Помогите с базовой схемой трансимпедансного усилителя

Я студент-физик и делаю проект, в котором мне нужно обнаруживать умеренную интенсивность света с максимально линейной реакцией (измерение углов с использованием закона Малюса (линейная поляризация)). В любом случае, я использовал фотодиоды в фотопроводящем режиме без усиления (просто последовательно включенный резистор), и он работал достаточно хорошо, но несколько дней назад у меня были ОЧЕНЬ шумные показания (я использую Arduino в качестве АЦП). Я не знаю источника шумных показаний, но полагаю, мне следует потратить время на то, чтобы сделать всю схему более устойчивой к шуму. Помимо фильтров нижних частот, я думал, что усиление сигнала на стороне датчика поможет (между датчиком и ардуино есть кабель длиной около 1 м). Итак, я изучал базовые схемы усиления с использованием операционных усилителей, и схемы трансимпедансных усилителей показались мне довольно простыми, но я ошибался. Я пытаюсь воспроизвести простые схемы операционных усилителей, подобные той, что я показываю на схеме ниже, но это просто не работает. Я использую операционный усилитель LM324N.

Я думаю об использовании фотодиода в фотопроводящем режиме позже (более линейном, насколько мне известно?), но сначала я хочу запустить более простую схему фотогальванического режима.

Может ли кто-нибудь посмотреть на мои соединения и указать, есть ли в них очевидные недостатки? Операционный усилитель казался адекватным для работы. Это сводит меня с ума.

Схема не реагирует на свет и вместо этого дает постоянный выходной сигнал около 779 (около 3,8 В). Я пробовал использовать разные резисторы (100 Ом, 5 кОм, 1 МОм) и, очевидно, пробовал переключать диод ;).

Трансимпедансный усилитель (википедия) моя схема

любая помощь будет оценена!

Редактировать: Как было указано, схема была подключена неправильно. Я внес изменения в проводку, и теперь я получаю постоянные нулевые значения и очень низкие значения при освещении ярким белым светодиодом (20-40 по шкале Arduino в зависимости от ориентации катода, то есть порядка 100 мВ).

Блок-схему усилителя добавить не смог (не разрешено размещать 3 фото). Вот ссылка на даташит: pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/53575/FAIRCHILD/…

Ответы (1)

Похоже, вы неправильно его подключили.

Контакт 3 должен быть подключен к контакту 11 (земля). Не контакт 4 (Vcc).

Фотодиод также должен быть подключен к земле, а не к Vcc.

Похоже, у вас есть правильное питание и заземление на LM324.

Эта схема, вероятно, будет работать нормально с LM324 и этим фотодиодом — вам может понадобиться небольшой конденсатор, чтобы поддерживать стабильность усилителя. Значение зависит от характеристик фотодиода. Если вам нужна только низкая скорость, вы можете использовать что-то вроде керамики 0,01 мкФ.

Вам понадобится резистор, например, 1 МОм с этим фотодиодом - это даст выход 1 вольт / микроампер. Какую интенсивность света вы используете?

