生物超弱發(fā)光采集系統(tǒng)及控制電路設(shè)計(jì)
加入技術(shù)交流群
2．2．1 壓控恒流源
壓控恒流源是LED驅(qū)動(dòng)電路的重要組成部分，它的功能是通過調(diào)節(jié)控制電壓來達(dá)到對電流的控制，它的性能決定了LED亮度的穩(wěn)定程度。壓控恒流源的電路如圖4所示，U1B和R8，R9構(gòu)成電壓跟隨器，運(yùn)放的高輸入阻抗，近似可以認(rèn)為U1B沒有分流作用，則流經(jīng)V2的電流全部流入負(fù)載RL，并且有V3=V2。U1C和電阻R10，R11，R12構(gòu)成反相器，有V4=-V3=-V2。U1A和電阻R1，R2，R3，R13構(gòu)成反向加法器電路，輸入信號分別為Vi和V4，輸出電壓V1=-(Vi+V4)，又因?yàn)閂4=-V2，所以輸出電壓V1=-(Vi-V2)。運(yùn)放UB1并無分流作用，因此電阻Rm兩端的電壓為Vm=V1-V2=-Vi，流經(jīng)Rm和負(fù)載RL的電流相等，都為I=Vm／Rm=-Vi／Rm?？梢钥闯?，負(fù)載上的電流由輸入電壓Vi和電阻Rm共同決定，只要這兩個(gè)量不變，電流就會(huì)保持恒定。通過改變數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，即可調(diào)節(jié)負(fù)載RL上的電流。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/195126.htm
負(fù)載RL是大功率的LED，所需要的驅(qū)動(dòng)電流一般在0～300 mA，為了保證恒流電路的功率輸出，加入了電流擴(kuò)展電路。該擴(kuò)展電路采用簡單常用的圖騰柱式電流擴(kuò)展方法。功率三極管使用大功率的2N1346，同時(shí)連接散熱片并加裝散熱風(fēng)扇，以保證電路穩(wěn)定工作。
2．2．2 差動(dòng)放大電路
輸出電流經(jīng)采樣電阻Rm采樣，接入差動(dòng)放大電路的輸入端。在電流源電路中，采樣電阻的精確程度和溫度穩(wěn)定性直接關(guān)系到電流輸出的穩(wěn)定性。因此系統(tǒng)中采樣電阻使用精密金屬膜電阻，該電阻溫漂小于5x10-5℃-1，阻值為2 Ω，額定功率為10 W。
差動(dòng)放大電路使用較常用的儀用放大器，電路原理如圖5所示。
儀用放大電路具有較高的輸入阻抗，能夠避免采樣電路對電流源的影響；同時(shí)又具有較大的共模抑制比，保證采樣的準(zhǔn)確性，避免干擾。由于采樣電阻Rm上流經(jīng)的電流變化范圍是0～300 mA，范圍較大，所以將差動(dòng)放大電路的放大倍數(shù)設(shè)置為1。
2．2．3 數(shù)／模和模／數(shù)轉(zhuǎn)換
數(shù)／模轉(zhuǎn)換采用C8051F021單片機(jī)內(nèi)部集成的DAC1，DAC的輸出在每次中斷時(shí)根據(jù)A／D的采樣值計(jì)算后進(jìn)行更新。
模／數(shù)轉(zhuǎn)換采用單片機(jī)內(nèi)部集成的12位逐次逼近寄存器型ADC。A／D和D／A的電壓基準(zhǔn)VREF由片外的LM336基準(zhǔn)穩(wěn)壓源提供。
2．3 快門控制
為了防止LED光強(qiáng)對PMT造成損傷，在樣品室與PMT之間加裝了電子快門來保護(hù)PMT。開啟LED時(shí)，快門關(guān)閉；激發(fā)光源照射樣品結(jié)束時(shí)，LED熄滅，快門打開，PMT開始采集樣品的發(fā)光。由于延遲發(fā)光快速衰減，為了保證能夠及時(shí)采集延遲發(fā)光，該系統(tǒng)采用的電子快門的響應(yīng)時(shí)間為1μs，快門驅(qū)動(dòng)電壓為(12±O．1)V，電路接通則快門開啟，斷開則快門自動(dòng)關(guān)閉，控制簡單。但電子快門對電壓穩(wěn)定度要求較高，需要采用單獨(dú)的穩(wěn)壓電源供電，否則有可能因電壓波動(dòng)造成快門意外關(guān)閉。
評論