Фотодиод с большой емкостью, и параметры трансимпедансного усилителя Опции

[syuha]

Друзья, пытаюсь повторить схему из документa от TI:
http://www.ti.com/lit/ug/tidu535/tidu535.pdf

Отличие моего диода (AXUV100Al) это относительно большая емкость (10-44нФ против 10пФ из референса).
Симуляция показала, что для работы на частотах до 1МГц сопротивление и емкость обратной связи принимают экстримальные для TIA значения 1пФ и 10кОм едва справляясь со своей задачей.

Вот результат симуляции эквивалентной цепи и реакции на 5 пульсов. Реальная схема показывает еще меньшую амплитуду, думаю, это связано со скоростью зажигания светодиода который даёт 5 световых пульсов на поверхность диода.
Сам светодиод должен передавать 1мкс пульсы, его время реакции по паспорту 250нс.

Пробовал добалять резистор от R12 в землю и еще один между C2 и выходом ОУ - сигнал это усиливает, но частотные параметры не меняет. Есть ли другие идеи как преобразовать схему для работы с таким светодиодом?

[Herz]

Ну, так Вы и замахнулись получить аналогичное быстродействие от фотодиода с площадью 100 кв.мм!
Удачи!
Посмотрите вот пример решения:  Transimpedance_Amplifier_LT.pdf ( 145.36 килобайт ) Кол-во скачиваний: 127

Не знаю, насколько поможет в Вашем случае, но для понимания принципа.

[Jurenja]

Очень большой разрыв между параметрами фотодиода и необходимым быстродействием...
Сейчас ваше быстродействие ограничено постоянной времени входной цепи C1(R2+R5) = 10*10^-9 * 110 = 1.1*10^-6 = 1.1 мкс.

[syuha]

Уменьшение R5 до 50Ом действительно немного увеличило быстродействие, но проблему не решило

Спасибо за ответы, постараюсь выяснить чем обосновано требование нормального функциониравание на 1МГц и может ли оно быть ослаблено.

[Jurenja]

Для дальнейшего увеличения быстродействия нужно уменьшать входное сопротивление усилителя фототока. Скорее всего выбранный усилитель не может этого обеспечить.

[AlexRayne]

Друзья, пытаюсь повторить схему из документa от TI:
http://www.ti.com/lit/ug/tidu535/tidu535.pdf
Симуляция показала, что для работы на частотах до 1МГц сопротивление и емкость обратной связи принимают экстримальные для TIA значения 1пФ и 10кОм едва справляясь со своей задачей.

Почему нельзя сделать работу при обратносмещенном диоде?

Сообщение отредактировал AlexRayne - Jan 24 2018, 07:56

[iliusmaster]

Можете уточнить цель, для которой применяется такой фотодиод?
Если нужно измерение светового потока с максимально возможной линейность - это одно, если нужно усиливать для определения 0 или 1, то это другое совсем.

[syuha]

Тут мои знания ограничены - обратносмещенный значит тот же диод включенный в другой полярности? Изменит ли это временные характеристики?
Симуляция мне этого не покажет - если перевернуть источник тока, изменится лишь знак выходного сигнала.

Про применение: фотодиод это часть системы блокировки, если световой импульс попадает на поверхность, значит что-то пошло не так и нужно все выключать.
При этом импульсы нужно различать и знать их амплитуду для диагностики, то есть наинтегрировать несколько периодов не вариант и нужно несколько больше информации чем попал свет или нет.

[Hale]

ага... нейтронно-фотонный дискриминатор в системе защиты реактора, или ускорителя. тут в соседней ветке "Что скажут перцы по ОУ" похожие схемы обсуждают.

[НЕХ]

Отличие моего диода (AXUV100Al)

Ваш фотодиод для вакуумного ультрафиолета с напыленным фильтром "150 nm aluminum filter across top surface".
Какого рожна светить на него светодиодом ?
Свет не должен попадать на края чувствительной области - там другие процессы и плохо со скоростью.
Заявленное в документации быстродействие относится к максимальному обратному напряжению 10V, когда ёмкость фотодиода минимальна.
Reducing input capacitance: bootstrapping the transimpedance amplifier
см. стр.547 в последнем третьем издании Искусство Cхемотехники 2015
Емкость хорошего фотодиода при ненулевом смещении 40 пФ на кв.см.
Жирные пикселы на ixbt.photo:

[khach]

Посмотрите вот пример решения:  Transimpedance_Amplifier_LT.pdf ( 145.36 килобайт ) Кол-во скачиваний: 127

При обратном смещении фотодиода его собственная емкость значительно уменьшается и растет быстродействие.
Где-то попадалась схема подобная той что приведена выше ( гибридный трансимпедансный усилитель) где схема смещения по постоянке была интегрирована в усилитель ( один из каскадов смещался по постоянке). Немогу найти, может у кого есть ссылка.

