Добрый день.

Покритикуйте пожалуйста схему "шустрого" усилителя для фотодиода.

ТЗ: Хочется "смотреть" в инфракрасный лазер передающего Ethernet-модуля (1.25ГБит/с, 850нм). Видеть меандр непосредственно не нужно, нужно видеть изменение интенсивности при старте и при отключении лазера с максимально возможным разрешением (по времени). Т.е. самое важное - скорость, второе по важности - точность. При этом детали - только те, что есть в Чип-Дипе или доставаемо за разумные деньги и сроки.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

В качестве диода выбрал SD5421 (SD3421/5421) как наиболее шустрый из доступных (tr=15нс). Использовать его буду со смещением в 20В. Для того, чтобы полностью использовать его скоростные характеристики решил сгородить к нему I->U преобразователь и усилитель.

Диод подключается к точке INPUT схемы. Транзистор X1 используется в качестве I->U преобразователя, на резисторе R2 макс. полезный сигнал составляет 0.4 В. Чтобы отделить постоянную составляющую от сигнальной сделал еще один такой же каскад на X2 и подал одинаковые режимные токи за счет зеркала Q2-Q3. В жизни резистор R1 будет дополнен переменным.
Для усиления разностной составляющей сделал диференциальный усилитель на X3-X4 c выходными повторителями X5-X6. Сигнал буду снимать с точек OUT_A - OUT_B.

Будет ли все это работать ? Может я чего не учел ? Может надо по-другому ? Благодарен за любые комментарии.

PS. Рассыпуха а не операционник потому, что:
1. Операционники с малыми входными токами обладают невысокой частотой (150МГц), а хочется построить усилитель с "запасом", даже не смотря на то, что диод такой частоты не обеспечит.
2. Дешево

Работать в сколь-нибудь широком (и не очень) температурном диапазоне не будет.
Схему можно сделать работоспособной выкинув полевики .
Ещё более улучшить схему можно выкинув также (заменив резисторами) X1,X2,Q2,Q3 .
При том токе фотодиода, что Вы имеете - 40мкА, достаточно нагрузить фотодиод на ~2к и поставить любой быстрый (средне) компаратор, работающий по входу с близкими к нулю сигналами.

Похоже, мощность излучения будет достаточно высока для того чтобы не использовать ОУ с экстремально низкими входными токами. Поэтому посоветовал бы всё же интегральный усилитель, проще будет добиться стабильности характеристик.

При высоких частотах можно нагружать диод на 50 ом и смотреть осциллографом.

Почему ? Вроде я везде по режиму обратные связи ввел...


Токи плечей в усилительном диф. каскаде по 15мА, соответственно базовые токи X3 X4 будут десятки микроампер, что сопоставимо с сигналом. Для этого введены повторители на полевиках.


Ну будем считать, что общая емкость, на которую работает фотодиод ~1нФ (щуп, вход осциллографа, монтаж, емкость фотодиода). Тогда тау = 2К*(10E-9) = 2 мкс, а фронт импульса ~5мкс. Хочется работать на 2 порядка быстрее... И я не понял - зачем компаратор ?


Ну вобщем-то да... Хотелось универсального решения - сделать приставки к осциллографу, которая может измерять интенсивность инфр. излучения в диапазоне хотя бы 3х порядков.


Да... В даташите именно так... Но уровень сигнала - единицы милливольт. Я пока считаю, что чувтсвительность регистратора (осциллографа) как раз милливольт. Поэтому приходится делать усилитель.

Одолжите у кого-нибудь стандартный широкополосный усилитель с 50 омным входом и все дела.
Или сделайте сами - 10 кратного усиления вполне хватит.

Да, именно такой усилитель я и хочу сделать, только со 100 кратным усилением. Просто никогда не делал - вот и решил посоветоваться с общественностью. Единственно, мне вобщем-то не нужно привязываться именно к 50 омам, чем меньше, тем лучше.

