Возбуждается усилитель сигнала фотодиода Опции

[DSIoffe]

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.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[DRUID3]

"Звенит" это, я так понимаю, Вы имели ввиду длительность переходного процесса или, все-таки, осциляции?

[DSIoffe]

Да, длительность переходного процесса, реакция на скачок освещённости. Обозвал это возбуждением, может, и нехорошо так делать.

[Designer56]

. Как с этим можно побороться? Очень бы не хотелось тупо совать ёмкость в ОС усилителя и заваливать фронты импульсов.
Заранее признателен.

Тут придется выбирать- или переходный процесс с крутым фронотом и длительным колебательным установлением, или менее крутой фронт, но более быстрое затухание колебаний. Или найти усилитель, близкий к идеальному...

[MrYuran]

А с разводкой никаких косяков нет?
У нас был случай, когда после "умелой" переразводки железно работавший фотоприёмный модуль не работал вообще.
Может, обратные связи по печати идут, и с новым фотодиодом выполняются условия сдвига фаз?

[Designer56]

можно, конечно, попробовать ОУ с токовым входом, но здесь будут мешать большие вх. токи смещения и шумовые токи низкоимпедансного входа.

А с разводкой никаких косяков нет?
У нас был случай, когда после "умелой" переразводки железно работавший фотоприёмный модуль не работал вообще.
Может, обратные связи по печати идут, и с новым фотодиодом выполняются условия сдвига фаз?

Нет, я думаю, при 900 пФ на входе ОУ разводка не поможет.

[Tanya]

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.

А что Вы ожидали? Это стандартная проблема. На пальцах - входная емкость гасит сигнал обратной связи... он растет... потом наоборот... вот и звенит...
Все это обсуждалось неоднократно тут. Тема была... автор Herz. Что-то вроде "... трансимпеданс...". Можно поискать. Некоторое улучшение позволяет сделать компенсация (подавление) этой самой емкости посредством полевого транзистора. Емкость в обратную связь всегда ставят..

[НЕХ]

например

Прикрепленные файлы

 dn399.pdf ( 91.45 килобайт ) Кол-во скачиваний: 328
 frontends.pdf ( 80.62 килобайт ) Кол-во скачиваний: 295

 

[khach]

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

А кто будет мелкий конденсатор- триммер (10-15 пф) последовательно с резистором в неск ком в цепи обратной связи ставить? Для диодов с большой собственнной емкостью без такой подстройки ничего неработает. А триммер нужен чтобы под конкретный монтаж подкрутить полосу. Ну и смещение фотодиоду дать желательно- емкость ФД можно значительно уменьшить по сравнению с нулевым смещением. Ну и еще вопрос про rail2rail операционника- не сойдет ли оно с ума от того что входные каскады оказываются не в режиме вблизи земли? Я бы так не рисковал и поставил обычное двуполярное питание или хотя бы "прирподнял" схему над землей на величину падения на кремниевом диоде ( диод в минусе питания).

[lks]

Уже ответили - чего то у меня некоторые посты с опозданием показывает.

Сообщение отредактировал lks - Oct 2 2008, 11:28

[MosAic]

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.
2. Фотодиод включен в фотовольтаическом режиме. Этот режим используется в тех случаях, когда важно иметь нулевой сигнал при отсутствии освещенности (нет напряжения на фотолиоде - нет тока утечки). Если это не принципиально, то смещением можно уменьшить емкость фотодиода раза в 3. Это поможет заметно улучшить SNR. Ну а если фотовольтаический режим выбран сознательно, то тогда уж скомпенсируйте и ток утечки неинвертирующего входа, подключив его не прямо на землю, а через резистор с тем же номиналом, что и резистор обратной связи. И не забудьте зашунтировать его большим конденсатором.
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.
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).
5. На всякий случай замечу, что выход операционника должен быть нагружен на емкость не больше 47 пФ. Иначе нужно с ней бороться как написано в даташнике.

