制冷PbS放大电路设计及实验

1、 中中文文摘摘要要由于目前市场上普通传感器性能受温度影响比较大，本设计通过使用具有半导体致冷功能的 PbS 光电传感器设计电路，此制冷传感器受温度影响小，使信号更 稳定，可靠性更好。通过学习半导体致冷技术的相关理论，了解半导体制冷的作用及意义。设计并调试用于便携式近红外光谱仪器的光谱信号的感受及放大电路，其中包括传感器的温度控制电路和传感器输出信号的放大电路，传感器的温度控制电路实现传感器的半导体致冷功能；传感器输出信号的放大电路，包括第一级放大电路及滤波电路。通过对传感器加以稳定的电压源，实现对传感器的低温控制，以改善信号输出的信噪比，最后完成对微小信号的提取放大显示工作。关键词 近红外光谱

2、仪 半导体致冷 放大 稳压 外外文文摘摘要要TitleTitle Design and Experiment of Amplifier Circuit for Refrigeration PbS Sensor AbstractAbstractAs the Performance of the market common sensor affected by temperature more at present, the design through the use of semiconductor photosensitive PbS sensor with cooling function

3、. Refrigerant sensor affected by temperature smaller, so that we can get a more stable, reliability better signal. Through study the theory of semiconductor refrigeration technology, understanding the role and significance of the Semiconductor refrigeration. Design and debug feelings and amplifier c

4、ircuit for portable near-infrared spectroscopy instruments, including the temperature sensor control circuit and amplifier circuit of the sensor output signal. The temperature sensor control circuit realization the cooling function of the semiconductor sensor. Amplifier circuit of the sensor output

5、signal includes the first-class amplifier circuit and the filter circuit. Through add stability voltage source to the sensor, to achieve controlling the low temperature of the sensor, to improve the SNR of the output signal. And last finish extraction and enlarge and show of the small signal.Keyword

6、s Near Infrared spectrometer Semiconductor Refrigerate amplify stabilized power supply目 录 1 1 绪论绪论 .1 11.1 课题主要内容概述 .11.2 便携式近红外光谱仪的介绍 .11.3 半导体制冷技术介绍 .32 2 总体方案设计总体方案设计 .7 72.1 传感器及温度控制电路 .7传感器的选择及其工作特性 .7传感器温度控制电路（稳压电路） .112.2 信号提取电路 .13信号提取电路设计要求 .13信号提取电路组成部分 .143 3 硬件系统设计硬件系统设计 .16163.1 信号提取电路设

7、计 .16放大电路 .16滤波电路 .173.2 传感器温度控制电路 .184 4 测试结果及分析测试结果及分析 .20204.1 放大滤波电路调试 .204.2 控温电路的调试 .21总总 结结 .2323参参 考考 文文 献献 .2323致致 谢谢 .2424附录：附录： 整体电路图整体电路图 .26261 1 绪论绪论1.11.1 课题主要内容概述课题主要内容概述课题的主要内容是选择具有制冷功能的 PbS 传感器接收便携式近红外光谱仪分光系统输出的调制单色光，围绕制冷 PbS 设计并调试传感器的控温电路，使传感器工作在恒定的比较低的温度，从而减少温度对 PbS 传感器工作的影响，提高信号

8、的准确性、可重复性和有效性。设计对提取信号的感受及检测电路,包括信号的第一级放大电路、滤波电路。PbS传感器（ 型号P268201）是本设计的核心器件， P2682-01有6个引脚，本次设计只使用其中四个引脚，其中1，2引脚为传感器的信号探测端 ，与弱信号提取电路相连 ；3，4为传感器的温度致冷端引脚 （TE-cooler）与温度控制电路相连 。1.21.2 便携式近红外光谱仪的介绍便携式近红外光谱仪的介绍从 20 世纪 50 年代开始就有近红外光谱(Near-Infrared-Spectroscpy-NIRS）分析仪器应用于农副产品的成分分析，但由于当时的信息处理技术的限制，没能获得长足的进

