Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Wzmacnianie sygnału z fotodiody

radek h 07 Nov 2007 09:38 13891 76
Altium Designer Computer Controls
  • #1
    radek h
    Level 13  
    Witam

    jestem w trakcie prac nad miernikiem mocy lasera. Bazuje na układzie voltomierza widocznym poniżej. Za pomocą jakiego wzmacniacza wzmocnic sygnał z fotodiody na wejściu IN ? moze ktoś coś zaproponować ?? :)
  • Altium Designer Computer Controls
  • Helpful post
    #2
    nmos
    Level 21  
    Trzeba zrobić wzmacniacz stałoprądowy. Pomiarowy np. na bazie poczciwego OP07. Musisz najpierw określić co chcesz wzmocnić, a potem projektować wzmacniacz.
  • #3
    radek h
    Level 13  
    nmos wrote:
    Trzeba zrobić wzmacniacz stałoprądowy. Pomiarowy np. na bazie poczciwego OP07. Musisz najpierw określić co chcesz wzmocnić, a potem projektować wzmacniacz.


    Chce wzmocnić sygnał z fotodiody SFH 551. Może jakiś schemacik ?
  • #5
    radek h
    Level 13  
    Tego nie przewidziałem :)

    Dobierałem ją pod źródła światła SFH756 o dł. fali 660 nm, który tez pracuje impulsowo ale przełącnikiem zmienia się na pracę ciągłą.
    Jaką fotodiodę mogę zastosować ?
  • Helpful post
    #6
    Mariusz Ch.
    VIP Meritorious for electroda.pl
    Witam.

    Proponowałbym scalony przetwornik światła na napięcie. Przykładowe typy TSL 250/252 , TSLR257, OPT 101.
    Jeśli ma być fotodioda, to najlepsza była by BPW 34 później BPW 21 i ELPD 15-22.

    Pzdr.
  • #7
    radek h
    Level 13  
    Dzięki :)

    a co ze wzmocnieniem ? ten schemat co podałem jest ok ? i jakiego mogę użyć układu scalonego ? Czy ten op07 będzie ok ?
  • Helpful post
    #8
    Mariusz Ch.
    VIP Meritorious for electroda.pl
    Witam.

    Schemat jest dobry. W przypadku zastosowania OP 07 wyrzucasz potencjometr 10k. Prawdopodobnie będzie konieczność zmniejszenia rezystora 1M do 330 - 470k. Jeśli pomiary mają być dokładne, polecam rozbicie wzmocnienia na kilka wzmacniaczy. Stopień wejściowy max 20 i reszta w następnych stopniach. Wynika to z dużej rezystancji wejściowej OP i pracy w układzie nieodwracającym. Następne stopnie w układzie odwracającym. Blok jest liniowy, więc kalibracja wzmocnienia i napięcia niezrównoważenia tylko w jednym miejscu.

    Pzdr.
  • Altium Designer Computer Controls
  • #9
    radek h
    Level 13  
    Mariusz Ch. wrote:
    Witam.

    Schemat jest dobry. W przypadku zastosowania OP 07 wyrzucasz potencjometr 10k. Prawdopodobnie będzie konieczność zmniejszenia rezystora 1M do 330 - 470k. Jeśli pomiary mają być dokładne, polecam rozbicie wzmocnienia na kilka wzmacniaczy. Stopień wejściowy max 20 i reszta w następnych stopniach. Wynika to z dużej rezystancji wejściowej OP i pracy w układzie nieodwracającym. Następne stopnie w układzie odwracającym. Blok jest liniowy, więc kalibracja wzmocnienia i napięcia niezrównoważenia tylko w jednym miejscu.

    Pzdr.


    Mam problem tzn na schemacie zasilanie jest +15 i -15V , reszta elementów jest zasilana napięciem 5V, czy jest możliwość użycia innego układu zeby zasilanie wzmacniacza było też 5V ?
  • Helpful post
    #10
    Mariusz Ch.
    VIP Meritorious for electroda.pl
    Witam.

    Wzmacniacz możesz zasilić z +5v i -5V (z przetwornicy ICL 7660) z uwagi na to, że maksymalne napięcie wyjściowe wzmacniacza jest ograniczone do 1.999V przez wejście ICL 7107.
    Na wyjściu przetwornicy będzie więcej (w sensie matematycznym) niż -5V np. -4,8V - -4,6V i na wyjściu wzmacniacza pojawi się przesunięcie poziomu dla zerowego sygnału fotodiody. To skompensujesz w pierwszym bloku odwracającym w taki sposób jak w przypadku napięcia niezrównoważenia.

