Jump to content

    

Возбуждается усилитель сигнала фотодиода

Здравствуйте все!

Я собрал схему для усиления сигнала фотодиода, какая везде нарисована, и раньше я такую собирал. Рисунок прилагается.

Но на этот раз мне попался фотодиод с очень большой ёмкостью, до 900 пФ. Усилитель очень сильно звенит, время переходного процесса до нескольких микросекунд. Как с этим можно побороться? Очень бы не хотелось тупо совать ёмкость в ОС усилителя и заваливать фронты импульсов.

Заранее признателен.

P,S. С обычным маленьким фотодиодом неизвестного происхождения (в столе валялся) не возбуждается.

По моему мнению здесь чтото не так.Входное сопротивление усилителя =0(в теории) какая разница сколько пик имеет фотодиод.Время переходного процесса до неприличия высоко.Что за опрер не знаю,но в некоторых на входе стоят диоды для защиты входа от перегрузки,и ,если предположить что уровень сигнала велит,то мб эти диоды и пакостят.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Маловероятно чтобы этот усилитель возбуждался, судя по схеме. А вот затяжка фронта объясняется большой емкостью диода и сравнительно высоким сопротивлением нагрузки (100 ком, или чуть менее). Надо между выводами 2 и 3 ОУ включить сопротивление на несколько килоом. Уровень полезного сигнала на входе ОУ упадет, но возрастёт быстродействие. (Уровень сигнала на выходе ОУ, вероятно, упадет незначительно. АЧХ - выровняется.) Ещё, ХК3, анод фотодиода надо подключить к источнику питания -1...-5 вольт, т.е. - задать отрицательное смещение, уменьшится емкость фотодиода.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Надо между выводами 2 и 3 ОУ включить сопротивление на несколько килоом. Уровень полезного сигнала на входе ОУ упадет, но возрастёт быстродействие.

 

Вы позволите, я немного перефразирую вопрос - да простит меня автор темы...

 

Фотодиод - это источник тока - отрицательного тока. Включен по фотогальванической схеме.

ОУ пытается скомпенсировать разность потенциалов между выводами 2-3, поднимая потенциал на выходе в плюс. Когда положительный ток (через резистор) - будет равен отрицательному току фотодиода - процесс уравновешивается. Точка равновесия находится около потенциала - 0.

В даташитс не гарантируется работа ОУ ниже какого то там значения.

Но автору хочется, что бы схема работала и в этом режиме.

И тем более, с каким то одним диодом она даже работала.

Вопрос в том - почему работала с одним и не работала с другим.

 

Резистор, если поставите между 2 и 3 выводом - тогда ток через него будет "утекать".

И схема будет показывать неправильное значение напряжения на выходе ОУ - т.е. непропорциональное значению фототока.

:)

Share this post


Link to post
Share on other sites

lks, ответ простой. У резистора обратной связи есть паразитная емкость (скорее всего около 0,5 пФ). Это значит, что ее достаточно для компенсации полюса при емкости фотодиода на два порядка меньше, чем установленного в схеме. Т. е. при емкости фотодиода в десяток-другой пикофарад все просто шоколадно :)

Share this post


Link to post
Share on other sites
lks, ответ простой. У резистора обратной связи есть паразитная емкость (скорее всего около 0,5 пФ). Это значит, что ее достаточно для компенсации полюса при емкости фотодиода на два порядка меньше, чем установленного в схеме. Т. е. при емкости фотодиода в десяток-другой пикофарад все просто шоколадно :)

 

Паразитная емкость в такой схеме зависит от везения. Если резистор обратной связи находится над земляным полигоном, итогом может быть превращение паразитной емкости в "паразитную индуктивность" относительно ее роли в обратной связи.

А в остальном верно - без компенсирующего конденсатора коэффициент усиления растет с ростом частоты, что и приводит к неустойчивости схемы. Так что 4.7 пф должны спасти ситуацию.