9、步。在进入 20世纪 80 年代以后，计算机技术得到迅猛的发展，使得化学计量学方法同通过计算机能够良好解决近红外光谱多元信息的处理和提取，并且在消除背景干扰方面也取得了良好的效果，人们真正认识到近红外光谱分析仪器的价值，欧美国家相继进入了广泛的研究开发阶段。近红外光分析仪器在 20 世纪 90 年代初开始商品化，近年来，已深入应用到许多领域，对推进生产技术和科学研究的进步发挥了巨大作用，在经济上产生了巨大的效益。近红外光谱分析仪器是 90 年代以来发展最快，最引人注目的光谱分析仪器。随着科学技术的发展，人们对光谱分析仪器的要求也越来越高。学习传统的近红外光谱仪对其系统的部分电路进行重新设计，以

10、提高其工作性能，使其更加符合当今社会对其的需求。近红外光谱仪一般由光源，分光系统，测样部件，检测器和数据处理五部分组成。根据分光方式 NIRS 仪可分为滤光片型，光栅扫描型，固定光路多通道检测，傅立叶变换和声光调谐等几种类型。光栅扫描型近红外光谱仪在目前使用的近红外仪器中占多数。分光的元件可以使棱镜或光栅。为获得较高的分辨率，现代扫描型仪器中多使用全息光栅作为分光元件，通过旋转光栅的转动，使单色光按波长高低依次通过测样器件，进入检测器检测 。根据样器物态不同可选择不同的测样器件进行透射或反射分析。检测器根据扫描的光谱范围，一般在长波近红外区域采用 PbS 光敏元件，短波近红外采用硅基光敏元件。

11、这类仪器的特点是可进行全谱扫描，分辨率较高，仪器价位适中，便于维护;最大的弱点是光栅的机械轴长时间使用容易磨损，影响波长的精度和重现性，一般抗震性较差，特别不适于作为在线仪器使用。我校光谱实验室的便携式近红外光谱仪的具体结构如图 1-1 所示。 切光器光源光学系统积分球PbS放大系统单片机控制系统波长扫描驱动上层控制软件数据采集图 1-1 便携式近红外光谱仪的系统结构框图其中光源通过切光器，将光信号变成交流信号，通过光学系统和积分球的处理，照射到 PbS 传感器上，光敏传感器输出的微弱信号通过信号放大系统的放大后，经过数据采集，后由单片机控制系统控制，将其数据传至上层控制软件进行分析处理；同时

12、单片机的控制系统还要控制波长扫描驱动，控制光栅的转动等等。1.31.3 半导体制冷技术介绍半导体制冷技术介绍半导体制冷也叫温差电制冷或热电制冷，有时也称作电子制冷，它是在泊尔贴效应的基础上建立起来的一种人工制冷技术。和常规的机械制冷相比:它无运动部件，振动和噪声低;无制冷剂，环保性好;冷热转换方便;在小功率制冷时，制冷系数较高;制冷速度快，反映敏捷，可以快速实现大温差;调节性能好;可以做成各种形状，易于微型化，满足各种需要。因此，半导体制冷开辟了制冷技术的新领域，扩大了制冷技术的应用范围，在某些特殊的场合，有着别的制冷方式所无法替代的作用。半导体制冷技术的发展主要经历了以下几个阶段:第一阶段:

13、热电理论形成时期，这个阶段主要是发现了热电技术的几个理论，这个时期的热电制冷就是半导体制冷的前身。在 1821 年，德国科学家塞贝克 (ThomasJohan-nSeebeek)在实验中发现:当把两种不同材料做成的导体构成的闭合回路置于指南针附近时，若对该回路的一个接头加热，指南针就会发生偏转，这就是塞贝克效应。由于当时科技认识水平的局限，塞贝克认为这是一个与磁有关的现象，始终没能认识到是温差直接产生了电势。之后，法国科学家拍尔帖 (JeanPeltier)发现了另一个相关的现象:当直流电通过两种不同的导电材料构成的回路时,节点上将产生吸热或放热现象 ,这个现象被称为珀尔帖效应直到 1851

