Velocidad de respuesta lenta de la salida del circuito del fotodiodo

He construido un controlador de LED y un circuito de fotodetección.

Se hicieron formas básicas del conductor y el detector.

Conductor

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Detector

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FYI: Piezas 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 :

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La línea azul está V_OUTen el circuito del controlador, las salidas del fotodiodo, V_OUTen el circuito del detector dibujado con la línea amarilla.

Como puede ver, la **velocidad de respuesta del detector no es tan rápida como la del controlador. Así que hice una lista de candidatos que pueden causar este problema.

Candidatos del problema de la velocidad de respuesta lenta

  1. V_OUTen el controlador es diferente de un valor de voltaje real a través del LED. (es decir, estoy probando un punto equivocado. Y es posible que el brillo del LED no tenga la forma cuadrada de 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. Entonces, necesito amplificadores operacionales de baja ganancia de múltiples etapas.
  4. El modo fotoconductor no es adecuado. Es mejor usar fotovoltaica, etc. (Pero creo que el modo fotoconductor no tiene nada de malo).
  5. (Si PIN) el fotodiodo no es adecuado. Es mejor usar fotoresistor, fototransistor, etc.
  6. Los capacitores (de retroalimentación o cualquiera) tienen una capacitancia demasiado baja/alta.

¿Cuál crees que es el punto clave del problema? Si me equivoqué en todo, por favor corrígeme.

¿Cómo tallaste C6?
Bueno, en realidad no hay ninguna razón para que elija el tamaño de C6 como 1 uF. ¿Cambiar C6 aumentaría el ancho de banda, la velocidad de respuesta?

Respuestas (4)

Está usando exactamente el mismo circuito que usó en el rechazo de luz ambiental del circuito de fotodetección , y repetiré lo que dije en esa pregunta.

Reducir C6. Obtuvo mejores resultados al reducir C6 de 1 uF a 0.01 uF. Reduzca C6 a 1000 pf (0,001 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 la mitad de CC cuando la frecuencia de la señal f

F = 1 2 π R C
Para su circuito original, esto era 1,3 Hz.

Cuando redujo 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 los 100 pF y, teniendo en cuenta su disposición física, es posible que tenga problemas de estabilidad.

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

Tus gráficas muestran que la hipótesis es precisa. Iba a ejecutar una simulación, pero el modelo 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 inversora por parásitos de diseño y un pequeño capacitor a través de la resistencia de retroalimentación no solo es prudente, sino necesario para la operación adecuada del amplificador.

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

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

Como experimento, pruebe 82k para la resistencia de retroalimentación y 180pF para el capacitor. Tendrá una ganancia más baja, pero la salida no debe estar en el límite de velocidad de giro (que es lo que está viendo actualmente). Estos valores producen un punto nominal de -3dB de aproximadamente 10,7 kHz

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

Respuesta 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

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60 Hz

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160 Hz

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320 Hz

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Publicaré otro si hago más progresos.

Hay dos topologías para un amplificador de transimpedancia

ÁNODO puesto a tierra

esquemático

Esta topología es excelente si necesita una carga de baja impedancia para el fotodiodo.

Cátodo atado a rieles

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

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

Velocidad de respuesta lenta de la salida del circuito del fotodiodo
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