Выбор аналогового коммутатора, Есть схема(ниже), надо выбрать его попараметрам схемы Опции

[bullit]

Всем доброго времени суток!

Вот на этой схеме перед фотодиодом, и опером необходимо поствить коммутатор, чтоб к M1 можно было подключить 2 фотодиода.

Напряжения, как все догадались к фотодиоду не подаётся. А значит на выходе очень маленький ток и напряжение. Фотодиод ФД-11к , чувстительность 5мА/лм.

Вот и проблема сможет ли какой-нить коммутатор такой ток коммутировать, да ещё и без проблем?

Имеется и описание схемы (из журнала).

Заранее всем спасибо.

[nicom]

...Какова желаемая частота коммутации...

[bullit]

Как я понимаю, вопрос о коммутации фотодиодов.

Она примерно 0,5 Гц. Т.е чтоб хватило самой схеме поработать, да и чтоб у обоих фотодиодов, по сумме времени работы не превышал 1 секунду. Точнее сказать, цикл измерения состоит из работы в течении полсекунды одного фотодиода, а затем второго-столько же (пол секунды). Следующий цикл измерения может быть не ранее 5 сек. Т.е. говорить о динамических требованиях я думаю не стоит.

Вся фишка в том, что ток фотодиода очень мал, и пропустит ли коммутатор его? И как может подействовать сопротивление открытого ключа, наработу? И не возникнет ли сдвиг рабочей точки(по напряжению) фотодиода от коммутатора?

Да еще и проблема с даташитами импортных коммутаторов, черт знает что там написанно.

[_artem_]

Ну если за ток беспокоитесь - на каждый фотодиод используйте отдельный операционник а коммутатор поставьте непосредственно на выходах М1 (М1 будут две - по одному на фотодиод) и М3 .

[Stanislav]

Как я понимаю, вопрос о коммутации фотодиодов.

Она примерно 0,5 Гц. Т.е чтоб хватило самой схеме поработать, да и чтоб у обоих фотодиодов, по сумме времени работы не превышал 1 секунду. Точнее сказать, цикл измерения состоит из работы в течении полсекунды одного фотодиода, а затем второго-столько же (пол секунды). Следующий цикл измерения может быть не ранее 5 сек. Т.е. говорить о динамических требованиях я думаю не стоит...

Именно стОит. При коммутации фотодиодов схема неизбежно "рассыпится", т.к. темновые токи и значения чувствительностей фотодиодов могут сильно различаться, вследствие чего при их переключении будет иметь место затяжной переходный процесс установления интегратора.
И вообще, схема - не ахти... Для чего хоть всё это нужно?

[bullit]

Именно стОит. При коммутации светодиодов схема неизбежно "рассыпится", т.к. темновые токи фотодиодов могут сильно отличаться, и при их коммутации будет иметь место затяжной переходный процесс установления интегратора.

Так ведь постоянная времени интегрирования будет гораздо меньше, чем 0,5 сек. Значит переходный процесс для интегратора будет в районе (3..5)*1/(1..2 кГц), три тау.
Тем более если даже предположить что токи будут меняться очень сильно, то схема как раз с этим практически и борится. А темновой и засвеченный токи будут одинаковыми для фотодиодов.

Мне больше притензий к коммутатору.

Ну если за ток беспокоитесь - на каждый фотодиод используйте отдельный операционник а коммутатор поставьте непосредственно на выходах М1 (М1 будут две - по одному на фотодиод) и М3 .

Тогда уж два коммутатора, на интегратор тоже надо будет ставить, но это не есть красивый выход, практически это использование двух каналов-по количеству деталей.

И вообще, схема - не ахти... Для чего хоть всё это нужно?

Зря вы так, схема ещё как рабочая, проверенная. Правда не мной проверенная, но гарантия 100%.
Нужно всё это для фотометрических измерений, для просвечивания всяких там растворов и т.д.

[_artem_]

У вас двойными будут r1 r2 c1 c2 м1 , а на схеме по крайней мере в три раза больше элементов.

[bullit]

У вас двойными будут r1 r2 c1 c2 м1 , а на схеме по крайней мере в три раза больше элементов.

