трансимпедансный усилитель для лавинного фотодиода, помогите, пожалуйста, найти ошибку в проектировании усилителя на 6 МГц Опции

[Alexander889]

Добрый день!

Передо мной встала следующая задача. Собрать усилитель сигнала лавинного фотодиода AD500 http://www.mouser.com/ds/2/313/AD500-8-TO52-S1-14890.pdf. И принять сигнал модулированный меандром 6МГц световой поток от мощного светодиода (3 Вт) на расстоянии до 50 м.

Сначала я собрал элементарную схему Источник питания 150 Вольт ПЛЮСОМ к катоду фотодиода, далее к резистору 400 кОм и резистор на МИНУС источника. Подключаю осциллограф и смотрю сигнал на резисторе - синус 5 Вольтовой амплитуды при достаточно большом расстоянии от светодиода (около 2-3 м).

Хорошо. Теперь тот вывод фотодиода, что шел на резистор подключаю ко входу трансимпедансного усилителя с сопротивлением 5 кОм в обратной связи. Теперь ожидаю, что у меня 5 Вольтовый синус на его выходе появится уже на значительно бОльшем удалении от светодиода. Усилитель ad8032 http://www.analog.com/media/en/technical-d...AD8031_8032.pdf. 80МГц

Но на практике сигнал с усилителя даже слабее чем с простого нагрузочного резистора (что я описал выше). НО есть одна зацепка, при понижении частоты модуляции сигнал возрастает. Делаю вывод о влиянии входной емкости - 1,6 пф. Понижаю резистор в обратной связи до 300 Ом. Никакого значительного эффекта.

Про насыщение усилителя темновым током знаю, учел. Специальный усилитель OPA857 тоже пробовал и такой же завал ВЧ. А нужно то всего 6-12 МГц Что сделать для повышения усиления на больших частотах.

Прошу уважаемых посетителей форума подсказать решение этой проблемы или какую микросхему взять или "куда копать" в поисках ошибки.
Заранее спасибо!

[Парус]

Тот описанный выше нагрузочный резистор 400 ком не стоял в цепи обратной связи. Он был просто нагрузкой фотодиода. И я его убрал.

Зачем?

[Alexander889]

Зачем?

1) Хорошо, я так делал, только резистор 470 ком и фотодиод наоборот стояли (поменяны местами были). но мой ad8032 и в этой схеме почему то заваливает 6 мгц так что, повторюсь, выход оу слабее чем сигнал с резистора. Почему??
2) Если так делать, то зачем тогда трансимпедансный усилитель?

AD8015?

И первоначальную схему бы на бумажке нарисованную.

Спасибо! У ad8015 входная емкость 0,2 пф, поэтому советуете? Схему завтра выложу

Сообщение отредактировал Alexander889 - May 30 2018, 00:03

[Herz]

2) Если так делать, то зачем тогда трансимпедансный усилитель?

А Вы понимаете принцип работы трансимпедансного усилителя? На всякий случай: это преобразователь тока в напряжение. С коэффициентом преобразования, равным сопротивлению в обратной связи. Почитайте букварь.

[Alexander889]

А Вы понимаете принцип работы трансимпедансного усилителя? На всякий случай: это преобразователь тока в напряжение. С коэффициентом преобразования, равным сопротивлению в обратной связи. Почитайте букварь.

Это я понимаю. Но в принципе резистор тоже преобразователь тока в напряжение. Чем трансимпедансный усилитель лучше резистора?

[yakub_EZ]

Это я понимаю. Но в принципе резистор тоже преобразователь тока в напряжение. Чем трансимпедансный усилитель лучше резистора?

1. Тем, что позволяет держать стабильный режим фотодиода. В случае с ЛФД на этом резисторе падает напряжение, а на ЛФД оно снижается. При снижении напряжения ЛФД падает его лавинное усиление (M). Но в вашем случае, когда напряжение велико и падение напряжения незначительно сказываются на режиме применение резистора, возможно, оправданно. Вот когда лавинное зависит экспоненциально и составляет например 40 вольт, то резистор вообще не вариант.
2. Позволяет согласовать входной/выходной импеданс со следующим каскадом. Выход трансимпедансника низкоомный, а нагрузочный резистор надо буферизовать.
Ну и ещё немного про частотную зависимость для высокоомного резистора учитывая его ёмкость. Полоса снимаемая с резистора определяется как его RC. Если резистор 0,2 пФ (типовая емкость SMD элементов) и сопротивление 400 кОм. То -3 дБ будет 1/(2*3,14*400е3*0,2е-12)= 2 МГц. И это не учитывая входную ёмкость следующих каскадов, щупов и др.
Я вам советую выжать как можно больше на лавинном усилении, а затем уже думать, насколько нужно усилить электрический сигнал

[Alexander889]

1. Тем, что позволяет держать стабильный режим фотодиода. В случае с ЛФД на этом резисторе падает напряжение, а на ЛФД оно снижается. При снижении напряжения ЛФД падает его лавинное усиление (M). Но в вашем случае, когда напряжение велико и падение напряжения незначительно сказываются на режиме применение резистора, возможно, оправданно. Вот когда лавинное зависит экспоненциально и составляет например 40 вольт, то резистор вообще не вариант.
2. Позволяет согласовать входной/выходной импеданс со следующим каскадом. Выход трансимпедансника низкоомный, а нагрузочный резистор надо буферизовать.
Ну и ещё немного про частотную зависимость для высокоомного резистора учитывая его ёмкость. Полоса снимаемая с резистора определяется как его RC. Если резистор 0,2 пФ (типовая емкость SMD элементов) и сопротивление 400 кОм. То -3 дБ будет 1/(2*3,14*400е3*0,2е-12)= 2 МГц. И это не учитывая входную ёмкость следующих каскадов, щупов и др.
Я вам советую выжать как можно больше на лавинном усилении, а затем уже думать, насколько нужно усилить электрический сигнал

Спасибо! Посоветуйте, пожалйста, микросхему для построения трансимпедансного усилителя, которая была бы способна работать на 6МГц (или больше) с ЛФД и давать усиление 400000. Подозреваю, что кроме частотного диапазона имеет значение входная емкость, так?