Baja velocidad de giro de la salida del circuito del fotodiodo

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He construido un controlador LED y un circuito de fotodetección.

Se hicieron las formas básicas del controlador y el detector.

Driver

Detector

FYI: Partes utilizadas y sus hojas de datos

En esta configuración, quiero controlar un LED y detectarlo tan rápido como cientos de kHz.

Pero, la salida del fotodetector muestra una forma de diente de sierra, no una forma cuadrada, incluso con una frecuencia muy baja, 10 Hz :

La línea azul es el V_OUT en el circuito de dirver, las salidas del fotodiodo, V_OUT en el circuito del detector dibujado con la línea amarilla.

Como puede ver, una tasa de giro del detector no es tan rápida como el controlador. Así que hice una lista de candidatos que pueden causar este problema.

Candidatos del problema de velocidad de rotación lenta

  1. V_OUT en el controlador es diferente de un valor de voltaje real en el LED. (es decir, estoy explorando un punto equivocado. Y el brillo del LED puede no ser una forma cuadrada como la línea azul).
  2. La tensión inversa aplicada en el fotodiodo no es suficiente. En la hoja de datos, BW > 10 MHz cuando V_R = 12 V. Por lo tanto, necesito aplicar 12 V como voltaje inverso en el fotodiodo.
  3. R1 (ganancia) en el controlador es demasiado grande. Por lo tanto, necesito amplificadores operacionales de baja ganancia de varias etapas.
  4. El modo fotoconductor no es adecuado. Es mejor usar fotovoltaica, etc. (Pero, creo que el modo fotoconductor no es incorrecto).
  5. (Si PIN) el fotodiodo no es adecuado. Es mejor usar fotoresistor, fototransistor, etc.
  6. Los condensadores (de realimentación o de cualquier tipo) tienen una capacitancia demasiado baja / alta.

¿Cuál crees que es el punto clave del problema? Si tengo todo mal, por favor corríjame.

    
pregunta Jeon

4 respuestas

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Está utilizando exactamente el mismo circuito que usó en Rechazo de la luz ambiental por fotodetección circuito , y repetiré lo que dije en esa pregunta.

Reducir C6. Ha obtenido mejores resultados al reducir el C6 de 1 uF a 0.01 uF. Reduzca C6 a 1000 pf (.001 uF) y obtendrá resultados aún mejores.

C6 y R1 se combinan para formar un filtro de paso bajo. Con 220k y 1 uF, la respuesta caerá a 1/2 de CC cuando la frecuencia de la señal f $$ f = \ frac {1} {2 \ pi RC} $$ Para su circuito original, esto fue de 1.3 Hz.

Cuando redujiste C6 esto se convirtió en 130 Hz.

Tenga en cuenta que estos números se aplican a las ondas sinusoidales. Es más complicado con tus ondas cuadradas nominales.

Como dije en mi respuesta anterior, ciertamente puede reducir C6 a 1000 pf (.001 uF). Es muy probable que pueda reducirlo a 100 pF y obtener una respuesta aún más rápida. Muy por debajo de 100 pF y, considerando su diseño físico, puede tener problemas de estabilidad.

    
respondido por el WhatRoughBeast
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La red RC de bucle de realimentación es un filtro de paso bajo. Para una primera aproximación, el punto -3dB (1 / (2 * pi R C) es actualmente de 72 Hz. Con el dispositivo 1uF, ese punto era inferior a 1 Hz.

Sus gráficos muestran que la hipótesis es precisa. Iba a ejecutar una simulación, pero el modelo de TI SPICE se rompe en uno de los simuladores.

Puede reducir el tamaño de la resistencia o reducir el tamaño del condensador o ambos.

Tenga en cuenta que, a mayor ganancia, hay un polo formado en la entrada de inversión por parásitos de diseño y un pequeño capacitor a través de la resistencia de retroalimentación no es meramente prudente, sino necesario para el correcto funcionamiento del amplificador.

Si desea operar a 10kHz (ancho de banda de -3dB), comience con un producto RC de 1.6E-06.

Tenga en cuenta que 220k es un poco alto para una resistencia de realimentación; la práctica normal es mantener esto a 100k o menos.

Como experimento, intente 82k para la resistencia de realimentación y 180pF para el capacitor. Tendrá una ganancia menor, pero la salida no debe estar en el límite de velocidad de respuesta (que es lo que está viendo actualmente). Estos valores producen un punto nominal de -3dB de aproximadamente 10.7kHz

La frecuencia máxima para no estar en el límite de velocidad de respuesta viene dada por fmax = Sr / 2πVp, donde Vp es el pico de voltaje que desea obtener de su amplificador y Sr es la velocidad de respuesta disponible en la hoja de datos.     

respondido por el Peter Smith
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Responda a mí mismo. Esto puede considerarse como una especie de informe de progreso.

Con la ayuda de jippie , Lo arreglé reemplazando C6 en el detector con uno de 10 nF. Pero sigue siendo lento cuando la frecuencia se vuelve más rápida.

Leyenda:

  • LED: azul
  • Fotodiodo: Amarillo

10 Hz

60Hz

160 Hz

320Hz

Publicaré otro si hago más progresos.

    
respondido por el Jeon
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Hay dos topologías para un amplificador de transimpedancia

ANODO a tierra

Estatopologíaesexcelentesinecesitaunacargadebajaimpedanciaparaelfotodiodo.

Cátodoatadoferroviario

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Esto es excelente si necesita un mayor ancho de banda pero puede vivir con una amplificación más baja.

    
respondido por el JonRB

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