14、年，英国的汤姆孙把刚刚建立起来的热力学理论应用到热电回路中，他认为拍尔帖效应不应是一个孤立的表面效应，一端的吸热必然伴随着另一端的放热，过程必然满足热力学定律。他通过计算发现必然有另外一种效应的存在，也即当电流经过有温度梯度的导体时，必然会有吸热或放热现象发生，否则的话热力学定律不能满足，这就是汤姆孙效应。汤姆孙效应的发现对后来的热电理论和热力学的发展起了极大的推动作用，它是热电效应的核心理论。这一阶段是热电理论形成的重要时期，塞贝克效应、拍尔帖效应和汤姆孙效应的发现奠定了热电理论的基础。但是由于当时使用的材料都是热电性能很差的金属材料，它们的塞贝克系数都很小，一般只有几十 V/K，相应的拍尔

15、帖效应也很小，因此，热电发生器的的转换效率很低。所以，一百多年来除了把金属热电偶用于为温度测量外，热电效应在技术上没有得到实际应用。第二阶段:20 世纪 30 年代后，随着固体物理和半导体物理的发展，出现了热电性能较好的半导体材料。半导体材料的出现不仅使热电理论获得了进一步的发展，而且也使热电制冷技术开始进入了应用领域。由于半导体材料的塞贝克系数普遍可以高于100V/K，因而，在二次世界大战后，世界各国对半导体的研究开始活跃起来。50 年代末期，原苏联科学家约飞及其同事从理论和实验上证明，通过利用两种以上的半导体形成固溶体可以使材料的热导率和电导率之比大大减小，从而使半导体温差电材料的研究取得

16、了重要的突破。期间，他们发现了温差电性能较好的制冷和发电材料如 BiZTe3、PbTe、SIGe 等固溶体合金，迄今为止这些仍然是最重要的温差电材料。从此，半导体制冷技术开始在航空、医学和军事工业等许多领域取得了较快的发展。然而在此后的半个多世纪的发展进程中，尽管科学家们为进一步提高半导体材料性能以及探索更优良的新材料做了大量的工作，各种材料的温差电性能到了一些改善，但热电制冷技术发展没有取得显著的突破，与机械制冷相比，半导体制冷只有机械制冷 30%的效率。在积极寻找提高半导体材料热电性能的同时，人们又从优化半导体制冷器的结构和工作状况出发，得到了很多提高制冷器制冷性能和稳定性的有益结论，从而

17、使得半导体制冷技术的应用范围进一步扩大，现在半导体制冷在电子技术、医疗器械、家用冰箱和工业等方面都有了很广泛的应用，而且半导体制冷技术和现代制造技术相结合，可以预见，他的应用范围将越来越广。半导体制冷器按其使用温度要求可分为单级的和多级的.目前最高级数可达到九级，冷端温度可低于-100。当对半导体制冷器要求反向通电的加热情况时，目前国内大约可达到+80。如配以一直流电源以及控制线路可以逐点恒温、测温，达到精密控温的效果。在热端温度保持=30时，冷端在少量漏热的情况下可以粗hT略地给出以下的数据：一级制冷器可达到-20 到-25。二级制冷器可达到-45 到-50(功率级间比足够情况下)。本次使用

18、的制冷 PbS 传感器是二级制冷传感器。图 1-2 半导体制冷单元示意图图 1-2 中给出了有 n 型和 p 型半导体组成的一对半导体制冷单元的示意图。当在电偶臂上通入直流电后，冷端交界面附近在单位是时间内吸收的热量(帕尔帖热)与电流强度 I 成正比： （1.1）pcQI式中：，、分别为 p 型和 n 型电偶臂的温差()cpncTpn电动势率(塞贝克系数)，T 为冷端接头上的绝对温度。为正，p为负，因此冷端上的珀尔帖系数是和的绝对值相加和冷npn端绝对温度 T 的乘积。2 2 总体方案设计总体方案设计本设计应用于便携式近红外光谱仪的光谱信号的感受及放大电路包括传感器温度控制部分和信号提取放大部

