Для аппликаций, где требуется усиление фототока, вроде, как нельзя лучше, подходит "трансимпеданс" усилитель, т.е. с токовым входом. ОРА380, как заявляется, как раз из таких. Но из DS я так до конца и не смог понять, как он работает. Схемы включения приводятся вполне традиционные; так, будто это обычный ОУ. В чём тогда его особенность и почему он рекомендован именно для:
- photodiode monitoring
- precisin i/v conversion
- optical amplifiers ?
Как работает схема auto-zero в отсутствии/наличии постоянной составляющей сигнала на входе?
Может, кто-то имеет опыт применения этого семейства и может прояснить мне детали?

Это обычный VFB операционник с автокоррекцией нуля (на частоте 10 КГц). Позиционируется для трансимедансного ВКЛЮЧЕНИЯ - т.е. в режиме преобразователя ток-напряжение. Входной ток инвертирующего входа несколько меньше, чем неинвертирующего.

Хотелось бы понять, почему. Не из-за автокоррекции же нуля, в самом деле. Кроме того, неясно как эта самая автокоррекция происходит. Не похоже, что так, как в AD8551, например.
(не получилось присоединить даташит ).

Для усиления фототока используются обычно JFET ОУ. Если у Вас фотодиод, то у него темновой ток будет плавать больше, чем скажется дрейф нуля обычного операционника, особенно если в обратной связи большое сопротивление. Шум в низких частотах у OPA380 просто ОТВРАТНЫЙ. Заявление про low - noise 1/f довольно нелепо выглядит.

Я на сегодняшний день в трансимпедансных схемах применяю AD825 и "самодельный" ОУ, там, где мне надо ну уж очень низкий шум собственно ОУ. OPA655/656 тоже должен неплохо работать там, где нужны высокие скорости. Остальные работают хуже, уж незнаю почему.

У меня именно фотодиод, причём неплохой - FDS100, у него довольно высокая чувствительность и быстродействие. Оказывается, плохим усилителем все его достоинства запросто угробить.
AD825 мне не подходит - у меня 5В питание. А что за самодельный, если не секрет?

Да какой секрет - из полевика и малошумящего биполярного ОУ в применении, где меня абсолютно не волнует постоянное смещение. Помимо того, что вснешний полевик меньше шумит, еще если поставить не диф. каскад, а один полевик, шум будет меньше в sqrt(2).
А какие у Вас частоты и какие требования по шумам ? Может проще -5 В сделать, и поставить более подходящий усилитель.

Честно говоря, требования толком-то всё ещё не сформулированы. (И, боюсь, мне грамотности в области DSP не хватает ).
Известно только, что полезный сигнал - световые импульсы с частотой следования 6,4 кГц, что это меандр, аплитуду которых необходимо измерять с 12-разрядной точностью. И что фоновая засветка (включая постоянный уровень и 50 Гц) может быть на 2-3 порядка выше. (что для FDS100 эквивалентно 15 мкА фототока). Темновой ток не превышает 15 нА. Пожалуй, всё.
-5В добавить, конечно, несложно. Если знать, зачем
Поэтому буду очень признателен за советы.

Тогда Вам скорее всего подойдет opa300, который мне в другой ветке советовали. При наличии фоновой засветки Вас уже не волнует ни дрейф нуля, ни 1/f шум. -5 В нужно будет, если пользоваться ОУ c JFET на входе -им 5 вольт питания маловато. Цепь смещения диода только правильно нарисуйте, чтобы ОУ не захотелось выход в "- " отправить.

Спасибо, я посмотрю. Кажется, он уменя даже "живьём" есть.
Только сейчас до меня дошло, что темновой ток моего сенсора сопоставим с рабочими величинами. Там, где я использовал его раньше, условия были попроще. Придётся, пожалуй, поискать другой фотодиод.

Надо будет морозить уже. 15 на хороший вполне ток для такой приемной площадки. Если у Вас на 15 мка засветки, то наоборот, можно диод и за 10$ взять вместо 100$.

Если непрерывность измерений не требуется и можете управлять источником излучения , то делайте замеры темнового тока в отсутствии радиации а затем вычитайте полученный результат из рабочего измерения.

Да кстати вы же говорите что фоновая засветка состовляет 15 микроА а темновой ток 15 наноА - разница в 1000 раз - этот диод вам вполне подходит. Просто надо бороться с фоном без излученияв - измерьте спектр на выходе фотодиода и оцените уровень помех , затем используйте фильтры для подавления.

