трансимпедансный усилитель для лавинного фотодиода, помогите, пожалуйста, найти ошибку в проектировании усилителя на 6 МГц Опции

[Alexander889]

Добрый день!

Передо мной встала следующая задача. Собрать усилитель сигнала лавинного фотодиода AD500 http://www.mouser.com/ds/2/313/AD500-8-TO52-S1-14890.pdf. И принять сигнал модулированный меандром 6МГц световой поток от мощного светодиода (3 Вт) на расстоянии до 50 м.

Сначала я собрал элементарную схему Источник питания 150 Вольт ПЛЮСОМ к катоду фотодиода, далее к резистору 400 кОм и резистор на МИНУС источника. Подключаю осциллограф и смотрю сигнал на резисторе - синус 5 Вольтовой амплитуды при достаточно большом расстоянии от светодиода (около 2-3 м).

Хорошо. Теперь тот вывод фотодиода, что шел на резистор подключаю ко входу трансимпедансного усилителя с сопротивлением 5 кОм в обратной связи. Теперь ожидаю, что у меня 5 Вольтовый синус на его выходе появится уже на значительно бОльшем удалении от светодиода. Усилитель ad8032 http://www.analog.com/media/en/technical-d...AD8031_8032.pdf. 80МГц

Но на практике сигнал с усилителя даже слабее чем с простого нагрузочного резистора (что я описал выше). НО есть одна зацепка, при понижении частоты модуляции сигнал возрастает. Делаю вывод о влиянии входной емкости - 1,6 пф. Понижаю резистор в обратной связи до 300 Ом. Никакого значительного эффекта.

Про насыщение усилителя темновым током знаю, учел. Специальный усилитель OPA857 тоже пробовал и такой же завал ВЧ. А нужно то всего 6-12 МГц Что сделать для повышения усиления на больших частотах.

Прошу уважаемых посетителей форума подсказать решение этой проблемы или какую микросхему взять или "куда копать" в поисках ошибки.
Заранее спасибо!

[Парус]

Усилитель включите в режиме повторителя!

[Herz]

Хорошо. Теперь тот вывод фотодиода, что шел на резистор подключаю ко входу трансимпедансного усилителя с сопротивлением 5 кОм в обратной связи. Теперь ожидаю, что у меня 5 Вольтовый синус на его выходе появится уже на значительно бОльшем удалении от светодиода.

На каком основании? Вы уменьшили усиление в 80(!) раз и ожидаете увеличения выходного сигнала?

[Alexander889]

На каком основании? Вы уменьшили усиление в 80(!) раз и ожидаете увеличения выходного сигнала?

Тот описанный выше нагрузочный резистор 400 ком не стоял в цепи обратной связи. Он был просто нагрузкой фотодиода. И я его убрал. А вы предлагаете в обратную связь 400 ком поставить?

[MegaVolt]

AD8015?

И первоначальную схему бы на бумажке нарисованную.

[Парус]

Тот описанный выше нагрузочный резистор 400 ком не стоял в цепи обратной связи. Он был просто нагрузкой фотодиода. И я его убрал.

Зачем?

[Alexander889]

Зачем?

1) Хорошо, я так делал, только резистор 470 ком и фотодиод наоборот стояли (поменяны местами были). но мой ad8032 и в этой схеме почему то заваливает 6 мгц так что, повторюсь, выход оу слабее чем сигнал с резистора. Почему??
2) Если так делать, то зачем тогда трансимпедансный усилитель?

AD8015?

И первоначальную схему бы на бумажке нарисованную.

