Накопление заряда Опции

[maxim_P]

Подскажите, пожалуйста, кто-нибудь простенькую схему накопления заряда на конденсаторе. скорость заряда должна зависеть от входного импульсного сигнала. После снятия импульса, конденсатор должен удерживать заряд.

[DS]

Наводит, как и свет. Тут никакой разницы. А вот можно ли включать без смещения, при требовании 1000 кратного динамического диапазона, не факт - сие зависит от конструкции датчика.

[Stanislav]

Наводит, как и свет. Тут никакой разницы. А вот можно ли включать без смещения, при требовании 1000 кратного динамического диапазона, не факт - сие зависит от конструкции датчика.

Мне кажется, что не только можно, но и нужно. Иначе обратный ток и утечки замучают - там же пикоамперы, а перспектива окунать датчик в жидкий гелий, или, на худой конец, азот, Автору темы может не понравиться. Быстродействие же здесь особое не требуется - достаточно перетащить весь заряд из диода в кондёр, что при виртуальном КЗ на входе будет производиться почти полностью.
Впрочем, смещение в пару милливольт, может, и не повредит... Считать лень. Только эффекту от него не будет особого.

Подозреваю что катод диода нужно подключить к + опорнику например, ибо сама радиация
врядли наводит ЭДС в диоде ...поправте если ошибаюсь..

Радиация - это тоже фотоны, которые могут взаимодействовать с электронными оболочками атомов. Рождение электрон-дырочных пар в зоне перехода и растаскивание их полем перехода всегда порождает ЭДС на выводах, так как на них появляются нескомпенсированные заряды.

По ходу вспомнил.. накачка, переход в зону проводимости..эффективней со смещением..

Что-то не то Вы, пожалуй, вспомнили.

Сообщение отредактировал Stanislav - May 22 2008, 21:59

[proxi]

Мне кажется, что не только можно, но и нужно. Иначе обратный ток и утечки замучают - там же пикоамперы, а перспектива окунать датчик в жидкий гелий Автору темы может не понравиться. Быстродействие же здесь особое не требуется - достаточно перетащить весь заряд из диода в кондёр, что при виртуальном КЗ на входе будет производиться почти полностью.
Впрочем, смещение в пару милливольт, может, и не повредит... Считать лень. Только эффекту от него не будет особого.

Радиация - это тоже фотоны, которые могут взаимодействовать с электронными оболочками атомов. Рождение электрон-дырочных пар в зоне перехода и растаскивание их полем перехода всегда порождает ЭДС на выводах, так как на них появляются нескомпенсированные заряды.
Что-то не то Вы, пожалуй, вспомнили.

Ну а что есть рождение электрон-дырочных пар, это и есть переход прежде связанных электронов в зону
проводимости или охота повтыкать...

[Stanislav]

Ну а что есть рождение электрон-дырочных пар, это и есть переход прежде связанных электронов в зону
проводимости или охота повтыкать...

А дырок куда?
Почитайте теорию фотоэффекта в полупроводниках, прежде, чем писать следующий пост здесь, иначе это на флуд сильно смахивает. И попробуйте разобраться, что будет с электрон-дырочной парой в зоне p-n перехода.
.................................................

2 maxim_P
Скажите, а как Вы собираетесь измерять токи в единицы пикоампер, да ещё делать накопление заряда, если входные токи выбранных Вами ОУ могут достигать 100 пА?

[alexkok]

Почитайте теорию фотоэффекта в полупроводниках, прежде, чем писать следующий пост здесь, иначе это на флуд сильно смахивает. И попробуйте разобраться, что будет с электрон-дырочной парой в зоне p-n перехода.

Темновой ток при нулевом смещении практически такой же как и при обратном смещении.
А для динамического диапазона смещение полезно.
Tак что я согласен с proxy насчет смещения.

Rail-Rail для данного случая не обязателен.
Параметры оу значительно ухудшаются при сигналах с уровнями земли или питания.
Рабочую точку лучше выбрать не нулевой а равной половине питания.
Это позволит применить компенсацию темнового тока.

В качестве ключа рекомендую КП303Е, знаю что их применяли в прецизионных интегрирующих вольтметрах. Хотя сейчас возможно есть и лучше.

Итого примерная схема:

[Stanislav]

Темновой ток при нулевом смещении практически такой же как и при обратном смещении.