Share this post


Link to post
Share on other sites
lks, ответ простой. У резистора обратной связи есть паразитная емкость (скорее всего около 0,5 пФ). Это значит, что ее достаточно для компенсации полюса при емкости фотодиода на два порядка меньше, чем установленного в схеме. Т. е. при емкости фотодиода в десяток-другой пикофарад все просто шоколадно :)

 

А если добавить "плавующую землю", то может будет работать и с диодом имеющим большую емкость?

Предлагаю, для проверки, надеть на выводы резисторы несколько штук ферритовых колец большой проницаемости.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Вы позволите, я немного перефразирую вопрос - да простит меня автор темы...

 

Фотодиод - это источник тока - отрицательного тока. Включен по фотогальванической схеме.

ОУ пытается скомпенсировать разность потенциалов между выводами 2-3, поднимая потенциал на выходе в плюс. Когда положительный ток (через резистор) - будет равен отрицательному току фотодиода - процесс уравновешивается. Точка равновесия находится около потенциала - 0.

В даташитс не гарантируется работа ОУ ниже какого то там значения.

Но автору хочется, что бы схема работала и в этом режиме.

И тем более, с каким то одним диодом она даже работала.

Вопрос в том - почему работала с одним и не работала с другим.

 

Резистор, если поставите между 2 и 3 выводом - тогда ток через него будет "утекать".

И схема будет показывать неправильное значение напряжения на выходе ОУ - т.е. непропорциональное значению фототока.

:)

Вас понял. Да, я не заметил что на вывод 4 подана... земля. Не ожидал! Тогда есть смысл на ногу 3 (не инвертированный вход) подать начальное смещение, чтобы хотя бы не заходить в -0.1 вольта. Да и в большинстве схем ОУ по входу не ставят в крайнюю точку диапазона линейной характеристики, разве что - преднамеренно.

Подключить к выводу 3 ОУ делитель на резисторах и электролит. В нижнее плечо делителя потенциометр можно, для точной регулировки. В таком случае подавать на анод ничего не потребуется чотобы его слегка подпереть. По моему. Если я что-то не допонимаю по части фотодиода (скажем, надо таки 0-вое смещение ему), тогда, его анод соединить с выводом 3 ОУ.

Share this post


Link to post
Share on other sites

По-моему, схема вполне имеет право на существование. В "Искусстве схемотехники" она приводится в точности именно для однополярного питания. Наиболее вероятную причину возбуждения, ИМХО, уже назвали: действительно большая ёмкость диода уменьшает его эквивалентное сопротивление на ВЧ, требуя коррекции АЧХ. Со смещением же фотодиода и самого ОУ проблема, на мой взгляд, никак не связана.

Edited by Herz

Share this post


Link to post
Share on other sites

Без минусового питания или смещения на неинверт. вход схема, ИМХО,

не имеет право на существование.

С начала пусть автор разберется с питанием, а там видно будет.

Edited by domowoj

Share this post


Link to post
Share on other sites
Без минусового питания или смещения на неинверт. вход схема, ИМХО,

не имеет право на существование.

Имеет, но надо проверять. С реальным диодом и монтажем. Поэтому на макете всегда отрабатываю сначала на двуполярном питании, снимаю характеристки, а потом перехожу к однополярному и сравниваю деградацию параметров. Там слишком много эффектов во входном каскаде, особенно при динамичном сигнале и жестких требованиям по шумам. Иногда однополярка прокатывает, иногда нет.

В том числе и с генерацией. Если при двухполярном питании генерация сорвется- то это приколы ОУ. Если не сорвется- то точно надо ставить конденсатор в ОС. Вооще то до емкости ФД 1000 пф конденсатор нетребуется, спасает или емкость монтажа или быстродействие опреационника (ненадо выбирать быстродействующие и все будет гораздо спокойнее).

Share this post


Link to post
Share on other sites

Большое всем спасибо, получил много толчков и пинков для размышлений. Извиняюсь за задержку с ответом, не сразу смог получить доступ к стенду.

