Нужен ИК фотоприемник на фотодиоде (можно на фототранзисторе) с АНАЛОГОВЫМ сигналом на выходе (напряжение). Приниматься будет не модулированный слабо меняющийся сигнал, нужно точно оценить интенсивность потока излучения. Сигнал с фотоприемника нужно усилить (максимум амплитуды до 5В), причем желательно усилитель с однополярным питанием и полностью согласованный с фотоприемником. Чувствительность - чем больше, тем лучше, и не плохо было бы сразу отфильтровать сигнал паразитной засветки.
Во понаписал В общем схем фотоприемников нашел много, но выбор сделать не могу. Не вижу явных преимуществ одной схемы перед другой, да и всем требованиям не удовлетворяют. А хотелось бы все и сразу Люди, кто занимается фотоприемниками, отзовитесь, пообщаемся

Базовых схем-то там всего ничего, просто вариаций много. Вообще, фотодиод имеет два способа включения - фотовольтаический (еще называют фотогальванический) режим и фотодиодный режим.

В первом варианте фотодиод работает без смещения, выходной сигнал на нем проявляется как напряжение прямосмещенного перехода. Достоинство - простота. Недостатки: существенно нелинейная зависимость выходного сигнала (напряжения) от входного потока; низкие скоростные характеристики - главным образом из-за большой емкости прямосмещенного перехода.

Во втором случае фотодиод включают с обратым смещением. Выходной сигнал фотодиода - ток. Далее по вкусу - можно использовать этот ток непосредственно, можно преобразовать в напряжение на ОУ, например. Самый простой и быстрый вариант - это ОУ в схеме инвертирующего усилителя, только без входного резистора - фотодиод катодом подключается к инвертирующему входу ОУ, анодом на более низкий потенциал. Достоинства: линейная зависимость выходного сигнала (тока) от входного потока, высокая скорость - определяется непосредственно быстродействием ФД и ОУ.

Можно на рассыпухе собрать - в ряде случаев удается получить желаемое лучше, чем на ОУ (у меня был вариант, когда надо было большое усиление, требований по линейности и равномерности полосы не было - собрал схему на двух малушумящих транзисторах, работало и работает отлично).

Вам, по всему видно, надо применять второй вариант. Надо только определиться с полосой - чем шире полоса, тем труднее получить усиление, это очевидно.

Вторая трудность - если есть значительные засветки, придется повозиться, возможно. Фоновые засветки несут две основних неприятности: шумы из-за возросшего тока ФД, а также дробовые шумы (но их влияние, обычно, существенно меньше, они не доминируют и можно их во внимание не принимать) и смещение из-за того же тока.

Еще есть такая особенность, что некторые ФД просто не работают при достаточно сильных засветках - какие-то особенности технологии. Но обычный кремневый ФД (в том числе и pin фотодиод) должен нормально работать и по теории, и на практике. В первом приближении ФД - преобразователь "поток излучения - фототок". Характеризуется интегральной чувствительностью (в полосе длин волн) А/ВТ, емкостью, быстродействием - это основные характеристики.

Для борьбы с большим фоновым током, возникающим из-за фоновой засветки, применяют следующие меры:

1) Ограничивают засветку - либо фильтром, отсекающим излучение на неинтересующих длинах волн, либо, если требуется, оптикой, уменьшающей поле зрения фотоприемника.

2) Применяют частотноизбирательные цепи (фильтры) отсекающие постоянную составляющую (тут начиная от дросселя, включенного параллельно ФД, до цепочек ООС в усилителе - хорошо работает Т-образный мост). Электрические фильты также помогают уменьшить уровень шумов, возникающий из-за фоновой засветки.

3) Применяют активные схемы подачи смещения на ФД - большой постоянный ток утекает в активную нагрузку (например, коллектор транзистора), которая делается тоже частоноизбирательной - НЧ составляющую забирает на себя, для остального представляет собой большое сопротивление. Но с активными нагрузками обычно порядком возни, лучше без крайней необходимости с ними не связываться.

