[Stanislav 0]

Простите, что вклиниваюсь. Тема как-то прошла мимо - времени было маловато, но уж если подняли...

Ув. DSIoffe, как обстоят дела с усилителем? Думаю, что мог бы Вам помочь и в расчёте, и в исследовании явлений, происходящих в системе датчик-усилитель. Простите, но думается что Ваше временное решение - лишь паллиатив, не позволяющий реализовать возможности данныых приборов в полной мере.

 

Я же написал: воткнул резистор последовательно с фотодиодом...

Нехорошо так делать. Резистор шумов только добавит.

 

ЗЫ. Вообще-то, неплохо было бы знать, что именно Вы хотите получить от данной системы. Подробные характеристики описать придётся.

[DSIoffe 2]

как обстоят дела с усилителем?

Огромное спасибо.

А вот как раз начал рисовать рабочую схему. То, с чего я начал - это временное, чтобы программист мог как-то работать.

Параметры усилителя заказчик просит такие:

------------------

1) Диапазон измеряемых амплитуд тока 0,1 мкА - 100 мкА, приведённая погрешность измерения для любого значения - не более 0,01%.

2) Время нарастания и спада импульса света на фотодиоде 1 мкс.

3) Должна быть предусмотрена возможность калибровки этого усилителя.

4) Характеристики измерителя (шумы, входное сопротивление и др.) должны обеспечить заданные параметры при использовании фотодиода со значением динамического внутреннего сопротивления не менее 10 ком и значений длительностей импульсов более 1 мс. (Это фраза из ТЗ, я ещё не понял, как с ней бороться)

------------------

Динамический диапазон большой, придётся делать переключение диапазонов усилителя.

Раз зашла речь о приведённой погрешности, то надо помнить и про АЦП. Частота измерений должна быть до 100 кГц. Время одного измерения - не больше 3 мкс (это такое системное требование, я пока не понял его смысла. Что-то вроде времени выборки УВХ.

Буду очень благодарен за мысли.

[Tanya 4]

Огромное спасибо.

А вот как раз начал рисовать рабочую схему. То, с чего я начал - это временное, чтобы программист мог как-то работать.

Параметры усилителя заказчик просит такие:

------------------

1) Диапазон измеряемых амплитуд тока 0,1 мкА - 100 мкА, приведённая погрешность измерения для любого значения - не более 0,01%.

2) Время нарастания и спада импульса света на фотодиоде 1 мкс.

3) Должна быть предусмотрена возможность калибровки этого усилителя.

4) Характеристики измерителя (шумы, входное сопротивление и др.) должны обеспечить заданные параметры при использовании фотодиода со значением динамического внутреннего сопротивления не менее 10 ком и значений длительностей импульсов более 1 мс. (Это фраза из ТЗ, я ещё не понял, как с ней бороться)

------------------

Динамический диапазон большой, придётся делать переключение диапазонов усилителя.

Раз зашла речь о приведённой погрешности, то надо помнить и про АЦП. Частота измерений должна быть до 100 кГц. Время одного измерения - не больше 3 мкс (это такое системное требование, я пока не понял его смысла. Что-то вроде времени выборки УВХ.

Буду очень благодарен за мысли.

Сумасшедшие дела...

0.1 мкА *1 мкс= 100фК . Уже внушает... А сотая процента от этого... будет 10 аттокулонов.

И... вот не очень понятно... за 1 микросекунду сигнал должен установиться с точностью сотая процента? Тоже весело. Как бы это самому проверить и других убедить?

И где взять фотоприемник с такой стабильностью?

Может, я не так все это понимаю?

Если так, то сколько же это должно стоить? Завидую...или... нет...

[DS 0]

Сумасшедшие дела...

0.1 мкА *1 мкс= 100фК . Уже внушает... А сотая процента от этого... будет 10 аттокулонов.

И... вот не очень понятно... за 1 микросекунду сигнал должен установиться с точностью сотая процента? Тоже весело.

И где взять фотоприемник с такой стабильностью?

Может, я не так все это понимаю?

Если так, то сколько же это должно стоить? Завидую...или... нет...

 

Да, составитель ТЗ физику учил неважно. За 1 мксек при токе 0.1 мка заряд будет 625 000 электронов. т.е. абсолютный предел по шуму 0.125%. Это если все остальное находится при температуре абсолютного нуля.

