Он может быть даже и третьим. Я сталкивался с тем, что ADшные новые ОУ в трансимпедансном включении ведут себя хуже расчетного, по устойчивости, и, главное, по шумам. Объяснением может служить только частотная коррекция где-то в первых каскадах, которая задирает (а не снижает) усиление на ВЧ.
DSIoffe:
Вместо 3 Ком надо включить параллельно 100 Ком 27 пф - резултат будет тот же самый. Тау системы будет 2.7 мкс. Сейчас у Вас не лучше т.к. Вы построили усилитель напряжения в 33 раза. Поэтому при скачке тока через диод нарастание выхода будет определяться 900пф*3ком = 2.7 мкс. А шумы - больше и устойчивость хуже.

А на низких частотах будет хуже(?). Может, автору и полочку хочется?

Про полочку не понял, а на низких частотах сходится к тому же самому + шум 3 Ком.

С резистором схема уже не генератор тока.
Разность потенциалов с двух сторон схемы "фотодиод - резистор" равны?
Фактически вы просто отбрасываете часть фототока.
А с плавающей землей не пробовали этот фотодиод?

повторюсь

Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Подскажите, пожалуйста, что такое DDCxxx? Сунулся на TI, но не понял, куда смотреть.

А на входе ниже не будет, имхо, пока ОУ работает, ибо напряжения на входах будут одинаковые практически, то есть нулевые. А с нулевыми - можно. Другое дело, что при совсем малых сигналах на выходе точного нуля не обещано, но это мне не мешает.

Результат будет очень не тот же самый, если верить Micro-Cap, фронты очень сильно затягиваются, раз в 5. Усилителя напряжения в 33 раза у меня не вышло. На всякий случай кладу окончательную схему, чтобы было нагляднее. Всё тот же усилитель тока через фотодиод, имхо. Вот только линейность падает, так как напряжение на фотодиоде уже не нулевое.

Полочку хочется, да

Равны, оба раза ноль. С поправкой на смещение ОУ, конечно.
По-моему, не отбрасываю, весь ток так и течёт в R1,
А как здесь будет выглядеть плавающая земля?

Емкость фотодиода заряжается через 3 Ком, поэтому все равно присутствует постоянная времени 2.7 мкс. Для высоких частот это совсем не усилитель тока через диод, т.к. его ток будет шунтирован емкостью в 900 пф. Что-то Вы не так считаете.

DDCxxx, ACFxxx

Внешний источник +0.6 В. По ВЧ посадить на 0.

Интересно. Техника расширения полосы при помощи Bootstrap Buffer, актуальная для фотодиодов с большой ёмкостью мне известна уже достаточно давно. Но не догадывался, что:

С чего бы это?

А куда тогда течёт ток через резистор ОУ?
Они же навстречу должны были.

То есть? А в узле, к которому подключен вход ОУ, аннигилировать?

Вот если бы не было ОУ - тогда резистор 3 кОм - был бы нагрузкой для диода.
А так, это просто делитель чего-то там.

А он и так нагрузка для диода. Потому что в точке соединения диода с резистором обратной связи - виртуальная земля. И фототок, текущий через резистор 3к - это тот же ток, что течёт через Roc (100к) и по величине, и по направлению.

Автор упорно не хочет попробовать устранить влияние емкости фотодиода
каскадом ОБ со смещением в базе(и заземлением по переменке).
HEX даже .pdf приложил.

В качестве нагрузки - не очень подходит.
Отрицательный ток и без него вытекает в точке подключения ОУ.
Какая-то амплитудозависмая плавающая земля получилась - в точке подключения фотодиода и резистора 3 кОм.
Чем больше фототок, тем меньше усиление?

Да нет, поменяйте мысленно R2 и диод местами - суть от этого не изменится. Ток ведь, в идеале, от приложенного к диоду напряжения не зависит. Но решение мне тоже не нравится.

Но при увеличении фототока, падение напряжения на резисторе 3 кОм будет расти - а это как то должно повлиять на ВАХ фотодиода - не может быть, чтобы не влияло.

Оно, по идее, может начать смещать диод в прямом направлении, что не есть хорошо, конечно.

сколько можно толочь воду в ступе ?
в pdf-ах ВСЁ разжёвано...

