摘要：根據系統要求，光電管輸出的原始信號應被放大800倍左右，若采用單級放大電路，則當放大倍數較高時，可能會導致電路自激，而避免自激的常用方法就是壓低放大電路對信號的放大倍數。因此，本設計采用低噪聲運算放大器和儀表放大器構成兩級放大電路，前級由低噪聲運放放大8倍，后級由儀表放大器放大100倍，兩級級聯即可獲得所需放大倍數。

　　關鍵詞：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重要指標。到目前為止，國內靶場在密度集度測量方面已有多種方法，最先進的方法是采用光電靶進行測量。筆者研制了一種四光幕交匯的光電立靶測試系統，該系統以四個無形的光幕(紅外光)為靶面，當彈丸穿過四個不同不幕時產生相應的脈沖序列，通過對這四個時間值的解算可得到彈丸的著靶坐標，進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的測試精度，而影響光電靶靈敏度的關鍵因素就是信號調度電路中放大電路的放大倍數和信噪比，而此設計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，而且克服了傳統設計方法的弊端，簡化了設計，也使得電路結構更為緊湊。

　　1 測試系統工作原理

　　光電靶的測試以光電轉換為基礎，以無形的光幕為靶面。圖1所示是光電靶測試的系統框圖，其測試原理如下：當有物體穿過光幕時，會引起接收光電管的光通量發生變化，此時，光電管所在電路會產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，再經過數據處理得到所要測量的物理量。

　　2 設計要求

　　該系統中，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，就必須對其進行放大。在一般情況的光電檢測系統中，光電敏感器件的輸出端都緊密連接一個低噪聲前放大器，它的任務是：放大光電敏感器件所輸出的微弱電信號，并匹配后續調理電路與光電敏感器件之間的阻抗。根據該系統要求，由光電敏感器件輸出的微弱電信號應被放大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載能力、良好的線性和抗干擾能力、結構緊湊、靠近光電敏感器件并具有良好的接地和屏蔽。

　　3 設計方案

　　該前置放大器電路的設計要從以下幾個方面考慮：首先應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最小);其次，要考慮電路組態、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。

　　3.1 傳統方法

　　傳統的放大器電路設計方法是采用超大β管或直接利用儀表放大器增益的可編程性來獲取所需要大倍數。按照傳統方法，若采用晶體管組成放大電路則輸入阻抗較低，尤其在放大微弱信號時會影響輸入信號的質量;若采用場效應管組成放大電路，雖然具有高的輸入阻抗，但相比較而言它的溫漂大、穩定性差，同時不管采用晶體管和還是場效應管，均使得整個電路設計比較復雜，組裝和調試也不方便，結構不夠緊湊;若直接采用儀表放大器進行高增益單級放大，則不能使儀表放大器達到最佳性能。例如：則若輸入失調電壓為0.5mV，放大10000倍后可達5V。一般情況下，可利用儀表放大器作前級放大，然后再經過后級放大，但采用儀表放大器組成多級放大電路，將會增加制作成本。

　　3.2 器件選擇

　　為了滿足低噪聲放大器對噪聲匹配的要求，應選擇合適的源電阻，因為源電阻的大小是選以一級放大元件的重要依據。源電阻小于100Ω時，可用變壓器耦合，源電阻在100Ω至1MΩ之間可選用晶體管，源電阻在1k Ω至1MΩ之間可以選用運放，源電阻在1k Ω至1GΩ之間多采用結型場效應管(JEFT)，源電阻超過1MΩ也可選用MOSFET。

　　由于所選紅外光電管的輸出電阻為20kΩ,因此選用晶體管、運算放大器、結構場效應管均可。相比較而言，運算放大器輸入阻抗高、失調和漂移較小、共模抑制比高、對溫度變化、電源波動以及其它外界干擾具有較強的抑制能力，因此適用于放大微北信號，同時采用運算放大器也可使電路設計簡化、組裝調試方便、功耗低、體積小、可靠性高。

　　為了獲得低噪聲放大電路，應選用低噪聲元器件。電阻選用金屬膜電阻，電容選用鉭電容或瓷介電容，信號輸入線應采用盡量短的屏蔽電纜，電路板選用漏電流小的高絕緣電路板。