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 de corriente en una señal de voltaje directamente 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.

Adivinaré aquí: también debe controlar la salida. Sospecho que su salida se activa aleatoriamente y el transitorio se retroalimenta a la entrada. No ve el efecto en la entrada - debido al filtrado de paso bajo de C1.

Como ha dicho Olin, necesitas desesperadamente más luz. Consígase un (por ejemplo) LED de 3W en eBay, son baratos.

Haga los cálculos y verá que solo obtiene alrededor de 1/2 microamperio de su PD.

Ahora, sobre la selección de circuitos. Comience con su circuito simple. ¿Cuál es su velocidad de respuesta intrínseca? Digamos que tiene un equivalente de 20 pF en la resistencia. Entonces, dado que el PD actúa 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 0,72 x 10^-6, o alrededor de 0,7 usec. Esta es una respuesta decente (pero no excelente) si está buscando precisión usec. La cuestión es que su señal es muy baja y su comparador no está realmente a la altura. Tenga en cuenta que un 393 tiene un voltaje de compensación de entrada de hasta +/- 9 mV y está buscando una diferencia de 4 mV.

Entonces, ¿cómo puedes obtener más señal? Bueno, en este caso podría intentar aumentar R1/R2. El problema es que cuando haces eso, aumentas la constante de tiempo de entrada. Aumentar por un factor de 10 le dará 200 mV con una separación de entrada de 40 mV (¡sí!) con una constante de tiempo de 7 useg (¡boo!). ¿Qué hacer?

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

Un problema que a menudo se pasa por alto al considerar un TIA es que, al usar el PD en modo fotoconductor, necesita un segundo voltaje de polarización de polaridad opuesta, mientras que el circuito directo solo requiere un suministro único. Bueno, está bien, puede hacer un pequeño convertidor DC-DC para darle un suministro, pero no lo recomiendo en vista de los problemas de ruido que presentará. Quizás cuando tengas más experiencia.

Pero tenga en cuenta 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 digo, puede obtener LED IR de 3W de alta potencia en eBay por poco dinero. Use uno de esos cachorros y obtendrá una corriente de PD mucho más alta y un voltaje de entrada más alto (con un mayor diferencial de voltaje en el estado de reposo). Agregar un filtro IR económico frente al PD también es SIEMPRE una buena idea. Por supuesto, se necesita una corriente de unidad de LED mucho mayor, y esto afectará la selección de la batería, pero es una compensación que deberá hacer.

Como comencé diciendo, sospecho que, con la diferencia de voltaje en reposo mucho menor que la compensación de entrada garantizada, el comparador cambia aleatoriamente y los transitorios retroalimentan la entrada y aparecen. Solo por curiosidad, ¿tiene un condensador de desacoplamiento en el comparador? ¿Como, cerámica de 0.1 uF colocada lo más cerca posible de los pines de alimentación/tierra? ¿Tienes un plano de tierra? Ambos pueden ser un problema.

TL: DR - Obtenga un LED más robusto. Y pon 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 está resuelto. Esta noche volví a encender el sistema y obtuve una línea azul que mostraba una forma de onda en el rango de 50 Hz que podía rastrear fácilmente hasta las lámparas LED que iluminaban la habitación. Los apagué y obtuve una buena línea en el cero (oscuridad y sin iluminación artificial).

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

Una minúscula excitación de la compuerta (pasando el dedo por el diodo) me dio el siguiente gráfico:

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

Entonces, la pregunta sigue siendo qué causó el ruido: para responder eso, tuve que pensar en la situación en la que me encontraba. Me senté en mi habitación cerca de la ventana. Sin luz artificial sino con luz diurna. No había luz solar directa en la habitación. Sin embargo, hay un árbol junto a la ventana y el sol brillaba sobre sus hojas brillando a la luz del sol... Supongo que esta ha sido la causa de mis distorsiones, la frecuencia de todas las hojas del árbol moviéndose con el viento y cambiando. la luz de mi habitación. ¡Vaya que es un sensor sensible!

Entonces, para responder 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, aunque los problemas se resolvieron solos, aprendí un poco de esos comentarios y la larga lectura de @WhatRoughBeast (gracias por el gran esfuerzo y su disposición para enseñar a un compañero técnico )!