А почему возникает "возбуд" при увеличении фототока?
Я не понял...
Растолкуйте тогда, если вы все поняли.

полагаю, из-за применения слишком быстродействуещего ОУ.
и не возбуд, а звон

можно попытаться применить сдвоенный ОУ AD8652.
вторую часть использовать повторителем, параллельно фотодиоду.
придёться подняться над землёю хотя бы на пол вольта.
зато - по-прежнему 4 корпуса: ОУ, фотодиод, резистор, ёмкость ему в параллель. Но на НЧ, наверно, шуметь будет прилично - такой уж ОУ !

Пояснения будут. Вот только чуть освобожусь...
У меня к вам последние вопросы:
1. Какова реальная длительность фронтов сигнала от источника?
2. Не превышает ли ток фотодиода 50 мкА в максимуме? Присутствует ли звон при меньшей амплитуде сигнала?
3. Напоминает звон затухающую синусоиду или ее форма сильно изкажена (несколькко приплюснуты верхушки)?

Попробуйте AD797 - у него в datasheet как раз пример работы на диод 1000пф.
А ещё можно повторить схему из журнала.

Простите, что вклиниваюсь. Тема как-то прошла мимо - времени было маловато, но уж если подняли...
Ув. DSIoffe, как обстоят дела с усилителем? Думаю, что мог бы Вам помочь и в расчёте, и в исследовании явлений, происходящих в системе датчик-усилитель. Простите, но думается что Ваше временное решение - лишь паллиатив, не позволяющий реализовать возможности данныых приборов в полной мере.

Нехорошо так делать. Резистор шумов только добавит.

ЗЫ. Вообще-то, неплохо было бы знать, что именно Вы хотите получить от данной системы. Подробные характеристики описать придётся.

Огромное спасибо.
А вот как раз начал рисовать рабочую схему. То, с чего я начал - это временное, чтобы программист мог как-то работать.
Параметры усилителя заказчик просит такие:
------------------
1) Диапазон измеряемых амплитуд тока 0,1 мкА - 100 мкА, приведённая погрешность измерения для любого значения - не более 0,01%.
2) Время нарастания и спада импульса света на фотодиоде 1 мкс.
3) Должна быть предусмотрена возможность калибровки этого усилителя.
4) Характеристики измерителя (шумы, входное сопротивление и др.) должны обеспечить заданные параметры при использовании фотодиода со значением динамического внутреннего сопротивления не менее 10 ком и значений длительностей импульсов более 1 мс. (Это фраза из ТЗ, я ещё не понял, как с ней бороться)
------------------
Динамический диапазон большой, придётся делать переключение диапазонов усилителя.
Раз зашла речь о приведённой погрешности, то надо помнить и про АЦП. Частота измерений должна быть до 100 кГц. Время одного измерения - не больше 3 мкс (это такое системное требование, я пока не понял его смысла. Что-то вроде времени выборки УВХ.
Буду очень благодарен за мысли.

Сумасшедшие дела...
0.1 мкА *1 мкс= 100фК . Уже внушает... А сотая процента от этого... будет 10 аттокулонов.
И... вот не очень понятно... за 1 микросекунду сигнал должен установиться с точностью сотая процента? Тоже весело. Как бы это самому проверить и других убедить?
И где взять фотоприемник с такой стабильностью?
Может, я не так все это понимаю?
Если так, то сколько же это должно стоить? Завидую...или... нет...

Да, составитель ТЗ физику учил неважно. За 1 мксек при токе 0.1 мка заряд будет 625 000 электронов. т.е. абсолютный предел по шуму 0.125%. Это если все остальное находится при температуре абсолютного нуля.

На диоде это сделать абсолютно невозможно, тем более 900пф!
Ставте ФЭУ - для них уже имеются усилители с ацп , которые обеспечат характеристики в нижнем диапазоне токов,
ну а в верхнем можно и диод.

Это условие - самое тяжкое. Сомнительно, что такую точность измерения удастся обеспечить (во всяком случае, автокалибровку системы потребуется делать постоянно).

Скажите, а форму фронтов как-нибудь можно описать? Лучше даже форму импульса целиком.

Это ясно. Более того, сам режим измерения должен быть прерывистым (цикл измерения - цикл автокалибровки). Тоже не слишком просто здесь всё...

