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!

Усилитель включите в режиме повторителя!

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?

AD8015?

И первоначальную схему бы на бумажке нарисованную.

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?



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

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

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.

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.

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!

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.




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.

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

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.

Кроме резистора там была ещё входная ёмкость щупа осциллографа порядка 13..15 пФ, на 6 МГц у неё импеданс гораздо меньше чем 400 кОм.

Это на паре метров отличная, автор хочет видеть сигналы с расстояния до 50 метров.

Да она портила усиление.Пока нету расчёта не понятно до скольки нужно усиливать. Может и компаратора хватило бы.

А Вы понимаете принцип работы трансимпедансного усилителя? На всякий случай: это преобразователь тока в напряжение. С коэффициентом преобразования, равным сопротивлению в обратной связи. Почитайте букварь.

В чем-то справедливо. Но в ней правильно показано, как нужно подключать ФД, как компенсировать его ток утечки, на какой вход опера подключать ФД и как делать в нем ОС. Остальное - додумает сам ТС.

Хм... интересная тема, похожая задача предстоит. Ждем схему, да хоть на листочке от руки сфотанную.
Я в подобных задачах совершенно не разбираюсь, но казалось что такая задача не должна составлять особую сложность, тем более до 6 МГц всего и 50 метров. Есть же передача данных по воздуху оптика, там наводят оси, несколько километров, сотня мегабит... Но там лазеры конечно.

Что то не нашёл про компенсацию . Подскажите где там про это сказано?

ФД нагружен не на резистор, а на диод D2. Правда ничего не сказано про то, чему равно VCC, но нет в жизни совершенства. Но, по уму, должна быть еще и дополнительная ОС по постоянке или разделительная емкость, которой нет в этой схеме.

Век живи век учись. Я думал диод для защиты операционника от напряжения больше питания....
Может небольшая лишняя постоянка на выходе не мешает работать никому. Или учитывается как поправка.

Трудно сказать что имел ввиду автор схемы. Но нагрузка ФД на диод используется для компенсации сильно изменяющихся токов утечки или постоянной засветки - своего рода простенькое АРУ по постоянному току. Входное сопротивление опера в режиме инверсии намного меньше динамического сопротивления этого диода, поэтому на коэффициент усиления по переменке он практически не влияет.

Это я понимаю. Но в принципе резистор тоже преобразователь тока в напряжение. Чем трансимпедансный усилитель лучше резистора?

Как работает эта схема? Ведь диод заперт? Максимум что мы имеем это токи утечки обратносмещённого PN перехода. Как используя их можно что-то застабилизировать?


Тем что падение напряжения на нём в идеале нулевое. Т.е. резистор в цепи лавинника при протекании тока имеет падение которое вычитается из напряжения смещения лавиниика что уменьшает его усиление. А при трансимпеданснике такого эффекта нет.

1. Тем, что позволяет держать стабильный режим фотодиода. В случае с ЛФД на этом резисторе падает напряжение, а на ЛФД оно снижается. При снижении напряжения ЛФД падает его лавинное усиление (M). Но в вашем случае, когда напряжение велико и падение напряжения незначительно сказываются на режиме применение резистора, возможно, оправданно. Вот когда лавинное зависит экспоненциально и составляет например 40 вольт, то резистор вообще не вариант.
2. Позволяет согласовать входной/выходной импеданс со следующим каскадом. Выход трансимпедансника низкоомный, а нагрузочный резистор надо буферизовать.
Ну и ещё немного про частотную зависимость для высокоомного резистора учитывая его ёмкость. Полоса снимаемая с резистора определяется как его RC. Если резистор 0,2 пФ (типовая емкость SMD элементов) и сопротивление 400 кОм. То -3 дБ будет 1/(2*3,14*400е3*0,2е-12)= 2 МГц. И это не учитывая входную ёмкость следующих каскадов, щупов и др.
Я вам советую выжать как можно больше на лавинном усилении, а затем уже думать, насколько нужно усилить электрический сигнал

Спасибо! Посоветуйте, пожалйста, микросхему для построения трансимпедансного усилителя, которая была бы способна работать на 6МГц (или больше) с ЛФД и давать усиление 400000. Подозреваю, что кроме частотного диапазона имеет значение входная емкость, так?

*
Не существует микросхем с усилением 400 тысяч на частоте 6 МГц. Самые шустрые ОУ типа LM7171 дадут на 6 МГц усиление ~30 дБ (30 раз), микросхема усилитель ПЧ ЧМ приемников 174УР3 дает 60 дБ (1000 раз по напряжению) на частоте 6,5 МГц (ПЧ звука в телевизоре).

Хорошо, что тогда делать? Использовать несколько каскадов?

И еще: как то же люди собирают сигналы на частоте даже 200 МГц. Даже китайский лазерный дальномер излучает и принимает синус на 190-210 МГц без особых усилий. Я же не могу банальные 6 МГц принять на расстоянии больше 2 метров. Может быть я вообще что-то неправильно делаю? Может быть в оптике дело? Я не использую никаких линз. Поделитесь опытом!

6МГц это не так уж банально. И лазер со светодиодом - всё-таки разные вещи. Особенно без линз. А нужное усиление да, достигается хотя бы двумя каскадами. Первый Вам нужен как быстродействующий буфер, второй - для усиления по напряжению до нужной величины. Линзы понадобятся обязательно, ведь Вы хотите дальность до 50м?

Не знаю, реальное ли это оборудование, но тут пишут про 1000 МГц (видимо с модуляцией оно больше): http://www.optica.ru/?page=optica_21LAN3.htm - расстояние 3000 метров. Да, там лазеры.
Какие линзы смогут собрать в кучку свет от светодиода, пусть даже очень мощного, с расстояния 50 метров? Я предполагаю, нужны некоторые пары линз с управляемым фокусом. Существуют ли подобные готовые решения? Или нужно городить своё с моторчиками? А линзы под заказ делать, например полимерные, как в очках.

Линзы нужны на обеих сторонах. Обыкновенные, без всяких моторчиков. Например, для хороших фонариков 50м - пустяк.
Впрочем, автор свою задачу, как водится, не раскрыл, поэтому гадать по поводу оптической схемы преждевременно.

Зачем на обеих? Глаз же видит фонарик и со ста метров, и может понять - мигает он раз в секунду или нет. Причем с любого угла, и можно ближе поднести. А тут электронный глаз. Он может распознать и миллионы миганий в секунду. И тут может быть применена электронная фокусировка, как мне кажется.

Вот для лазерной линии связи как по ссылке - там понятно что можно поставить лазер и две линзы, без всякого автофокуса (максимум, раз в ручную покрутить). Меня же интересует случай, когда угол произволен, и расстояние меняется.