большое спасибо за быстрый ответ. Я только что проверил, и он был действительно неправильно подключен (сначала я использовал другой операционный усилитель (LM358P), где GND был непосредственно рядом с неинвертирующим выходом, и подключил его таким образом, и неправильно изменил схему на новую. операционный усилитель). Довольно неловко. Теперь я подключил его правильно, и сначала я подумал, что он не работает (показывал чистые нули), но затем я заменил резистор на резистор 1 МОм, и он показывает небольшие значения, когда на него прямо светит фонарик. (около 20 с катодом на неинвертирующий и около 45 с катодом на инвертирующий
Мне это кажется довольно странным, я ожидал больших значений, особенно с подключенным к нему 1 МОм. Кроме того, странно получать значение, зависящее от освещенности, независимо от положения катода. Он вообще что-то усиливает? Могу ли я просто отрегулировать значение резистора, чтобы получить полный диапазон? Не возникнут ли у меня проблемы при попытке измерить напряжение на источнике с таким высоким импедансом (с помощью Arduino)? Интенсивность света, которую я бы использовал, варьируется от прямого освещения 7 яркими светодиодами до нуля (в зависимости от угла между поляризаторами).
@DepressedRobot Как студент-физик, я полагаю, вы понимаете идею у "=" м ( ⋅ Икс + б ) . Будет ток утечки (смещение и смещение), который необходимо учитывать как часть ваших результатов. На диоде также будет существовать небольшое напряжение смещения с соответствующим темновым током. Это б . Конечно, м это значение вашего резистора, каким бы оно ни было. Кроме того, если ток положительный, выход будет двигаться отрицательно в ответ на большее количество света. Но возможно, что б может привести к тому, что он будет слегка положительным без света. Какой артикул фотодиода?
Да, я понимаю концепцию смещения и темнового тока. Один вопрос: вы имеете в виду оригинальную фотографию, которую я разместил, или недавние комментарии? Как указал Кевин Уайт, сначала он был неправильно подключен (мне стыдно об этом говорить). То, что я получаю сейчас, это 0 значений, если не подсвечивается, и небольшие значения, если подсвечиваются одним ярким белым светодиодом, поэтому он всегда реагирует с положительными нарастающими значениями на свет, но величина реакции (20 или 40 по шкале Arduino) зависит по ориентации катода. К сожалению, у меня нет номера детали этого диода, и номер детали не написан на нем.
Однако в предыдущих тестах я заметил, что он гораздо меньше реагирует на свет, чем другие фотодиоды, которые у меня есть. Те другие фотодиоды я уже включил в свой прототип, а тот, который я использую здесь, предназначен для тестирования. Если это поможет, у меня есть фототранзистор с номером детали здесь (ST-KL3B), который дает аналогичные результаты, но более высокие значения (около 150 при любом подключении). Сначала я использовал эти фототранзисторы, но решил использовать фотодиоды, потому что я читал, что отклик более линейный.
@jonk - Вы должны иметь в виду, что фотодиоды в фотогальваническом режиме не имеют темновых токов.
@WhatRoughBeast Они обязательно должны были учитываться в том, что я сделал. У нас может быть 500 мю В через бедняжку. Мне даже пришлось побеспокоиться об импедансах больших корпусов (тех якобы эпоксидных корпусах интегральных схем с бесконечным импедансом), и вместо этого я попросил Хамамацу отправить мне кристаллы детекторов — они сказали мне, что это было впервые, когда они разрешили это. Получил удовольствие от соединения проводов. Работал почти в 100 фА полномасштабные уровни.
@jonk - А. Мои извинения. Я постоянно забываю о неприятных условиях реального мира. Гораздо проще предположить, что операционные усилители идеальны.
@WhatRoughBeast Тем не менее, это была одна из самых забавных вещей в моей жизни, работающая над замкнутым циклом управления быстрой термической обработкой пластин, а также над общими вещами FAB. Я наблюдал стекание фотонов (связанное с конденсатом Бозе-Эйнштейна), которое является еще одним источником шума, с которым мало кто из электронщиков имеет дело.
Небольшое обновление: я решил просто подключить диод в фотопроводящем режиме... и реакция теперь намного, намного, намного сильнее. С резистором 1 МОм я получаю почти мгновенное насыщение при окружающем освещении (около 900 на Arduino), поэтому я переключился на 5 кОм, который дает около 2 при окружающем освещении и около 900, когда на него светит фонарик. Я думаю, что я мог бы даже пойти ниже. Небольшой дополнительный вопрос: какой конденсатор вы бы посоветовали, чтобы было как можно меньше шума? Я хочу измерить угол движущегося маятника (период около 900 мс), так какую частоту отсечки целесообразно использовать?
@DepressedRobot Честно говоря, я плохо представляю, как все устроено. Я понимаю, что вы смотрите на счетчики АЦП. Управляйте своими диодами, однако работает для вас. Ваши потребности близки к постоянному току и находятся в области шума 1/f. Вы можете захотеть смодулировать, чтобы выйти из этой конкретной секции шума, но я не думаю, что вы готовы беспокоиться об этом. У меня нет предложения по кепке. Но у вас действительно проблемы с шумом? Похоже, вы получаете хорошее большое число с вашим светом и хорошее низкое число без него. Разве этого недостаточно?
@DepressedRobot Почитайте немного здесь: hamamatsu.com/resources/pdf/ssd/e02_handbook_si_photodiode.pdf , а также начните примерно с 16 страниц здесь: depts.washington.edu/mictech/optics/me557/detector.pdf
@jonk На данный момент все подключено в фотопроводящем режиме, катод фотодиода к +5 В и анод к инвертирующему входу ОУ. Правда в том, что после этой настройки он работает очень хорошо и должен делать это для моих целей. Я не ожидаю особых проблем с шумом, но я думаю, что в любом случае было бы неплохо принять во внимание управление шумом.
До этого у меня был подключен фотодиод в фотопроводящем режиме с резистором 5кОм, без всякого усиления. Большую часть времени он работал нормально, но в прошлый раз, когда я проверял, у меня был ОГРОМНЫЙ шум в моем сигнале, и я понятия не имею, почему именно, все было как обычно, но у меня были сильные колебания в показаниях моего АЦП (вместо значений около 250, например, Я получил значения между 200 и 300). Именно тогда я решил, что должен заняться управлением шумом (что привело к усилению операционного усилителя на стороне датчика), потому что я не могу позволить, чтобы устройство было настолько непредсказуемым. Спасибо за ссылку, буду читать!
Как это работает, если у вас есть катод на +5В? Это подаст ток в операционный усилитель и приведет к отрицательному напряжению на выходе, поскольку у вас нет отрицательного источника питания, который не будет работать, а Arduino все равно не может принимать отрицательный вход. Я не думаю, что это работает так, как вы думаете. Схему можешь выложить?
Тьфу, вы правы, конечно... выход должен стать отрицательным... что-то, чего операционный усилитель не должен делать в этой связи. Я понятия не имею, что я тогда читаю... 0-1, когда не горит, 200 (значения Arduino, то есть около 1 В), когда горит. Вот ссылка на схему: img1.file-upload.com/i/00235/84y2mtkv3hi5.png
Вам нужно научиться переводить физическое расположение в схему, не так просто увидеть то, что у вас есть, по фотографии. Это поможет вам и нам понять, что у вас есть. Похоже, у вас просто фотодиод на +5 с резистором на землю. Я подозреваю, что это фототранзистор, а не фотодиод, который объясняет плохую производительность при использовании в фотогальваническом режиме.
Извините, я разместил фото, потому что подумал, может быть, я сделал какую-то ужасную связь. Вот ссылка на схему (в основном из Википедии): img4.file-upload.com/i/00235/sg3pkb1a7giw.png В любом случае, как вы указали, я не должен получать положительные значения с этой конфигурацией. вообще что-то читаете? Как я могу сказать, является ли это фототранзистором? Для меня это выглядит довольно простым и простым (почти как обычный светодиод ... может быть, это он?) ...
Помогите с базовой схемой трансимпедансного усилителя
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v