Спасибо! У ad8015 входная емкость 0,2 пф, поэтому советуете? Схему завтра выложу

Сообщение отредактировал Alexander889 - May 30 2018, 00:03

[Парус]

Посмотрел внутреннюю схему ОУ, вход имеет недостаточно высокое сопротивление.
Попробуйте поставить промежуточный каскад.
прототипы BF599, KSC2757

Эскизы прикрепленных изображений

 

[yakub_EZ]

По моим расчётам 5 вольтовый размах сигнала эквивалентен размаху фототока 5/400е3= 12,5 мкА (i=u/r).
Тот же размах фототока преобразованный трансимпедансником 5к должен дать 12,5е-6*5е3= 62,5 мВ (u=i*r) что в 80 раз меньше и сходится с вашими показаниями.
Сейчас вам лучше всего поднять лавинное усиление до максимально возможного. Т.е поднять напряжение до почти порядка 200 вольт до приемлемого вам соотношения лавинного шума. Ну а дальше выбрать что понравится - оставить нагрузочное сопротивление и усиливать сигнал с него, либо прибегнуть к трансимпедансному усилению.

[prig]

Тот описанный выше нагрузочный резистор 400 ком не стоял в цепи обратной связи. Он был просто нагрузкой фотодиода. И я его убрал. А вы предлагаете в обратную связь 400 ком поставить?

1) Хорошо, я так делал, только резистор 470 ком и фотодиод наоборот стояли (поменяны местами были). но мой ad8032 и в этой схеме почему то заваливает 6 мгц так что, повторюсь, выход оу слабее чем сигнал с резистора. Почему??
2) Если так делать, то зачем тогда трансимпедансный усилитель?

...

Комментить не хочется. Хочется то ли заплакать, то ли ...

М.б. Вам лучше начать с некоторых базовых принципов, потом как следует вкурить тему фотоприёмников, и только потом начинать вопросы задавать?
Тем более, тема фотоприёмников и их "обвязки" может иногда становиться крайне деликатной. Так что, Вы поосторожней с ней.

П.С.
И за что Вы так товарищем Герцем? Таки, уважаемый человек.
Таки, прежде, чем бухнуть ответ, стоило бы попытаться понять смысл его послания.

[rudy_b]

Почитайте тут.

[yakub_EZ]

Почитайте тут.

Статья - бред теоретика! Зачем вообще эти учёные мужи полезли в чужую тему. Занимались бы информационной безопасностью, безопасней бы было всем.
Очень поразил полученный динамический диапазон и расчёт ёмкости обратной связи. Видно, что считали впервые и даже не удосужились проверить. Поэтому остальные выводы статьи для меня под вопросом, много спорных решений.
Для справки - правильный ответ для полосы 100 МГц и для Rf 12 килоом - 0,2 пика не учитывая входную ёмкость ОУ, но не 2 нФ!

[prig]

Статья - бред теоретика! Зачем вообще эти учёные мужи ...
, но не 2 нФ!

Дык, этот учёный муж - китайский аспирант, считай студент. А проф статью вообще не читал.
Похоже, в тему студент въехать пытался, но с ёмкостью фотодиода ошибся на 3 порядка.
А дальше просто сообразилки не хватило, что с этими 2 нФ что-то явно не так.

...
Для справки - правильный ответ для полосы 100 МГц и для Rf 12 килоом - 0,2 пика не учитывая входную ёмкость ОУ, но не 2 нФ!

Строго говоря, правильный ответ зависит от рабочих режимов фотодиода, "паразитов" и х-к ОУ.
И далеко не для всех сочетаний эти 100 МГц достижимы, даже если полосы ОУ хватает.

[SSerge]

Кому не нравятся китайские аспиранты могут почитать
http://www.analog.com/ru/education/educati...nditioning.html
в главе 5 есть про усилитель сигнала с лавинного фотодиода.
перевод:
http://www.autex.spb.su/sensor99.php

[MegaVolt]

У ad8015 входная емкость 0,2 пф, поэтому советуете?

Я его советую потому что он готовый трансимпедансный усилитель в котором резистор уже встроен.
А так же потому что им удавалось вытащить сигналы на уровне 0,5 нВт по свету.
Правда у него выход по моему до 1В.

Но как верно сказали товарищи выше. В вашем первом усилителе было усиление 400к. Даже с 8015 будет 10к т.е. в 40 раз меньше.

И по сути если вас устроила схема с резистором то её же и стоит оставить. Зачем после неё усилитель не понятно. У вас мощность сигнала просто отличная.