[lks]

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.

На входе операционника может быть любой потенциал в пределах питания.
Некоторые типы ОУ работают при таком включении - некоторые нет.
У меня тоже были ОУ которые возбуждались в этой схеме - не все работают от уровня отрицательного питания.
С "плавающей землей" все проблемы отпадают - автоматически.
А вот почему возбуждается от разных диодов - это интересно, конечно...

Сообщение отредактировал lks - Oct 2 2008, 18:10

[MosAic]

На входе операционника может быть любой потенциал в пределах питания.
Некоторые типы ОУ работают при таком включении - некоторые нет.
У меня тоже были ОУ которые возбуждались в этой схеме - не все работают от уровня отрицательного питания.
С "плавающей землей" все проблемы отпадают - автоматически.
А вот почему возбуждается от разных диодов - это интересно, конечно...

Поэтому и прсмотрел даташник Этот операционник нормально работает до -0,1 В на входе. А допустимый предел -0,3 В. Но с поднятой землей, действительно будет надежно. Я просто описал где находится граница допустимого.
Что касается разных операционников и фотодиодов, то есть формула для конденсатора в обратной связи, компенсирующего это явление. В нее входят емкость на входе, сопротивление обратной связи и частота единичного усиления операционника. Саму формулу можно посмотреть например в 3-й главе Graeme J.G. Photodiode Amplifiers. Книжку можно взять в upload\Books\Opto

[lks]

Что касается разных операционников и фотодиодов, то есть формула для конденсатора в обратной связи, компенсирующего это явление. В нее входят емкость на входе, сопротивление обратной связи и частота единичного усиления операционника.

Наверное в области неустойчивого усиления (т.к. нештатный режим ОУ) образуется резонансный горб (емкость диода+сопротивление обратной связи) и успешно пытается генерить?
Тогда вряд ли малой емкостью в обратной связи откупитсья удастся...

[Designer56]

Наверное в области неустойчивого усиления (т.к. нештатный режим ОУ) образуется резонансный горб (емкость диода+сопротивление обратной связи) и успешно пытается генерить?
Тогда вряд ли малой емкостью в обратной связи откупитсья удастся...

Так автор же написал- емкость фотоприемника 900 пФ. Скомпенсировать дополнительный полюс ПФ нулем, ясное дело, можно только с помощью конденсатора емкостью того же порядка. Причем тут даже собственную емкость ОУ можно не учитывать- все равно она будет заведомо меньше разброса емкости фотодиода. Другое дело, какие требования существуют к переходному процессу- нужна ли макс. скорость нарастания, или мин. время установления с заданной погрешностью.

[Евгений Германов...]

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.

[AlexKLm]

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.

[lks]

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.

[MosAic]

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

[DS]

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.

[lks]

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.

[AlexKLm]

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.

[Herz]

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.

Сообщение отредактировал Herz - Oct 4 2008, 16:09

[domowoj]

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.

Сообщение отредактировал domowoj - Oct 4 2008, 17:22

[khach]

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).

[DSIoffe]

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.

[astronaut]

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?

[Herz]

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...

[lks]

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...

[net]

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

[domowoj]

Поставить на вход СВЧ транзистор с общей базой и смещение на неинв. вход в пол питания.

[MosAic]

Не помогают и 10 пФ, больше пробовать не стал.
Ещё раз всем большое спасибо.

Этот результат меня заинтересовал, Дмитрий. Если пожелаете, то я поясню с картинками что делает конденсатор в обратной связи и с чем он призван бороться.

А вас прошу сообщить где наблюдали "звон" на фронтах? При моделировании в МикроКапе или на реальном макете? Если при моделировании, то выложите пожалуйста модель фотодиода, которую использовали. Если на макете, то какой длины выводы были у фотодиода? А еще лучше фотографию входной цепи этого макета. Если конечно будет интересно докопаться

[DSIoffe]

какая х-ка ОУ при 0 выходе?