Согласен.
Всё равно будет использоваться только та часть что показана на форуме. Всё остальное берёт на себя микроконтрол.

Но это не красивый выход, а подогнать М1(коэфф. усиления схемы) обоих каналов равными будет сложно. Но контроллер конечно может это учесть, но всё же...

Но ина этом спасибо. Этот вариант я расматривал, нонехочу его использовать, но наверно придётся.

[_artem_]

Ну можно немножко другое решение сделать:
Сделайте две похожие схемы как и в первом варианте предложенным мной но
вихода этих М1 отсоедините от r2 c2 (вывода справа) а подайте на входа аналогово мультиплексора . Выход этого мультиплексора подсоедините ко входу неинвентируюшего повторителя на оу выход которого посоединен с С2 r2 от обеих М1 . Выход М3 на коммутатор подавать не надо но на каждый М1 усилитель по своему C1 и R1 подсоединенные к М3 придется поставить. Так что обходитесь одним коммутатором плюс один оу.

[Stanislav]

Так ведь постоянная времени интегрирования будет гораздо меньше, чем 0,5 сек. Значит переходный процесс для интегратора будет в районе (3..5)*1/(1..2 кГц), три тау.

На скважность строб-импульсов умножить забыли. И вообще, переходный процесс может иметь весьма сложную форму, сильно отличающуюся от такового в системе первого порядка.

...Тем более если даже предположить что токи будут меняться очень сильно, то схема как раз с этим практически и борится. А темновой и засвеченный токи будут одинаковыми для фотодиодов...

Почему? Не пойму что-то...

И вообще, схема - не ахти... Для чего хоть всё это нужно?

Зря вы так, схема ещё как рабочая, проверенная. Правда не мной проверенная, но гарантия 100%.
Нужно всё это для фотометрических измерений, для просвечивания всяких там растворов и т.д.

Нет-нет, работоспособность схемы не вызывает никаких сомнений (ну, разве что на устойчивость следует обратить внимание). Я бы всё же несколько по-другому сделал...
Если для Вас не критично наличие переходных процессов, коммутатор можно включить так:

Сопротивлением коммутатора в этом случае можно пренебречь.
Кондёр C2, а также цепь R1C1 в приведённой Вами схеме следует оставить подключенными непосредственно к инвертирующему входу ОУ.
Кроме того, работоспособность схемы будет сохраняться только при токе ФД, не превышающего нескольких мкА. Поэтому, коммутатор можно и ставить и "тупо" - особой роли его внутреннее сопротивление играть не будет.

[_artem_]

В последний раз я чтото перемудрил однако -наверно ночь была а голова в отрубе )). Можно просто один коммутатор без буфера а двойными будут элементы указанные до этого .

Прямое переключение светодиода нуждается в проверке - у vishay ток утечки до 20 наноампер и меняется в зависимости от температуры.

[Stanislav]

...Прямое переключение светодиода нуждается в проверке - у vishay ток утечки до 20 наноампер и меняется в зависимости от температуры.

Ну, так в схеме ж компенсатор имеется...

[_artem_]

...Прямое переключение светодиода нуждается в проверке - у vishay ток утечки до 20 наноампер и меняется в зависимости от температуры.

Ну, так в схеме ж компенсатор имеется...

Да, не подумал об этом.
едиственное что остается - это вопрос помех при разнесенных фотодиодах . Но вроде бы можно r2 и c2 максимально приблизить к фотодиоду и таким образом решить этот вопрос .

[_artem_]

НО как сделать соединение со входом М1 если расстояние между фотодиодами большое? Опять ставить буфероу? Но тогда лучше поставить отдельный трансимпендансе на каждый фотодиод ?

[Herz]

Я бы тоже ставил по усилителю на каждый фотодиод и коммутировал бы их выходы. Интегратор можно оставить один. Кстати, мне не совсем понятно, если измерение длиться ок. полсекунды, компенсирующее напряжение интегратора не уходит за это время? Если я правильно понял схему, его вход в это время "висит в воздухе"?

[_artem_]

imho , если считать грубо при токе утечки входа оу около десятой наноампера (можно достать меньше) для изменения напряжения в милливольту на выходе интегратора изза утечки требуется время :

47 нF * 0.001/0.1 нА ~ 0.5 секунд

[Herz]

Наверное, есть ещё утечки ключа и наводки...

