Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Wzmacniacz transimpedancyjny - liniowość

Ba_rt 18 Lip 2016 16:16 1305 12
  • #1 18 Lip 2016 16:16
    Ba_rt
    Poziom 12  

    Witam,

    Zbudowałem układ nadawczo-odbiorczy z torem optycznym działającym w podczerwieni. Nadajnik działa w sposób impulsowy (PWM z odpowienim wypełnieniem) sprawdzony, działa poprawnie, ale pojawiły się problemy z odbiornikiem. Jego rolę pełni układ wzmacniacza transimpedancyjnego (MCP602-I/SN) wraz z diodą FSH213 FA oraz rezystorem 1MOhm. Zasadnicze problemy są 2:

    1. Odpowiedź układu obiorczego na pojedynczy błysk diody nadawczej nie jest liniowa (widoczne na poniższym oscylogramie). Podejrzewam, że może to być związane z nagrzewaniem się diody nadawczej w trakcie generowania impulsu, co powodowałoby spadek jej mocy optycznej ?

    2. Mam dostęp do zestawu filtrów optycznych o znanych przepuszczalnościach, dzięki czemu jestem w stanie zbadać liniowość układu odbiorczego w szerszym zakresie. Dla małych wartości tłumień (10-15%) odpowiedź jest całkiem liniowa, lecz im większa wartość tłumienia tym układ zachowuje się coraz bardziej nie liniowo.

    Proszę bardziej doświadczonych kolegów o poradę. Jeśli będą potrzebne jakieś dodatkowe, bardziej szczegółowe informacje to proszę pisać :)

    Wzmacniacz transimpedancyjny - liniowość

    0 12
  • #2 18 Lip 2016 20:25
    CosteC
    Poziom 27  

    Hej

    Hipoteza o nieliniowości źródła jest ciekawa, czy możesz powiedzieć co to za źródło? Impuls jest dosyć długi - 130 us, możesz mieć rację co do nagrzewania się źródła.

    Czy dobrze zrozumiałem, że jeżeli zwiększysz tłumienie (filtrem) to z układ zaczyna odpowiadać w sposób z zrzutu z oscyloskopu, a dla małych tłumień jest "lepiej"? Czy możesz pokazać jaka jest różnica?

    Pozdrawiam
    CosteC

    0
  • #3 18 Lip 2016 20:45
    Ba_rt
    Poziom 12  

    CosteC napisał:
    Hipoteza o nieliniowości źródła jest ciekawa, czy możesz powiedzieć co to za źródło? Impuls jest dosyć długi - 130 us, możesz mieć rację co do nagrzewania się źródła.

    Nadajnik to klasyczne źródło prądowe na wzmacniaczu operacyjnym z diodą emitującą na częstotliwości bodajże 850nm.

    CosteC napisał:
    Czy dobrze zrozumiałem, że jeżeli zwiększysz tłumienie (filtrem) to z układ zaczyna odpowiadać w sposób z zrzutu z oscyloskopu, a dla małych tłumień jest "lepiej"? Czy możesz pokazać jaka jest różnica?

    Układ odpowiada cały czas w sposób widoczny na zrzucie z oscyloskopu, jednakże dla większych tłumień (optycznych) nachylenie przebiegu napięcia wyraźnie się zmienia (jest mniejsze). Impuls trwa tak na prawdę 200us, także zbocza sygnału są dosyć "położone". Wynika to z konfiguracji odbiornika - "photovoltaic mode", dioda odbiorcza pracuje przy braku polaryzacji - precyzja kosztem szybkości działania (przynajmniej w teorii...). Precyzując jeszcze obserwowaną nieliniowość - mierzę napięcie przy braku tłumienia oraz w momencie kiedy umieszczam w torze optycznym filtr (widoczny glitch na oscylogramie to moment próbkowania ADC). Na podstawie stosunku tych dwóch pomiarów określam poziom tłumienia. Stosując filtry o coraz to większych tłumieniach, wyniki różnią się coraz bardziej od tego co powinienem otrzymać.

    0
  • #4 18 Lip 2016 21:54
    435758
    Użytkownik usunął konto  
  • #5 18 Lip 2016 22:03
    Ba_rt
    Poziom 12  

    Nie rozumiem trochę wpisu kolegi majeranek53, ale proszę bardzo:
    nadajnik (wersja z tranzystorem NPN, zasilanie 5V):https://www.bme.uconn.edu/sendes/Spring05/Team3/papers/design2_files/image026.jpg

    odbiornik:https://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/thumb/f/f1/TIA_simple.svg/375px-TIA_simple.svg.png

    0
  • #6 18 Lip 2016 22:23
    CosteC
    Poziom 27  

    Obawiam się, że bez prawdziwego schematu będzie trudno coś pomóc - układ wbrew pozorom jest szybki, w każdym razie dla zastosowanego wzmacniacza.

    Czy możesz zdjąć też oscylogram z rezystora mierzącego prąd diody źródła? Na pewno nie jest idealnie prostokątny, natomiast pytanie jak dalece.

    Czy można prosić zrzuty z oscyloskopu dla małego i dużego tłumienia?

    Układ samplowania na pewno szkodzi układowi wzmacniacza transimpedancyjnego, ale to inna rzecz.

    0
  • #7 18 Lip 2016 22:40
    Ba_rt
    Poziom 12  

    Kompletnego schematu nie posiadam, jest to prototyp i testuje różne układy, konfiguracje. Jutro prześle ww. wykresy.

    0
  • #8 18 Lip 2016 23:12
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Na oscyloskopie widać sporo szumów, przyjrzyj się czy nie są okresowe, bo może jeden z układów sie wzbudza. Zarówno wzmacniacz transimpedancyjny jak i źródło pradowe mogą być niestabilne, czasami skutkiem niestabilności jest nieliniowość.

