В продолжение темы про Transimpedance, поиск схемного решения Опции

[DS]

На вход подключена емкость (фотодиода), поэтому входное сопротивление (Rос/К) весьма важно в этом случае.

[SasaTheProgramme...]

Так Herzу надо > 3000 на 10 Кгц. А у opa65X - усиление в районе 1000 - 1500, но до очень высоких частот. Для них не подходит формула частота на усиление - смотрите datasheet.

Да, не очень внимательно читала, думалось, что много выше.(и усилиение и потребная частота)...........
А вот странный вопрос возник. Ну пусть усиление 1000. На выходе трансимпедансного каскада пусть будет 1 вольт. Входной ток маленький, частоты низкие, тогда сдвиг на входе всего 1 милливольт будет.
Повлияет ли этот милливольт на фотодиод и его ток? Кажется, что нет. Или только кажется?

Кажется. Фотодиод уже приоткроется и слегка зашунтирует себя как источник тока.
Есть, правда, чисто дилетантская мысль - а нельзя ли "закоротить" постоянную составляющую дросселем? Тогда можно даже попытатся организовать совместно с ёмкостью диода входной контур...

[Herz]

Забыл отметить - я считал для случая наличия на фотодиоде отрицательного смещения. Если Вы его пользуете без смещения - вполне может эффективная емкость фотодиода вырасти во много раз, и посадить быстродействие. При однополярном питании можно посадить + операционника на смещение и тем самым создать отрицательное смещение на диоде.

Да, в самом деле, видимо этим и объяснялось снижение быстродействия при включении ФД в схему ТИ-усилителя без смещения. Ведь, по сути, отличие этого режима от "обычного", обратносмещённого - только в поддержании нулевого смещения. Для линейности это - хорошо, но не для быстродествия.

Как раз в режиме без смещения нелинейность гораздо больше. Поле в переходе сопоставимо с полями, создаваемыми носителями заряда, и наблюдается куча чудес, связанных с этим. При подаче смещения в зоне перехода появляется приличное электрическое поле и носители переходят из режима диффузии в режим дрейфа.

Вот, нашёл, кстати, подтверждение своим словам:

Photodiodes may either be operated with zero bias (photovoltaic mode, left) or
reverse bias (photoconductive mode, right) as shown in Figure 5.4. The most precise
linear operation is obtained in the photovoltaic mode, while higher switching speeds
are realizable when the diode is operated in the photoconductive mode at the
expense of linearity.

В упоминавшейся книжке "Микрофотоэлектроника" я встретил величину ∆Ud, входящую в формулы расчёта ТИ-усилителей и характеризующую [i]точность поддержания смещения" на фотодиоде. Не сразу придал значение, но для оценки линейности схемы хорошо бы понять зависимость линейности от смещения и его дрейфа. Пока нигде не встретил таких данных.

Сообщение отредактировал Herz - Nov 2 2006, 09:08

[DS]

По физике процесса диод без смещения и диод со смещением по линейности не отличаются (если считать смещение строго постоянным). В фотовольтаическом режиме будет еще некоторый множитель меньше 1 в рассчете квантового выхода, связанный с рекомбинацией в переходе. Кстати, рассуждения про фотовольтаический режим нельзя, я думаю, просто переносить PIN фотодиод. Но в любом случае на линейность сигнала это влиять не должно.
В книжке забыли добавить в рассчет шумов еще влияние шумов ОУ. При 0 смещении емкость перехода возрастает раз этак в 5, соотвественно, коэффициент усиления по шумам ОУ ТИ каскада вырастет в эти же 5 раз, и может забить выигрыш от отсутствия дробового шума темнового тока.
Смещение влияет при значении больше некоторого порога очень мало, я думаю можно для реальной схемы не учитывать. Есть тонкости для diode arrayев, где заряд накапливается прямо в фотодиоде, и из-за изменения напряжения смещения меняется емкость, что приводит к сильной нелинейности напряжение/заряд. Но это не наш случай.

[Herz]

В книжке забыли добавить в рассчет шумов еще влияние шумов ОУ. При 0 смещении емкость перехода возрастает раз этак в 5, соотвественно, коэффициент усиления по шумам ОУ ТИ каскада вырастет в эти же 5 раз, и может забить выигрыш от отсутствия дробового шума темнового тока.

А почему увеличение ёмкости должно привести к возрастанию шума? Полоса как раз снижается...

