技大学的科学家将石墨稀光电探测器和一个标准的桂晶片结合，可以把光转化为电信号[23]，2013 年 12 月 9 日美国物理学家组织网报道了美国西北大学麦考密克工程和应用科学学院开发出了一款紫外光电探测器，达到了世界上量子效率最高水平（量子效率达到89%）[24]。 M.Goyot 使用双极技术设计了娃光电二极管的高速低噪跨阻抗放大器，其中噪声低于2500e-RMS[25]； Tzu-YungLin 等人设计了应用在傅里叶变换的离子回旋共振质谱分析中的改进型增益和带宽的跨阻抗电路，其带宽为 3K-10M[26]；AlejandroDiaz SanChez 等人设计了增益为 42dB 的应用在光纤通信中的低噪声跨阻抗前置放大器[27]；Teledyne Judson 公司设计了带宽为 5Hz-1MHz 的 HgCdTe 光电管的前置放大器[28]；Rui Tao 等人设计 10Gb/s 集成的差分CMOS 跨阻抗前置放大器[29]。 正是由于科学家们对于光电检测方面不断的研究，光电探测器的量子效率、检测速度等性能不断提高，奠定了光电二极管检测的基础，也为本文的研究提供了很多的参考。 激光选区熔化过程中的光电二极管数据采集+PCB电路图(2):http://www.751com.cn/tongxin/lunwen_42280.html