Про динамическое выходное сопротивление - видимо, имеется в виду фотогенераторный режим ФД, иначе действительно непонятно.
Моя мысль заключается в том, чтобы в течение 1+ миллисекунды сделать многократный замер мгновенных значений сигнала, а потом, используя данные об его форме, вычислить амплитудное значение (с этим тоже всё непонятно: что подразумевается под амплитудой?) Если сигнал имеет плоскую вершину, участки фронта и спада можно просто отбросить, а значение "полки" найти усреднением. Наблюдение в течение 1 мС теоретически позволит "подняться" над шумами для обеспечения точности в 0,01%, но практически этого достигнуть очень трудно.
Другой способ заключается в том, чтобы накопить заряд, протёкший через ФД за время действия импульса, в интегрирующей ёмкости, а потом измерить на ней напряжение. Только в этом случае придётся знать длительность импульса (можно измерить), и, вероятно, его точную форму.

Рекомендую начать с опорного источника. Сделать опору с подобной погрешностью ох как непросто. Во всяком случае, без термостата не обойтись, и ширпотреб лучше не применять.
Вот из этих можно что-либо попытаться подобрать. Тоже ширпотреб, но не совсем уж галимый. А лучше поискать специальные, метрологические.

Последнее действительно не совсем понятно. Но АЦП лучше оставить "на закуску".

ОУ для подобного усилка нужно выбирать с малыми входными токами и частотой единичного усиления 10+ МГц (навроде LTC6240 от LT). На фотодиод можно попробовать подать отрицательное смещение - это уменьшит барьерную ёмкость перехода и увеличит устойчивость усилка. Нужен, правда, ФД с очень малыми обратными токами (пошукайте по форуму, ссылки здесь пробегали на такие).
Схему включения ФД с большой ёмкостью можно сделать так, как предлагает LT:
http://www.linear.com/pc/productDetail.jsp...09,C1100,P25554
Только полевик придётся поискать с током утечки затвора не более десятка пА. Можно, конечно, и больше, но тогда всё - в термостат.


Ну да, за микросекунду протечёт примерно такой заряд, что ж тут эдакого?
Очень даже может быть...


Да откуда микросекунда взялась-то?
Речь идёт о миллисекундных импульсах минимум, если я правильно понял. А это уже можно попытаться измерить.

Насчет сотой процента за 1 мксек- ничего особенного, лет 20 назад пришлось делать СВХ для группового кодека ИКМ, там как раз пришлось обеспечивать динамическую погрешность такого порядка. Даже пришлось разоработать установку (аттестованную) для отбраковки ОУ как раз по времени установления с точностью 0,01%. Современные ОУ упрощают задачу. Вот упомянутые статические погрешности- это действительно озадачивает.

ФЭУ тоже кванты принимает, поэтому тоже никак.



Может, если делать повторитель или усилитель с небольшим усилением (с резисторами до килоома) на ОУ, то полегче. А вот трансимпедансный усилитель для таких токов - совсем другое дело. Там и резистор(ы) поболее, и корректирующая емкость с паразитной индуктивностью. Полоса-то нужна плоская плоская... И проверять трудновато. Стандартный способ - генератор 50-ти омный, два конденсатора - один на землю, другой с емкостью, равной емкости фотодиода - на вход. Так мало того, что генератор должен быть хорошим, так и емкости для сотой процента в широкой полосе... И как измерять...

Высокоомный резистор можно заменить на Т-образную цепь с целью снижения Р-Ц ОС.

Емкость, все равно, нужна. Лучше бы идеальная... А Т-образный мостик шумит сильнее значительно. И (на) землю гадит.

А ничего не сказано в ТЗ про то, что нужно измерять среднее по миллисекунде. Это было бы уже реально. А просто из требования передавать 1 мкс фронты и точности в 0.01% прямо следует, что необходимо измерять разницу в 625000 е.

Если не страшный-страшный секрет, то неплохо было бы описать физическую постановку задачи. Ведь скорее всего что-то в ТЗ совсем не то имелось в виду.
Потому что, если требуется, например, знать интеграл интенсивности, то задача становиться вполне реальной, только требующей аккуратности.
А в нынешней формулировке не сулит ничего хорошего, кроме (возможно бесполезных и лишних) усилий при разработке и последующего геморроя при сдаче работы.

Даже не разницу - это предел измерения.

