Redukcja szumów w obwodzie audio (przetwornik optyczny + wzmacniacz operacyjny)

Buduję przetwornik optyczny za pomocą fotodiody podłączonej do wzmacniacza operacyjnego LM741 . Mój obwód jest podobny do tego:

Tyle że dodałem pasywny filtr górnoprzepustowy po wyjściu wzmacniacza operacyjnego, aby wyeliminować DC (ponieważ używam 0 V i + 12V odpowiednio jako moich V- i V +). Używam Rf = 500 K Ohm (czy to o wiele za dużo?). Ponadto mam diodę LED przylegającą do fotodiody, która służy jako źródło światła. Dioda LED jest zasilana napięciem 5 V, a wzmacniacz operacyjny jest zasilany napięciem 12 V, oba z zasilacza komputera. Fotodioda i dioda LED są podłączone do obwodu za pomocą 2-metrowego kabla gitarowego („PL”).

Obwód działa i wytwarza sygnał audio, gdy moduluję intensywność światła padającego na fotodiodę, ale moim problemem jest to, że sygnał jest bardzo głośny. Słyszę / widzę dwa rodzaje hałasu:

1. Hałas elektryczny podobny do głośnego odbioru gitary elektrycznej. Podejrzewam, że pochodzi on z długiego kabla (lub jego końcówki, gdzie połączone są fotodioda i dioda LED), zbierając szum elektromagnetyczny z otoczenia. Ten hałas występuje cały czas, nawet jeśli na fotodiodzie nie świeci żadne światło.
2. Kolejny szum występuje tylko wtedy, gdy generowany jest sygnał, tj. Tylko wtedy, gdy moduluję natężenie światła. Podejrzewam, że jest to efekt wzmocnienia szumu termicznego, ponieważ moje wzmocnienie jest bardzo wysokie.

Chciałbym wiedzieć, jakie jest najlepsze podejście, czyli innymi słowy od czego zacząć, starając się wyeliminować hałas:

• Poprawa stosunku sygnału do szumu u źródła, tj. Poprzez optymalizację warunków fizycznych (światło otoczenia, precyzja położenia fotodiody itp.).
• Korzystanie z innego obwodu - widziałem wiele sugestii w Internecie i zacząłem od najprostszego.
• Używając innego wzmacniacza operacyjnego, który jest bardziej odpowiedni jako przedwzmacniacz audio.
• Poprawa ekranowania samego przetwornika w celu wyeliminowania elektromagnetycznego hałasu otoczenia.
• Używanie baterii jako źródła zasilania zamiast zasilania komputera (myślę, że może część hałasu pochodzi z sieci).
• Jeśli nic z powyższego, jaka byłaby twoja sugestia?

Kilka rzeczy:

1. Długi kabel przenoszący najbardziej wrażliwy węzeł w całym systemie to zły pomysł. Ostrożnie osłonić, a następnie mocno połączyć wzmacniacz z przetwornikiem. Następnie możesz wysłać sygnał o niższej impedancji wyższego poziomu przez długi kabel.

2. 741 to żart w tej aplikacji. Poszukaj opampa o niskim poziomie hałasu. Istnieją wzmacniacze specjalnie do zastosowań audio, w których szum ma duże znaczenie. Nawet urządzenie ogólnego przeznaczenia, takie jak TL07x, będzie znacznie lepsze niż 741, zarówno pod względem wzmocnienia, jak i przepustowości.

3. Aplikacje, które wymagają dobrej liniowości i odpowiedzi częstotliwościowej, zwykle wykorzystują fotodiodę w konfiguracji odwróconego odchylenia. Pomyśl o tym jak o diodzie, która przecieka proporcjonalnie do światła.

4. Nie staraj się uzyskać całego zysku na jednym etapie, szczególnie na pierwszym. Pierwszy etap powinien przyjąć mały sygnał wejściowy i sprawić, by był silniejszy i miał niższą impedancję, tak aby był znacznie mniej podatny na zakłócenia. Wzmacniacz pierwszego stopnia może to zrobić lepiej, jeśli nie działa w pobliżu swojego produktu zwiększającego przepustowość. Nie musisz przejmować się napięciem przesunięcia, ponieważ audio może być sprzężone prądem przemiennym między stopniami. Drugi stopień może następnie wygenerować ładny silny sygnał, który można wysłać przewodem o długości 2 m.

Konstrukcja obwodu audio polega przede wszystkim na uważnym myśleniu o hałasie na każdym kroku. Szerokość pasma może być niska, ale stosunek sygnału do szumu musi być bardzo wysoki.