Я сделал вот как: последовательно с анодом фотодиода включил резистор 3 кОм. Про физику процесса сказать не могу, а идея была типа "грохнуть этому фотодиоду добротность или что там у него есть". Понимаю, что чушь, потом подумаю и истолкую результат. Скорее всего, добавился какой-то полюс в передаточной функции. Спасибо Micro-Cap 9 и Сергею Амелину, пророку его, за возможность легко и быстро пробовать всякие глупости.

Насчёт работоспособности ОУ в таком включении - обещано в datasheet. Прямого вранья в datasheet я никогда не видел, тем более у AD, потому верю. Да и не должно быть там резких пакостей при подходе входного сигнала к отрицательному питанию, там на входах затворы МОП ПТ. Плохо станет, когда начнут вскрываться защитные диоды. Вот что написали: This rail-to-rail input range is achieved by using two input differential pairs, one NMOS and one PMOS, placed in parallel. The NMOS pair is active at the upper end of the common-mode voltage range, and the PMOS pair is active at the lower end of the common-mode range.

Ёмкость в ОС ставить очень неохота, она при моих номиналах резисторов в ОС очень сильно заваливает фронты, гораздо сильнее, чем изобретённый мною резистор.

4. Теперь собственно о "звоне". Параллельно резистору обратной связи нужно подключить конденсатор емкостью 4,7 пФ (формула дает 5,35 пФ, но там есть еще паразитная емкость резистора).

Не помогают и 10 пФ, больше пробовать не стал.

Ещё раз всем большое спасибо.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Снижай коэфф. усиления до 10, это достаточно. Частотно компенсированным CR-делителем. Прав MosAic - опусти нижнее питание - сам себя загнал в 5 угол - какая х-ка ОУ при 0 выходе?

Share this post


Link to post
Share on other sites
Позволю себе высказать некоторые соображения:

1. Посмотрев даташник на этот операционник, убедился в допустимости сигнала до -0,1 В на входах. Видимо при малых сигналах поднимать землю не нужно. Но имейте ввиду, что при очень сильной засветке напряжение на инвертирующем входе может достигать -(0,6-0,8) В. А это уже не нормальный режим для операционника.

такое возможно только при уходе ОУ в насыщение, что, конечно, нормальным режимом не является. Как, собственно, Вы сами и заметили:

3. Номинал резистора обратной связи и напряжение питания ограничивают максимально допустимый ток фотодиода уровнем 50 мкА. Судя по емкости 900 пФ, датчик большой и такой ток даст при очень слабом освещении. С превышением этого тока операционник будет уходить в насыщение.
Остаётся предположить , что у автора очень слабое освещение, видимо потому и фотодиод с большой площадкой понадобился.

 

Снижай коэфф. усиления до 10, это достаточно. Частотно компенсированным CR-делителем. Прав MosAic - опусти нижнее питание - сам себя загнал в 5 угол - какая х-ка ОУ при 0 выходе?
Достаточно для чего?! Мне кажется, Вы... э... поторопились вставить реплику...

Share this post


Link to post
Share on other sites
Ёмкость в ОС ставить очень неохота, она при моих номиналах резисторов в ОС очень сильно заваливает фронты, гораздо сильнее, чем изобретённый мною резистор.

 

Максимальная полоса при максимальном усилении?

 

А если поставить два операционных усилителя выводы 2 и 3 соединить по схеме, а резисторы поставить по 50 кОм. Будет такая схема работать?

 

В АЦП можно сигнал брать только с одного - смело умножить на 2 и дело в шляпе... :wassat:

Share this post


Link to post
Share on other sites
Я сделал вот как: последовательно с анодом фотодиода включил резистор 3 кОм. Про физику процесса сказать не могу,

 

сравните входное сопротивление операционника и сопротивление емкости на чстоте возбуждения

и теперь сравните что у вас стало когда вы влепили туда резистор - и будет вам ответ

можно резистор уменьшить но при такой емкости у вас все равно высокой частоты сигнала не будет поэтому можно и оставить как есть

:beer:

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
Sign in to follow this