Вот в целом известные проблемы и спобособы борьбы. Конкретизируйте задачу, может удастся что-то более конкретно посоветовать.

Burr-Brown выпускает интегральные фотодиоды с усилителями (однополярные) например ОРТ101. По твоим требованиям вроде подходит. Правда не знаю насколько они доступны. В общем-то раньше таких штук не было собирали на россыпухе и все неплохо работало...
Если будешь собирать на россыпухе, то в плане схемы (присоединяюсь к рекомендациям dxp) советую использовать фотодиод в фотодиодном режиме совместно с преобразователем ток-напряжение на ОУ, схема, например, как пдф-нике. При выборе ОУ следует обратить внимание на то чтобы входные ток и напряжение смещения были как можно меньше (особенно если ты работаешь с постоянным или слабо меняющимся потоком излучения), это позволит уменьшить погрешности обусловленные действием темнового тока фотодиода и входного тока ОУ.
Избавиться от паразитной засветки при работе с постоянным потоком излучения можно путем уменьшения поля зрения оптической системы фотоприемника (при помощи бленд, диафрагм), путем чернения поверхностей неоптических деталей опт. системы, использования просветляющих покрытий. Могут помочь оптические фильтры, хотя если источник паразитной засветки солнце или лампы накаливания, то полностью пар. засв. они не уберут, поскольку и солнце и лампы накаливания отлично излучают в ИК диапазоне…

Посмотрите лог.усилитель типа AD8304, согласован с ф.д , может поможет для
борьбы с постоянной засветкой.

Эта схема - первое что я нашел. Классика, во всех книгах есть. И в общем-то ее и собирался применить, до тех пор пока не полез в инет, в поисках того - как люди делают. И увидел кучу навороченных схем (с несколькими ОУ или 5-7 каскадами на транзисторах). Изучая все это богатство я так и не понял в чем принципиальная разница между этими и указанной базовой схемой. Поэтому и решил спросить. Хорошо, остановимся на базовой схеме. А вот вопрос: фотодиод не порекомендуете с узкой приемной диаграммой (не знаю как это правильно назвать - в общем чтоб геометрически узкий лучик света принимал) или это делается только конструкцией самой оптической системы? И вообще какие есть тонкости при выборе и использовании фотодиода?

Посмотрите TBA2800

Вся разница в нюансах - что нужно в конечном итоге. Ведь применений тьма - к примеру, кому-то нужно измерять освещенность, тут скорость не нужна, но нужна хорошая линейность усиления и диапазон. А кому-то нужно короткие имульсы принимать - измерять их величину (при большой скважности) - тут что-то типа усилителя-интегратора, когда входной импульс заряжает емкость, а потом этот сигнал уже усиливается усилителем с большим усилением и небольшой полосой. А кому-то просто надо регистрировать короткие импульсы, но что-бы усиление было как можно бОльшим, а потребление и стоимость как можно меньше (эту задачу пришлось решать в свое время мне - сделал усилитель на двух транзисторых каскадах). И т.д.

Т.ч. не обращайте внимания - сколько задач, столько и решений. Фотодиод можно в первом приближении считать источником тока. Во втором - не очень хорошим источником тока - выходное сопроитвление составляет, обычно, единицы килоом, т.ч. это надо учитывать - входное сопротивление нагрузки должно быть достаточно малым, чтобы избежать нелинейности (схема на ОУ прекрасно фиксит этот недостаток, надо только позаботиться о достаточном быстродействии ОУ). Ну, и еще емкость параллельно этому источнику тока. Емкость обычно составляет 10...1000 пФ. Это в фотодиодном режиме, т.е. со смещением. Ессно, чем больше смещение, тем меньше емкость, хотя у современных pin фотодиодов уже при смещениях 5 В достигается минимальная для данного ФД емкость.

