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

 

[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.

[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.