Я так и делал, когда мощность полезного излучения была сопоставима с фоном. С помощью Sample/Hold запоминал оба значения, затем из одного вычитал другое и уже разницу дополнительно усиливал. Получалось прилично.
Прошу обратить внимание: ток в паузах - это не темновой ток. Темновой ток - это собственный ток фотодиода в полной темноте.

Теперь же у меня ситуация другая: мощность полезного излучения уменьшилась в сотни раз. То есть, по сравнению с фоновой засветкой, продуцирует ток в десятки нано, что для моего FDS100 уже близко к уровню темнового тока. То есть, даже если фона не будет, сигнал всё равно будет слаборазличим и с нужной точностью мне его не измерить.
А без фильтров действительно никак - надо хотя бы от 50 Гц (и ниже) отстроиться.

Да нет, я ок. $20 платил.
Но, в том-то и дело, что 15мкА - это фон, он меня слепит.

Ну тогда надо синхронное детектирование применять. Один импульс с 12 разрядной точностью ни в жизнь при таких условиях не померить. Да вообще не померить. А на какой длине волны излучение идет ? Может фильтр оптический поставить, чтобы засветку уменьшить ?

Отличие фонового от темнового знаю - немного работал с фотодиодами.)

Может линза тоже полезна будет если излучение рассеянное?

Опишите задачу , может что то другое на ум придет.


Темновой ток в дата шите 20 наноА написан как максимальный . А для какой температуры - не указано . То есть для нормальных условий
он может быть и меньше. Найдите график темнового от температуры или померьте ток самого фотодиода при рабочем обратном смешении.

Так ведь стараюсь применять. Делаю 128 пар последовательных замеров, каждая пара - вкл/выкл источник излучения. Всё это в течение 20 мсек, чтобы сетевые наводки уменьшить, затем разности усредняю. Не Бог весть, конечно, какой алгоритм. Чувствую, радикально модернизировать надо измерительный тракт. Излучатель - лазер (635 - 660 нм), как раз в видимом диапазоне, не очень-то вырежешь. От ИК, правда, фильтр стоит.


Оптика тоже есть, немного выправляет ситуацию, но явно недостаточно.
Задача, в общем-то, такова: отследить изменение степени рассеяния света некоей поверхностью.
Темновой ток у FDS100 реально пониже заявленного максимума в моих экпериментах, видимо, из-за меньшего напряжения смещения, но всё же меня тревожит его возможный дрейф. Думаю, он может менятся в разы, не превышая заявленного максимума.
Я тут посмотрел у HAMAMATSU есть получше экземпляры, например, S1336-44. О цене только пока не узнавал. Серии S2592/S3477 вообще выглядят шикарно, но представляю, сколько могут стоить...

C Hamamatsu не заморачивайтесь с одним диодом - не зная броду ничего не купте, только время потеряете. В вашем случае темновой ток абсолютно не важен - можно работать с сигналами на уровне темнового тока т.к. его флуктуации намного меньше его самого.
Если у Вас лазер, купите notch фильтр у kaizer optics на линию лазера и сразу проблема решится. Да и у нас в Казани по моему делают голографические фильтры. Это выйдет дешевле hamamatsovskogo диода, который не поможет в данном случае. А лазер обязательно He-Ne ? Или полупроводниковый у Вас на такую чудную длину волны ?

2 Herz

Темновой ток вроде бы должен зависеть от температуры а даташит у вас неполный скорее всего. Но конечно разброс есть в значениях от диода к диоду - то что вы компенсируете вычитанием.

Вы лучше всего следуйте советам DS_, я подозреваю что он в этом деле эксперт.)
Предполагаю что в последнем сообшении он предлагал вам увеличить мошность света за счет лазера и тем самым увеличить световой поток в пределах необходимых для измерений с требуемой точностью.

Наверно ваш прибор переносного типа для измерений на ходу довольно таки крупногабаритных предметов, так что у вас есть проблемы фона. Иначе ничем не могу обяснить невозможность оптической изоляции фотосенсора.

Удачи .

Осмелюсь предложить вычесть до измерения ток засветки с помощью второго (лучше идентичного) приемника, смотрящего примерно на такую же поверхность, но куда Ваш лазер не попадает.

Уточню - я предлагаю перед диодом поставить фильтр, пропускающий только линию лазера. Фон сразу сядет на порядки.