[DS]

Полоса снижается - шум, связанный с ОУ растет. Шум ОУ считается приложенным к его + входу.
А обратная связь в ОУ для него будет задаваться резистором обратной связи и емкостью диода. Чем больше емкость диода, тем больше коэффициент усиления по шуму. С ростом частоты этот коэффициент тоже будет линейно расти.

[Herz]

Про 8065 и трансимпеданс я на этом форуме уже писал - я сам купился на его характеристики, и поставил вместо 825 в серийном изделии. Кончилось очень печально.
Этот усилитель не годится для ТИ с высоким сопротивлением в обратной связи из-за того, что у него есть ярко выраженный второй полюс на средних частотах. Поэтому в ТИ схеме с емкостью фотодиода получается как бы положительная ОС по шумам, шумы абсолютно неприемлимые.

А Вы не смотрели AD8033? Из той же оперы? Я из заказал, хочу пощупать. Для моих частот вроде должны быть приемлемы.
Что интересно, 825-й позиционируется как low cost general purpose amp, а замену ему по сей день непросто подобрать удивительно...

[DS]

Причем похоже, что 8033 - это вариант 825, над которым поработали маркетологи. Параметры по частотным характеристикам и усилению почти идентичны. Те же 25 Мгц единицного усиления, что соотвествует 2000 - 2500 на Вашей частоте в 10 Кгц. Шумы тоже одинаковы. Единственно, что меньше - входная емкость, но в данном случае разницы нет 6 pf или 3.

[Herz]

Частоту модуляции я поднял до 21кГц, сейчас думаю, может, это слишком. Даже учитывая, что форма принятого сигнала сейчас для меня не важна и можно сузить полосу максимально в район этих 21кГц - здесь уже падение усиления существенно. Почувствую я разницу между 10 и 20 реально?

[DS]

Не думаю. Шумы, вносимые ОУ, конечно, упадут в 2 раза, но они меньше шума резистора ОС и так.

[Herz]

Вот ещё THS4601 выглядит весьма... интересно попробовать, как поведёт себя.

[Herz]

Полоса снижается - шум, связанный с ОУ растет. Шум ОУ считается приложенным к его + входу.
А обратная связь в ОУ для него будет задаваться резистором обратной связи и емкостью диода. Чем больше емкость диода, тем больше коэффициент усиления по шуму. С ростом частоты этот коэффициент тоже будет линейно расти.

Наткнулся у Linear на любопытную идею снижения влияния шума ТИ-усилителя как раз для случая с фотодиодами большой площади (и ёмкости). Буду попробовать.

Сообщение отредактировал Herz - Nov 8 2006, 14:09

[DS]

Идея хорошая. Только при токах, которые у них на схеме, bf862 шумит поболее обычного ВЧ MOSFETа, у которого емкость перехода куда как меньше и достать его легче - я пробовал, тоже для снижения шумов, но в немного другой схеме. Так что не обязательно доставать bf862, он к тому же капризный, очень легко посадить его параметры при монтаже. Но идея компенсации емкости абсолютно верна.
Но Вы сначала с карандашиком убедитесь, что у Вас вносит вклад в шумы - схема актуальна для InGaAs диодов, у которых емкость переходов может достигать 1000 pf, для кремния с его 20 - 50 pf надо прикидывать.

[Herz]

Из описания FDS-100 (Datasheet-ом это язык не поворачивается назвать) ёмкость его должна составлять порядка 100 пф (правда, для смещения -20В). При номинале резистора в ОС 15 МОм и частоте 20 кГц КУ для шума составит ок 200. Что даст уровень на выходе порядка 2 мкВ/√Гц, ещё 0,5 мкв добавит сам резистор.
Можно, наверное, мириться. Но "физика процесса" мне понятна не совсем, хотелось бы разобраться. Как, например, обеспечивается (отрицательное!) смещение на фотодиоде порядка -0,5В в схеме на рис.5а, ведь разброс параметров таких полевиков довольно велик? Как Вам удалось прикинуть его рабочий ток и, соответственно, шум? Как Вы использовали MOSFET и какой?

[DS]

Надо, разумеется, использовать схему с конденсатором - Вам же постоянная составляющая не нужна и шум на ней не важен. MOSFET - радиочастотный, какой под рукой будет (bf996 и т.п.). У них обычно при токах порядка нескольких ма шум будет определяться в основном резистором истока, раз здесь рекомендуют его ставить в несколько ком. Я думаю, шумы транзистор+резистор будут порядка входного шума операционника.
Что-то диод у Вас сильно емкостной - у меня с 3 мм площадкой порядка 20 пф, а то и меньше. Соответственно, не надо эту емкость компенсировать.