Форум программистов, компьютерный форум, киберфорум
Блоки питания и аккумуляторы
Войти
Регистрация
Восстановить пароль
 
 
Рейтинг 4.88/208: Рейтинг темы: голосов - 208, средняя оценка - 4.88
0 / 0 / 0
Регистрация: 26.04.2017
Сообщений: 1
1

Как усилить сигнал от ИК фотодиода?

16.08.2010, 01:48. Просмотров 38218. Ответов 33
Метки нет (Все метки)

Рискнул обратиться к общественности за помощью в решении для кого-то может быть и простой радиотехнической задачи, но я вот, в цифровой технике вроде бы разбираюсь сносно, а на аналоговой части конкретно завис.
Суть вопроса в следующем. Имеется разнесённая "оптопара". (не хочется прикреплять картинки, по идее и так должно быть понятно). Приёмная часть представляет собой фотодиод, помещённый в некую диафрагму, ограничивающую принимаемый световой поток. В результате он принимает ИК излучение из некоторого сектора около 50-60 градусов ‘шириной’ и порядка 5 мм толщиной. Напротив, на расстоянии около 40-50 см, создана засветка из нескольких ИК-светодиодов.
Мелкий предмет пересекает этот сектор, от чего, понятное дело, световой поток кратковременно изменяется, и это изменение фиксирует фотодиод. Предмет, повторяю, мелкий, так что статически, по постоянке, измерить изменение напряжения на диоде возможности никакой нет, оно будет пожалуй сравнимо с изменениями посторонней засветки. Но есть такое приятное обстоятельство, что мелкий предмет пересекает эту зону с приличной скоростью, около 200 метров в секунду и выше. То есть, на вход диода придёт хотя и слабый, но короткий "физически модулированный" оптический импульс с длительностью около 5-20 мкс.
Вот тут и суть вопроса – как создать селективный усилитель, который, отбрасывая статическое напряжение на диоде, выделял из засветки именно этот импульс короткой длительности, и усиливал его до значения срабатывания цифровой логики или компаратора (форма импульса никоим образом не важна)?
Задача, как мне кажется, очень близка к вопросу создания усилителя для ИК- приёмника сигнала всяких пультов от телевизоров (в том случае, конечно, если приёмник – обычный ИК фотодиод, а не готовая штучка с усилителем внутри типа TSOP18хх для телевизоров). Может быть, проще, а может, и сложнее, даже затрудняюсь сказать.
Некоторое обязательное условие – использование однополярного питания 4-6 В и операционных усилителей общего назначения (работать должно от батарейки).
Подскажите, пожалуйста, кто знает, возможные варианты схемотехнического решения, или где можно покопаться на эту тему? Я уже весь моск сломал, кое-что даже паять пробовал, но оно не заработало и в дальнем приближении, разумеется....
Help,Pls!
0
Programming
Эксперт
94731 / 64177 / 26122
Регистрация: 12.04.2006
Сообщений: 116,782
16.08.2010, 01:48
Ответы с готовыми решениями:

Усилить сигнал с МК для ИК светодиода. Проблемы.
Аналоговики, выручайте. Это пипец какой-то. Стыдно признаться, застрял на элементарной задаче....

Как усилить сигнал мобильного интернета?
Здраствуйте, я стример и у меня слабо ловит интернет из за чего я страдаю, по ночам скорость может...

Как усилить Wifi сигнал с этим .?
Имеются два роутера один Tp-link второй не помню какой ...). Оба древние. Можно ли ...

Как лучше усилить сигнал WiFi ? Выбор оборудования
Здравствуйте! Не ругайте сильно в этом деле ноль ))) Кто в курсе пожалуйста помогите!!! Такая...