    Pzdr.
  • #11
    radek h
    Level 13  
    OK , dzięki za pomoc :)

    Chiałbym sobie zasymulować ten wzmaciacz w Pspice. Czym zastąpić fotodiode ?
    Symuluj wg schematu w załączniku ale coś nie idzie :/
  • Helpful post
    #12
    Mariusz Ch.
    VIP Meritorious for electroda.pl
    Witam.

    Fotodiodę możesz zasymulować źródłem prądowym.
    Prąd ma przepływać przez R3 do masy.

    Pzdr.
  • #13
    radek h
    Level 13  
    Wielkie dzięki już coś sie dzieje w symulacji. Mam pytanie bo chciałbym wzmacniać to jednym stopniem który rezystor mógłbym zastąpić potencjometrm w celu regulacji wzmocnienia i czy ma to sens ?
  • Helpful post
    #14
    Mariusz Ch.
    VIP Meritorious for electroda.pl
    Witam.

    Regulację wzmocnienia uzyskasz przez zmianę R1, jednak nie może on być mniejszy od R2.

    W układach nieodwracających nie stosuję wzmocnienia większego od 20. Wynika to z rezystancji wejściowej wzmacniacza i wrażliwości na wpływ sprzężeń pojemnościowych. Przy dużych wzmocnieniach zbliżenie dłoni może mieć wpływ na napięcie wyjściowe wzmacniacza.

    To samo dotyczy rezystorów większych od 560k.

    Pzdr.
  • #15
    radek h
    Level 13  
    Po symulacji uzyskałem takie wyniki jak w załączniku . Wykres przedstawia napięcie na wyjściuw zależności od prądu źródła zastepującego fotodiode. Rzeczywiście zmieniajac wartośc rezystora R1 zmienia się wzocnienie.

    Czy otrzymane napięcie nie jest za małe tzn czy sygnał jest wystarczająco wzmocniony ?

    Wklej to zdjęcie za pomocą " Załaduj zdjęcie " w czasie edycji postu . Unikniemy wtedy pobierania punktów za pobrany plik . andre1979


    Wzmacnianie sygnału z fotodiody
  • Helpful post
    #16
    Mariusz Ch.
    VIP Meritorious for electroda.pl
    Witam.

    Konieczne wzmocnienie jak i wartość rezystora R3 możesz ustalić tylko w rzeczywistym układzie. Wielkości te dobierzesz tak, aby przy największej spodziewanej mocy lasera uzyskać sygnał wyjściowy bliski 1,999V.

    Pzdr.
  • #17
    radek h
    Level 13  
    Czyli zastosować potencjometr czy wlutowywać i wylutowywać rezystor R3 dobierając na czucie wartość ?
  • Helpful post
    #18
    Mariusz Ch.
    VIP Meritorious for electroda.pl
    Witam.

    Najlepiej wstawić potencjometr wieloobrotowy. W docelowym układzie też on będzie, ale o mniejszej wartości np.1k.

    Wzmacnianie sygnału z fotodiody


    Pzdr.
  • #19
    radek h
    Level 13  
    OK wielkie dzięki, a co na schemacie oznacza Rd ?
  • Helpful post
    #20
    Mariusz Ch.
    VIP Meritorious for electroda.pl
    Witam.

    Rd jest dodatkowym rezystorem układu kompensacji. Wartości nie podałem, gdyż będzie ona wynikała z potrzebnego zakresu. Potencjometr kompensacyjny może być 10k wieloobrotowy.

    Może zaistnieć potrzeba modyfikacji obwodu kompensacyjnego.

    Wzmacnianie sygnału z fotodiody


    Pzdr.
  • #21
    radek h
    Level 13  
    :) Połączyłem wzmacniacz z reszta schematu w eaglu i chciałem zacząc projekt płytki, jednak wybilo mi takie blędy \

    WARNING: Sheet 1/1: POWER Pin U$1 COMM connected to N$45
    WARNING: Sheet 1/1: POWER Pin U$1 V- connected to N$36
    WARNING: Sheet 1/1: POWER Pin U$1 V+ connected to +5V
    WARNING: Sheet 1/1: POWER Pin IC1 V+ connected to +5V
    WARNING: Sheet 1/1: POWER Pin IC2 V+ connected to +5V
    WARNING: Sheet 1/1: POWER Pin IC2 V- connected to N$36
    ERROR: OUTPUT and SUPPLY Pins mixed on net GND

    Co to może byc ? dodam ze dopiero zaczynam bawić się eaglem.
    W załączniku cały schemat :)

    Wklej to zdjęcie za pomocą " Załaduj zdjęcie " w czasie edycji postu . Unikniemy wtedy pobierania punktów za pobrany plik . andre1979

    Wzmacnianie sygnału z fotodiody
  • Helpful post
    #22
    Mariusz Ch.
    VIP Meritorious for electroda.pl
    Witam.