19、分；新型的可致冷的 PbS 传感器（P2682-01）与一般的无致冷功能的传感器不同，P2682-01 有六个引脚，除了两个正常的探测引脚，还有四个引脚用于对 PbS 传感器产生温度控制，使传感器工作在较低温度，用以提高传感器探测信号的灵敏度和信噪比。PbS传感器（ 型号P2682-01）是本设计的核心器件，本次设计只使用其中四个引脚，其中1，2引脚为传感器的信号探测端 ，与弱信号提取电路相连 ；3，4引脚为传感器的温度致冷端引脚 （TE-cooler）与温度控制电路（稳压电路）相连。在提取出传感器检测信号之后，进行前级放大，该放大电路以常见的op07为核心，对初始信号进行放大， 放大倍数约为

20、300倍，输出被放大了的被 检测的方波信号。带通滤波器用于对前端输出的方波信号进行滤波，提取中心频率为400Hz（由所用切光器的转速确定）的信号，该电路在滤波的同时，也具有一定的放大功能，输出稳定的正弦信号，用于后端电路的处理。稳压电路以TL431为核心，输出稳定的620mV的电压，给传感器3、4脚提供特定温度的对应电压，由传感器的说明书得到：620mV对应 -20 ，具有较好的灵敏度和信噪比。2.12.1 传感器及温度控制电路传感器及温度控制电路2.1.1 传感器的选择及其工作特性在近红外段，常用的传感器有 PbS、InGeAs 、Ge、InAs、InSb。传感器在其响应的波长范围内光敏特性

21、是不一致的，因此对不同的检测器，在不同的波长下基线噪声水平不相同，不同材料传感器的响应速度不同，要根据具体要求选用适当的传感器。本次设计的电路中采用的是 PbS传感器（ P268201） 。该传感器有六个引脚，如图2-1所示，其中1，2引脚为传感器的信号探测端；3，4为传感器的温度致冷端引脚 （TE-cooler） ；5，6为传感器内置的热敏电阻输出引脚。图 2-1 器件外观图该传感器的制作应用了半导体制冷技术，在器件内部装有用于制冷的半导体和感受器件温度的热敏电阻；通过控制致冷端流入的电流大小，使半导体致冷，从而达到不同的低温的要求。同时器件内置的热敏电阻可以随时反馈出器件的所达到的温度，从

22、而根据其温度的变化来改变致冷电流的大小 。由于 PbS传感器（ P268201）的价格比较昂贵，所以在使用前一定要注意的传感器本身需要的注意的一些参数，防止在使用中烧坏器件。器件的具体参数如表 2-1，表2-2。表 2-1：规格/绝对最大额定值 ：绝对/最大额定值类型号三维轮廓窗口材料封装冷却活跃范围(mm)热敏电阻(k )热敏电阻的功率耗散(mW)电子冷却器目前耗散（A）电源电压(V)操作温度()存储温度()P2532-01/S一级制冷1.5P2682-01/STo-8二级制冷4 590.21.0100-30 to +50-55 to +50表 2-2： 电气和光学特性（典型值，除非另有说明

23、）测量条件图像敏感性Sp =15vsV*D(500,600,1)类型号基本温度()峰值波长灵敏度(pm)截止波长 c(m)Min(v/w)Typ(v/w)Min(cm /1 2HzwTyp(cm /1 2Hzw*D(,p600,1)cm /w1 2Hz上升时间tr0 到63%Max(s)暗电阻Rd(M )P2532-01-102.43.143 10481085 1091 10111 106000.5到10P2682-01-202.53.246 1051.5 1088 1092 10112 106000.8到10正确的分析器件的工作特性，是设计温度控制电路的前提。以下是器件的一些工作特性，具体分

