Для рассчета шумов надо в схеме последовательно с резистором, в данном случае R2 пририсовать источник напряжения, который изображает шум резистора. И считаете поведение схемы, учитывая, что у ОУ одинаковые напряжения на входах.
В данном случае ОУ будет пытаться скомпенсировать напряжение шума, но из-за делителя напряжение на выходе ОУ в 1000 раз больше напряжения на R2. Отсюда и усиление шума.
Если уменьшать R2 шум будет снижаться по корню от значения резистора.

Малошумность резисторов начинает играть, когда на них падает приличное напряжение. По тепловым шумам они такие же, как и обычные.

может я не очень внимательно читал топик, но почему фоновую засветку нельзя померить самим ацп. по моему очень упрощает.

подобным образом я решил задачу измерения пульсаций освещенности в 2-5 люксов.

ОК, но если R2 уменьшить до нуля? Как это отразится на работе схемы?


Можно, я и меряю. Вместе с сигналом и паузах. Затем вычитаю. По-другому её изменение не будет учтено, а это недопустимо.

Тогда получится ТИ с сопротвлением в обратной связи R3 и усилением по собственным шумам в R3/R1 т.е. в данном случае 1000. Шум ОУ - 12 нв/гц1/2, будет на выходе 12 мкв. (ОУ считаем идеальным)
Схемы ТИ усилителя с резисторами, шумящей меньше ТИ с одним резистором, нет.

А жаль, хотелось как-то обойти этот факт. А если сделать ООС частотозависимой и применить вместо R3 комбинацию резистор-конденсатор или просто заменить его ёмкостью? Всё равно ведь у меня стоит после ТИ ФВЧ.

Тогда сразу возникнет серьезная неустойчивость схемы из-за большого усиления - диод ведь и так емкость имеет, одна частотно - зависимая цепь у Вас и так есть ... И она кстати очень даже влияет на шумы, вот расчет для ad825 c 10 Мом, ескость фотодиода + входная емкость ОУ считаем 30 пф :
выходной шум = 0.4 мкв (тепловой шум 10 Мом) + 12 нв* (10 Мом/500Ком) (500 Ком - сопротивление 30 пф на 10 Кгц) = 0.46 мкв (все на sqrt(hz)).

Для Вашей схемы сейчас : 23 нв (тепловой шум 30 Ком) *1000 = 23 мкв. Учитывая втрое больший коэффициент усиления, проигрыш в шумах - 17 раз.

Да, неутешительно ... Спасибо.

В общем, использование AD825 в ТИ-усилителе и ФВЧ даёт неплохой результат, но всё же проблема остаётся. Без оптического фильтра не хватает динамического диапазона какада, а с использованием - не хватает усиления. То есть, можно, конечно, и дальше увеличивать сопротивление в ОС, но Ку этого операционника с разомкнутой ОС относительно невелик. Пришлось вновь задуматься о компенсации фона. В книже "Микрофотоэлектроника", что любезно прислал мне MosAic, наткнулся на способ компенсации засветки при помощи оптрона, фотодиод которого включен встречно-параллельно основному, а светодиод управляется выходным сигналом через ФНЧ. Таким образом в ОС создаётся компенсирующий противоток, пропорциональный НЧ-составляющей. Припоминаю, что и раньше натыкался на эту идею, но как-то не придавал значения. Однако, один из недостатков - увеличение результирующего шума в корень из 2 раз, ведь фотодиод оптрона вносит такой же шум, как и основной.
Поэтому хотелось бы вернуться к тому, с чего начиналась тема - к структуре, подобной OPA380. Что можно сказать о шумах схемы, приведенной ниже? С фоновой засветкой она справляется вполне хорошо, хотя ФВЧ вторым каскадом я бы всё же оставил.
Кроме того, нашёл у AD ОУ с лучшими характеристиками: AD8065. Как Вам?

А Вам сразу примерно это предлагали... Надо оптическим фильтром отстроится от Вашего излучения (полоса рядом с Вашей) и второй детектор с механическим аттенюатором (заслонкой) включить встречно, чтобы уменьшить фоновый ток. Таким образом устраняется влияние нелинейности. Шум, как Вы правильно заметили в корень из двух... А что Вам мешает второй каскад поставить? Кроме того есть еще оптические элементы - линзы, зеркала, которые увеличат световой поток... А естественный шум никак не победить (увы)...
Посмотрите еще OPA657 и иже с ними. Два каскада на Ваших частотах будут давать несколько Мегаом трансимпеданса.