Вот как раз без света всё хорошо, переходные процессы начинаются на вершинах импульсов.

Максимальная полоса при максимальном усилении?

Я формулирую задачу как максимально точную реакцию на импульсную засветку фотодиода.

сравните входное сопротивление операционника и сопротивление емкости на чстоте возбуждения

Первое ну очень большое, второе, на мой взгляд, того же порядка: сопротивление 900 пФ на 1 МГц. Резистор 3 кОм. И какие выводы?

Этот результат меня заинтересовал, Дмитрий. Если пожелаете, то я поясню с картинками что делает конденсатор в обратной связи и с чем он призван бороться.
А вас прошу сообщить где наблюдали "звон" на фронтах? При моделировании в МикроКапе или на реальном макете? Если при моделировании, то выложите пожалуйста модель фотодиода, которую использовали. Если на макете, то какой длины выводы были у фотодиода? А еще лучше фотографию входной цепи этого макета. Если конечно будет интересно докопаться

Докопаться интересно, спасибо. И особенно интересны пояснения. Звон наблюдал на живом макете. Моделировал с несколькими подвернувшимися моделями из библиотеки Micro-Cap 9, там ещё круче звенело. Входная цепь макета, конечно, позорная - два провода по 10 см. Но я решил, что при такой ёмкости фотодиода сойдёт.

[lks]

Я формулирую задачу как максимально точную реакцию на импульсную засветку фотодиода.

Я вам предлагал рассматривать вместо одного источника тока с обратной связью - два (или даже больше).
С логарифмической зависимостью вас не устроит выход?

[Designer56]

to DSIoffe: я тут на досуге попробовал помоделировать Вашу задачу со старым добрым OP-42. Вот что получилось при разных емкостях коррекции:

Эскизы прикрепленных изображений

 

[DSIoffe]

С логарифмической зависимостью вас не устроит выход?

Нет, спасибо. Да я уже вроде с задачей справился. Не звенит, работает. Логарифмическая зависимость мне не подходит.

я тут на досуге попробовал помоделировать Вашу задачу ссо старым добрым OP-42. Вот что получилось при разных емкостях коррекции:

Спасибо! А вот теперь понять бы физику процесса. Придётся передаточную функцию такого усилителя исследовать. Почему оно находится на границе устойчивости?

[Designer56]

Спасибо! А вот теперь понять бы физику процесса. Придётся передаточную функцию такого усилителя исследовать. Почему оно находится на границе устойчивости?

Потому, что появляется второй полюс ПФ Rос*Cвх. Причем на достаточно низкой частоте. Один полюс у ОУ уже есть гарантированно- это на частоте основной его коррекции. Появляется сдвиг фазы до 180 гр. Следует ещё иметь ввиду, что усиление схемы- единичное, если считать фотоприемник источником тока. Т.е глубина ОС- максимальна.

[Herz]

Нет, спасибо. Да я уже вроде с задачей справился. Не звенит, работает. Логарифмическая зависимость мне не подходит.

Как бы стабильность не пострадала. Ведь резистор последовательно с фотодиодом превращает схему в инвертирующий усилитель напряжения с К=30, источником сигнала для которого является ЭДС фотодиода, фото-ЭДС. Также можно рассматривать этот источник как напряжение, продуцируемое фототоком на внутреннем сопротивлении фотодиода. И если фототок - величина вполне регламентируемая, то эквивалентное внутреннее сопротивление мне видится малопредсказуемым.
Кроме того, "классический" инвертирующий усилитель, получившийся у Вас, действительно должен работать с отрицательными входными напряжениями, диапазон которых крайне ограничен отсутствием двуполярного питания (или смещения).
И на всякий случай: есть относительно шустрые фотодиоды с большой площадкой -
[attachment=25576:attachment][attachment=25577:attachment]
Да Вы и сами наверняка знаете...