[jam 0]

Да, составитель ТЗ физику учил неважно. За 1 мксек при токе 0.1 мка заряд будет 625 000 электронов. т.е. абсолютный предел по шуму 0.125%. Это если все остальное находится при температуре абсолютного нуля.

На диоде это сделать абсолютно невозможно, тем более 900пф!

Ставте ФЭУ - для них уже имеются усилители с ацп , которые обеспечат характеристики в нижнем диапазоне токов,

ну а в верхнем можно и диод.

[Stanislav 0]

А вот как раз начал рисовать рабочую схему. То, с чего я начал - это временное, чтобы программист мог как-то работать.

Параметры усилителя заказчик просит такие:

------------------

1) Диапазон измеряемых амплитуд тока 0,1 мкА - 100 мкА, приведённая погрешность измерения для любого значения - не более 0,01%.

Это условие - самое тяжкое. Сомнительно, что такую точность измерения удастся обеспечить (во всяком случае, автокалибровку системы потребуется делать постоянно).

 

2) Время нарастания и спада импульса света на фотодиоде 1 мкс.

Скажите, а форму фронтов как-нибудь можно описать? Лучше даже форму импульса целиком.

 

...3) Должна быть предусмотрена возможность калибровки этого усилителя.

Это ясно. Более того, сам режим измерения должен быть прерывистым (цикл измерения - цикл автокалибровки). Тоже не слишком просто здесь всё...

 

...4) Характеристики измерителя (шумы, входное сопротивление и др.) должны обеспечить заданные параметры при использовании фотодиода со значением динамического внутреннего сопротивления не менее 10 ком и значений длительностей импульсов более 1 мс. (Это фраза из ТЗ, я ещё не понял, как с ней бороться)

Про динамическое выходное сопротивление - видимо, имеется в виду фотогенераторный режим ФД, иначе действительно непонятно.

Моя мысль заключается в том, чтобы в течение 1+ миллисекунды сделать многократный замер мгновенных значений сигнала, а потом, используя данные об его форме, вычислить амплитудное значение (с этим тоже всё непонятно: что подразумевается под амплитудой?) Если сигнал имеет плоскую вершину, участки фронта и спада можно просто отбросить, а значение "полки" найти усреднением. Наблюдение в течение 1 мС теоретически позволит "подняться" над шумами для обеспечения точности в 0,01%, но практически этого достигнуть очень трудно.

Другой способ заключается в том, чтобы накопить заряд, протёкший через ФД за время действия импульса, в интегрирующей ёмкости, а потом измерить на ней напряжение. Только в этом случае придётся знать длительность импульса (можно измерить), и, вероятно, его точную форму.

 

...Динамический диапазон большой, придётся делать переключение диапазонов усилителя.

Раз зашла речь о приведённой погрешности, то надо помнить и про АЦП.

Рекомендую начать с опорного источника. Сделать опору с подобной погрешностью ох как непросто. Во всяком случае, без термостата не обойтись, и ширпотреб лучше не применять.

Вот из этих можно что-либо попытаться подобрать. Тоже ширпотреб, но не совсем уж галимый. А лучше поискать специальные, метрологические.

 

...Частота измерений должна быть до 100 кГц. Время одного измерения - не больше 3 мкс (это такое системное требование, я пока не понял его смысла. Что-то вроде времени выборки УВХ.

Последнее действительно не совсем понятно. Но АЦП лучше оставить "на закуску".

 

ОУ для подобного усилка нужно выбирать с малыми входными токами и частотой единичного усиления 10+ МГц (навроде LTC6240 от LT). На фотодиод можно попробовать подать отрицательное смещение - это уменьшит барьерную ёмкость перехода и увеличит устойчивость усилка. Нужен, правда, ФД с очень малыми обратными токами (пошукайте по форуму, ссылки здесь пробегали на такие).

Схему включения ФД с большой ёмкостью можно сделать так, как предлагает LT:

http://www.linear.com/pc/productDetail.jsp...09,C1100,P25554

Только полевик придётся поискать с током утечки затвора не более десятка пА. Можно, конечно, и больше, но тогда всё - в термостат.

 

 

Сумасшедшие дела...

0.1 мкА *1 мкс= 100фК . Уже внушает... А сотая процента от этого... будет 10 аттокулонов.

