Jump to content

    

Усилитель для низкоомного ИК фотодиода.

ViKo

Я раньше предпологал что ему фиолетово, и по факту так и было, включи так или иначе - на выходе сигнал будет или увеличиваться или уменьшаться, но при почти равном Rисточника и Rприемника наблюдается неведомая хрень.

 

Дополню пост: так же собрал усилитель на AD8551 так же в фотовольтаическое включение, с 1 гОм Rf ему несколько плохо, но он танцует возле 0 и выше 200 мВ не прыгает, при уменьшении до 235 МОм усилитель выходит в 0 при выводе из 0 шум составляет от пика до пика 100 мВ, без пиков 80 мВ.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Балансировка по

Ясно. В двух словах, разница между двумя режимами — в фотодиодном фотодиод нагружен на ноль Ом, в гальваническом — на больше нуля Ом.

 

Итого, сейчас у Вас фотодиодное включение и на закороченном виртуальным нулём диоде всегда условно ноль вольт, а для гальванического, соответственно, выкиньте все Ваши крутилки и конденсаторы, зашунтируйте фотодиод резистором 1 кОм и подайте этот сигнал на вход не такого, как сейчас, а неинвертирующего усилителя, собранного на ОУ с автокомпенсацией нуля.

 

Про темновой ток ... Откуда вы его находите покажите пожалуйста

Пожалуйста — реальная ВАХ реального диода — прекрасно видно, как плывёт ток утечки, он же и темновой, от температуры:

 

post-45710-1434377312_thumb.png

Share this post


Link to post
Share on other sites

Plain

http://www.kit-e.ru/articles/usil/2009_03_46.php Рис. 7.а.

Если бы дифференциальное сопротивление диода было опупенно большим, то никаких проблем, а так при Rdif диода 3 кОм параллельно ему нужно ставить 30 Ом... Что я оттуда достану не ясно... Кстати по листу спецификации на диод без элемента Пельтье дифференциально сопротивлние указано 7,4 кОм. Согласно этому 7400/100=74 Ом. Не густо однако. Наткнулся сейчас на интересную весчь, что напряжение на инвертирующем входе должно быть максимально приближено к нулю по отношению к земле, в реальности надо скомпенсировать до самых мелких величин микровольт. ЗАвтра попробую проделать это и посмотрю что из этого выйдет.

 

На Вашей картинке область перехода из + в - не отображена и картина является не полной.

Про темновой ток - первая попавшаяся ссылка:

http://moskatov.narod.ru/Books/The_electro...ics_fig_3_5.png

Для справки Рис. 1.4. книга: Graeme J.G. Photodiode Amplifiers. За отсутствием смещения всё проходит через нуль.

 

Построил в табличке в ексельчике график по модельке Эберса - Молла:-) приняв температуру за комнатную, а именно 293 по Кельвину, обратный ток за величину 12 мкА я убедился в том, что всё проходит через 0 и если есть темновой ток, то только обусловленный потенциальным шумом самого диода. Так же убедился в том похоже мой недавний расчет действительно адекватен и шум диода лежит в области наноамер(И, да, я знаю что для каждого типа фотодиодов параметры модели могут быть индивидуальны и могут появляется новые составляющие. Сейчас так сходу не вспомню, но толи по Титце У., Шенк К., толи по Хоровиц П., Хилл У. утверждают что модель Эберса-Молла справедлива для большинства полупроводниковых диодов(не фото) в положительной областе потенциала и тока).

Edited by zigmo

Share this post


Link to post
Share on other sites
Моя задача усилить сигнал с диодов.. Сигнал должен быть именно усилен, речь идет об измерении и не о каком-либо импульсном режиме работы.

Похожую задачу, КМК, решали на EDN.

 

Из комментариев к статье:

I found such a necessity when photocurrent measurements, for material/device characterization, are concerned. In this case you must measure the incident light by means of a calibrated photodiode and you need a precision I/V converter to "build" your own light power meter.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

blackfin

Эта схемка есть и в книжке от Graeme J.G. Photodiode Amplifiers и в статейке от бурых браунов написанная Хобсом Филлипом которая переведена Иоффе Дмитрием на которую я частенькое здесь ссылаюсь:-)

Такую идею обдумывал, но раньше, когда был вопрос об усилении сотен пик, она отлетела моментально. Сейчас возможно вернусь к ней.

Share this post


Link to post
Share on other sites

zigmo, если у Вас полоса сигнала десятки Гц, то почему бы не поинтегрировать его? Когда-то ставил ACF2101 от TI как раз для работы с ИК-фотодиодами (InGaAs, 2ст Пельтье).

Share this post


Link to post
Share on other sites

Для подобных ИК фотодиодов нет смысла применять ОУ на JFET.

Шумы фотодиода без фототока определяются его Ro

На постоянном токе может и пригодится ADA4528, но в общем случае ОУ на биполярных транзисторах оптимальнее.

А на ВЧ передовики уже хвастают применением HEMT и SiGe в каскодном включении...

Share this post


Link to post
Share on other sites

В Вашей схеме нужно убрать R3, R4, R5, R6, C7, объединить неивертирующий вход усилителя и анод фотодиода, и ИМХО всё будет работать как надо.

