El siguiente circuito consta de dos diodos LED IR (infrarrojos); uno como emisor de luz (IR1) y otro como receptor de luz (IR2). Están separados por aproximadamente 4 cm, por lo que la distancia no es el problema aquí. El problema es que cuando se aplica onda cuadrada al diodo transmisor, el receptor no "replica" completamente la señal transmitida. La onda cuadrada aplicada en el diodo transmisor da como resultado una onda cuadrada distorsionada en el diodo receptor con un tiempo de caída significativo. El tiempo de caída aumenta a medida que aumenta la frecuencia de transmisión.
simular este circuito : esquema creado con CircuitLab
Señal medida en el diodo receptor versus señal en el diodo transmisor:
En ambas imágenes, la señal idealmente cuadrada se aplica a IR1 desde el generador de funciones. Otra señal, con una pendiente de tiempo de caída notable, es la señal medida en IR2. La imagen de la izquierda muestra medidas tomadas a una señal cuadrada de 1 kHz y la imagen de la derecha muestra medidas tomadas a 10 kHz.
El problema principal aquí es que este circuito es parte del circuito de activación. IR2 luego se conecta al comparador. Esto significa que si la pendiente de IR2 cambia con la frecuencia, la salida del comparador es una señal cuadrada, cuya longitud de estado ON cambia con la frecuencia. Pero si la señal recibida se replicara aproximadamente a partir de la señal transmitida (no en amplitud sino en la forma de onda de la señal), entonces no vería tal comportamiento en la salida del comparador.
NOTA:También traté de reemplazar el diodo receptor con el optoacoplador IR TSOP32230, que está diseñado para usarse como dispositivos receptores de comunicación óptica que funcionan a frecuencias mucho más altas. Su salida era de muy baja amplitud (estado APAGADO = 50 mV, estado ENCENDIDO = 80 mV) pero la forma de onda de la señal recibida era completamente idéntica a la transmitida. La hoja de datos de este optoacoplador indica que la salida debería ser mucho mayor en amplitud, sin embargo, mis mediciones dieron resultados diferentes. El problema aquí sería que si dicho optoacoplador se usara como dispositivo de activación para mi circuito, entonces el comparador necesitaría un voltaje de referencia muy estable, que estaría en algún lugar entre 50 mV y 80 mV para activar correctamente el resto del circuito. Sin embargo, no tengo el conocimiento para diseñar una fuente de voltaje de referencia tan estable. Sería mucho más fácil para mí,
¿Alguna idea de cómo proceder? ¿Se puede compensar de alguna manera el tiempo de caída del diodo IR? ¿O se podría hacer algo más con optocouler?
simular este circuito : esquema creado con CircuitLab
El circuito equivalente de fotodiodo receptor en la foto de alcance de OP es el de la izquierda. Estoy asumiendo una conexión directa a la entrada de osciloscopio estándar que es típicamente una resistencia de 1Meg en paralelo con una capacitancia de aproximadamente 25 pf . El cable de la sonda del osciloscopio agrega aproximadamente 100 pf.
El diodo en sí agrega otra capacitancia (estimada en 30pf).
Las fotocorrientes deben cargar estas capacidades paralelas cuando ven luz. Esto ralentiza el borde de ataque de un "pulso".
Cuando se apaga la luz, estas capacidades deben descargarse de alguna manera. En este caso, la ruta de descarga es a través de la resistencia de alcance de 1M. Esa es una descarga lenta de tipo constante de tiempo RC en el borde del pulso de salida.
La forma económica de acelerar el tiempo de respuesta de este circuito reduce la constante de tiempo RC agregando una resistencia en paralelo (circuito derecho). Ahora las fotocorrientes deben cargar la autocapacitancia del diodo. Se mejora la velocidad de descarga porque la constante de tiempo RC es más corta.
Sin embargo, al agregar R2 (10k), los voltajes producidos por las fotocorrientes en R2 son mucho más pequeños. Aquí hay una compensación: ¿velocidad o sensibilidad? Un resultado del producto ganancia-ancho de banda.
Una solución aún más rápida polariza inversamente el diodo con un voltaje de CC. Esto reduce sustancialmente su autocapacitancia. Más complejidad. Solo notará la mejora de la velocidad si se han minimizado otras capacitancias (como 'alcance, cable).
Un amplificador de transimpedancia es aún más rápido: las corrientes de fotodiodo se aplican a la resistencia de retroalimentación del opamp, en lugar de cargar o descargar capacitancias. Se agrega el condensador C1 (5pf) para controlar el borde transitorio: sin él, los bordes "sonarán" y, a veces, el circuito puede oscilar. El valor de C1 depende del diseño del circuito, las características del amplificador operacional y el valor elegido para R1. Un fotodiodo adecuado (en lugar de un LED) probablemente tendrá una autocapacitancia más pequeña, lo que permitirá una respuesta de tiempo más rápida. Los LED son de área grande y tienen una autocapacitancia sustancial.
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