24、析如下：图2-2表示的是致冷端输入的电流的大小所对应的致冷的温度极限。电流越大，能达到的致冷温度越低。当电流为零时，器件工作在常温状态；由于器件的工作温度是在 -33至55，当致冷电流达到1A时，致冷温度达到期间的最低极限。但是应用时，致冷电流一般那最大不能超过0.8A，否则器件将会被烧毁。 根据表2-2可知P2682-01的基本温度为 -20 C，而由温度与电流特性可知： -20 C对应的电流大小为0.62A，并由该点的斜率计算出温度每变化 0.1C时，电流的变化量大约为 2.5 mA。由图2-4电压与电流的关系基本为线性关系可知：对应电压的变化大约为 2.2 mV. 图 2-2 致冷端温度

25、与电流特性 图 2-3 致冷端电流与电压关系图2-3 表示出致冷端的电压与电流的对应变化，可以看出 P2682-01致冷引脚两端的电压与电流基本成线性变化，且致冷端的负载大概在1欧姆左右。且致冷两端的电压最好不要超过 1V。图2-4 为器件中热敏电阻的随温度变化的特性。可以看出电阻的阻值是随温度的降低而升高的。图 2-4 致冷温度与温度输出关系特性当室温为25时，对应的阻值为8K欧姆；当器件温度下降到零 度时，热敏电阻阻值增加到 25K欧姆左右；当器件温度达到 零下30，其阻值约为100K欧姆。可以看出热敏电阻的阻值变化非常明显。根据以上器件特性分析，设计致冷电路中要达到的参数指标，将器件温度

26、控制在-20 度到-0 度之间，控制致冷电流将在 0.25-0.5A 之间，而器件内置的热敏电阻的阻值将达到 30K 欧姆左右。致冷电路将起到的作用：选择 P268201,其与众不同的地方，就在于它可以对传感器的温度进行控制，使其 PbS感光部分工作在一个低温环境，从而提高传感器的转换输出信号的精度，提高信噪比等。从图 2-5 可以看出致冷温度对传感器灵敏度的影响，在一定范围内，温度越低，传感器越灵敏。同样，图 2-6 显示温度对于传感器暗电阻，和响应时间的影响。可以看出当温度降低时，传感器的暗电阻阻值是增大的。图 2-5 传感器温度与图 2-6 传感器温度与灵敏度关系曲线 暗电阻的关系曲线

27、传感器温度控制电路（稳压电路）温度控制电路采用 TL431 进行稳压。 TL431 集成电路是三端可编程并联稳压二极管，它是目前应用极广泛的器件，原理框图如图 2-7 所示。他的各项指标均很出色：可编程输出电压达 36V，电压参考源误差0.4%（25C） ，低动态输出阻抗为 0.22 ，1.0mA 至 100mA 的灌电流能力，在整个额定工作温度范围内可进行工作温度补偿，及低输出噪声电压等等。TL431 有多种封装型号，本设计选择 TL431ILP（TO-29 封装）图 2-7 TL431 代表性框图查阅资料，TL431 最大额定值见表 2-3，工作条件见表 2-4，电气特性见表 2-5，根据

28、传感器的工作特性可知，温度每变化 0.1C时，电流的变化量大约为 2.5 mA，对应电压的变化大约为 2.2 mV，理论上TL431基本可以满足 这个要求。 表 2-3 TL431 最大额定值额定值符号值单位阴极至阳极电压Vka37V阴极电流范围，连续Ik-100 至+150mA参考输入电流范围，连续Iref-0.05 至+10mA工作结温Tj150工作环境温度范围Ta-40 至+850 至+70保存温度范围stgT-65 至+150总功耗T =25aPd0.701.100.52W总功耗T =25cPd1.5W3.0表 2-4 推荐工作条件：条件符号最小值最大值单位阴极至阳极电压VkarefV