[bullit]

Спасибо за ответы.

Но тут открылось немного другое. И придётся всё равно использовать два трансимпеданса. Так как придётся нормировать выходной сигнал(для АЦП) для каждого фотодиода. А сделать это при сопротивлениях обратной связи М1 около 2Мегов, как все понимают сложно. Т.е. использовать один канал на двоих нельзя.

Если для Вас не критично наличие переходных процессов, коммутатор можно включить так:

Сопротивлением коммутатора в этом случае можно пренебречь.
Кондёр C2, а также цепь R1C1 в приведённой Вами схеме следует оставить подключенными непосредственно к инвертирующему входу ОУ.
Кроме того, работоспособность схемы будет сохраняться только при токе ФД, не превышающего нескольких мкА. Поэтому, коммутатор можно и ставить и "тупо" - особой роли его внутреннее сопротивление играть не будет.

В том то и дело, что на фотодиоды не кокого напряжения не подаётся. Рабочая точка понапряжению фотодиода находится в нуле. Если вы знаете зависимость тока через фотодиоде от напряжения(или наоборот), то поймёте, что эта зависимость не линейна. И будет линейна только если напряжение на фотодиод(прикладываемое) будет нулевое. То есть фотонов на фотодиоде будет пропорционально току.

[Stanislav]

Я бы тоже ставил по усилителю на каждый фотодиод и коммутировал бы их выходы. Интегратор можно оставить один. Кстати, мне не совсем понятно, если измерение длиться ок. полсекунды, компенсирующее напряжение интегратора не уходит за это время?..

Нет, у него циклы коррекции темнового тока повторяются с периодом порядка 1 мС.

[bullit]

Тем более если даже предположить что токи будут меняться очень сильно, то схема как раз с этим практически и борится. А темновой и засвеченный токи будут одинаковыми для фотодиодов...

Не правильно выразился.
Для каждого фотодиода один и тотже темновой и засвеченный ток. А не то что они равны. Правдо вот оказалось что они(засвеченные) разные. Вот и приходится делать два канала для нормирования

[Stanislav]

Если для Вас не критично наличие переходных процессов, коммутатор можно включить так:

Сопротивлением коммутатора в этом случае можно пренебречь.
Кондёр C2, а также цепь R1C1 в приведённой Вами схеме следует оставить подключенными непосредственно к инвертирующему входу ОУ.
Кроме того, работоспособность схемы будет сохраняться только при токе ФД, не превышающего нескольких мкА. Поэтому, коммутатор можно и ставить и "тупо" - особой роли его внутреннее сопротивление играть не будет.

В том то и дело, что на фотодиоды не кокого напряжения не подаётся. Рабочая точка понапряжению фотодиода находится в нуле. Если вы знаете зависимость тока через фотодиоде от напряжения(или наоборот), то поймёте, что эта зависимость не линейна. И будет линейна только если напряжение на фотодиод(прикладываемое) будет нулевое. То есть фотонов на фотодиоде будет пропорционально току.

Простите, но, по-моему, Вы пишете полную чушь. Величина фототока практически не зависит от напряжения на переходе, и всегда будет пропорциональна засветке (с вычетом темнового тока, ессно). Просто в данной схеме он практически полностью уравновешивается током ОС.
При токе порядка 1 мкА сопротивление перехода составит десятки килоом, что гораздо больше сопротивления канала коммутатора.
В эскизе схемы же, приведённой мной, сопротивление ключа и вовсе не играет никакой роли.

Тем более если даже предположить что токи будут меняться очень сильно, то схема как раз с этим практически и борится. А темновой и засвеченный токи будут одинаковыми для фотодиодов...

Не правильно выразился.
Для каждого фотодиода один и тотже темновой и засвеченный ток...

Мне кажется, что Вы всё же не совсем понимаете то, о чём пишете. Из чего следует сие предположение?

...А не то что они равны. Правдо вот оказалось что они(засвеченные) разные...

Неудивительно. И незасвеченные тоже.

...Вот и приходится делать два канала для нормирования

Если посмотрите внимательно на мой эскиз схемы, то чудесным образом обнаружится, что к-т преобразования сигнала каждого фотодиода может быть подобран соответствуюшим ему резистором.

