Reducción del ruido en el circuito de audio (captación óptica + amplificador operacional)

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Estoy creando una pastilla óptica utilizando un fotodiodo conectado a un amplificador operacional LM741 . Mi circuito es similar a este:

Exceptoqueheagregadounfiltropasivodepasoaltodespuésdelasalidadelamplificadoroperacional,paraeliminarDC(yaqueestoyusando0Vy+12VcomomiV-yV+,respectivamente).YousoRf=500KOhm(¿esestodemasiado?).Además,tengounLEDadyacentealfotodiodoquesirvecomofuentedeluz.ElLEDesalimentadopor5Vyelamplificadoroperacionalesalimentadopor12V,ambosdesdeunafuentedealimentacióndePC.ElfotodiodoyelLEDestánconectadosalcircuitomedianteuncabledeguitarrade2m("PL").

El circuito funciona y produce una señal de audio cuando modulo la intensidad de la luz que brilla en el fotodiodo, pero mi problema es que la señal es muy ruidosa. Puedo escuchar / ver dos tipos de ruido:

  1. Ruido eléctrico similar a una pastilla de guitarra eléctrica ruidosa. Sospecho que se origina en el cable largo (o la punta del mismo, donde se conectan el fotodiodo y el LED) que recoge el ruido electromagnético ambiental. Este ruido está presente todo el tiempo, incluso cuando no hay luz en el fotodiodo.
  2. Otro ruido está presente solo cuando se genera una señal, es decir, solo cuando modulo la intensidad de la luz. Sospecho que es el resultado de la amplificación del ruido térmico, ya que mi ganancia es muy alta.

Me gustaría saber cuál es el mejor enfoque, o en otras palabras, por dónde empezar en mi esfuerzo por eliminar el ruido:

  • Mejora de la relación señal a ruido en la fuente, es decir, optimizando las condiciones físicas (luz ambiental, precisión de la posición del fotodiodo, etc.).
  • Uso de un circuito diferente: he visto muchas sugerencias en la web y comencé con las más simples.
  • Usar un amplificador operacional diferente, uno que sea más adecuado como un preamplificador de audio.
  • Mejora el blindaje de la pastilla para eliminar el ruido ambiental electromagnético.
  • Usar baterías como fuente de alimentación en lugar de la fuente de alimentación de la PC (creo que tal vez parte del ruido proviene de la red eléctrica).
  • Si no es ninguno de los anteriores, ¿cuál sería su sugerencia?
pregunta Itamar Katz

1 respuesta

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Varias cosas:

  1. Un cable largo que lleve el nodo más sensible de todo el sistema es una mala idea. Con cuidado, proteja y luego ajuste el amplificador a la pastilla. Luego puede enviar la señal de impedancia inferior de nivel superior a través del cable largo.

  2. Un 741 es una broma en esta aplicación. Busque un opamp de bajo ruido. Hay amplificadores específicamente para aplicaciones de audio donde el ruido importa mucho. Incluso un dispositivo de propósito general como un TL07x será mucho mejor que un 741, tanto en ganancia como en ancho de banda.

  3. Las aplicaciones que necesitan una buena respuesta lineal y de frecuencia suelen utilizar un fotodiodo en la configuración de polarización inversa. Piense en ello como un diodo que se filtra de manera proporcional a la luz.

  4. No intente obtener toda la ganancia en una sola etapa, especialmente la primera. La primera etapa debe tomar la pequeña señal de entrada y hacer que sea más fuerte y con menor impedancia, de modo que sea mucho menos susceptible al ruido. El amplificador de la primera etapa puede hacerlo mejor si no se ejecuta cerca de su producto de ancho de banda de ganancia. No tiene que preocuparse por el voltaje de compensación, ya que el audio se puede acoplar a AC entre etapas. La segunda etapa puede hacer una buena señal fuerte que puede enviarse a través de un cable de 2 m.

El diseño del circuito de audio consiste principalmente en pensar cuidadosamente sobre el ruido en cada paso del camino. El ancho de banda puede ser bajo, pero la relación señal a ruido debe ser muy alta.

    
respondido por el Olin Lathrop

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