А схема Ваша мне очень не нравится. Она будет менять Вам потенциал на не- и инвертирующем входах. А надо ток туда вливать...

Да нет, с оптроном и проще, и значительно дешевле. И результат, пожалуй, получше будет.

Ставлю, помогает. Но он ведь усиливает в том числе и шумы первого. С этим трудно мириться, ведь Ку первого не реализуется в полной мере всего лишь из-за смещения, вызванного фоном.

Да, это есть. Оптика участвует в работе.

Дело в том, что несколько - уже не хватает Насчёт OPA657: они всё-таки, как и большинство ОУ Burr-Brown, низковольтные. Да и верится как-то с трудом в такие сверхвысокие показатели.


?!
То есть, как это?

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.
OPA655, 656, 657 - коэффициент усиления порядка 1000 - 1500 на 0 частоте, правда долго не падает. Они недаром самим TI даже к операционникам не относятся.
OPA637 тоже шумит больше 825 в ТИ включении. С причинами я не разбирался.

Можно склепать составной ОУ из малошумящего биполярного ОУ и полевого транзистора, но больше 50 Мом в обратной связи все равно не поставить. Да и сделать будет тяжело - паразитные емкости после 10 Мом стучат вовсю.

Ну, сумеете Вы загнать 50 Мом, допустим. Это улучшит сигнал/шум по сравнению с 10 Мом и 5 кратным усилением в sqrt(5) - стоит ли за это бороться такой ценой ?

Схемы с несколькими операционниками при таких больших усилениях - вещь в себе, намаетесь.

А что у Вас второй операционник делает? Меняет напряжение на + входе, а значит и на -....
В духе Вашей идеи надо еще один инвертирующий каскад, а выход интегратора через резистор на (- ) вход.
Про оптрон. То, что мною предлагалось, будет в корне (в зародыше) давить даже импульсные засветки, а Ваша схема с оптроном будет с задержкой работать и импульсных помех совсем не словит. А если словит, то только хуже сделает - выдаст этот импульс искаженным и с задержкой. Таким образом, может не только не избавить Вас от фонового зашкала, а еще и усугубить...
По поводу OPA657. Вот недавно как раз двухкаскадный (ТИ) усилитель на них дал 100К импеданса в полосе около 200МГц. Грубо говоря, произведение усиления на полосу...Ну, Вы знаете...
Посмотрите еще на 8067 -он подобен 657 (К больше 10).

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?

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

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...

Вот, нашёл, кстати, подтверждение своим словам:

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.

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.

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

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.

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...

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.

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?

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

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

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

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.

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?

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.

Так у меня фотодиод с площадкой 13 кв.мм - отсюда и ёмкость.
Cхемка породила несколько вопросов, на которые не могу найти ответ.
Как я понимаю, ток через полевик задаётся резистором в истоке, и при приведенных номиналах составляет около 1мА, соответствуя напряжению затвор-исток примерно -0.5В. Уменьшать ток (для меньшего шума полевика) увеличением номинала резистора в истоке задавать не стали, чтобы не увеличивать его шум. В таком случае режим работы полевика должен быть чувствителен к колебаниям напряжения -5В. Для МОСФЕТа, видимо, придётся подобрать свои номиналы резистора и отрицательного напряжения. Так?
Осталось непонятным:
а) как было получено эквивалентное сопротивление в 6 кОм для расчёта результирующего коэффициента усиления по шуму? Вряд ли сложением номинала резистора в истоке и сопротивления канала, ведь "отсчитываться" оно должно от потециала "земли", а не -5В.
б) как, собственно, происходит само "шунтирование" ёмкости фотодиода ёмкостью перехода затвор-исток?
Ведь тривиальное параллельное соединение емкостей даёт увеличение результитующей ёмкости. С какой стати
Вы не могли бы прояснить?

На пальцах. Вот пусть небольшой заряд попал на затвор. Транзистор приоткроется. Ток увеличится. Потенциал истока полезет вверх, а вместе с ним через конденсатор и потенциал фотодиода. Поэтому динамическая емкость будет почти как у полевика. Другими словами, заряд на фотодиоде почти не изменится.

Тема эта меня тоже интересует.
Herz, а почему Вас так волнуют шумы усилителя? Ведь, кажется, Вы писали, что у Вас очень большая паразитная засветка. От нее-то шумы вроде должны быть намного больше...