    Parametry dynamiczne obydwu układów można zbadać niezależnie, bez elementów optoelektronicznych.

    0
  • #9 19 Lip 2016 08:51
    Ba_rt
    Poziom 12  

    Wspomniane wykresy:
    Kolejno:
    1. Brak tłumienia
    Wzmacniacz transimpedancyjny - liniowość
    2. ~26% tłumienia
    Wzmacniacz transimpedancyjny - liniowość
    3. ~35% tłumienia
    Wzmacniacz transimpedancyjny - liniowość
    4. Przebiegi napięcia na rezystorze pomiarowym w źródle
    Wzmacniacz transimpedancyjny - liniowość
    Wzmacniacz transimpedancyjny - liniowość

    Cytat:
    Na oscyloskopie widać sporo szumów, przyjrzyj się czy nie są okresowe, bo może jeden z układów sie wzbudza. Zarówno wzmacniacz transimpedancyjny jak i źródło pradowe mogą być niestabilne, czasami skutkiem niestabilności jest nieliniowość.

    Szumy wynikają raczej z zasilania (zasilacz 24V-> przetwornica-> stabilizator). Problemy ze stabilnością miałem wcześniej, przy innej wartości wzmocnienia w odbiorniku. Z pomocą przychodził kondensator wpięty równolegle do rezystora wyznaczającego wzmocnienie. Przy takiej konfiguracji ww. problemy również występowały.

    0
  • Pomocny post
    #10 19 Lip 2016 15:32
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Widzę że oglądasz przebiegi na duzym wzmocnieniu, w takiej sytuacji nalezy zawsze sprawdzić czy obserwowane efekty nie są spowodowane przesterowaniem wzmacniaczy w oscyloskopie po którym potrzeba trochę czasu aby parametry znowu sie ustabilizowały, każdy oscyloskop ma tu nieco inny zapas dynamiki, a producenci tego nie podają.

    Sprawdź czy przebiegi na 50mV/dz mają taki sam zwis, obejrzyj przy takich samych ustawienaich przebieg z jakiegoś wyjścia cyfrowego.

    Na przebiegu z rezystora pomiarowego w źródle widać przeregulowanie, pokaż samo zbocze przy krótszej podstawie czasu - wraz z "dzwonieniem" które zapewne tam jest.

    0
  • #11 19 Lip 2016 15:51
    Ba_rt
    Poziom 12  

    jarek_lnx napisał:
    Widzę że oglądasz przebiegi na duzym wzmocnieniu, w takiej sytuacji nalezy zawsze sprawdzić czy obserwowane efekty nie są spowodowane przesterowaniem wzmacniaczy w oscyloskopie po którym potrzeba trochę czasu aby parametry znowu sie ustabilizowały, każdy oscyloskop ma tu nieco inny zapas dynamiki, a producenci tego nie podają.

    Sprawdź czy przebiegi na 50mV/dz mają taki sam zwis, obejrzyj przy takich samych ustawienaich przebieg z jakiegoś wyjścia cyfrowego.

    Rozdzielczość ADC to około 0.81mV, także muszę oglądać na dużym wzmocnieniu, aby cokolwiek zauważyć. Na to o czym piszesz wpadłem niestety stosunkowo późno. Początkowo kiedy oglądałem chociażby przebieg napięcia na rezystorze pomiarowym w źródle, nachylenie wykresu było dużo większe (na ostatnim przebiegu z mojego poprzedniego postu jest nadal delikatnie widoczne). Związane to było (jest) ze złym wykalibrowaniem sondy pomiarowej (nie kalibrowałem jej na najmniejszym możliwym zakresie pomiarowym oscyloskopu). Przebiegi na 50mV/dz maja oczywiście taki sam "zwis" :) Dodatkowo potwierdziłem to jak najbardziej punktowym pomiarem ADC w dwóch różnych miejscach przebiegu (na początku i końcu, odczytując różnicę).

    jarek_lnx napisał:
    Na przebiegu z rezystora pomiarowego w źródle widać przeregulowanie, pokaż samo zbocze przy krótszej podstawie czasu - wraz z "dzwonieniem" które zapewne tam jest.

    Dzwonienie występuje -> skończone pasmo wzmacniacza. Mógłbym wstawić szybszy wzmacniacz, skompensować go i położyć nieco zbocza PWM, ale... problem nachylenia przebiegów się rozwiązał :) Najprawdopodobniej, potwierdziła się teza, że dioda nadawcza pod wpływem samoogrzewania zmienia swoją charakterystykę emisji światła. Zmniejszyłem prąd w nadajniku z 200mA do 10mA, nie zmieniając czułości odbiornika (dołożyłem soczewkę skupiająca do nadajnika). Efekt widoczny poniżej:
    Wzmacniacz transimpedancyjny - liniowość
    Nie zgadza mi się to niestety z tym co obserwowałem poprzednio -> przy zmiennej tłumienności ośrodka, nachylenie przebiegu się zmienia. Powinno to dowodzić, że cokolwiek to jest (było), powinno być niezależne od układu nadawczego :(

    Problem samej nieliniowości odpowiedzi przy różnych filtrach niestety pozostał. Dla małych wartości tłumień otrzymuje poprawne wyniki, dla dużych zaniżone.

    0
  • #13 20 Lip 2016 03:19
    akytam
    Poziom 16  

    Pokaż Kolego przebieg wyjściowy tak jak w poscie #9 przebieg 4 tzn żeby "dół" przebiegu i jego "góra" były w oknie oscyloskopu. Wtedy w skali będzie widać ewentualny zwis odpowiedzi całego toru.

    0