29、36V阴极电流kI1.0100mA表 2-5 电气特性：TL431ITL431C特性符号最小值典型值最大值最小值典型值最大值单位参考输入电压refV2.442.412.495-2.552.582.442.4232.495-2.552.567v在温度范围内参考输入电压偏差refV-7.030-3.017mv参考输入电压变化与阴极至阳极电压变化的比值refKAVV-1.4-1.0-2.7-2.0-1.4-1.0-2.7-2.0mv/v参考输入电流Iref-1.8-4.06.5-1.8-4.05.2A在温度范围内参考输入电流偏差refI-0.82.5-0.41.2A调整率最小阴极电流minI-0.5

30、1.0-0.51.0mA截止态阴极电流offI-2601000-2601000nA动态阻抗KAZ-0.220.5-0.220.52.22.2 信号提取电路信号提取电路2.2.1 信号提取电路设计要求信号提取电路的设计要求：设计传感器的控温电路，其提供稳定的电压源，使传感器工作在恒定的较低的温度，从而减少温度对 PbS 传感器的影响，使信号提取更加准确。设计第一级放大电路及滤波电路，使输入为经过调制的单色光（方波）输出为400mv 正弦信号，放大倍数应为 300 倍。2.2.2 信号提取电路组成部分信号提取电路包括传感器，第一级放大电路，滤波电路组成。电路框图如图 2-8 所示。 光信号输入 图

31、 2-8 信号提取电路原理框图提取部分；当传感器感受到光信号时，自身的光敏电阻阻值会随着光信号强弱发生改变，由放大电路（图 3-2 ）及欧姆定律可知，引脚 2 端电压将随之变化，由于信号较弱，只有不到1mv，故引入放大电路进行放大输出。放大电路：放大电路芯片采用运算放大器 op07，供电采用12V 供电，输入信号经过 C2（0.01uF）滤除直流量，得到变化的交流信号，此交流信号就是放大电路的放大目标，放大倍数，Cf=33pF，用于滤除低频干扰。12RR滤波电路：如图 2-9 所示，设低频段的截止频率为，高频1pf段的截止频率为，频率为到之间的信号可以通过，低2pf1pf2pf传感器第一级放大

32、滤波电路输出于或高于的信号被衰减的滤波电路称之为带通滤波器，此种滤波器常用于载波通信或弱信号提取等场合，以提高信噪比。图 2-9 带通滤波的幅频特性根据此设计放大信号的目标中心频率 400Hz 选择电阻电容值，确定带通滤波器。3 3 硬件系统设计硬件系统设计3.13.1 信号提取电路设计信号提取电路设计3.1.1 放大电路在设计放大电路中，主要由运放 op07 构成，前置放大电路如图 3-1 所示。可以看出，op07 构成了反向放大电路主要作用是放大，同时兼有滤除低频干扰的作用。放大电路感受并放大传感器2 脚传出来的信号，经电路放大后由 op07 的 6 脚输出，经由耦合电容 C3（0.01u

33、F） ，传至滤波电路，理论上此放大电路的放大倍数是：倍。由图可以确定输入信号的大小： 1213003RMARK 其中 Rs 是传感器电。Cf 与 R1 也构成了滤波网0SLSRRRUU络。符合设计要求（有用信号主要集中在 300Hz 到 500Hz） 。电容C2 起到了隔直流通交流的作用；Cd1 和 Cd2 均用于滤除电源干扰，两个二极管反接，起到对电路的保护作用，防止电源波动对器件造成损坏。P1 是传感器 P2682-01，P2 是温度设定部分，本设计未涉及。图 3-1 放大电路图 滤波电路根据基尔霍夫定律和运算放大器的虚短、虚断概念，得到节点方程 ：（3.1）0()IAAAAabVVVjw