Таким образом, имея в виду вышеописанные моменты, можно вполне успешно проводить моделирование в том же спайсе. Всегда так делал.


Ну, конкретный тип Вам придется выбрать самим. В даташитах на ФД всегда приводят все их основные электрические и оптические характеристики. Это интегральная чувствительность, зависимость чувствительности от длины волны, в т.ч. и с учетом фильтра, если он есть, и диаграмму поля зрения.

Неплохие ФД делает (делал) Vishay (бывший Temic). Еще Атмел, вроде, делает фотопримники - они купили, afaik, подразделение то ли Телефункена, то ли еще кого-то. Отделение так и называется - Атмел-Гренобль. Совершенно точно делают ПЗС линейки и матрицы. Но и обычные ФД тоже должны делать.

Из отечественных производителей можно обратить внимание на подукцию ПО "Протон", г. Орел. У них есть неплохие и дешевые pin фотодиоды серий КДФ111[2,5].

Сам уже давно ничего в этой тематике не делал, стал отставать от жизни. Чтобы конкретно посоветовать, надо заново делать поиск и обзор.

Я вот тут встретил некоторые сведения о борьбе с этой емкостью. Как думаете стоит ставить этот конденсатор в обратную связь или воспользоваться повторителем? Или влияние емкости фотодиода не имееет сильного значения?



Вот ссылка на оригинал http://usefuls.narod.ru/tech/8/0/3.html

Здесь тоже надо творчески подходить. Очень зависит от как от самого ОУ, так и от требований к схеме (быстродействие, коэффициент преобразования тока в напряжение и т.д.) . Очевидно, что случае большой емкости по ООС образуется RC цепочка, которая приводит к фазовому сдвигу и, как следствие, к возбуждению. Для коррекции сдвига фазы, как там говорилось, ставят параллельно резистору ОС емкость. Или применяют финт с повторителем.

Но сведения те, как видно, за 1998 год, с тех пор много воды утекло. Появились новые ОУ с гораздо лучшей нагрузочной способностью по току (выходное сопротивление ОУ тоже ведь участвует, особенно, когда резистор ОС небольшой - а в быстрых схемах он небольшой), появились и новые фотодиоды с малой емкостью - искать среди быстродействующих. Но самое главное, Вы сами можете это все оценить: нарисуйте схему в спайсе/микрокапе/любом другом электронном симуляторе, поставьте источник тока с параллельно подключенными к нему резистором килоом 3-10 и емкостью - в соответсвии с даташитом на использованный ФД, подключите ОУ (модели ОУ нынече очень хорошие, подробные, составленные прямо на дискретных компонентах, а не виде формулы) по схеме и посмотрите, что получается. Если будет "гудеть", работать неустойчиво, тогда и меры принимать - вплоть до дополнительного повторителя (заодно и эффект от него можно будет увидеть, сам такое не применял, ничего сказать не могу).

Делал когда-то нейтрализацию емкости фотодиода для расширения полосы: эффективная емкость фотодиода снижалась в 11 раз. Не судите строго за корявость - сейчас бы полевой заменил на ОУ и подавление емкости стало бы больше: давно было, а сейчас только идея.

Емкость фотодиода оказывает влияние только на быстродействие прибора. А как понял, вам быстродействие не нужно : "Приниматься будет не модулированный слабо меняющийся сигнал". Обратите внимание на линейность зависимости между входным световым сигналом и выходным напрежением.

А как добиться линейности? Только выбором соответствующего фотодиода?

По отношение линейности они все одинаковые. Скорее всего надо ток через фотодиода выбрать как можно по-менше и усилитель за фотодиода сделать с большой динамический диапазон. И конечно, если за ним будет контроллер, то можно ввести линеаризационная таблица при обрабатывание сигнала. Но так все, вообще говорю. Лучше скажи конкретнее - какая задача?