Да с чего бы это?
Может, стоит вспомнить формулу тока через диод:


Куда девать прикажете? И, особенно, его зависимость от температуры и от времени, по мере старения диода?
А вот в "моей" схеме темнового тока не будет вовсе. Потому, что разность потенциалов на выводах диода будет равна напряжению смещения ОУ, которую легко можно привести к 0В внешним подстроечным резистором (лучше всего, как я и писал, по входу "+" ОУ, но тогда потребуется ещё и отрицательный источник питания).

...А для динамического диапазона смещение полезно.
Tак что я согласен с proxy насчет смещения.

А я вот не согласен. Потому, что фоточувствительные диоды могут быть разными. Для p-i-n смещение необходимо, но и пикоамперные токи ими измерить невозможно, если в азот не окунать. А для обычных, с p-n переходом, смещение применять вообще нельзя.
Короче говоря, как написал ув. DS, всё от типа датчика зависит. Подождём, что автор темы по этому поводу сообщит.

...Rail-Rail для данного случая не обязателен.

Автор темы поставил условие: напряжение питание 3,3В.
Для такого питания rail-to-rail ОУ обязателен.

Параметры оу значительно ухудшаются при сигналах с уровнями земли или питания.
Рабочую точку лучше выбрать не нулевой а равной половине питания.

Ну, это понятно. Двуполярное питание лучше, кто б спорил. Или средняя точка.
Но полевик в последнем случае придётся поискать.

Это позволит применить компенсацию темнового тока.

Беда в том, что темновой ток при налисии обратного смещения имеет сильную зависимость от температуры. Поэтому, Ваше предложение выливается в необходимость сооружать для датчика ещё и термостат.
И схему Вашу, по тем же причинам, нельзя записать в разряд удачных.

В качестве ключа рекомендую КП303Е, знаю что их применяли в прецизионных интегрирующих вольтметрах. Хотя сейчас возможно есть и лучше.

Ещё порекомендую из отечественных КП305. Проверял сам: заряд, перенесённый на висящий в воздухе вывод затвора с помощью пальца, за сутки изменялся примерно на 10% в комнатных условиях. Думаю, утечки по воздуху были больше, чем через изоляцию затвора. Сопротивление запертого канала также очень велико: по результатам длительного измерения, оно составило более 10^12 Ом (точнее оценить при помощи примитивного оборудования не получилось - это ещё в студенческие годы было).
Применение транзисторов КП303Е вызывает большое сомнение. Нигде не нашёл ток утечки затвора. Сам из применял, и не думаю, что в запертом состоянии переход будет пропускать менее долей наноампера, но о пикоамперах там речь не идёт.

При таком времени надо измерять - сбрасывать.

Дык, автор темы этого и хочет, вроде.
Особого смысла в прерывистом измерении не вижу - те же бельцы, только в профиль.

...Особенно, если облучение импульсное и можно привязаться по времени к импульсу.Тогда надо на порядки менее прецизионную схему городить.

Ну, это, опять же, к maxim_P вопрос. Может, задачу сформулирует грамотно, тогда можно будет ответить определённо...

200 сек при таких токах - для настоящих джедаев работа

Это уж точно. Но и тема соответствующая. Жаль, что её автор пока ещё настоящим джедаем себя не ощутил.

И тут уже и 1/f, и дрейфы, и еще много чего попрет - а вот ради чего - непонятно.

Не волнует это всё, если утечки достаточно малы. Точность, как я понял по постам maxim_P, очень уж особенная не требуется, а выход опера, если кондёр достаточно велик, "никуда не денется" - там 100% обратная связь.

Есть более технологичный способ - охранные кольца в каждом слое.

Ну, это понятно.
Но на столбиках, видимо, делать всё равно придётся, если хотим измерять пикоамперы.

При напряжении смещения единицы - десятки микровольт этого достаточно.

О! Если речь идёт о таком смещении, то я даже не против.
Только толку от него - чуть.
Поле перехода, если не забыл, может составлять величину порядка десятков-сотен вольт на мм. Микровольты на этом фоне смотрятся весьма впечатляюще.
Тем более, что опер, предложенный Вами, имеет дрейф нуля до 7 мкВ/С.

Если же речь идёт о p-i-n приборах, то дрейфовая скорость носителей при таких напряжениях будет ничтожной, и рекомбинация носителей будет идти в полный рост, практически так же, как и без этих напряжений.

Уже достаточно того что Вы почитали..

Извините, пожалуйста, если я был не слишком корректен с Вами.