Ну да, за микросекунду протечёт примерно такой заряд, что ж тут эдакого?

...И... вот не очень понятно... за 1 микросекунду сигнал должен установиться с точностью сотая процента? Тоже весело. Как бы это самому проверить и других убедить?

И где взять фотоприемник с такой стабильностью?

Может, я не так все это понимаю?

Очень даже может быть...

 

 

Да, составитель ТЗ физику учил неважно. За 1 мксек при токе 0.1 мка заряд будет 625 000 электронов. т.е. абсолютный предел по шуму 0.125%. Это если все остальное находится при температуре абсолютного нуля.

Да откуда микросекунда взялась-то? :07:

Речь идёт о миллисекундных импульсах минимум, если я правильно понял. А это уже можно попытаться измерить.

[Designer56 0]

Сумасшедшие дела...

0.1 мкА *1 мкс= 100фК . Уже внушает... А сотая процента от этого... будет 10 аттокулонов.

И... вот не очень понятно... за 1 микросекунду сигнал должен установиться с точностью сотая процента? Тоже весело. Как бы это самому проверить и других убедить?

И где взять фотоприемник с такой стабильностью?

Может, я не так все это понимаю?

Если так, то сколько же это должно стоить? Завидую...или... нет...

Насчет сотой процента за 1 мксек- ничего особенного, лет 20 назад пришлось делать СВХ для группового кодека ИКМ, там как раз пришлось обеспечивать динамическую погрешность такого порядка. Даже пришлось разоработать установку (аттестованную) для отбраковки ОУ как раз по времени установления с точностью 0,01%. Современные ОУ упрощают задачу. Вот упомянутые статические погрешности- это действительно озадачивает.

[Tanya 4]

На диоде это сделать абсолютно невозможно, тем более 900пф!

Ставте ФЭУ - для них уже имеются усилители с ацп , которые обеспечат характеристики в нижнем диапазоне токов,

ну а в верхнем можно и диод.

ФЭУ тоже кванты принимает, поэтому тоже никак.

 

 

Насчет сотой процента за 1 мксек- ничего особенного, лет 20 назад пришлось делать СВХ для группового кодека ИКМ, там как раз пришлось обеспечивать динамическую погрешность такого порядка. Даже пришлось разоработать установку (аттестованную) для отбраковки ОУ как раз по времени установления с точностью 0,01%. Современные ОУ упрощают задачу. Вот упомянутые статические погрешности- это действительно озадачивает.

Может, если делать повторитель или усилитель с небольшим усилением (с резисторами до килоома) на ОУ, то полегче. А вот трансимпедансный усилитель для таких токов - совсем другое дело. Там и резистор(ы) поболее, и корректирующая емкость с паразитной индуктивностью. Полоса-то нужна плоская плоская... И проверять трудновато. Стандартный способ - генератор 50-ти омный, два конденсатора - один на землю, другой с емкостью, равной емкости фотодиода - на вход. Так мало того, что генератор должен быть хорошим, так и емкости для сотой процента в широкой полосе... И как измерять...

[Designer56 0]

Может, если делать повторитель или усилитель с небольшим усилением (с резисторами до килоома) на ОУ, то полегче. А вот трансимпедансный усилитель для таких токов - совсем другое дело. Там и резистор(ы) поболее, и корректирующая емкость с паразитной индуктивностью. Полоса-то нужна плоская плоская...

Высокоомный резистор можно заменить на Т-образную цепь с целью снижения Р-Ц ОС.

[Tanya 4]

Высокоомный резистор можно заменить на Т-образную цепь с целью снижения Р-Ц ОС.

Емкость, все равно, нужна. Лучше бы идеальная... А Т-образный мостик шумит сильнее значительно. И (на) землю гадит.

[DS 0]

Да откуда микросекунда взялась-то? :07:

Речь идёт о миллисекундных импульсах минимум, если я правильно понял. А это уже можно попытаться измерить.

 

А ничего не сказано в ТЗ про то, что нужно измерять среднее по миллисекунде. Это было бы уже реально. А просто из требования передавать 1 мкс фронты и точности в 0.01% прямо следует, что необходимо измерять разницу в 625000 е.

