Riduzione del rumore nel circuito audio (pickup ottico + amplificatore operazionale)

Sto costruendo un pickup ottico usando un fotodiodo collegato a un op-amp LM741 . Il mio circuito è simile a questo:

Tranne che ho aggiunto un filtro passa-alto passivo dopo l'uscita dell'op-amp, per eliminare la corrente continua (poiché sto usando 0 V e + 12V come V- e V +, rispettivamente). Uso Rf = 500K Ohm (è troppo?). Inoltre, ho un LED adiacente al fotodiodo che funge da sorgente luminosa. Il LED è alimentato da 5V e l'amplificatore operazionale è alimentato da 12V, entrambi alimentati da PC. Il fotodiodo e il LED sono collegati al circuito mediante un cavo per chitarra lungo 2 m ("PL").

Il circuito funziona e produce un segnale audio quando modulo l'intensità della luce che brilla sul fotodiodo, ma il mio problema è che il segnale è molto rumoroso. Posso sentire / vedere due tipi di rumore:

1. Rumore elettrico simile a un rumoroso pickup di chitarra elettrica. Sospetto che abbia origine nel cavo lungo (o nella sua punta, in cui sono collegati il ​​fotodiodo e il LED) che raccoglie il rumore elettromagnetico ambientale. Questo rumore è sempre presente, anche quando nessuna luce brilla sul fotodiodo.
2. Un altro rumore è presente solo quando viene generato un segnale, cioè solo quando modulo l'intensità della luce. Sospetto che sia il risultato dell'amplificazione del rumore termico, poiché il mio guadagno è molto elevato.

Vorrei sapere qual è l'approccio migliore o, in altre parole, da dove iniziare nel mio sforzo di eliminare il rumore:

• Miglioramento del rapporto segnale-rumore alla sorgente, ovvero ottimizzando le condizioni fisiche (luce ambientale, precisione della posizione del fotodiodo, ecc.).
• Usando un circuito diverso - Ho visto molti suggerimenti sul web e ho iniziato con il più semplice.
• Utilizzando un altro amplificatore operazionale, uno più adatto come preamplificatore audio.
• Miglioramento della schermatura del pickup stesso, per eliminare il rumore ambientale elettromagnetico.
• L'uso delle batterie come fonte di alimentazione anziché come alimentatore per PC (penso che forse parte del rumore provenga dalla rete elettrica).
• Se nessuna delle precedenti, quale sarebbe il tuo suggerimento?

Molte cose:

1. Un lungo cavo che trasporta il nodo più sensibile dell'intero sistema è una cattiva idea. Proteggi con cura e poi accoppia saldamente l'amplificatore al pickup. Quindi è possibile inviare il segnale di impedenza inferiore di livello superiore tramite il cavo lungo.

2. Un 741 è uno scherzo in questa applicazione. Cerca un opamp a basso rumore. Esistono amplificatori specifici per applicazioni audio in cui il rumore conta molto. Anche un dispositivo generico come un TL07x sarà molto meglio di un 741, sia in guadagno che in larghezza di banda.

3. Le applicazioni che richiedono una buona risposta lineare e di frequenza di solito usano un fotodiodo in configurazione di polarizzazione inversa. Pensalo come un diodo che perde in funzione della luce.

4. Non cercare di ottenere tutto il guadagno in un singolo stadio, in particolare il primo. Il primo stadio dovrebbe prendere il piccolo segnale in ingresso e rendere più forte e minore l'impedenza in modo che sia molto meno sensibile al rumore. L'amplificatore del primo stadio può farlo meglio se non funziona vicino al suo prodotto con larghezza di banda di guadagno. Non devi preoccuparti della tensione di offset poiché l'audio può essere accoppiato in CA tra gli stadi. Il secondo stadio può quindi emettere un segnale forte e piacevole che può essere inviato su un cavo di 2 m.

La progettazione del circuito audio consiste principalmente nel pensare attentamente al rumore in ogni fase del processo. La larghezza di banda può essere bassa, ma il rapporto segnale-rumore deve essere molto elevato.