реклама на сайте
подробности

 
 
> 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
Dmitry_Ternovsky
сообщение Oct 7 2009, 23:51
Сообщение #1


Частый гость
**

Группа: Свой
Сообщений: 177
Регистрация: 31-08-09
Из: Saint-Peterburg
Пользователь №: 52 105



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 unsure.gif

Прошу помочь разобраться в физике процесса (постоянная времени RC тут никак не подходит smile.gif). 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
Прикрепленное изображение
 


--------------------
Качество - главный критерий.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
 
Start new topic
Ответов
Dmitry_Ternovsky
сообщение Oct 13 2009, 18:30
Сообщение #2


Частый гость
**

Группа: Свой
Сообщений: 177
Регистрация: 31-08-09
Из: Saint-Peterburg
Пользователь №: 52 105



Простите, что долго не участвовал в обсуждении.

Цитата(jam @ Oct 9 2009, 05:14) *
Думаю, что причина изменения крутизны преобразования кроется в объективе - попробуйте поставить делитель света на стёклышке до поглощающей среды и смотреть мощность излучения . Вполне возможно , что мощность меняется в зависимости от поглощения. Посмотрите на выходе ТА какой ток утечки - может дело и в нём...

Вы говорите о влиянии поглощения света материалом объектива в зависимости от мощности света? Даже не думал о таком...возможно ли это... unsure.gif
проверю, чтобы узнать влияние этого эффекта, но интуитивно кажется что зависимости не будет.

Подскажите, как можно посмотреть (или вычислить) ток утечки на выходе ТА ? я знаю только ток через резистор обратной связи и ток нагрузки.

Цитата(Tanya @ Oct 9 2009, 07:50) *
Непонятно, в чем у Вас проблема?


Проблема в том что не известна линейность источника тока, который я соберу. Хотя если взять микруху THS5671 (14 бит ЦАП с токовым выходом), а такой источник тока собран и где-то лежит, то должно сработать.
И еще я не очень понимаю - как будет влиять внутреннее сопротивление этого источника тока?
У ФД оно 300MOhm, если собирать свой источник тока, то, например: ставлю микросхему THS5671 - выходное сопротивление его 300kOhm. Через это сопротивление идет небольшой ток, равный U(-)/R, где U(-) - напряжение на инверт. входе усилка (несколько микровольт). Вот вроде и все - по идее должно работать. ))
А делать на транзисторе и резисторе - не думаю что линейность этого источника тока будет приемлема. Если не прав - поправьте ))

Цитата(Tanya @ Oct 9 2009, 07:50) *
Надо отдельно проверить линейность по свету и по электричеству. Или все вместе. Это не очень сложно.
В качестве неупомянутых тут факторов добавлю, что может быть наводка электрическая, что эквивалентно засветке (или отрицательной засветке), и эффекты связанные с ограничением скорости нарастания усилителя.
Можно еще рассмотреть такой вариант - для усиления слабого сигнала на фоне большой пилы добавить эту инвертированную пилу на вход.


Как я понял "электрическая линейность", т.е. линейность усилителя проверяется с помощью источника тока, как описано выше?
А под "световой" понимается линейность фотодиода?

Тогда для его проверки потребуется калиброванный источник света!
Используемый сейчас ЛД имеет свои особенности на передаточной характеристике и она не линейная - с провалами (я говорю о характеристике лазера "мощность от тока")

Tanya, а что значит отрицательная засветка? такой термин я пока не встречал нигде.

Наводка возможно, но снимали несколько характеристик в течении длительного времени, и все они совпадают с хорошей точностью.

Скорость нарастания - это что первое пришло в голову, хотя производитель приводит 80V/us…весьма неплохо, а что на самом деле, думаю никто не знает.
Жаль что нЕчем сейчас заменить эту микруху OPA380 – например на аналогичную с бОльшей скоростью нарастания, чтобы исключить или подтвердить этот фактор…
Сейчас от этого никуда не уйти – схема уже собрана и с ней надо работать пока делаю новую почитав наставления PHILIPa HOBBSa. smile.gif


Цитата(Dog Pawlowa @ Oct 9 2009, 10:29) *
Смотрим на картинку. Мне кажется, она многое объясняет.
Контур пилы непоглощенного света сохраняется достаточно точно. Это значит, что линейность есть.
Хотелось бы еще несколько картинок, демонстрирующих ту нелинейность, которая Вам не нравится, но попытаемся без картинок.