Немного по существу вопроса.
Фотоэффект существует в любом полупроводнике, чистом. Фоторезисторы на чистых полупроводниках и основаны.
Фотодиод задуман, как средство, повышающее отношение С/Ш по сравнению с фоторезистором. Там в зоне генерации зарядов существует сильное поле, которое растаскивает электрон-дырочные пары, не предоставляя большинству из них возможности соития.
Высокоэнергетический фотон способен вышибить электроны из оболочек нескольких атомов, грубо говоря. Поэтому, эффективность полупроводниковых детекторов по отношению к энергии поступающих фотонов должна расти. Я сам наблюдал появление микро-эдс, возникающую в обычном кремниевом диоде в пластмассовом корпусе с приближением его к радиоисточнику. А в обычных КД522 фотоэффект представлен в полный рост (нахрена их только в прозрачном корпусе делают? Стекло надо бы зачернить. Однажды засаду с этим поимел, пока не докумекал, что к чему...).
Есть детекторы, которые могут производить видимое в темноте глазом свечение даже при прохождении одного высокоэнергетического фотона.
Прошу прощенья за некоторый оффтоп.

[alexkok]

Да с чего бы это?
Может, стоит вспомнить формулу тока через диод:


Куда девать прикажете? И, особенно, его зависимость от температуры и от времени, по мере старения диода?
А вот в "моей" схеме темнового тока не будет вовсе. Потому, что разность потенциалов на выводах диода будет равна напряжению смещения ОУ, которую легко можно привести к 0В внешним подстроечным резистором (лучше всего, как я и писал, по входу "+" ОУ, но тогда потребуется ещё и отрицательный источник питания).

Вот Вам первая попавшаяся статья насчет темнового тока с картинками.
AN
а это из даташита на SFH 229 [attachment=21368:attachment]
Будете продолжать настаивать на нулевом темновом токе?

А я вот не согласен. Потому, что фоточувствительные диоды могут быть разными. Для p-i-n смещение необходимо, но и пикоамперные токи ими измерить невозможно, если в азот не окунать. А для обычных, с p-n переходом, смещение применять вообще нельзя.

А обосновать?

Автор темы поставил условие: напряжение питание 3,3В.
Для такого питания rail-to-rail ОУ обязателен.

Не нашел я такого условия, пример реализации условием в явном виде не является.

Ну, это понятно. Двуполярное питание лучше, кто б спорил. Или средняя точка.
Но полевик в последнем случае придётся поискать.

Если нет условия 3.3В, то и проблем с полевиком гораздо меньше.

Беда в том, что темновой ток при налисии обратного смещения имеет сильную зависимость от температуры. Поэтому, Ваше предложение выливается в необходимость сооружать для датчика ещё и термостат.

Ну это автор темы должен решать, если нужны параметры, то почему бы и нет.
В случае применения термостата на элементах Пельтье можно ещё и температуру несколько понизить, и тем самым, кроме стабилизации темнового тока ещё и значительно его уменьшить.
Если же это карманный индикатор, тогда да.
Автор ?

И схему Вашу, по тем же причинам, нельзя записать в разряд удачных.

Это ж набросок за пять минут, там кстати маленькая ошибочка: диод лучше между питанием и инвертирующим входом включить.

О! Если речь идёт о таком смещении, то я даже не против.
Только толку от него - чуть.
Поле перехода, если не забыл, может составлять величину порядка десятков-сотен вольт на мм. Микровольты на этом фоне смотрятся весьма впечатляюще.

Вы не поняли, это напряжение смещения операционника, а не диода.
Если охранное кольцо подключено к неинвертирующему входу и напряжение на инвертирующем входе отличается всего на десятки мкв, то ток утечки будет очень мал, единицы пикоампер.

[attachment=21368:attachment]

[DS]

Вот Вам первая попавшаяся статья насчет темнового тока с картинками.
AN
а это из даташита на SFH 229 [attachment=21368:attachment]
Будете продолжать настаивать на нулевом темновом токе?

А Вы его хоть читали ? В формуле 4, которая для случая V=0 темновой ток как раз и отсутствует.

[alexkok]

А Вы его хоть читали ? В формуле 4, которая для случая V=0 темновой ток как раз и отсутствует.

Equation (4)

I = - Isc

Не понял, поясните.

[Stanislav]

Equation (4)

I = - Isc

Не понял, поясните.

Ну, это же фототок.

[alexkok]

Ну, это же фототок.

надо ж отличать полезную составляющую от прочих.
От космического излучения Вы ж датчик никак не заэкранируете.

[Stanislav]

надо ж отличать полезную составляющую от прочих.
От космического излучения Вы ж датчик никак не заэкранируете.