По поводу входного сопротивления усилителя - оно примерно равно отношению импеданса обратной связи (по постоянному току это Rf) и коэффициента усиления разомкнутого операционного усилителя. Для постоянного тока при Rf=20МОм и Ku(AD795)0 = 110dB оно равно примерно 63 Ом.

 

И ещё замените R1 и R2 на 1 Ом, иначе возможны осцилляции на выходе размером в размах питания.

Share this post


Link to post
Share on other sites

alexunder

Потому что на данный момент усилитель работает крайне не стабильно.

 

НЕХ

Или я что-то не понимаю или в реале что-то по другому, но если выводить токовый шум фотодиода из обнаружительной способности и принять диффиренциальное сопротивление за константу, то получается, что дифферецнаильное сопротивление не влияет на шум фотодиода. Расчетный шум получился 0,88 пА*Гц^1/2. Если это так, то получаем то, что шум всегда остается константой и не зависит от уровня сигнала.

Почему стоит применять именно ОУ на биполярных транзисторах, чем плох тот же TLC2652 по сравнению с усилителями на биполярных транзисторах?

 

Пока основной проблемой нестабильной работы является отсутствие точного согласования входного напряжения трансимпедансного усилителя по отношению к земле. Действительно это вызывает дикий разгул фотодиода с малым собственным сопротивлением.

 

 

MaxPIC

Угу я знаю эту формулу, есть еще и на реактивное сопротивление, только это справедливо при потенциале на инвертирующем входе равном нулю, а по факту он нулю нифига не равен.

Балансировку убирать не буду ибо без неё проживаем на дне океана)))

Приколов с питаловом нету, раньше резисторов R1 и R2 не было, остались как придаток, ибо разницы что с ними что без них - нету. Не убрал только потому - что было лень выпаивать из платы.

Edited by zigmo

Share this post


Link to post
Share on other sites
...

Потому что на данный момент усилитель работает крайне не стабильно.

...

М.б. с коррекцией что-нибудь не то?

А вообще-то, в своё время мне встречалась у ADI куча статей по подключению фотодиодов. Крче, тема уже давно изжёвана.

И книжек у них много всяких. Вот, например: Op Amp Applications Handbook / by Walt Jung . Фотодиоды там довольно подробно расписаны.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
alexunder

Потому что на данный момент усилитель работает крайне не стабильно.

Так я и предлагаю от усилителя отказаться и вместо него интегрировать ток. Можете непосредственно на ОУ сделать интегратор, но со сброс придется самому делать на каких-нибудь аналоговых ключах. Посему проще взять готовую ИМС.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Похоже, автор бьётся головой о стену, пытаясь приладить к ИК фотодиоду гигаомный резистор. Обречён...

Проиграет напряжению смещения и его дрейфу, помноженному на noise gain.

Поймите - это не кремний ! Из этого фотодиода плохой источник тока !

и интегрирование заряда тоже не сулит успеха... Ro мало.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Так я и предлагаю от усилителя отказаться и вместо него интегрировать ток. Можете непосредственно на ОУ сделать интегратор, но со сброс придется самому делать на каких-нибудь аналоговых ключах. Посему проще взять готовую ИМС.

Это не поможет... ТС очень невнятно и, к тому же, используя сленг, описал свою проблему, связанную с малым выходным сопротивлением фотодиода. Ему уже предложили правильное решение, но он его не понял.

Чтобы уменьшить тут количество переливаемой воды поясню на пальцах.

Суть проблемы - при малом сопротивлении фотодиода дрейф (от температуры или еще чего-нибудь) смещения входного напряжения ОУ порождает значительный ток, который усиливается резистором в обратной связи огромного номинала. Фактически можно на это посмотреть как на ОУ с закороченными входами без обратной связи. Вот и зашкаливает...

P.S. HEX опередил. Как всегда...Получилось дублирование.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Что по факту: диод с диф. сопротивлением 7,4 кОм и Rf = 235 МОм, на усилителе AD8551 работает, на AD795 этот же диод при таком же Rf заработал, при этом болтанка составляет примерно 20 мВ.

 

Если эти диоды не пригодны для такого включения, то как их включать? Еще больший вопрос - как с них завод изготовитель снимает характеристики? И самый главный вопрос как они получили такую обнаружительную способность? Объясните пожалуйста тупому.(Я понял уже, что по преобразователю I-V фига что отсюда выкачается при большом сопротивление, еще понял что схема работает частично еще как интегратор в результате чего усилитель гуляет...)

Edited by zigmo

Share this post


Link to post
Share on other sites

AD795: 3.3 μV p-p maximum, 0.1 Hz to 10 Hz

И что Вы ожидаете с теми коэффициентами усиления по шуму, которые в вашей схеме имеют место быть?

 

П.С. Скорее всего, это основной вклад в "гулянку". Если задача позволяет, какую-то часть НЧ лучше срезать.

А в остальном, надо просто аккуратно оценить шумы для требуемой полосы в зависимости от ОУ. И чудеса исчезнут.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now