ruido del circuito de la puerta del fotodiodo

Primero, use un amplificador de transimpedancia adecuado inmediatamente después de la salida del diodo. En segundo lugar, asegúrese de que el emisor sea lo más fuerte posible.

Desea utilizar el fotodiodo en modo de fuga inversa, pero desea mantener su voltaje constante. Convertir la señal actual a una señal de voltaje justo en el diodo es una mala idea.

Tratar de modificar este circuito no tiene sentido. Comience con un circuito detector de fotodiodo real, luego vea lo que tiene.

Tomaré una conjetura aquí: también es necesario supervisar la salida. Sospecho que su salida se dispara aleatoriamente y que el transitorio se está devolviendo a la entrada. No ve el efecto en la - entrada debido al filtrado de paso bajo de C1.

Como dijo Olin, necesitas desesperadamente más luz. Consiga un LED de 3W (por ejemplo) en eBay: son baratos.

Haz los cálculos y verás que solo obtienes aproximadamente 1/2 microampo de tu DP.

Ahora, sobre la selección de circuitos. Comience con su simple circuito. ¿Cuál es su velocidad de respuesta intrínseca? Digamos que tienes 20 pF equivalentes en toda la resistencia. Luego, dado que la DP está actuando como una fuente de corriente y tiene (efectivamente) una impedancia infinita, la respuesta en el amplificador será un filtro de paso bajo de un solo polo con una constante de tiempo RC. En este caso, (20 x 10 ^ -12) x (36 x 10 ^ 3) da .72 x 10 ^ -6, o aproximadamente 0.7 usec. Esta es una respuesta decente (pero no excelente) si está buscando la precisión de usec. La cosa es que su señal es muy baja y su comparador no está realmente a la altura de la tarea. Tenga en cuenta que un 393 tiene un voltaje de desplazamiento de entrada de hasta +/- 9 mV y está buscando una diferencia de 4 mV.

Entonces, ¿cómo puedes obtener más señal? Bueno, en este caso podrías intentar aumentar R1 / R2. El problema es que cuando haces eso, aumentas la constante de tiempo de entrada. Si aumenta en un factor de 10, obtendrá 200 mV con una separación de entrada de 40 mV (¡yay!) Con una constante de tiempo de 7 usec (¡boo!). ¿Qué hacer?

La solución clásica es el TIA. Aquí puede obtener un tiempo de respuesta mucho mejor para el mismo nivel de señal. En este caso, sin embargo, tratar con cambios en el nivel ambiental puede ser un problema. Mientras el ambiente cambie lentamente y sea comparable al nivel del LED, puede hacerlo bien.

Un problema que a menudo se pasa por alto cuando se considera un TIA es que, cuando se usa el PD en modo fotoconductor, se necesita un segundo voltaje de polarización de polaridad opuesta, mientras que el circuito directo solo requiere una fuente de alimentación. Bueno, está bien, puede hacer un pequeño convertidor DC-DC para suministrarle un suministro, pero no lo recomiendo debido a los problemas de ruido que presentará. Tal vez cuando tengas más experiencia.

Pero observe que la complejidad del TIA frente al enfoque de detección directa depende de la suposición de que la corriente de DP es baja. Eso es cierto en este caso, pero ¿tiene que ser así? Con más corriente puede usar una resistencia de carga más pequeña y obtener una respuesta más rápida. Como he dicho, puede obtener LED de 3W IR de alta potencia en eBay por poco dinero. Use uno de esos cachorros y obtendrá una corriente PD mucho más alta y un voltaje de entrada más alto (con un diferencial de voltaje mayor en el estado de reposo). Agregar un filtro IR barato frente a la DP es SIEMPRE una buena idea, también. Por supuesto, se necesita una corriente de LED mucho mayor, y esto afectará la selección de la batería, pero esa es una compensación que deberá realizar.

Como empecé a decir, sospecho que, con la diferencia de voltaje en reposo mucho menor que la compensación de entrada garantizada, el comparador se está cambiando al azar, y los transitorios se están alimentando de nuevo a la entrada y aparecen. Por curiosidad, ¿tiene un condensador de desacoplamiento en el comparador? ¿Como, una cerámica de 0,1 uF colocada tan cerca como sea humanamente posible de los pines de potencia / tierra? ¿Tienes un plano de tierra? Ambos pueden ser un problema.

TL: DR: obtén un LED más robusto. Y poner un filtro IR en el fotodiodo. Y presta atención a tus técnicas de construcción.

Gracias a todos por los comentarios y respuestas, en general ayudaron mucho. El misterio del ruido se resuelve. Esta noche volví a encender el sistema y obtuve una línea azul que mostraba una forma de onda en el rango de 50Hz que podía rastrear fácilmente hasta las lámparas Led que iluminaban la habitación. Los apagué y obtuve una bonita línea en el cero (oscuridad y sin iluminación artificial).

Cuando introduje un LED, los niveles aumentaron y se pudo ver una pequeña fluctuación en el azul y leer la línea como se ve en este gráfico:

Unaexcitaciónminúsculadelapuerta(pasandomidedoporeldiodo)medioelsiguientegráfico:

El voltaje de compensación inicial podría necesitar algunos ajustes, como entendí en @WhatRoughBeast, el LM393 necesita una diferencia de entrada de 9mV para producir una salida estable. Esto es manejable.

Entonces, la pregunta es qué causó el ruido: para responder, tuve que recordar la situación en la que me encontraba. Me senté en mi habitación cerca de la ventana. No hay luz artificial sino luz natural. No había luz solar directa en la habitación. Sin embargo, hay un árbol al lado de la ventana y el sol brillaba sobre sus hojas brillando a la luz del sol ... Supongo que esto ha sido la causa de mis distorsiones, la frecuencia de todas las hojas en el árbol que se mueven en el viento y cambian. la luz en mi habitacion ¡Guau que es un sensor sensible!

Entonces, para responder a las preguntas que hice en mi publicación: 1). No esos no son niveles de ruido normales. 2). Tal vez un árbol ;-) 3). El circuito está bien.

Un agradecimiento especial a @WhatRoughBeast y @PDuarte por sus útiles respuestas y comentarios, incluso aunque los problemas se resolvieron por sí mismos, aprendí un poco de esos comentarios y la lectura larga de @WhatRoughBeast (gracias por el gran esfuerzo y la disposición para enseñar un compañero técnico)!