Giảm nhiễu trong mạch âm thanh (bộ thu quang + op amp)

Tôi đang xây dựng một bộ thu quang bằng cách sử dụng photodiode được kết nối với op-amp LM741 . Mạch của tôi tương tự như thế này:

Ngoại trừ việc tôi đã thêm bộ lọc thông cao thụ động sau đầu ra của op-amp, để loại bỏ DC (vì tôi đang sử dụng 0V và + 12V làm V- và V + tương ứng). Tôi sử dụng Rf = 500K Ohm (cách này có quá nhiều không?). Ngoài ra, tôi có một đèn LED liền kề với điốt quang phục vụ như một nguồn sáng. Đèn LED được cung cấp bởi 5V và op-amp được cung cấp bởi 12V, cả hai đều từ nguồn điện PC. Photodiode và LED được kết nối với mạch bằng cáp guitar dài 2m ("PL").

Mạch hoạt động và tạo tín hiệu âm thanh khi tôi điều chỉnh cường độ ánh sáng chiếu vào photodiode, nhưng vấn đề của tôi là tín hiệu rất nhiễu. Tôi có thể nghe / nhìn thấy hai loại tiếng ồn:

1. Tiếng ồn điện tương tự như một chiếc bán tải guitar điện ồn ào. Tôi nghi ngờ rằng nó bắt nguồn từ dây cáp dài (hoặc đầu của nó, nơi photodiode và đèn LED được kết nối) thu thập tiếng ồn điện từ xung quanh. Tiếng ồn này có mặt mọi lúc, ngay cả khi không có ánh sáng chiếu vào photodiode.
2. Một tiếng ồn khác chỉ xuất hiện khi tín hiệu được tạo ra, tức là chỉ khi tôi điều chỉnh cường độ ánh sáng. Tôi nghi ngờ đó là kết quả của việc khuếch đại nhiễu nhiệt, vì mức tăng của tôi rất cao.

Tôi muốn biết đâu là cách tiếp cận tốt nhất, hay nói cách khác là bắt đầu từ đâu trong nỗ lực loại bỏ tiếng ồn:

• Cải thiện tỷ lệ tín hiệu / nhiễu tại nguồn, tức là bằng cách tối ưu hóa các điều kiện vật lý (ánh sáng xung quanh, độ chính xác của vị trí của photodiode, v.v.).
• Sử dụng một mạch khác - Tôi đã thấy nhiều đề xuất trên web và bắt đầu với cách đơn giản nhất.
• Sử dụng một op-amp khác, một bộ khuếch đại âm thanh phù hợp hơn.
• Cải thiện việc che chắn của chính chiếc bán tải, để loại bỏ tiếng ồn xung quanh điện từ.
• Sử dụng pin làm nguồn điện thay cho nguồn điện PC (Tôi nghĩ có lẽ một phần của tiếng ồn đang hình thành nguồn điện).
• Nếu không có điều nào ở trên, đề xuất của bạn là gì?

Một số điều:

1. Một cáp dài mang nút nhạy cảm nhất trong toàn hệ thống là một ý tưởng tồi. Cẩn thận che chắn và sau đó kết hợp chặt chẽ bộ khuếch đại với xe bán tải. Sau đó, bạn có thể gửi tín hiệu trở kháng thấp hơn mức cao hơn qua cáp dài.

2. 741 là một trò đùa trong ứng dụng này. Tìm kiếm một opamp tiếng ồn thấp. Có các bộ khuếch đại dành riêng cho các ứng dụng âm thanh, nơi tiếng ồn rất quan trọng. Ngay cả một thiết bị có mục đích chung như TL07x sẽ tốt hơn rất nhiều so với 741, cả về độ lợi và băng thông.

3. Các ứng dụng cần đáp ứng tuyến tính và phản hồi tốt thường sử dụng photodiode trong cấu hình phân cực ngược. Hãy nghĩ về nó như một diode rò rỉ ánh sáng.

4. Đừng cố gắng đạt được tất cả lợi ích trong một giai đoạn duy nhất, đặc biệt là giai đoạn đầu tiên. Giai đoạn đầu tiên nên lấy tín hiệu đầu vào nhỏ và làm cho trở kháng mạnh hơn và thấp hơn sao cho nó ít bị nhiễu hơn. Bộ khuếch đại giai đoạn đầu tiên có thể làm điều này tốt hơn nếu không chạy gần với sản phẩm băng thông khuếch đại của nó. Bạn không cần phải quan tâm đến điện áp bù vì âm thanh có thể được ghép AC giữa các giai đoạn. Giai đoạn thứ hai sau đó có thể tạo ra một tín hiệu mạnh đẹp có thể được gửi qua dây 2m.

Thiết kế mạch âm thanh chủ yếu là về việc suy nghĩ cẩn thận về tiếng ồn mỗi bước. Băng thông có thể thấp, nhưng tỷ lệ tín hiệu / nhiễu cần phải rất cao.