[bullit]

что скажете на этот счёт
Ivd=Is(exp(Uанод-катод/Uтепловое)-1)+Kф*Ф
где Кф-коэффициент преобразования фото в фототок
Ф-поток фотонов
И Uанод-катод - вроде здесь учавствует напряжение на фотодиоде или нет?
А использование нулевой рабочей точки исключает не линейность, значит можно без продлем знать поток фотонов. Исчезает Uанод-катод=0 и значит первое слагаемое равно 0. Остаётся только второе.

Или может чего я не пойму?

Если посмотрите внимательно на мой эскиз схемы, то чудесным образом обнаружится, что к-т преобразования сигнала каждого фотодиода может быть подобран соответствуюшим ему резистором.

Вот на этом конечно подумаю. Но...

[Stanislav]

что скажете на этот счёт
Ivd=Is(exp(Uанод-катод/Uтепловое)-1)+Kф*Ф
где Кф-коэффициент преобразования фото в фототок
Ф-поток фотонов
И Uанод-катод - вроде здесь учавствует напряжение на фотодиоде или нет?

Всё верно. Вы выразили с помощью формулы то, что я и сказал.
Первое слагаемое в правой части - ток, который при фиксированном напряжении на переходе есть величина, не зависящая от засветки ("темновой" ток). Компенсируется при помощи коммутируемого интегратора.
Второе слагаемое - фототок. Не зависит от темнового тока. Является собственно информационным сигналом.
Из этого следует, что если фотодиод подключен к токовому входу усилителя, зависимость его выхода от засветки всегда будет линейной. Абсолютное значение потенциала на переходе в первом приближении не играет никакой роли.
Это и есть ответ на вопрос:

...А использование нулевой рабочей точки исключает не линейность, значит можно без продлем знать поток фотонов. Исчезает Uанод-катод=0 и значит первое слагаемое равно 0. Остаётся только второе.
Или может чего я не пойму?

[bullit]

Понятно, спасибо. Значит я еще не спец по этому дело. Надеюсь буду.
Всё же с преподавателем я на эту тему поговорю. Заствлю мне всё это обяснить.

Сообщение отредактировал bullit - May 12 2006, 18:37

[_artem_]

bullit, вы собираетесь вычислять темновой и ток фоновой засветки по второму фотодиоду чтобы потом его вычесть из измеренного значения первого фотодиода ? А вы оценивали насколько неидентичность параметров фотодиодов может внести ошибку в измерения ?

[bullit]

bullit, вы собираетесь вычислять темновой и ток фоновой засветки по второму фотодиоду чтобы потом его вычесть из измеренного значения первого фотодиода ? А вы оценивали насколько неидентичность параметров фотодиодов может внести ошибку в измерения ?

Ну, во-первых, согласитесь со мной есть такое слово нормирование. Т.е. я могу выставить усилки так, что они(вместе со фотодиодами) на одну интенсивность показывали бы одно значение на выходе трансаимпеданса. Уменя как минимум два места где я могу регулировать коэф усиления (М1 и М2).

А во-вторых, мне надо сравнивать интенсивность прохождения света через исследуемый раствор (только через разныеоптические каналы), а от туда делать выводы.

[_artem_]

То есть вы предполагаете что функция разницы передаточной характеристики однотипных диодов будет линейной во всем диапазоне рабочих температур и освешенности? В смысле, я не знаю ответ на этот вопрос. Предполагаю что вы изучили эту сторону дела .

[bullit]

То есть вы предполагаете что функция разницы передаточной характеристики однотипных диодов будет линейной во всем диапазоне рабочих температур и освешенности? В смысле, я не знаю ответ на этот вопрос. Предполагаю что вы изучили эту сторону дела .

Согласен найти два идентичных полупроводниковых прибора не возможно. Остаётся только предпологать. Но есть выход, не очень хороший, но всё же: это подбирать фотодиоды. Это не выход при массовом изготовлении, но хотя бы из одной партии они по параметрам будут близки. Чесно этот вопрос выяснить не возможно, не один завод изготовитель не подпишется что его изделия могут сильно отличаться.
В моём устройстве использование двух фотодиодов обязательно, от этого не уйти не как. Так что приходится мириться с этим.