Была такая мысль. Только фильтр такой обойдётся мне никак не дешевле $100, а проблему полностью не решит. Ориентировался на это:
Thorlabs
О казанских фильтрах ничего не слышал.
Неужели фотодиод HAMAMATSU будет существенно дороже? Впрочем, одно другого никак не заменяет.

Полупроводниковый. А чем необычна эта полоса? Лазеры тривиальные: Sanyo DL3149-057, DL3147-060 и DL3148-025.
Мне бы больше подошли фиолетовые и, особенно, УФ, но цены на них пока заоблачные.




Спасибо. Хорошая мысль. Но мне представляется труднореализуемой технически, да и удорожит, пожалуй, существенно конструкцию.

Спасибо! Пока таковы требования заказчика: на работу прибора не должна влиять внешняя засветка.
Буду с ним сражаться. Озадачу ценами .

Чтобы узнать базовые цены Hamamatsu, надо зарегистрироваться на их американском сайте всего - навсего. Если Вы будете пытаться купить через их отделении в Швеции, готовьтесь к следующему -

1. Ответят месяца через 2 -3, а то и через полгода.
2. Цена будет в 1.5 - 1.7 больше американской.
3. Затребуют от Вас ворох end-userов и справок
4. Они просто присылают на таможню самой дорогой экспресс почтой через произвольное колическтво месяцев от заказа и оставляют Вас с Шереметьевскими таможенниками один на один. Платить НДС и пошлины, естественно, тоже придется.

В Московском представительстве сидит какой-то блатной мен, который не имеет никаких полномочий, с ним беседовать вообще бесполезно.

С ними(Hamamatsu) имеет смысл связываться, если Вы собираетесь купить что-нибудь на 3 -5 К$ и повторят это в дальнейшем. Тогда есть путь покупки с коэффициентом примерно 1.25 к цене на сайте + доставка, с легальной растаможкой.

А Вы можете описать Вашу задачу в целом, может есть известное решение. Судя потому, что для Вас важны 100$, работаете не на военных.

Шум темнового тока фотодиода на Ваших 6 Кгц будет составлять несколько пикоампер, так что менять диод нет абсолютно никакого смысла. разве что купить с пиком чувствительности на 0.6 мкм. Да, кстати, у Вас есть возможность использовать синхросигнал, который происходит от 6 Кгц Ваших импульсов ? Или приемник-передатчик разнесены ?

Я не нахожусь в Москве, надеюсь, от нас, из Израиля, с ними говорить будет проще.

Не на российских, точно. На самом деле проект связан кой с какими секретами, поэтому подробно описывать просто не имею права.
Я могу потратить, конечно, лишнюю сотню, но сейчас денег на разработку не очень много, да и в итоге прибор должен получиться относительно недорогим, а фильтр, по-моему, деталь, слабо поддающаяся удешевлению.


Всё же, мне непонятно, как мой фотоприёмник обеспечит нужное разрешение для столь слабых сигналов. Хотелось бы остановиться на этом особо. Выбирать же с пиком чувствительности на 0,6 мкм тоже не имеет смысла, ИМХО. Тут так же, как и с фильтром - в перспективе переход на более короткие волны с целью увеличения чувствительности. Лазером же я тоже управляю сам, так что с синхронизацией никаких проблем.

Ну здесь только синхронным детектированием на ваших 6 Кгц. Полосу трансимпедансного усилителя зарежтье как следует (килогерц до 20). Я так понимаю, детектируется рассеяный удаленным объектом свет от лазера ?
В дальномерах вообще говоря мощные импульсные твердотельные лазеры применяют на 1.06 мкм, может и Вам так сделать ? Тогда проблема засветки становится не такой актуальной.

Да, хотелось бы усилитель вообще сделать максимально узкополосным, чтобы НЧ тоже не проходили. Вот насколько - пока представляю слабо. Поскольку сигнал прямоугольный и запуск АЦП происходит не в середине "полки", то как рассчитать верхнюю частоту среза? Может, стоило бы применить интегрирующий АЦП и пусть бы он усреднил мне всё за 20 мс? (в вырезанной полосе, разумеется).
ИК лазеры, как в дальномерах, я применять не могу, ибо степень рассеяния (а, значит, и полезный сигнал)
падает квадратично с увеличением длины волны.

Тут имеет смысл порезать частоту трансимпедансного усилителя даже до 15 Кгц с помощью конденсатора, затем простейший синхронный детектор, потом фильтр воторого порядка на 50 гц. Пото дельта-сигма АЦП.

