Нелинейность системы фотодиод-трансимпедансный усилитель. С чем она связана и как с этим бороться?, Понять и измерить нелинейный отклик системы на вх.сигнал перем.амплит Опции

[Dmitry_Ternovsky]

Уважаемые коллеги!
Нужен Ваш совет.

Досталась схема трансимпедансного усилителя на OPA380, собранного по стандартной схеме (см.внизу). Питание однополярное +5V. Диод S8376-05, ёмкостью 12p (при 5V приложенного отрицательного напряжения). На неинвертирующий вход операционника с REFки подано напряжение для смещения входов и работы на слабых сигналах.

Приветствуется широкая полоса пропускания – как можно шире.
На вход поступают импульсы пилообразной формы. На "пиле" есть "провалы" - поглощение излучения веществами, в разных местах.
Схема хорошо работает, правильно отражает провалы от разных веществ (правда, много шумов высокочастотных, но они цифровым способом усредняются).

ПРОБЛЕМА в том, что в зависимости от мощности приходящего сигнала получаю импульсы напряжения на выходе с НЕПРОПОРЦИОНАЛЬНОЙ этой мощности амплитудой. Это различие составляет около процента, несколько процентов – что не приемлемо.

ПОЯСНЮ: фотодиод стоит в фокусе объектива. Когда световой поток полностью через объектив попадает на фотодиод, то напряжение в провале (на пиле сигнала) падает на 10 условных единиц (для примера), в то время как на верхушке пилы оно 100 у.е., когда же я загораживаю часть объектива, и на фотодиод попадает меньшая мощность, то на верхушке 50 у.е., а все тот же провал составлет уже 4 у.е., таким образом отношение "провала" к "верхушке" НЕ сохраняеться...результаты изменились не пропорционально. Уменьшая дальше мощность излучения (загараживая объектив больше) получим 20у.е. на "верхушке" и на 3у.е. провал - т.е. тенденция поменялась

Прошу помочь разобраться в физике процесса (постоянная времени RC тут никак не подходит ). Может ли это быть связано с фотодиодом или с операционником, и как от этого избавиться, как сделать систему линейной?
Размах напряжения на выходе усилителя от 2V до 5V.

И еще вопрос – кто как мерил нелинейность трансимпедансного усилка и системы фотодиод –трансимп.усилитель? Чем можно заменить фотодиод для экспериментального исследования нелинейности усилителя (его выходное сопротивление 300М)? строить самому источник тока с таких выходным сопротивлением и токами наноамперы?

Как решали подобные вопросы уважаемые разработчики?

Сообщение отредактировал Dmitry_Ternovsky - Oct 7 2009, 23:59

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Dog Pawlowa]

Питание однополярное +5V. ...
Размах напряжения на выходе усилителя от 2V до 5V.

Дык а что Вы хотите, работая в нелинейной зоне вблизи насыщения выходного каскада?
На первой же картинке в даташит написано VOUT (0V to 4.4V), далее
"Voltage Output Swing from Positive Rail RL = 2kΩ 400 600 mV"
Уменьшите резистор в цепи обратной связи.

Второй источник нелинейности - напряжение смещения, но его прикинуть его влияние в цифрах я сейчас не в состоянии, да и данных недостаточно.

[Dmitry_Ternovsky]

Дык а что Вы хотите, работая в нелинейной зоне вблизи насыщения выходного каскада?
На первой же картинке в даташит написано VOUT (0V to 4.4V), далее
"Voltage Output Swing from Positive Rail RL = 2kΩ 400 600 mV"
Уменьшите резистор в цепи обратной связи.

Второй источник нелинейности - напряжение смещения, но его прикинуть его влияние в цифрах я сейчас не в состоянии, да и данных недостаточно.

Нелинейная зона только вблизи выходного напряжения 4.4V и выше, а "провалы" от поглощения света смотрим в середине пилы, когда напряжение на выходе 2-3V, сваливается до уровня 1V, потом опять возрастает уже до 3.5-4V и продолжает линейно нарастать, но эта область уже не интересна.

А за подсказку о изменении напряжения смешения спасибо! Но мне кажется, вклад ее не велик - в ДШ указано 25uV максимально, а мы пока смотрим миливольты, хотя далее потребуется ее учитывать.
Только получается что надо увеличить резистор обратной связи, тогда коэффициент преобразования ток-напряжение будет больше и слабое изменение световой мощности выразится в большом изменении напряжения на выходе, и дрейф напряжения смещения будет менее заметен на фоне большого изменения полезного сигнала.

Dog Pawlowa, а распологаете ли вы информацией о нелинейности фотодиода (зависимости от приходящей мощности) ?

Сообщение отредактировал Dmitry_Ternovsky - Oct 8 2009, 07:39