[wim]

... Один полюс у ОУ уже есть гарантированно- это на частоте основной его коррекции. Появляется сдвиг фазы до 180 гр. Следует ещё иметь ввиду, что усиление схемы- единичное, если считать фотоприемник источником тока. Т.е глубина ОС- максимальна.

Это с разомкутой ОС. А с замкнутой он, конечно же, смещается вверх по частоте. Иначе б усилитель с ООС вообще ничего бы не мог усиливать, кроме самых низкочастотных сигналов. А он таки может .
А вообще-то - да, исследовать устойчивость проще всего в частотной области, там же и корректировать. И че автор этого до сих пор не сделал - непонятно. Вроде бы, микрокап у него есь ... И статья у него была про частотную коррекцию ШИМ-контроллеров, а там это потруднее будет.

[Designer56]

Это с разомкутой ОС. А с замкнутой он, конечно же, смещается вверх по частоте. Иначе б усилитель с ООС вообще ничего бы не мог усиливать, кроме самых низкочастотных сигналов. А он таки может .
А вообще-то - да, исследовать устойчивость проще всего в частотной области, там же и корректировать. И че автор этого до сих пор не сделал - непонятно. Вроде бы, микрокап у него есь ... И статья у него была про частотную коррекцию ШИМ-контроллеров, а там это потруднее будет.

Так критерии устойчивости сформулированы специально таким образом, чтобы по ПФ разомкнутой системы можно было судить об устойчивости её после замыкания ОС. Так гораздо удобнее. Что касается смещения полюса ПФ вверх при замыкании ОС- это только в разомкнутой системе 1-го порядка все просто. Если порядок 2 и выше, то при замыкании ОС пара действительных отрицательных корней характеристического уравнения ПФ превращается в пару комплексно- сопряженных. И устойчивость, естественно, будет определяться знаком дествительной части этой пары. Если Re меньше нуля- то устойчиво, если ноль и более- то нет. Соотношение действительной и мнимой частей корней по модулю будет определять декремент затухания периодической составляющей или, если наоборот, добротность. Соотношение это, в свою очередь, зависит от глубины ОС и от соотношения постоянных времени разомкнутой системы. Это верно, разумеется, если в системе дополнительно нет неминимально- фазовых звеньев. Исследовать устойчивость в частотной области проще, разумеется, но при этом не учитывается нелинейность системы. Поэтому моделирование во временной области все- таки ближе к реальности.

[wim]

Спасибо, что процитировали нам учебник, но конкретно в этой системе нет неминимально-фазовых звеньев, и характеристика ОУ одноплюсная. Собс-но, Вы это и сами видели.

Исследовать устойчивость в частотной области проще, разумеется, но при этом не учитывается нелинейность системы. Поэтому моделирование во временной области все- таки ближе к реальности.

Не буду спорить (не люблю), но нелинейность таки учитывается выбором рабочей точки для малосигнального частотного анализа. Автор же пишет, что у него "...переходные процессы начинаются на вершинах импульсов". Стало быть, там, при максимальном уровне постоянной составляющей, и надо смотреть АЧХ-ФЧХ. Впрочем, это дело автора чем и как смотреть. Кстати, интересно, все-таки - как он выкрутился?

[Designer56]

Спасибо, что процитировали нам учебник, но конкретно в этой системе нет неминимально-фазовых звеньев, и характеристика ОУ одноплюсная. Собс-но, Вы это и сами видели.

Прошу прощения за то, что говорю об известных вещах, просто они мне дороги... а вот общая х-ка разомкнутой цепи автора двухполюсная, как минимум, да и ОУ, строго говоря, имеет больше 2х полюсов ПФ.

[DSIoffe]

Кстати, интересно, все-таки - как он выкрутился?