«На глаз» линейность, конечно, есть, а как смотришь обработанные данные – так погрешность 1%.
Может ли эта погрешность быть вызвана схемой обработки АЦП?

Цитата(Dog Pawlowa @ Oct 9 2009, 10:29) *
Подходим с другой стороны. 0,1 pF на исходной схеме ... так не бывает. Емкость монтажа будет несколько пикофарад. Емкость выводов фотодиода - 5 pF. Емкость выводов резистора еще несколько pF. Т.е. постоянная времени усилителя приблизительно 5 мкс. Гляньте еще раз в даташит на ОУ. 90 MHz они получили при резисторе 2к, а у Вас в 500 раз больше. На странице есть несколько графиков изменения коэффициента передачи в зависимости от частоты. По какому графику смотреть - непонятно, но ясно, что снижение коэффициента происходит от 100 кГц до 2 МГц.


Рад бы уменьшить резюк в 500 раз, но и так сигнал очень слабый ловлю – еле видно (и то после усреднения и матобработки).
Чтобы уменьшить постоянную времени есть вариант сделать два усилителя – один трансимпедансный с сопротивлением ОС 100 kOhm (в 10 раз меньше того что сейчас), а второй – усилитель напряжения, но соответственно все шумы первого он будет усиливать, а как разглядеть в нем полезный сигнал – это задача!

Цитата(Dog Pawlowa @ Oct 9 2009, 10:29) *
То есть вы проходите провалы на скорости, когда сказывается ограничение полосы пропускания. Увеличите скорость пилы - и узкие провалы будут менее заметны.

Менее заметны? Хм…смотря что Вы подразумеваете под скоростью пилы:
1. Если скорость нарастания тока через ЛД и соответственно сканирование по длине волны, то согласен, т.к. меняется именно приходящий сигнал. Если определенную таким образом скорость пилы вы сведете, скажем, к 100мА/нс (т.е. все значения тока от 1 до 100мА(как сейчас у меня сделано) и соответственно сканирование по всем длинам волн будет в течении 1нс), то боюсь что эта система ФД + ТрансУсил. вообще ничего и не заметит.
2. Допустим, я меняю резистор в цепи обратной связи с 1 MOhm до 10 MOhm, то скорость пилы напряжения на выходе услителя (измеренная в V/us) тоже измениться, но произойдет зарезание по частотной характеристике и я опять же рискую не увидеть провалов.
3. Я меняю уровень приходящего на ФД сигнала (а именно это и происходит) и таким образом скорость пилы напряжения на выходе тоже меняется (V/us), то частотная характеристика Тр.Ус. остается постоянной, т.к. определяется резистором в цепи ОС, а он не меняется – ПОЧЕМУ ЖЕ Я ДОЛЖЕН ВИДЕТЬ ИЗМЕНЕНИЕ В «ПРОВАЛАХ» СИГНАЛА?
Покритикуйте. Про перезаряд цепей меньшим током не понял и поэтому не могу подтвердить или опровергнуть эту точку зрения…понимаю только то, что при этом величина напряжения до которой перезаряжаются эти цепи тоже меняется.
Поясните, пожалуйста, какие емкости перезаряжаются и почему это происходит дольше/быстрее если напряжения при этом тоже меняются.

Цитата(Dog Pawlowa @ Oct 9 2009, 10:29) *
Добавляете света - узкие провалы быстрее перезаряжаются.

Ага, но и напряжение то растет ))

Цитата(Dog Pawlowa @ Oct 9 2009, 10:29) *
Спасибо за уточнение некоторых моих высказываний. Я буду более аккуратен. biggrin.gif

Аккуратность и не спешность!
Езда на мотоцикле помогает на забыть эти простые истины… как говорится: «лучше на 10 минут позже, чем не 40 лет раньше» wink.gif

Сообщение отредактировал Dmitry_Ternovsky - Oct 13 2009, 18:38


--------------------
Качество - главный критерий.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Tanya
сообщение Oct 13 2009, 18:57
Сообщение #3


Гуру
******

Группа: Модераторы
Сообщений: 8 752
Регистрация: 6-01-06
Пользователь №: 12 883



Цитата(Dmitry_Ternovsky @ Oct 13 2009, 22:30) *
Как я понял "электрическая линейность", т.е. линейность усилителя проверяется с помощью источника тока, как описано выше?
А под "световой" понимается линейность фотодиода?

