Уменьшение шума в аудио цепи (оптический датчик + операционный усилитель)

Я строю оптический датчик, используя фотодиод, подключенный к операционному усилителю LM741 . Моя схема похожа на эту:

За исключением того, что я добавил пассивный фильтр верхних частот после выхода операционного усилителя, чтобы исключить постоянный ток (так как я использую 0 В и + 12 В в качестве моих V- и V + соответственно). Я использую Rf = 500 кОм (это слишком много?). Кроме того, у меня есть светодиод рядом с фотодиодом, который служит источником света. Питание светодиода составляет 5 В, а операционного усилителя - 12 В, оба от источника питания ПК. Фотодиод и светодиод подключены к цепи с помощью гитарного кабеля длиной 2 м («PL»).

Схема работает и выдает звуковой сигнал, когда я модулирую интенсивность света, падающего на фотодиод, но моя проблема в том, что сигнал очень шумный. Я могу слышать / видеть два типа шума:

1. Электрический шум похож на шумный звук электрогитары. Я подозреваю, что это происходит в длинном кабеле (или наконечнике, где соединены фотодиод и светодиод), собирая окружающий электромагнитный шум. Этот шум присутствует постоянно, даже когда на фотодиод не светит свет.
2. Другой шум присутствует только тогда, когда генерируется сигнал, т.е. только когда я модулирую интенсивность света. Я подозреваю, что это результат усиления теплового шума, так как мое усиление очень высокое.

Я хотел бы знать, каков наилучший подход, или другими словами, с чего начать в моих усилиях по устранению шума:

• Улучшение отношения сигнал / шум в источнике, т. Е. Путем оптимизации физических условий (окружающий свет, точность положения фотодиода и т. Д.).
• Используя другую схему - я видел много предложений в Интернете и начал с самого простого.
• Использование другого операционного усилителя, который больше подходит в качестве предварительного усилителя звука.
• Улучшение экранирования самого датчика, для устранения электромагнитного шума окружающей среды.
• Использование батарей в качестве источника питания вместо блока питания ПК (я думаю, что, возможно, часть шума исходит от сети).
• Если ничего из вышеперечисленного, что бы вы предложили?

Несколько вещей:

1. Длинный кабель с наиболее чувствительным узлом во всей системе - плохая идея. Осторожно оградите и затем плотно соедините усилитель с датчиком. Затем вы можете отправить более высокий уровень сигнала с низким импедансом по длинному кабелю.

2. 741 это шутка в этом приложении. Ищите тихий операционный усилитель. Есть усилители специально для аудио приложений, где шум имеет большое значение. Даже устройство общего назначения, такое как TL07x, будет намного лучше, чем 741, как по усилению, так и по пропускной способности.

3. Приложения, которые нуждаются в хорошей линейной характеристике и частотной характеристике, обычно используют фотодиод в конфигурации с обратным смещением. Думайте об этом как о диоде, который пропускает пропорционально свету.

4. Не пытайтесь получить весь выигрыш за один этап, особенно на первом. Первая ступень должна принять небольшой входной сигнал и сделать его более сильным и с более низким импедансом, чтобы он был гораздо менее восприимчив к шуму. Усилитель первого каскада может сделать это лучше, если не будет работать близко к своему продукту с усилением полосы пропускания. Вам не нужно заботиться о смещенном напряжении, так как звук может быть подключен к переменному току между каскадами. На втором этапе можно подать хороший сильный сигнал, который можно отправить по 2-метровому проводу.

Дизайн аудиосистемы в основном заключается в том, чтобы тщательно продумывать шум на каждом этапе пути. Ширина полосы может быть низкой, но отношение сигнал / шум должно быть очень высоким.