Я же написал: воткнул резистор последовательно с фотодиодом. Потому теперь временно успокоился. Макет заработал, и программист может отлаживать свои алгоритмы, такая на данный момент задача.
А теперь буду очень внимательно читать ТЗ и рисовать тот усилитель, который будет стоять в окончательном устройстве. Тогда и прикину ЧХ устройства. Сейчас я делаю несколько дел сразу, как Windows, и от этого усилителя временно отвлёкся.
Может, кто-нибудь до меня сообразит про АЧХ разомкнутой системы, я привык именно к такому анализу, и скажет, как повлиял тот резистор?
Пардон за нахальство. И ещё раз большое спасибо.

[Designer56]

Может, кто-нибудь до меня сообразит про АЧХ разомкнутой системы, я привык именно к такому анализу, и скажет, как повлиял тот резистор?
Пардон за нахальство. И ещё раз большое спасибо.

Так ноль появился в ПФ, Вы им частично полюс Ваш лишний и скомпенсировали...Хотя резистор последовательно с фотодиодом- это плохо, по моему. Режим "чистого" источника тока нарушается.

[wim]

... общая х-ка разомкнутой цепи автора двухполюсная, как минимум, да и ОУ, строго говоря, имеет больше 2х полюсов ПФ.

Общая - да. А второй полюс ОУ, судя по ФЧХ, примерно на 90 Мгц, стало быть на 50 МГц запаздывание по фазе будет градусов 20 с чем-то. Таки не страшно.

[НЕХ]

втыкание резистора наносит удар по линейности фотодиода
(этот приём рекомендовался TI по применению DDCxxx)

[Designer56]

Общая - да. А второй полюс ОУ, судя по ФЧХ, примерно на 90 Мгц, стало быть на 50 МГц запаздывание по фазе будет градусов 20 с чем-то. Таки не страшно.

Так ведь не у всех ОУ так- бывают с очень небольшим запасом по фазе.

[wim]

Так ведь не у всех ОУ так- бывают с очень небольшим запасом по фазе.

Ну вот первое, что под руку попалось:
http://www.powersupplyconsultants.com/PS643_Final.pdf
Там в середке автор сравнивает частотные характеристики идеального и "реального" ОУ. В модели "реального" ОУ учтен второй полюс, а прототип ейный - LM158, т.е. ОУ широкого применения. Ну да, второй полюс ограничивает частоту единичного усиления системы, но если полученное значение устраивает (а тут 10 кГц устраивает), то автор намекает, что можно забить на второй полюс. Но, в любом случае, учесть второй полюс не проблема.

[Designer56]

автору поста мешает не 2-й полюс ОУ, а 2-й полюс системы, с тау 900пФ*100кОм.

[wim]

Может, кто-нибудь до меня сообразит про АЧХ разомкнутой системы, я привык именно к такому анализу, и скажет, как повлиял тот резистор?

Да сообразить-то можно, тока немного непонятно - схема осталась той же, что вначале? Тут неоднократно говорилось, что в таком режиме (с напряжением на входе ниже напряжения питания) ОУ работать не обязан. То, что работает - гут (разработчики его не зря зарплату в килобаксах получают ), но непонятно, что будет с его характеристиками, усилением на постоянном токе, например.

[DS]

автору поста мешает не 2-й полюс ОУ, а 2-й полюс системы, с тау 900пФ*100кОм.

Он может быть даже и третьим. Я сталкивался с тем, что ADшные новые ОУ в трансимпедансном включении ведут себя хуже расчетного, по устойчивости, и, главное, по шумам. Объяснением может служить только частотная коррекция где-то в первых каскадах, которая задирает (а не снижает) усиление на ВЧ.
DSIoffe:
Вместо 3 Ком надо включить параллельно 100 Ком 27 пф - резултат будет тот же самый. Тау системы будет 2.7 мкс. Сейчас у Вас не лучше т.к. Вы построили усилитель напряжения в 33 раза. Поэтому при скачке тока через диод нарастание выхода будет определяться 900пф*3ком = 2.7 мкс. А шумы - больше и устойчивость хуже.