 

Если не страшный-страшный секрет, то неплохо было бы описать физическую постановку задачи. Ведь скорее всего что-то в ТЗ совсем не то имелось в виду.

Потому что, если требуется, например, знать интеграл интенсивности, то задача становиться вполне реальной, только требующей аккуратности.

А в нынешней формулировке не сулит ничего хорошего, кроме (возможно бесполезных и лишних) усилий при разработке и последующего геморроя при сдаче работы.

[Tanya 4]

А ничего не сказано в ТЗ про то, что нужно измерять среднее по миллисекунде. Это было бы уже реально. А просто из требования передавать 1 мкс фронты и точности в 0.01% прямо следует, что необходимо измерять разницу в 625000 е.

Даже не разницу - это предел измерения.

[Stanislav 0]

А ничего не сказано в ТЗ про то, что нужно измерять среднее по миллисекунде. Это было бы уже реально. А просто из требования передавать 1 мкс фронты и точности в 0.01% прямо следует, что необходимо измерять разницу в 625000 е.

Я это требование почему-то углядел только у Тани, а никак не у автора темы. DSIoffe, проясните ситуацию, плиз.

 

...Если не страшный-страшный секрет, то неплохо было бы описать физическую постановку задачи. Ведь скорее всего что-то в ТЗ совсем не то имелось в виду.

Присоединяюсь.

Из ТЗ, который предоставил Автор, следует, что нужно сделать не систему измерения интенсивности света, а просто измеритель тока, что далеко не одно и то же. Вообще, ТЗ так формулировать неправильно - нужно задавать, прежде всего, начальные условия и желаемый "выхлоп", а как реализовать железо в рамках установленного бюджета, - решать разработчику.

[DSIoffe 2]

Спасибо всем большое! Я очень извиняюсь за то, что не отвечаю сразу. Появляться на форуме больше двух раз в сутки я просто не могу,иногда и раз не выходит.

Значит, так. Поехали по порядку.

Да, составитель ТЗ физику учил неважно. За 1 мксек при токе 0.1 мка заряд будет 625 000 электронов. т.е. абсолютный предел по шуму 0.125%.

Как бы сформулировать, где у него расхождение с физикой? Было бы очень интересно. Дипломатичные формулировки я беру на себя.

Скажите, а форму фронтов как-нибудь можно описать? Лучше даже форму импульса целиком.

Я возьму светодиод и буду его зажигать импульсами вот с такими фронтами по 1 мкс. Зачем предъявлена такая точность к фронтам - не знаю. Смогу задать вопрос "зачем", если убедюсь, что мне этого не сделать. С цифрами. Пока не готов.

Длительность импульса от 100 мкс до единиц секунд. Усреднять нельзя ничего, интересует динамика сигнала в пределах импульса. Фотодиод будет смотреть на этот светодиод. Измерить заряд могу, время импульса буду знать.

Как источник опорного напряжения могу использовать хоть нормальный элемент, габаритами я не ограничен.

По температуре требования не слишком жёсткие, то, что обычно бывает в помещении лаборатории.

За физическую постановку задачи пока не возьмусь говорить, сам не понимаю этих материй. Сделать нужно измерительный комплекс. Я ещё просто не спрашивал здесь советов про управление светодиодом, там намного больше требований. Начал с простого :)

А Т-образный мостик шумит сильнее значительно. И (на) землю гадит.

Можно здесь поподробнее? Цепи высокоомные, токи маленькие. Как оно может заметно нагадить? И почему сильнее шумит? Сопротивление же меньше у резисторов.

[DS 0]

Как бы сформулировать, где у него расхождение с физикой? Было бы очень интересно. Дипломатичные формулировки я беру на себя.

 

Если Вы считаете электроны (а измерение тока - это оно и есть), то при отсуствии любых других шумов, точность счета, ограниченная физическими законами - корень из их числа. Т.е. при измерении тока в 0.1 мка за 1 мксек при неизменном токе результаты последовательных измерений будут различаться в пределах корня из 625000 т.е. примерно на 800 электронов. Что ограничивает точность 0.125%

Говоря другими словами, Вы здесь вступаете в область, где нельзя принебрегать дискретностью заряда и свойствами частиц.

 

Кстати, для таких измерений надо измерять интегралы токов между выборками, иначе точность будет ухдшаться еще больше, за счет того, что время выборки меньше интервала.