Я это требование почему-то углядел только у Тани, а никак не у автора темы. DSIoffe, проясните ситуацию, плиз.

Присоединяюсь.
Из ТЗ, который предоставил Автор, следует, что нужно сделать не систему измерения интенсивности света, а просто измеритель тока, что далеко не одно и то же. Вообще, ТЗ так формулировать неправильно - нужно задавать, прежде всего, начальные условия и желаемый "выхлоп", а как реализовать железо в рамках установленного бюджета, - решать разработчику.

Спасибо всем большое! Я очень извиняюсь за то, что не отвечаю сразу. Появляться на форуме больше двух раз в сутки я просто не могу,иногда и раз не выходит.
Значит, так. Поехали по порядку.

Как бы сформулировать, где у него расхождение с физикой? Было бы очень интересно. Дипломатичные формулировки я беру на себя.

Я возьму светодиод и буду его зажигать импульсами вот с такими фронтами по 1 мкс. Зачем предъявлена такая точность к фронтам - не знаю. Смогу задать вопрос "зачем", если убедюсь, что мне этого не сделать. С цифрами. Пока не готов.
Длительность импульса от 100 мкс до единиц секунд. Усреднять нельзя ничего, интересует динамика сигнала в пределах импульса. Фотодиод будет смотреть на этот светодиод. Измерить заряд могу, время импульса буду знать.
Как источник опорного напряжения могу использовать хоть нормальный элемент, габаритами я не ограничен.
По температуре требования не слишком жёсткие, то, что обычно бывает в помещении лаборатории.
За физическую постановку задачи пока не возьмусь говорить, сам не понимаю этих материй. Сделать нужно измерительный комплекс. Я ещё просто не спрашивал здесь советов про управление светодиодом, там намного больше требований. Начал с простого

Можно здесь поподробнее? Цепи высокоомные, токи маленькие. Как оно может заметно нагадить? И почему сильнее шумит? Сопротивление же меньше у резисторов.

Если Вы считаете электроны (а измерение тока - это оно и есть), то при отсуствии любых других шумов, точность счета, ограниченная физическими законами - корень из их числа. Т.е. при измерении тока в 0.1 мка за 1 мксек при неизменном токе результаты последовательных измерений будут различаться в пределах корня из 625000 т.е. примерно на 800 электронов. Что ограничивает точность 0.125%
Говоря другими словами, Вы здесь вступаете в область, где нельзя принебрегать дискретностью заряда и свойствами частиц.

Кстати, для таких измерений надо измерять интегралы токов между выборками, иначе точность будет ухдшаться еще больше, за счет того, что время выборки меньше интервала.

Это, собственно не Т-цепь шумит- шуметь будет ОУ, в цепь ОС которого она включена. Поскольку коэффициент передачи Т- цепи меньше единицы, следовательно коэфф. усиления будет величиной, обратной- т.е. больше 1. В том числе и для вн. шумов ОУ. Это если предположить, что ко входу подключен ИТ, как у вас. Если просто резистор- тогда все усугубляется.

Нет. В трансимедансном включении шум определяется как правило только шумами резистора ОС. Т-цепь в таком применении дает увеличение итоговых шумов в корень из коэффициента деления цепи. Т.е. если заменяется 100 Мом резистор цепью из 1 Мом и делителя 1 к 100, то шуметь будет как 10 Гом.

так и я о том же- входной шумовой ток усиливается.

Да нет, усиливается Uш резистора ОС.

Разумеется, и это тоже.

На фтп есть книжка Graeme J.G. Photodiode Amplifiers (McDrawHill, 1995)(K)(T)(ISBN 007024247X)(259s)_EE_.djvu - там про всё это написано.
На практике я выбираю шум резистора так, чтобы он был меньше шума транзистора в 4-5 раз, слишком задирать резистор тоже не стоит.

В случае Т-цепи с точки зрения шумов, как собственных, так и обусловленных шумовыми токами лучше выбирать резисторы как можно меньше, но, само собой, ограничение по коефф. усиления снизу мешает. ЭТо понятно все.

Это, помнится, мне уважаемый DS ещё здесь в своё время объяснял...

Я очень извиняюсь, а откуда цифра 625000?

(1e-7 A * 1e-6 сек)/1.6е-19 Кл = 625000