Тогда для его проверки потребуется калиброванный источник света!
Используемый сейчас ЛД имеет свои особенности на передаточной характеристике и она не линейная - с провалами (я говорю о характеристике лазера "мощность от тока")

Tanya, а что значит отрицательная засветка? такой термин я пока не встречал нигде.

Наводка возможно, но снимали несколько характеристик в течении длительного времени, и все они совпадают с хорошей точностью.

Скорость нарастания - это что первое пришло в голову, хотя производитель приводит 80V/us…весьма неплохо, а что на самом деле, думаю никто не знает.
Жаль что нЕчем сейчас заменить эту микруху OPA380 – например на аналогичную с бОльшей скоростью нарастания, чтобы исключить или подтвердить этот фактор…

Оптическую линейность можно проверить с помощью нейтральных фильтров (сетки и т.п.)
Электрическую - собирается схема из генератора (Ваша пила). 50-омного резистора и двух конденсаторов, - один на землю (большой емкости), другой на вход усилителя (ТИ). Получается токовый делитель...
Go to the top of the page
 
+Quote Post

Сообщений в этой теме
- Dmitry_Ternovsky   Нелинейность системы фотодиод-трансимпедансный усилитель. С чем она связана и как с этим бороться?   Oct 7 2009, 23:51
- - Dog Pawlowa   Цитата(Dmitry_Ternovsky @ Oct 8 2009, 02...   Oct 8 2009, 02:51
|- - Dmitry_Ternovsky   Цитата(Dog Pawlowa @ Oct 8 2009, 06:51) Д...   Oct 8 2009, 07:32
|- - Dog Pawlowa   Цитата(Dmitry_Ternovsky @ Oct 8 2009, 10...   Oct 8 2009, 08:51
- - MaxPIC   Насколько я понимаю, в схеме, которую Вы указали, ...   Oct 8 2009, 09:06
|- - Dog Pawlowa   Цитата(MaxPIC @ Oct 8 2009, 12:06) так ка...   Oct 8 2009, 09:25
|- - MaxPIC   Цитата(Dog Pawlowa @ Oct 8 2009, 13:25) П...   Oct 8 2009, 09:49
|- - Dog Pawlowa   Цитата(MaxPIC @ Oct 8 2009, 12:49) Вот о ...   Oct 8 2009, 10:01
||- - MaxPIC   Цитата(Dog Pawlowa @ Oct 8 2009, 14:01) С...   Oct 8 2009, 10:07
||- - Dog Pawlowa   Цитата(MaxPIC @ Oct 8 2009, 13:07) Я сам ...   Oct 8 2009, 10:30
||- - DS   Цитата(Dog Pawlowa @ Oct 8 2009, 14:30) А...   Oct 8 2009, 10:34
||- - Dog Pawlowa   Цитата(DS @ Oct 8 2009, 13:34) Но если он...   Oct 8 2009, 10:38
||- - DS   Цитата(Dog Pawlowa @ Oct 8 2009, 14:38) Ч...   Oct 8 2009, 10:44
||- - Dog Pawlowa   Цитата(DS @ Oct 8 2009, 13:44) Так света ...   Oct 8 2009, 10:53
|- - DS   Цитата(MaxPIC @ Oct 8 2009, 13:49) Да Вы ...   Oct 8 2009, 10:09
|- - MaxPIC   Цитата(DS @ Oct 8 2009, 14:09) Судя по вс...   Oct 8 2009, 10:15
|- - DS   Цитата(MaxPIC @ Oct 8 2009, 14:15) Мне во...   Oct 8 2009, 10:23
- - Herz   Цитата(Dmitry_Ternovsky @ Oct 8 2009, 01...   Oct 8 2009, 19:49
|- - Dmitry_Ternovsky   Цитата(Herz @ Oct 8 2009, 23:49) Как это ...   Oct 9 2009, 01:33
||- - Tanya   Цитата(Dmitry_Ternovsky @ Oct 9 2009, 05...   Oct 9 2009, 03:50
|- - MaxPIC   Цитата(Herz @ Oct 8 2009, 22:49) ?!...   Oct 11 2009, 18:10