[Tanya]

DSIoffe:
Вместо 3 Ком надо включить параллельно 100 Ком 27 пф - резултат будет тот же самый. Тау системы будет 2.7 мкс. Сейчас у Вас не лучше т.к. Вы построили усилитель напряжения в 33 раза. Поэтому при скачке тока через диод нарастание выхода будет определяться 900пф*3ком = 2.7 мкс. А шумы - больше и устойчивость хуже.

А на низких частотах будет хуже(?). Может, автору и полочку хочется?

[DS]

А на низких частотах будет хуже(?). Может, автору и полочку хочется?

Про полочку не понял, а на низких частотах сходится к тому же самому + шум 3 Ком.

[lks]

Я формулирую задачу как максимально точную реакцию на импульсную засветку фотодиода.

С резистором схема уже не генератор тока.
Разность потенциалов с двух сторон схемы "фотодиод - резистор" равны?
Фактически вы просто отбрасываете часть фототока.
А с плавающей землей не пробовали этот фотодиод?

[НЕХ]

повторюсь

Прикрепленные файлы

 OPT211.pdf ( 116.32 килобайт ) Кол-во скачиваний: 97

 

[DSIoffe]

втыкание резистора наносит удар по линейности фотодиода
(этот приём рекомендовался TI по применению DDCxxx)

Подскажите, пожалуйста, что такое DDCxxx? Сунулся на TI, но не понял, куда смотреть.

в таком режиме (с напряжением на входе ниже напряжения питания) ОУ работать не обязан.

А на входе ниже не будет, имхо, пока ОУ работает, ибо напряжения на входах будут одинаковые практически, то есть нулевые. А с нулевыми - можно. Другое дело, что при совсем малых сигналах на выходе точного нуля не обещано, но это мне не мешает.

Вместо 3 Ком надо включить параллельно 100 Ком 27 пф - резултат будет тот же самый. Тау системы будет 2.7 мкс. Сейчас у Вас не лучше т.к. Вы построили усилитель напряжения в 33 раза.

Результат будет очень не тот же самый, если верить Micro-Cap, фронты очень сильно затягиваются, раз в 5. Усилителя напряжения в 33 раза у меня не вышло. На всякий случай кладу окончательную схему, чтобы было нагляднее. Всё тот же усилитель тока через фотодиод, имхо. Вот только линейность падает, так как напряжение на фотодиоде уже не нулевое.

Может, автору и полочку хочется?

Полочку хочется, да

Разность потенциалов с двух сторон схемы "фотодиод - резистор" равны?
Фактически вы просто отбрасываете часть фототока.
А с плавающей землей не пробовали этот фотодиод?

Равны, оба раза ноль. С поправкой на смещение ОУ, конечно.
По-моему, не отбрасываю, весь ток так и течёт в R1,
А как здесь будет выглядеть плавающая земля?

[DS]

Результат будет очень не тот же самый, если верить Micro-Cap, фронты очень сильно затягиваются, раз в 5. Усилителя напряжения в 33 раза у меня не вышло. На всякий случай кладу окончательную схему, чтобы было нагляднее. Всё тот же усилитель тока через фотодиод, имхо. Вот только линейность падает, так как напряжение на фотодиоде уже не нулевое.

Емкость фотодиода заряжается через 3 Ком, поэтому все равно присутствует постоянная времени 2.7 мкс. Для высоких частот это совсем не усилитель тока через диод, т.к. его ток будет шунтирован емкостью в 900 пф. Что-то Вы не так считаете.

[НЕХ]

DDCxxx, ACFxxx

Прикрепленные файлы

 AB_053.pdf ( 42.3 килобайт ) Кол-во скачиваний: 121

 

[lks]

А как здесь будет выглядеть плавающая земля?

Внешний источник +0.6 В. По ВЧ посадить на 0.