[НЕХ]

OPA380 ?

[Tanya]

OPA380 ?

Тут в связи с праздником возникла мысль. Может, опять глупость напишу...
Вот, представим себе, что у нас этот фотодиод нарезали на куски. Тогда бы мы к каждому кусочку могли приделать трансимпедансный усилитель, а потом эти сигналы сложить. Емкость ведь уже маленькая - проблема исчезла. Вот кажется мне, что именно с таким усилителем этот фокус можно проделать, не разрезая фотодиод. Ведь у этого усилителя очень маленькое смещение и можно выходной ток распределить более или менее равномерно.
На входы поставить резисторы и даже конденсаторы. И отношение сигнал к шуму...

[novikovfb]

Тут в связи с праздником возникла мысль. Может, опять глупость напишу...
Вот, представим себе, что у нас этот фотодиод нарезали на куски. Тогда бы мы к каждому кусочку могли приделать трансимпедансный усилитель, а потом эти сигналы сложить. Емкость ведь уже маленькая - проблема исчезла. Вот кажется мне, что именно с таким усилителем этот фокус можно проделать, не разрезая фотодиод. Ведь у этого усилителя очень маленькое смещение и можно выходной ток распределить более или менее равномерно.
На входы поставить резисторы и даже конденсаторы. И отношение сигнал к шуму...

Если входной световой сигнал распределен тоже равномерно по большой площади - останемся при своих. А вот если пучок попадает в произвольную точку большой площади, тогда будет существенный выигрыш от разбиения, потому как можно принимать решение по каждому каналу в отдельности и каждый канал будет иметь неплохое быстродействие и соотношение сигнал/шум: нет паразитной нагрузки от неосвещенной поверхности фотодиода.

[iliusmaster]

LTC6268 вам в помощь.
И смещение придется подать на диод обратное.
Можно смещение следящее сделать: http://www.linear.com/solutions/1198

Анализ высокоскоростных схем :
http://www.ti.com/lit/an/sboa122/sboa122.pdf

[НЕХ]

Как предлагал bootstrapped cascode transimpedance amplifier Dr. Philip C. D. Hobbs
https://electrooptical.net/static/eoi/front...s/frontends.pdf
https://www.google.com/url?q=https%3A%2F%2F...LBbhPM7Em4-H05A
с парой рабочих диапазонов фототоков.

Сообщение отредактировал НЕХ - Jan 29 2018, 08:18

[syuha]

Спасибо, все прочел, заказал ОУ с большим GPWB и источник опорного напряжения для обратного смещения светодиода, отпишусь по результату

[AlexRayne]

Спасибо, все прочел, заказал ОУ с большим GPWB и источник опорного напряжения для обратного смещения светодиода, отпишусь по результату

Незабудьте проверить как себя ведет ваша схема в разбросе температуры

[Tarbal]

Есть схемы в которых избегают менять напряжение на емкости. Как включение транзистора с общей базой или использование двойного экрана для высокоомного входа. Это позволяет избежать негативного влияния емкости.

Если вам удастся обратной связью поддерживать напряжение на фотодиоде неизменным, то безразлично какова емкость. Берите ток, а не напряжение.

На низких частотах это легко. Подключаете фотодиод к инвертирующему входу операционника и все.

[syuha]

Много материала для раздумий подкинули, спасибо. Отчитываюсь по предварительным результатам:
Обратное смещение на фотодиоде несколько улучшило временной отклик, но это все еще 10кГц и не больше. То есть ёмкость диода не стала сильно меньше 10нФ из спецификации.
В добавок получил больше шума, но об этом предупреждали.

Я ведь правильно понимаю, обратное смещение не может превышать напряжения пробоя, а для этого диода это всего 10В. Видел что в других схемах используют 30В и выше, вплоть до 500В.
В чем особенность выбранного фотодиода? На всякий случай дубоирую ссылку на фотодиод из первого сообщения здесь:
http://electronix.ru/redirect.php?http://o...f/AXUV100Al.pdf

Все еще жду более быстрый ОУ (GPW 500МГц)

[tyty]

Все еще жду более быстрый ОУ (GPW 500МГц)

Ну и чем все кончилось?