Хотелось бы спросить у других форумчан, может они прольют свет на этот вопрос.

[DS]

Сохраняется не разность, а отношение сигналов. С очень хорошей точностью.
Формулу фототока Вы похоже привели для прямого смещения перехода, а фотодиод обычно смещают в обратном направлении. Но при Ваших частотах можно диод без смещения включать.

[Herz]

Согласен найти два идентичных полупроводниковых прибора не возможно. Остаётся только предпологать. Но есть выход, не очень хороший, но всё же: это подбирать фотодиоды. Это не выход при массовом изготовлении, но хотя бы из одной партии они по параметрам будут близки. Чесно этот вопрос выяснить не возможно, не один завод изготовитель не подпишется что его изделия могут сильно отличаться.
В моём устройстве использование двух фотодиодов обязательно, от этого не уйти не как. Так что приходится мириться с этим.

Не предполагать, а уметь читать Datasheet. Каждый завод-изготовитель, как правило, гарантирует основные технические характеристики своей продукции. Ничего одинакового в природе вообще не существует , поэтому для важных параметров приводят значения "не более", "не менее". Часто производители даже приводят графики распределения вероятности значений для определённых характеристик в партии приборов.
Очень важно уметь построить схему так, чтобы на её работу не влиял разброс параметров деталей (в разумном диапазоне, естественно). Плохая схема та, в которой требуется подбор элементов.

[bullit]

Очень важно уметь построить схему так, чтобы на её работу не влиял разброс параметров деталей (в разумном диапазоне, естественно). Плохая схема та, в которой требуется подбор элементов.

А что можно сказать про эту схему?

Здесь помоему от фотодиода не чего так уж сильно и не зависит. Можно учитывать чувствительность, ёмкость перехода, время нарастания, затухания(последние 2 в данном случае очень важны) фотодиода.

[bullit]

Нет-нет, работоспособность схемы не вызывает никаких сомнений (ну, разве что на устойчивость следует обратить внимание). Я бы всё же несколько по-другому сделал...
Если для Вас не критично наличие переходных процессов, коммутатор можно включить так:

Сопротивлением коммутатора в этом случае можно пренебречь.
Кондёр C2, а также цепь R1C1 в приведённой Вами схеме следует оставить подключенными непосредственно к инвертирующему входу ОУ.
Кроме того, работоспособность схемы будет сохраняться только при токе ФД, не превышающего нескольких мкА. Поэтому, коммутатор можно и ставить и "тупо" - особой роли его внутреннее сопротивление играть не будет.

Всё в этом варианте схемы хорошо, но вот только этими двумя резисторами и можно будет настроить усилитель(изменение всего остального затронет работу каждого фотодиода равным образом, а значит толку не будет). А это есть всего одна степень свободы. Боюсь, что настроить "хорошо" усилитель не удастся. А в случае с двумя усилителями этой проблемы не будет.

Вот такие противоречия, весь выбор за проектировщиком устройства.

[Stanislav]

Нет-нет, работоспособность схемы не вызывает никаких сомнений (ну, разве что на устойчивость следует обратить внимание). Я бы всё же несколько по-другому сделал...
Если для Вас не критично наличие переходных процессов, коммутатор можно включить так:

Сопротивлением коммутатора в этом случае можно пренебречь.
Кондёр C2, а также цепь R1C1 в приведённой Вами схеме следует оставить подключенными непосредственно к инвертирующему входу ОУ.
Кроме того, работоспособность схемы будет сохраняться только при токе ФД, не превышающего нескольких мкА. Поэтому, коммутатор можно и ставить и "тупо" - особой роли его внутреннее сопротивление играть не будет.

Всё в этом варианте схемы хорошо, но вот только этими двумя резисторами и можно будет настроить усилитель(изменение всего остального затронет работу каждого фотодиода равным образом, а значит толку не будет). А это есть всего одна степень свободы. Боюсь, что настроить "хорошо" усилитель не удастся...

А какие ещё параметры усилителя, кроме Ку, Вы собираетесь настраивать?

...А в случае с двумя усилителями этой проблемы не будет.