[Herz]

повторюсь

Интересно. Техника расширения полосы при помощи Bootstrap Buffer, актуальная для фотодиодов с большой ёмкостью мне известна уже достаточно давно. Но не догадывался, что:

When using a bootstrap buffer, RF must be greater
or equal to 1M for stable operation.

С чего бы это?

[lks]

По-моему, не отбрасываю, весь ток так и течёт в R1,

А куда тогда течёт ток через резистор ОУ?
Они же навстречу должны были.

[Herz]

А куда тогда течёт ток через резистор ОУ?
Они же навстречу должны были.

То есть? А в узле, к которому подключен вход ОУ, аннигилировать?

[lks]

То есть? А в узле, к которому подключен вход ОУ, аннигилировать?

Вот если бы не было ОУ - тогда резистор 3 кОм - был бы нагрузкой для диода.
А так, это просто делитель чего-то там.

[Herz]

Вот если бы не было ОУ - тогда резистор 3 кОм - был бы нагрузкой для диода.
А так, это просто делитель чего-то там.

А он и так нагрузка для диода. Потому что в точке соединения диода с резистором обратной связи - виртуальная земля. И фототок, текущий через резистор 3к - это тот же ток, что течёт через Roc (100к) и по величине, и по направлению.

[domowoj]

Автор упорно не хочет попробовать устранить влияние емкости фотодиода
каскадом ОБ со смещением в базе(и заземлением по переменке).
HEX даже .pdf приложил.

[lks]

А он и так нагрузка для диода. Потому что в точке соединения диода с резистором обратной связи - виртуальная земля. И фототок, текущий через резистор 3к - это тот же ток, что течёт через Roc (100к) и по величине, и по направлению.

В качестве нагрузки - не очень подходит.
Отрицательный ток и без него вытекает в точке подключения ОУ.
Какая-то амплитудозависмая плавающая земля получилась - в точке подключения фотодиода и резистора 3 кОм.
Чем больше фототок, тем меньше усиление?

[Herz]

В качестве нагрузки - не очень подходит.
Отрицательный ток и без него вытекает в точке подключения ОУ.
Какая-то амплитудозависмая плавающая земля получилась - в точке подключения фотодиода и резистора 3 кОм.
Чем больше фототок, тем меньше усиление?

Да нет, поменяйте мысленно R2 и диод местами - суть от этого не изменится. Ток ведь, в идеале, от приложенного к диоду напряжения не зависит. Но решение мне тоже не нравится.

[lks]

Ток ведь, в идеале, от приложенного к диоду напряжения не зависит.

Но при увеличении фототока, падение напряжения на резисторе 3 кОм будет расти - а это как то должно повлиять на ВАХ фотодиода - не может быть, чтобы не влияло.

Сообщение отредактировал lks - Oct 10 2008, 15:39

[Herz]

Но при увеличении фототока, падение напряжения на резисторе 3 кОм будет расти - а это как то должно повлиять на ВАХ фотодиода - не может быть, чтобы не влияло.

Оно, по идее, может начать смещать диод в прямом направлении, что не есть хорошо, конечно.

[НЕХ]

сколько можно толочь воду в ступе ?
в pdf-ах ВСЁ разжёвано...

[lks]

сколько можно толочь воду в ступе ?
в pdf-ах ВСЁ разжёвано...

А почему возникает "возбуд" при увеличении фототока?
Я не понял...
Растолкуйте тогда, если вы все поняли.

[НЕХ]

полагаю, из-за применения слишком быстродействуещего ОУ.
и не возбуд, а звон

[НЕХ]

можно попытаться применить сдвоенный ОУ AD8652.
вторую часть использовать повторителем, параллельно фотодиоду.
придёться подняться над землёю хотя бы на пол вольта.
зато - по-прежнему 4 корпуса: ОУ, фотодиод, резистор, ёмкость ему в параллель. Но на НЧ, наверно, шуметь будет прилично - такой уж ОУ !