34、cVjwc VVRR（3.2）0AcVjwcVR其中：是后面的节点电压，AV2R，121934abcRRRRRRRRR设计滤波电路如图 3-2 所示。图 3-2 滤波电路图有源滤波电路的传递函数为： （3.3）0( )( )( )uiUsA sU s得到本设计中用到的带通滤波器。因为方波是由各种频率的波叠加起来得到的，通过这个带通滤波器，可以达到去掉某些波成分，最后输出正弦波的作用。3.23.2 传感器温度控制电路传感器温度控制电路设计传感器温度控制电路如图 3-3 所示。图 3-3 温度控制电路图TL431VREF 脚输出的是其标准参考电压 2.5V，经电位器 R4及 R5 分压之后在 R5

35、 上得到 620mV 的稳定电压，图中 C4、C5 均用于滤除纹波。此电压经过电压跟随器接到 P2682-01 的 2 脚上，得到稳定的致冷电压。4 4 测试结果及分析测试结果及分析4.14.1 放大滤波电路调试放大滤波电路调试电路的放大参数如（ 4.1）式，滤波参数如（ 4.2） （4.3）式： (4-1)12113343RMARK （4.2）12214802fHzC R （4.3）213413402()fHzC RR放大及滤波电路焊接好之后，开始对前放电路开始调试。用信号发生器模拟传感器的输出信号 (方波信号 )，输入信号为0.1V，输出信号为20V,放大倍数200倍，放大结果与理论值略有

36、偏差，主要原因可能是因为器件不是精密器件，例如电阻等可能会引起偏差；还有外界干扰也会影响放大倍数，另外如果做成 PCB板可能结果会更精确一些。接通滤波电路，输入方波信号，设输入信号为幅值为 100mV，频率为400Hz,测得输出信号为0.8V强，可以看出信号 传递增益在8倍多。在示波器上显示完整无失真正弦信号，达到设计要求。调节输入信号，示波器在355Hz到450Hz范围内不失真变化， 中心频率为：398Hz，基本跟理论结果相符。放大滤波电路输出如图 4-1和图4-2所示。图 4-1 放大滤波后电路输出图图 4-2 示波器放大图4.24.2 控温电路的调试控温电路的调试TL431VREF 脚输

37、出的是其标准参考电压 2.5V，经电位器 R4及 R5 分压之后在 R5 上得到 620mV 的稳定电压。温度控制电路可以输出 基本稳定的620mV 电压，在示波器上显示其其波动范围，如图4-3所示，波动范围在10mV左右，比预期的2.5mV略大，但是电路还是比较稳定的 。分析其原因，可能是由于电阻的不精密，及电路焊工的比较粗糙造成的。图4-3给出的是稳压电路的输出电压，可以看出还是比较温度的。图 4-3 稳压电路输出总总 结结通过几个月来的学习，摸索和实践，完成了应用于便携式 近红外光谱仪的传感器温度控制部分和前置信号放大部分。将新型的PbS光敏传感器（ P2682-01） ，应用到近红外光

38、谱仪中。根据半导体致冷原理，设计完成传感器的低温控电路，使传感器工作在低温环境，从而提高其工作时的响应速度和信号输出的信噪比。对于信号的前置放大部分的设计，注意了对于弱信号提取工作的一些要点，可以成功的放大传感器输出的弱信号。虽然在最后的测量结果上，还有很大的误差存在。追究其主要原因 一方面在于电路的焊接问题上， 一方面电路的设计以及各元件大小的选择上也存在瑕疵，但是电路的原理及设计思想都是正确的。它们都通过了理论的验证。对于致冷后的信号噪声影响没有明显的改善，其中也有传感器本身的原因。PbS传感器本身工作时，对温度的要求也不是很严格。这次属于创新性的致冷控制电路的设计，对于结果也是探索性的。对于前放电路输出的噪声问题，可以通过加入锁相放大电路来改善。参参 考考 文文 献献1 宣向春，王维扬.