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

 

[Dmitry_Ternovsky]

Всем спасибо за внимание к вопросу!
Буду экспериментировать с учетом полученных рекомендаций и комментариев.
А о результатах сообщу уважаемому сообществу как только они появятся.

Сообщение отредактировал Dmitry_Ternovsky - Oct 15 2009, 09:48

[DS]

Всем спасибо за внимание к вопросу!
Буду экспериментировать с учетом полученных рекомендаций и комментариев.
А о результатах сообщу уважаемому сообществу как только они появятся.

А Вы не думали, что этот Ваш эффект может быть принципиальным раком методики из-за вклада рассеяния от мелкодисперсных частиц и пыли, на которых рассеяние несравнимо больше, чем в воздухе. Они движутся и создают нестабильность в сигнале.

[Tanya]

А Вы не думали, что этот Ваш эффект может быть принципиальным раком методики из-за вклада рассеяния от мелкодисперсных частиц и пыли, на которых рассеяние несравнимо больше, чем в воздухе. Они движутся и создают нестабильность в сигнале.

Еще и неоднородности в атмосфере... Лидарщики используют зондирующий сигнал по трассе... А потом... быстро-быстро - измерительный...

[DS]

Еще и неоднородности в атмосфере... Лидарщики используют зондирующий сигнал по трассе... А потом... быстро-быстро - измерительный...

Да вообще, если бы сразу подумать, то видно, что обсуждаемый здесь сигнал не может вызываться рассеянием в атмосфере - на фотодиоде мощность порядка нескольких микроватт, значит назад попадает около 10-4 исходного потока (Лазер заведомо меньше 100 мВт - я выискивал самые мощные DFB лазеры, какие только есть, купил в итоге 95 мВт, причем на 1500 нм диапазон, в 1300 мощность меньше). Рэлеевское рассеяние для 1200 нм будет что-нибудь 3х10-7/метр в 4 пи. Сойтись не может никак.