Я бы не утверждал так категорично, мои коллеги по команде в свое время проверяли линейность фотодиода ФД256 (он по моему к pin-диодам относится) так вот с ней (с линейностью были проблемы), к сожалению давно дело было данные по исследованиям не сохранились...

По моему реч не идет о pin диод... Пин применяется когда быстродействие нужно. Я думаю что в данном случае и фототранзистор пригодится.

pin-фотодиоды кроме всего прочего отличаются высокой интегральной чувствительностью, и когда необходимо измерять относительно слабые опт. сигналы логичнее их использовать. А с фототранзистором ИМХО возни больше...

Эт конечно так, но и Вы и я не в курсе какая конкретная ситуация, так что...

Люкс-Амперная хар-ка фотодиода линейна в широком диапазоне освещенности, но это при работе в реж. короткого замыкания.
"Стандартная" сх. вкл-я ФД с ОУ - преобразователь "ток-напряжение" в которой обеспечивается этот режим. Дольше - дело техники.
Реально: Схема на ОУ с ФД265 при пост. засветке 20000лк принимает импульсный сигнал с расст. 2м с той-же амплитудой, что и в темноте.
Имеется многолетний опыт таких разработок.

Удачи.

может поделитесь секретами своего мастерства
а то у меня больше 60 дб линейности не получается ?

Сообщайте пожалуйста больше подробностей в постановке задачи. Подходы бывают очень разные. Я так и не смог уяснить задачу, поставленную в начале темы.

Что касается линейности, то для фотометрических целей она обеспечивается более чем на 9 порядков освещенности (при выборе фотодиода с малыми током утечки и последовательным сопротивлением)

Рекомендую AppNotes от Hamamatsu для изучения матчасти.

Мне на днях сказали, что можно в реальном масштабе времени видеть интенсивность
принимаемого ИК излучения с помощью обычного инфракрасного порта компьютера и некой программулины. Беглый поиск информации об этом никаких результатов не дал. Есть у меня подозрение, что это все выдумка - разубедите меня

Однозначно, нельзя в обычном виде. В IrDA приемниках стоит пороговый элемент с гистерезисом и давится постоянная составляющая, на выходе - логический сигнал.

Вот если дополнить его быстродействующим оптическим коммутатором (чтобы промодулировать световой поток) и аттенюатором (чтобы найти порог срабатывания), то можно. Только все это будет выглядеть как "то самое вырезание гланд..."

Где-то уже писал тут про сердитое решение для ввода аналоговых величин в комп - 555 таймер на игровом или параллельном порту. На игровом разведено питание, но нужен поллинг, а на параллельном есть прерывание - выбирайте!

Posmotri etot IR to Voltage converter c amplifier. Ispolzuu v svoem robote

классно расскезываете "net"-я попробовал повторить ваш рассказ на плате - пока что результат каки раньше- солнечная засветка мешает приему импульсов- может схемку подкинете? был бы очень признателен

Alexandr, я рекомендовал бы Вам сначала потратить время на изучение матчасти: http://books.google.ru/books/about/Photodi...amp;redir_esc=y
Автор этой книги - Jerald Graeme, дока в области построения фотодиодных усилителей (рекомендую погуглить его презентации). Если собираетесь и дальше заниматься данной тематикой, то эта книга должна быть настольной (must have).
Преимущество этой книги в том, что в ней системно изложены вопросы разработки/применения технических решений фотодиодных усилителей с применением операционных усилителей. Также в книге приведены конкретные схемы с объяснением принципов их работы, а также приведены методики расчёта таких схем.
После ознакомления с матчастью, я предполагаю, что Ваше задание на разработку фотодиодного усилителя конкретизируется, и тогда можно будет понять, какой спектр схемотехнических решений для Вас наиболее подходящий.

Думаю, Alexandr уже не только матчасть изучил, усилитель успешно разработал, но и успел забыть о нём. Ибо последнее сообщение было более семи лет назад...

Полностью согласен, поздно обратил внимание на дату, 2005 год.