Я имел в виду настоящий импульсный лазер, например с модуляцией добротности. Поскольку мощность в импульсе вырастут на 5 - 6 порядков, проблема с уменьшением рассеяния станет не актуальной. Еще можно на 2 гармонике с (532 нм) работать. Но это для Вас, наверное, дорого.

Я так понимаю рассеяние идет от дыма/аэрозоля ?

Вы думаете, есть смысл делать синхронный детектор "в железе"? Мне казалось, если я делаю замеры в нужные моменты времени, этого достаточно. И виделось более актуальным сначала избавиться от низкочастотных составляющих, т.е., либо сделать первый каскад усилителем переменного сигнала, либо разделить каскады фильтром (одним каскадом, похоже, никак не обойтись), чтобы сделать сигнал более различимым на фоне засветки (не даёт она мне покоя ).
А почему дельта-сигма именно?

От поверхности, но со схожими свойствами. Мощнее лазер, к сожалению применять не могу, по разным причинам.

Можно и софтом - тоже самое, только тогда отсчеты берите на чатоте килогерц 50 после трансимпеданса. Разрядность АЦП только наверное большая очень будет, раз такое соотношение сигнал - засветка: 12 разрядов+ разряды на засветку, как бы не получилось, что нет такого АЦП. Тогда только аналогово.
Дельта - сигма снижает требования к входным фильтрам.

Ага, медицина значит. А зелененький DPSS не пробовали ? Есть, я думаю, те, которые можно на 6 Кгц замодулировать. У него расходимость получше, да и фильтры на 532 нм - из самых дешевых.

Да, а у импульсного лазера средняя мощность ничуть не больше, чем у Ваших диодов может быть - тем и хорошо. Если не сетчатка глаза или какая-то фоточувствительная химия - разницы почти нет с непрерывным с точки зрения повреждающего эффекта.

К сожалению, не уверен в последнем. Пока эта область изучена слабо, было принято решение нанести наименьший ущерб.
А зачем мне поднимать частоту сэмплирования до 50 кГц? Веть тогда, выходит, и полосу придётся расширить? Будет смысл мерять один и тот же импульс несколько раз? Мне проще время измерений увеличить...
Что такое DPSS, простите?

50 Кгц чтобы не ставить хорошего фильтра. Если Вы возьмете дельта - сигма, и привяжете его к Вашим 6 Кгц синхронизации, так, чтобы он завершал цикл к моменту переключения лазера (с учетом поворота фазы в трансимпедансе), тогда наверное, можно и 12 Кгц обойтись. Мне только кажется, что тогда уже проще аналоговый синхронный детектор сделать, и цифровать уже низкую частоту - сразу упадут требования к динамическому диапазону АЦП. Но это уж кому как привычнее.

DPSS - это твердотельный с накачкой от диодного лазера. Тоже выпускаются вполне малогабаритные. Есть 1.06 мкм, 532 нм, еще синие есть, но это экзотика дорогая.

Теперь ясно, спасибо.
А что Вы скажете насчёт этого семейства?
Может, мне удастся приспособить их под свою задачу?

У Вас задача с высокими требованиями, а это под средние. Я бы не стал связываться - да и скорости не хватает.

Да, они относительно медленные, "напрямую" не применить. С другой стороны, никто меня во времени не ограничивает. Вот, если бы удалось избавиться от засветки или как-то её скомпенсировать, тогда...
Всё-таки 20 разрядов, цифровая фильтрация и т.д. Выглядит солидно.

Посмотрите AD773X - кроме уже встроенного трансимеданса , все остальное получше будет. Только с разрядами повнимательней - чем выше скорость, тем меньше реальных разрядов. Для Вашего применения важно no missing codes т.е. монотонность. Цифровой фильтр - это неотъемлемая часть дельта сигма АЦП.

Хорошо, буду переходить к углублённому изучению вопроса.
Большое спасибо за советы.

Получил, кстати, прайс от Hamamatsu пару дней назад.
В йенах, что интересно
Кое-что выбрал. Мин. заказ берут - примерно на $200, при этом каждой позиции - на $50.
Если заказ меньше, чем на 1кбакс, сотню возьмут за доставку. Если кому интересно, как у нас

Я тут DS посмотрел повнимательнее, выходит на основной моей частоте (6кГц) и Voltage и Current noises у ОРА350 существенно поменьше будут, чем у ОРА300. Полоса, правда, поуже, но мне ведь её всё равно резать. Да и THD, похоже, не хуже. Что скажете?