Это понятно. Но речь идёт о том, чтобы избавиться от ненужной компоненты, не обусловленной космическим излучением. Космическое излучение даст фототок, гораздо меньший обратного тока всех мыслимых фотодиодов, и будет иметь форму редких импульсов.
А, может, maxim P его-то и ловить как раз собрался?
Ну, сами посмотрите, к чему стремится ток через диод при уменьшении запирающего смещения до 0В на диаграмме из Вашего же поста #48. Из неё видно, что темновой ток при не слишком высоких температурах практически полностью обусловлен именно обратным током через структуру. Да и при высоких последний доминирует.

Isc и есть темновой ток.

Это именно фототок, полезный или вредный, но фототок. Причина его - попадание фотонов на фотодетектор.

Темновой ток это ток вызванный любыми причинами кроме полезного сигнала.

Вот именно.

[alexkok]

Ну, сами посмотрите, к чему стремится ток через диод при уменьшении запирающего смещения до 0В на диаграмме из Вашего же поста #48. Из неё видно, что темновой ток при не слишком высоких температурах практически полностью обусловлен именно обратным током через структуру.

Для температуры +30^C - ток где-то 10пикоА.
30 - если носить в кармане.
Но надо учитывать объем датчика, у нас нет информации о реальном датчике.

Да и при высоких последний доминирует.

При +90 разница 0В и 20В около 10%. Доминирует?

[Stanislav]

Для температуры +30^C - ток где-то 10пикоА.
30 - если носить в кармане.
Но надо учитывать объем датчика, у нас нет информации о реальном датчике.

Я говорю о том датчике, который привели именно Вы, за отсутствием чего-либо ещё конкретного.
При температуре 25С обратный ток доминирует примерно в 30 раз над остальными.

При +90 разница 0В и 20В около 10%. Доминирует?

Вы неправильно интерпретируете логарифмическую шкалу.
По моим прикидкам, разница там примерно в 3 раза.

[alexkok]

Я говорю о том датчике, который привели именно Вы, за отсутствием чего-либо ещё конкретного.
При температуре 25С обратный ток доминирует примерно в 30 раз над остальными.

Не будем впадать в крайности - для 1В всего в 3 раза.
Я согласен что для дозиметров нулевого смещения вполне достаточно.
Просто у меня некоторый опыт в области передачи информации, а там работа со смещением предпочтительней. Там постоянный фон (темновой ток) легко отфильтровывается.

Вы неправильно интерпретируете логарифмическую шкалу.
По моим прикидкам, разница там примерно в 3 раза.

Согласен, но для 1В 5% .

Это именно фототок, полезный или вредный, но фототок. Причина его - попадание фотонов на фотодетектор.

В чем разница между тепловыми фотонами и прочими?

[Stanislav]

Не будем впадать в крайности - для 1В всего в 3 раза.

Правильно, не будем.
Рекомендую прочитать, всё же, свои посты на эту тему, и условия, о которых Вы сами говорите.
Для меня, например, вопрос не стОит и выеденного яйца.

...Я согласен что для дозиметров нулевого смещения вполне достаточно.
Просто у меня некоторый опыт в области передачи информации, а там работа со смещением предпочтительней. Там постоянный фон (темновой ток) легко отфильтровывается.

А какое это имеет отношение к теме?
Здесь речь идёт о накоплении заряда. Вопросы передачи информации заслуживают рассмотрения в другом разделе.

Согласен, но для 1В 5% .

Согласны с чем? Что не можете на логарифмической шкале отличить 300% от 10%?
Для 5 же % у Вас глаз-алмаз, однако...

В чем разница между тепловыми фотонами и прочими?

Совершенно глупый вопрос.
Не хотелось писать об этом, но сами вынуждаете.
Налицо непонимание основных законов физики, и сущности графиков, которые Вы же сами приводите. А законы физики нам говорят, что система, находящаяся в тепловом равновесии, не способна производить внутри себя какую-либо энергию, выражаясь грубо.

Т.е. с помощью обычной кремниевой солнечной батареи можно построить вечный двигатель второго рода ?
Вы это, патентовать бегите, пока идею не украли.

По-моему, ув. alexkok не совсем понимает происходящих в диоде явлений. Правда, на это ещё накладывается некачественность приведённых Хонивеллом графиков.
Наличие тока через диод при повышенных температурах и нулевом смещении на нём элементарно объясняется термо-ЭДС, возникающей на контактах дивайса, при том, что измерительный прибор находится при более низкой температуре.
Если измерительный прибор и диод будут находиться в термодинамическом равновесии (иметь одинаковую температуру), накакого "темнового тока" при нулевом потенциале на диоде возникать, естественно, не будет.
Здесь Хонивелл, очевидно, круто лопухнулся. Впрочем, его доки вообще оставляют желать лучшего...