У моего диода - около 10 кв. мм, так что 100 пф - многовато. Шум полевика состоит из многих составляющих, поэтому так вот однозначно принимать, что чем меньше ток, тем меньше шум - не стоит.

ОК, кажется, становится понятно.

С установкой полосового светофильтра паразитную засветку удалось существенно подавить. Неизбежно несколько снизился и полезный сигнал. Пришлось увеличить усиление. Обнажились соответствующие проблемы. Впрочем, даже теоретически интересно разобраться.

Судя по заявленному быстродействию, у этого 90-100 пик наберётся. А какой Вы используете?

Да, но "при прочих равных", как говорится, такая зависимость, пожалуй, есть.
Как тогда работает идея с запараллеливанием полевиков для уменьшения результирующего шума?

Диод S3072.

Шумит сопротивление канала. Поэтому запараллеливание снижает шум. Шумовое сопротивление пропорционально дифференциальному сопротивлению канала.

А какой у Вас фильтр? Интерференционный? Тогда есть такая идея. Перед интерференционным принято ставить обычный полосовой. Так вот. Если еще одним фотодиодом смотреть сигнал, отраженный от интерференционного фильтра, то можно сделать отличную (мне кажется) компенсацию фона . Спектр отраженного сигнала будет лежать в полосе стеклянного фильтра за вычетом полосы пропускания интерференционного. Тем более, что интерференционный фильтр подстраивают за счет его поворота относительно оптической оси. Тогда отражение можно под удобным углом регистрировать.
Может Вам можно посоветовать умощнить источник света - поставить их несколько и/или оптику улучшить. Вот зачем Вам диод с такой большой площадкой? Плохая фокусировка?

Нет, фильтр обычный, из этих, но за идею спасибо. Над оптикой работаем, есть некоторый прогресс. А фокусировка неважная из-за того, что объект может немного смещаться в процессе.

Да уж цены неплохие...
А чем Вы светите, какая спектральная ширина? И какая полоса фильтра? Почему-то мне кажется, что лучше фоновый сигнал до усиления вычитать. А то из-за нелинейности усилителя может возникнуть много неприятностей.

совершенно обычные цены
а судя по полосе светит лазером от dvd с учетом температруы и разброса как раз на 10 нм и выходит

А как поступить со вторым затвором?

+5 В относительно истока через RC фильтр.

А для чего у него такая немного странная тактовая - 6,144 МГц?

Насколько я помню, это связано с частотой передачи в канале Т1 - 24*64000*4. Зачем такая привязка, может zltigo объяснит, вроде он специалист по таким каналам.
Я использую с близкой удобно делаемой частотой, например 16 Мгц/3, 40/7 и т.п.

Может, это связано с подавлением цифровым фильтром сетевой частоты 60Гц и её гармоник?

Да, наверное. А кварц - стандартный для частот T1, легко достать. Хотя ведь на 6 Мгц тоже полно кварцев, тоже кратно 60 герцам.

Нет, ну здесь красивее: 60*2^10. Я вот думаю, для моих 50 Гц какой тогда кварц предпочтительнее? По логике, 50*2^10= 5,12 МГц.

Нет, посмотрел еще раз Datasheet, прямой связи с коэффициентом 1024 нет. Входит и коэффициент, задаваемый пользователем в регистре. Чтобы получить пиковое подавление на чатоте 50 Гц, кварц должен быть существенно более низкой частоты, чем 50*1024.
Так что все-таки 6.144 связано с оцифровкой голосовых каналов.

Вчера вот провёл эксперимент с полевичком. На первом снимке - без полевика, на втором с ним. По поводу шума по этому безобразию на экране трудно что-то сказать, а количественно померять нечем. Но вот снижение ёмкости, судя по тау, по-моему, налицо.
Для справки: полевик BF998, Rос - 11 МОм, ёмкостью не шунтирован, ОУ - AD825.
Нажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файла

Эти осциллограммы означают, что каскад работает не так, как задумано - при большой емкости фотодиода долны появляться выбросы, а не заваливаться фронты - ведь получается, что чем больше го емкость, тем больше усиление на высоких частотах. Я подозреваю, что у Вас неправильный фотодиод стоит, с низким быстродействием. Тогда все рассуждения про шумы не годятся. Должен обязательно стоять PiN фотодиод. Обычный при 3 мм размере может иметь завал уже на нескольких килогерцах.

Да в том-то и дело, что тот самый фотодиод и стоит. И другого больше ничего я не менял. Ёмкости монтажа тоже вряд ли существенно влияют.