生物超弱發(fā)光采集系統(tǒng)及控制電路設計
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2．2．1 壓控恒流源
壓控恒流源是LED驅動電路的重要組成部分，它的功能是通過調節(jié)控制電壓來達到對電流的控制，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構成電壓跟隨器，運放的高輸入阻抗，近似可以認為U1B沒有分流作用，則流經V2的電流全部流入負載RL，并且有V3=V2。U1C和電阻R10，R11，R12構成反相器，有V4=-V3=-V2。U1A和電阻R1，R2，R3，R13構成反向加法器電路，輸入信號分別為Vi和V4，輸出電壓V1=-(Vi+V4)，又因為V4=-V2，所以輸出電壓V1=-(Vi-V2)。運放UB1并無分流作用，因此電阻Rm兩端的電壓為Vm=V1-V2=-Vi，流經Rm和負載RL的電流相等，都為I=Vm／Rm=-Vi／Rm?？梢钥闯觯撦d上的電流由輸入電壓Vi和電阻Rm共同決定，只要這兩個量不變，電流就會保持恒定。通過改變數(shù)模轉換器的輸出電壓，即可調節(jié)負載RL上的電流。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/195126.htm
負載RL是大功率的LED，所需要的驅動電流一般在0～300 mA，為了保證恒流電路的功率輸出，加入了電流擴展電路。該擴展電路采用簡單常用的圖騰柱式電流擴展方法。功率三極管使用大功率的2N1346，同時連接散熱片并加裝散熱風扇，以保證電路穩(wěn)定工作。
2．2．2 差動放大電路
輸出電流經采樣電阻Rm采樣，接入差動放大電路的輸入端。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；同時又具有較大的共模抑制比，保證采樣的準確性，避免干擾。由于采樣電阻Rm上流經的電流變化范圍是0～300 mA，范圍較大，所以將差動放大電路的放大倍數(shù)設置為1。
2．2．3 數(shù)／模和模／數(shù)轉換
數(shù)／模轉換采用C8051F021單片機內部集成的DAC1，DAC的輸出在每次中斷時根據A／D的采樣值計算后進行更新。
模／數(shù)轉換采用單片機內部集成的12位逐次逼近寄存器型ADC。A／D和D／A的電壓基準VREF由片外的LM336基準穩(wěn)壓源提供。
2．3 快門控制
為了防止LED光強對PMT造成損傷，在樣品室與PMT之間加裝了電子快門來保護PMT。開啟LED時，快門關閉；激發(fā)光源照射樣品結束時，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，為了保證能夠及時采集延遲發(fā)光，該系統(tǒng)采用的電子快門的響應時間為1μs，快門驅動電壓為(12±O．1)V，電路接通則快門開啟，斷開則快門自動關閉，控制簡單。但電子快門對電壓穩(wěn)定度要求較高，需要采用單獨的穩(wěn)壓電源供電，否則有可能因電壓波動造成快門意外關閉。
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