Извините. Ошибся на три порядка. 30 нА.

Всё равно непонятно.
При 30нА на выходе "правого" опера должно быть 70 вольт.

Смотрите зависимость темнового тока от температуры на картинке с дэйташита.

Не нужно говорить глупости по поводу того, чего Вы не понимаете.
Я спросил, чем Вы объясняете увеличение "темнового" тока при повышении температуры (или уменьшении его при понижении)? Причём, при наличии запирающего напряжения.

Проблемы следующие:
-уровень излучения изменяется в слишком больших пределах(милионы раз);
-необходимо отличать один вид излучения от другого.
При малых уровнях излучения используют зарядовый усилитель ЗУ и дискриминатор. При помощи зарядового усилителя, как например было ранее сказано,

из сигнала выделяют отдельные импульсы заряда и считают их количество, которое пропорционально уровню излучения (каждый импульс это реакция датчика на влетевшую в него частицу). Дискриминатор (компаратор с изменяемым уровнем) нужен для того чтобы вести подсчет только импульсов с зарядом необходимой величины. Амплитуда импульса на выходе ЗУ пропорциональна заряду (реакции датчика на чакстицу) для гамма одно, для нейтронов другое (полный спектр).
Интегрировать на кондере данные заряды помоему неимеет смысла, так как в моем например случае величина их составляла 0,1-1 пКл, время стекания 80 нс, а частота 1 - 1000000 Гц. Кроме нужных импульсов, есть и ненужные, которые могут дать ошибку измерения в разы, поэтому нужен дискриминатор, настраивая его мы подсчитываем только нужные.
Когда уровень излучения достиг 1000000 Гц и выше, импульсы начинают сливатся в сплошной (постоянный ток) и мы переходим к второму способу - не подсчитываем количество импульсов, а меряем уже постоянный ток, который уже имеет значительные величины и легко измеряется, и в его составе ненужные токи (от других частиц, шумы датчика, утечки и т.д.) уже составляют приемлемые доли.

Ну, еслиб задача была конкретизирована, тогда конечно...
DS уже предложил нечто подобное: накапливать заряд во время действия импульса и "спать" в остальное время. Для этого даже интегратор не нужен - достаточно дискриминатора, сглаживающего ФНЧ и относительно быстрого АЦП.
При повышении частоты импульсов, дискриминатор будет переводить схему измерения в непрерывный режим, и измерение тока будет производиться естественным путём.
Кстати, такой дискриминатор можно выполнить и в цифрЕ (80 нС - не такое уж малое время). Тогда из "аналога" останется только усилитель (возможно, логарифмический, для увеличения ДД), и АЦП, осуществляющий непрерывную выборку.
Однако, такая схема по точности измерения дозы будет принципиально хуже интегратора (на практике - возможно, и точнее получится).

Стоп. Так задача, похоже, несколько другая - у Вас детектор типа SPAD -т.е. каждая частица дает не эдектрон-дырочную пару, а импульс тока, я правильно понял ?

По поводу датчика Автор темы молчит, как партизан. Попробуй что-нить здесь посоветовать...
Схему доработаю пожже, ввиду её очевидной неактуальности здесь.

Фотодиод выдает ток, пропорциональный мощности излучения. В моем случае меряется имеено ток, а не импульсы, так как необходимо измерять большие мощности дозы (десятки Зв/ч). Это токовый режим включения фотодиода. А для импульсного необходимо смещение и желательно сцинциллятор для высокой чувствительности

А зачем Вам тогда нужна ещё и форма импульсов? Для удовлетворения любопытства?

Токи утечки вроде не меняются. Или я ошибаюсь. Входные токи ОУ не мерял. А что будет?

Ошибаетесь, причём глубоко.
В каждом p-n переходе при наличии жёсткого излучения начинается фотоэффект. И запертые переходы становятся проводящими. Утечки могут возрасти на несколько порядков, что может привести к появлению сквозных токов и выходу аппаратуры из строя. Кроме того, при накоплении дозы, как уже и говорили, оборудование просто "здыхает".
При такой интенсивности облучения полупроводниковую измерительную аппаратуру нужно тщательно экранировать. Пикоамперы при этом измерить всё равно вряд ли получится.

Сообщение отредактировал Stanislav - May 27 2008, 23:45