"Стандартный широкополосный усилитель с 50 омным входом" имеет на входе резистор в 50 ом, далее повторитель, а затем усилитель, схема которого мне и нужна. Я посмотрел в инете - все усилители без постоянной составляющей, а мне нужен сигнал полностью, т.е. с постоянной составляющей, поэтому и пришлось придумывать. Если Вы какую-то схему знаете - намекните, я дальше сам разберусь.

Позволю себе вернутся к основному вопросу: схема-то работоспособная ? Нет явных ошибок ?

Благодарю за отзыв.

А Вы посчитайте, какая будет нужна полоса для того, чтобы иметь хорошую плоскую характеристику до 100 МГц с коэффициентом 100. Вам совершенно обоснованно предложили остановиться на 10. Или два каскада... А 50 ом просто удобно - стандартные кабели, хотя если рядом с приемником, то можно и 100 - 300 ом, тогда можно меньшим усилением обойтись... и одним операционником...

Грубая оценка: ток фотодиода от 10нА до 40мкА - 4000 градаций. Минимальная чуствительность осциллографа 1мВ. Следовательно необходимый максимальный уровень сигнала - 4В. Минимальное время на которое способен фотодиод - 15нс, значит необходима скорость нарастания ~266 В/мкс (это выходной каскад). Следовательно максимальная частота синуса 150МГц. Я взял гигагерцовые транзисторы.

В шумах я не разбираюсь, поэтому какой уж получится минимальный уровень чувствительности, такой и будет.

По поводу Вашей задачи - усилитель для синусоидального сигнала 100МГц должен иметь полосу в 100 МГц. Я не прав ? А частота его единичного усиления должна составлять 10 ГГц. При усилении в 10 раз полоса f1 - 1ГГц, как раз мой случай.



Все верно. 2 каскада и есть. Коэффициент усиления диф. каскада - 10, а перед ним предварительный каскад на X1.



Не понял я про приемник. Чем больше сопротивление, тем больше изменение напряжения на фотодиоде при изменении его тока, тем ниже быстродействие из-за необходимости перезарядки емкостей малым током. Поэтому нужно всемерно уменьшать сопротивление.

Операционник не подходит из-за низкой скорости нарастания выходного сигнала (те, что с ПТ на входе). Мне выше предлагали отказаться от точных измерений и взять скоростной операционник, но я пока не решился - верю, что схема оживет

Зачем велосипеды изобретать...
http://www.analog.com/en/fiberoptic/transi...ts/product.html
Образцы придут дней через 10... Можно и купить...
Или другие отсюда..
http://www.analog.com/en/fiberoptic/transi...ucts/index.html

Да, похоже именно этот велосипед я и изобрел

Но пока все равно на транзисторах сделаю - дешевле, да и схему уже прорисовывать начал. Предусмотрю подключение этой штуки, и если уж совсем не заработает, то куплю и поставлю ее.

Спасибо

Таких велосипедов полно. Вот еще..., например:
http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/opa2846.html
Образцы еще быстрее едут.
Может и другие подойдут. А цена... Вы большую серию планируете? У Вас на рассыпухе деталей много, и плата сложнее.

Не, образец один, просто бюджетники мы...

На самом деле для операционника понадобится 2 питания, понадобится высоковольтное питание для фотодиода, все равно останутся выходные повторители. А пока - единое питание 27В.

Вопрос-то даже не в том, почему сделано именно так, а в том - заработает ли ?

Так и скажите, что поэкспериментировать хочется. Нормальное желание, даже на пользу пойдёт.

Несогласованная пара полевиков даст очень большой температурный дрейф.

Входным источником для полевиков являются резисторы 10к, биполярные вполне могут работать от такого источника и имеют намного меньший температурный дрейф.

Извиняюсь, невнимательно прочитал что Вам нужно, решил что только обнаружение сигнала.

Ну вцелом ясно всем спасибо за участие