[MosAic]

Докопаться интересно, спасибо. И особенно интересны пояснения. Звон наблюдал на живом макете. Моделировал с несколькими подвернувшимися моделями из библиотеки Micro-Cap 9, там ещё круче звенело. Входная цепь макета, конечно, позорная - два провода по 10 см. Но я решил, что при такой ёмкости фотодиода сойдёт.

Пояснения будут. Вот только чуть освобожусь...
У меня к вам последние вопросы:
1. Какова реальная длительность фронтов сигнала от источника?
2. Не превышает ли ток фотодиода 50 мкА в максимуме? Присутствует ли звон при меньшей амплитуде сигнала?
3. Напоминает звон затухающую синусоиду или ее форма сильно изкажена (несколькко приплюснуты верхушки)?

[jam]

Попробуйте AD797 - у него в datasheet как раз пример работы на диод 1000пф.
А ещё можно повторить схему из журнала.

Прикрепленные файлы

 LT1806_0501_MAG.PDF ( 145.36 килобайт ) Кол-во скачиваний: 127

 

[Stanislav]

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]

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]

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]

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]

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]

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

[Designer56]

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]

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]

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]

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]

Да откуда микросекунда взялась-то?
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]

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]

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]

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]

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.

[Designer56]

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

Это, собственно не Т-цепь шумит- шуметь будет ОУ, в цепь ОС которого она включена. Поскольку коэффициент передачи Т- цепи меньше единицы, следовательно коэфф. усиления будет величиной, обратной- т.е. больше 1. В том числе и для вн. шумов ОУ. Это если предположить, что ко входу подключен ИТ, как у вас. Если просто резистор- тогда все усугубляется.

[DS]

Это, собственно не Т-цепь шумит- шуметь будет ОУ, в цепь ОС которого она включена. Поскольку коэффициент передачи Т- цепи меньше единицы, следовательно коэфф. усиления будет величиной, обратной- т.е. больше 1. В том числе и для вн. шумов ОУ. Это если предположить, что ко входу подключен ИТ, как у вас. Если просто резистор- тогда все усугубляется.

Нет. В трансимедансном включении шум определяется как правило только шумами резистора ОС. Т-цепь в таком применении дает увеличение итоговых шумов в корень из коэффициента деления цепи. Т.е. если заменяется 100 Мом резистор цепью из 1 Мом и делителя 1 к 100, то шуметь будет как 10 Гом.

[Designer56]

так и я о том же- входной шумовой ток усиливается.

[DS]

так и я о том же- входной шумовой ток усиливается.

Да нет, усиливается Uш резистора ОС.

[Designer56]

Разумеется, и это тоже.

[jam]

Разумеется, и это тоже.

На фтп есть книжка Graeme J.G. Photodiode Amplifiers (McDrawHill, 1995)(K)(T)(ISBN 007024247X)(259s)_EE_.djvu - там про всё это написано.
На практике я выбираю шум резистора так, чтобы он был меньше шума транзистора в 4-5 раз, слишком задирать резистор тоже не стоит.

[Designer56]

На фтп есть книжка Graeme J.G. Photodiode Amplifiers (McDrawHill, 1995)(K)(T)(ISBN 007024247X)(259s)_EE_.djvu - там про всё это написано.
На практике я выбираю шум резистора так, чтобы он был меньше шума транзистора в 4-5 раз, слишком задирать резистор тоже не стоит.

В случае Т-цепи с точки зрения шумов, как собственных, так и обусловленных шумовыми токами лучше выбирать резисторы как можно меньше, но, само собой, ограничение по коефф. усиления снизу мешает. ЭТо понятно все.

[Herz]

Это, помнится, мне уважаемый DS ещё здесь в своё время объяснял...

[DSIoffe]

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

Я очень извиняюсь, а откуда цифра 625000?

[DS]

Я очень извиняюсь, а откуда цифра 625000?

(1e-7 A * 1e-6 сек)/1.6е-19 Кл = 625000