Почему? Не понимаю, хоть убейте.
Если Вы не хотите умножать число сущностей, и готовы ждать 0,5 секунды установления компенсирующей цепи, чтобы по его окончании провести измерение, доработка схемы, предложенная мной, вполне уместна.
В противном случае, нужно дублировать почти всю схему, за исключением тактового генератора и цепи светодиода.
Я бы на Вашем месте рассмотрел возможность применения МК с АЦП на борту для решения подобной задачи - получится дешевле и надёжнее. Если это интересно - можно обсудить.

[bullit]

А какие ещё параметры усилителя, кроме Ку, Вы собираетесь настраивать?

Именно Ку и собираюсь настраивать, да и только.
А вот обеспечит ли настройка одним резистором, конечно в паре с подстроечником, требуемую точность задания Ку, есть сомнения.

Ну а использование МК с АЦП - здесь вопрос не стоит. Не на стрелочный же прибор выводить результат. В моём устройстве есть МК С АЦП(встроенным).

Но как я понимаю, Вы хотите возложить бремя "точности" с Ку усилителя на МК. Или я ошибаюсь?

Возможно ли Это в данном случае, и главное с какой точностью?

Закрадывается мысль, что можно будет использовать какие-то поправочные коэфф. при расчёте фототока Микроконтроллером.

[Stanislav]

Именно Ку и собираюсь настраивать, да и только.
А вот обеспечит ли настройка одним резистором, конечно в паре с подстроечником, требуемую точность задания Ку, есть сомнения.

А как ещё это можно сделать в аналоговой схеме?

...Ну а использование МК с АЦП - здесь вопрос не стоит. Не на стрелочный же прибор выводить результат. В моём устройстве есть МК С АЦП(встроенным).
Но как я понимаю, Вы хотите возложить бремя "точности" с Ку усилителя на МК. Или я ошибаюсь?

Да, об этом и речь.

...Возможно ли Это в данном случае, и главное с какой точностью?

Нет, так не пойдёт. Требуемую точность от Вас как раз хотелось бы получить...

...Закрадывается мысль, что можно будет использовать какие-то поправочные коэфф. при расчёте фототока Микроконтроллером.

Всё то, что делается в аналоге, в данном случае реализуемо программно.

[bullit]

Нет, так не пойдёт. Требуемую точность от Вас как раз хотелось бы получить...

Но это я думаю только разрядностью АЦП можно достичь.

[Herz]

Нет, так не пойдёт. Требуемую точность от Вас как раз хотелось бы получить...

Но это я думаю только разрядностью АЦП можно достичь.

Имеется в виду, что желаемая точность должна быть Вам известна. Вы же прикидывали свои требования к результатам? Если нет, начните с этого.

[bullit]

Имеется в виду, что желаемая точность должна быть Вам известна. Вы же прикидывали свои требования к результатам? Если нет, начните с этого.

МК со встроенным АЦП уже давно выбран, это ATMega8L. Так что здесь проблем нет. Даже подсчитано, что этой разрядности вполне лостаточно.

[Stanislav]

...Формулу фототока Вы похоже привели для прямого смещения перехода, а фотодиод обычно смещают в обратном направлении.

Нет, формула в первом приближении (при небольших плотностях тока через кристалл) верна для любого знака смещения. В данной схеме фотодиод включен в генераторном режиме при нулевом смещении, и работает он на КЗ. При использовании режима проводимости (с обратным смещением) и при сохранении КЗ по входу усилителя ничего принципиально не изменится.

...Но при Ваших частотах можно диод без смещения включать.

Конечно. Наличие отрицательного смещения лишь уменьшает барьерную ёмкость p-n перехода, в данном случае несущественную.

МК со встроенным АЦП уже давно выбран, это ATMega8L. Так что здесь проблем нет. Даже подсчитано, что этой разрядности вполне лостаточно.

Тогда попытайтесь реализовать цепи компенсации темнового тока программно. В качестве выходов компенсаторов можно использовать ЦАПы на ШИМ, реализуемые с помощью таймера T/C1 меги. Точность измерения от этого только выиграет.
Вообще-то, вместо ATmega8 я бы посоветовал использовать более новую ATmega48.