    Na schemacie masz błędy. Odwrotnie włączyłeś C1, C2, C7. Piny US1 30,32,35 i 21 do masy. Wyrzuć R4.
    Zmień zakres wewnętrzny ICL przez zmianę: C6 na 220n , R2 na 470k, C5 na 47 do 100n.

    Pzdr.
  • #23
    radek h
    Level 13  
    Dzięki wielkie. Poprawiłem te kondensatory ale z tymi pinami mam problem ... Podpinam do masy a błędy zostają ... Może robie coś źle ?

    I mam pytanko: Czemu R4 jest nie potrzebny ? :)

    Pozdrawiam
  • Helpful post
    #24
    _jta_
    Electronics specialist
    ICL7107 nie potrzebuje wzmacniacza do pomiaru prądu z fotodiody - wzmacniacz tylko zaszkodzi,
    o ile nie zrobisz go na czymś naprawdę dobrym, na dodatek umiejąc to zrobić, a to nie jest łatwe.
    Prąd wejściowy ICL7107 to około 1pA - rzadko który wzmacniacz operacyjny ma mniejszy!

    Jeśli prąd z fotodiody jest mały, to prawdopodobnie najważniejszy będzie sposób montażu. Chyba,
    że ma być na poziomie pikoamperów - wtedy trzeba robić aktywne ekranowanie (guarding), i do
    tego jest potrzebny wtórnik, który się robi na wzmacniaczu o małym prądzie polaryzacji wejścia;
    wtedy trzeba do połączenia używać kabla antystatycznego w podwójnym ekranie...
    (aha, warto policzyć: jaki będzie czas ładowania kabla do np. 200mV prądem tej fotodiony?
    kabel BNC-50 ma pojemność prawie 1pF/cm - 1m prądem 1pA ładuje się w ciągu 20s)
  • #25
    radek h
    Level 13  
    Hmmm nie wiem czy dobrze rozumiem ale piszesz ze wzmacniacz tylko zaszkodzi ... czyli jest niepotrzebny ? montować na wejscie ICL7107 fotodiode i to wystarczy ? A może fotofiode z wbudowanym wzmacniaczem ?
  • Helpful post
    #26
    Mariusz Ch.
    VIP Meritorious for electroda.pl
    Witam.

    :arrow: _jta_ Troszeczkę przestraszyłeś kolegę radek h. Moim zdaniem OP 07 poradzi sobie w tym zastosowaniu. Były konstrukcje na zabytku uA 725 :wink:

    :arrow: radek h

    Na schemacie błędnie jest poprowadzona masa do pin 30. Tak zwarte masz wejście woltomierza do masy. Usuń mostek R5 - C8 , a masę podłącz z drugiej strony C 8.

    R4 jest zbędny, gdyż z R 5 stanowi dzielnik napięcia wejściowego woltomierza. Nawiasem mówiąc, takie rozwiązanie dzielnika jest "genialne" :wink: . Powoduje zmniejszenie rezystancji wejściowej woltomierza do wartości R5.


    Co do komunikatu eagle'a oznacza on "pomieszanie" połączeń wyjścia i zasilania z połączeniami masy.


    Pzdr.
  • #27
    radek h
    Level 13  
    Podłączyłem tak jak mówisz i dalej jest ten błąd. :| Chyba coś źle robie ...
  • Helpful post
    #28
    Mariusz Ch.
    VIP Meritorious for electroda.pl
    Witam.

    To bardziej wygląda na jakieś ograniczenia eagle'a. Nie znam tego programu. Przypuszczam, że N$ xx to numery węzłów. Program ostrzega przed połączeniem pinu V- woltomierza do N$ 36 oraz pinu V- wzmacniacza do tego punktu. Tak ma być, gdyż jest to szyna ujemnego napięcia zasilania.


    :idea: Na próbę usuń ICL 7660 i daj zewnętrzne zasilanie symetryczne. Zobaczymy jak zareaguje.


    Pzdr.
  • #29
    radek h
    Level 13  
    Wyczytałem w książce ze te warningi są mało istotne, tzn informuja tylko o tym że dana końcówka jest podłączona do innego sygnału niz zdefiniowano w bibliotece.

    Problemem jest ERROR: OUTPUT and SUPPLY Pins mixed on net GND

    który po usunięciu ICL7660 i zasialaniu symetrycznym tez nie znika :|

    Błąd znika po usunięciu masy przy pinie 21 :| ale masa musi być tam podłączona ...
  • Helpful post
    #30
    Mariusz Ch.
    VIP Meritorious for electroda.pl
    Witam.

    Widocznie ICL 7107 jest zdefiniowany do pracy z wejściem różnicowym. W takim układzie jak jest na schemacie, też pracuje poprawnie.

    Pzdr.