- - Dmitry_Ternovsky   Снял сегодня картинку проясняющую суть дела. Синий...   Oct 9 2009, 00:52
|- - Dog Pawlowa   Цитата(Dmitry_Ternovsky @ Oct 9 2009, 03...   Oct 9 2009, 06:29
|- - MaxPIC   Цитата(Dmitry_Ternovsky @ Oct 9 2009, 03...   Oct 11 2009, 19:54
- - jam   Думаю, что причина изменения крутизны преобразован...   Oct 9 2009, 01:14
- - DS   Если у Вас рассеянный свет и телескоп фокусирует в...   Oct 9 2009, 07:07
|- - jam   Цитата(DS @ Oct 9 2009, 11:07) P.S. Я бы ...   Oct 9 2009, 08:11
|- - Dog Pawlowa   Цитата(jam @ Oct 9 2009, 11:11) Можно сго...   Oct 9 2009, 08:28
- - НЕХ   Хорошая диафрагма для уменьшения потока получается...   Oct 9 2009, 09:27
|- - Dmitry_Ternovsky   Цитата(НЕХ @ Oct 9 2009, 13:27) А вместо ...   Oct 13 2009, 19:29
|- - НЕХ   [quote name='Dmitry_Ternovsky' date='O...   Oct 15 2009, 10:53
- - DS   А интересно все-таки, это для чего ? Измерение соо...   Oct 10 2009, 19:17
- - НЕХ   А может причина провалов - просто "mode hoppi...   Oct 11 2009, 13:19
|- - DS   Цитата(НЕХ @ Oct 11 2009, 17:19) А может ...   Oct 11 2009, 13:24
|- - Dog Pawlowa   Цитата(Dmitry_Ternovsky @ Oct 13 2009, 21...   Oct 13 2009, 19:07
|- - jam   Цитата(Dmitry_Ternovsky @ Oct 13 2009, 22...   Oct 13 2009, 19:32
||- - Dmitry_Ternovsky   Цитата(jam @ Oct 13 2009, 23:32) Я говори...   Oct 13 2009, 19:42
||- - jam   Цитата(Dmitry_Ternovsky @ Oct 13 2009, 23...   Oct 13 2009, 20:42
||- - Dmitry_Ternovsky   Цитата(jam @ Oct 14 2009, 00:42) Менятся ...   Oct 13 2009, 21:00
||- - jam   Цитата(Dmitry_Ternovsky @ Oct 14 2009, 01...   Oct 13 2009, 23:11
|- - alexkok   Цитата(Dmitry_Ternovsky @ Oct 13 2009, 22...   Oct 15 2009, 01:28
- - Dmitry_Ternovsky   Цитата(DS @ Oct 9 2009, 11:07) Если у Вас...   Oct 13 2009, 19:07
|- - DS   Цитата(Dmitry_Ternovsky @ Oct 13 2009, 23...   Oct 14 2009, 10:04
|- - Dmitry_Ternovsky   Цитата(DS @ Oct 14 2009, 14:04) opa656 не...   Oct 14 2009, 22:06
|- - jam   Цитата(Dmitry_Ternovsky @ Oct 15 2009, 02...   Oct 14 2009, 22:42
- - НЕХ   знакомы с http://thermosciences.stanford.edu/resea...   Oct 14 2009, 18:13
- - Dmitry_Ternovsky   Всем спасибо за внимание к вопросу! Буду экспе...   Oct 15 2009, 09:46
|- - DS   Цитата(Dmitry_Ternovsky @ Oct 15 2009, 13...   Oct 15 2009, 12:10
|- - Tanya   Цитата(DS @ Oct 15 2009, 16:10) А Вы не д...   Oct 15 2009, 18:19
|- - DS   Цитата(Tanya @ Oct 15 2009, 22:19) Еще и ...   Oct 18 2009, 12:15
- - Dmitry_Ternovsky   приходящий сигнал и в самом деле нельзя назвать ра...   Oct 18 2009, 18:15
- - DS   Речь идет о явлении интерференции.   Oct 18 2009, 18:34


Reply to this topicStart new topic
1 чел. читают эту тему (гостей: 1, скрытых пользователей: 0)
Пользователей: 0

 


RSS Текстовая версия Сейчас: 4th August 2025 - 23:28
Рейтинг@Mail.ru


Страница сгенерированна за 0.01474 секунд с 7
ELECTRONIX ©2004-2016