33
0 / 0 / 0
Регистрация: 12.08.2010
Сообщений: 64
16.08.2010, 01:56 2
Дифференциатор наверно - сигнал через конденсатор подается на резистор-нагрузку. Напруга не резисторе пропорц. скорости изменения сигнала.
0
0 / 0 / 0
Регистрация: 26.04.2017
Сообщений: 1
16.08.2010, 02:07 3
Цитата Сообщение от ishkymkot
Дифференциатор наверно - сигнал через конденсатор подается на резистор-нагрузку. Напруга не резисторе пропорц. скорости изменения сигнала.
Теоретически-то оно да, но практически... Диод включен в обратном направлении через резистор к питанию, обратный фототок его весьма мал. То есть попытка припаять к средней точке какой-то примитивный дифференциатор ни к чему хорошему не приведёт - надо как-то операционником это дело усиливать. Ну и опять же, нужно этот усилитель совместить с ВЧ фильтром, чтобы резал все частоты ниже 30-40 кГц, иначе этот сигнал вообще потеряется... как это совместить в одном, я пока не очень себе представляю.
0
0 / 0 / 0
Регистрация: 12.08.2010
Сообщений: 64
16.08.2010, 02:10 4
ОУ повторитель, фильтр любой на ОУ. ОУ рейл ту рейл копейки стоит.
0
0 / 0 / 0
Регистрация: 26.04.2017
Сообщений: 1
16.08.2010, 02:18 5
Цитата Сообщение от ishkymkot
ОУ повторитель, фильтр любой на ОУ. ОУ рейл ту рейл копейки стоит.
Мысль логичная вроде, но вот на чем я завис - как включить ОУ повторителем при однополярном питании (постоянку в сигнале можно выкинуть, разумеется)?
У этой схемы название есть какое общепринятое, чтобы в гугле хотя бы может её посмотреть?
0
0 / 0 / 0
Регистрация: 12.08.2010
Сообщений: 64
16.08.2010, 02:19 6
схемы в даташите. mcp602
0
0 / 0 / 0
Регистрация: 26.04.2017
Сообщений: 1
16.08.2010, 02:26 7
Цитата Сообщение от ishkymkot
схемы в даташите. mcp602
Спасибо, щас поглядим.
Помню, смотрел я уже что-то такое, там, блин, аналоговая схема у меня выйдет сложнее, чем цифровая (микросекундометр) :(
Хреново я как раз в этой аналоговой части разбираюсь, к сожалению.. то ли дело микроконтроллеры... но - надо...
0
0 / 0 / 0
Регистрация: 01.05.2010
Сообщений: 833
16.08.2010, 07:33 8
А в сторону аналогового быстродействующего компаратора не смотрел? По идее должно быть не сложно.
0
0 / 0 / 0
Регистрация: 12.04.2010
Сообщений: 3,260
16.08.2010, 07:52 9
Цитата Сообщение от Варан
мелкий предмет пересекает эту зону с приличной скоростью, около 200 метров в секунду и выше.
Нескромный вопрос. А чего это вы такое считаете? Сколько пуль вылетело со ствола?
0
0 / 0 / 0
Регистрация: 07.02.2106
Сообщений: 222
16.08.2010, 12:27 10
Здравствуйте. Когда-то давно использовал такую схему.


http://**************************/download/file.php?id=1455&sid=aef9b73249108fffa42a2575ddd18c75
0
0 / 0 / 0
Регистрация: 26.04.2017
Сообщений: 1
21.08.2010, 01:07 12
Наконец-то снова добрался до радиолюбительства)
Так... попробую маленько конкретизировать свою мысль.
Вот тут, например, прилетела ссылка на guns.ru (ну понятное дело, там часто встречаются мелкие быстрые предметы).

Что там примерно обсуждается - вот (привожу фотографии готовых изделий):


http://**************************/download/file.php?id=1494&sid=aef9b73249108fffa42a2575ddd18c75


http://**************************/download/file.php?id=1495&sid=aef9b73249108fffa42a2575ddd18c75

а иногда даже

http://**************************/download/file.php?id=1496&sid=aef9b73249108fffa42a2575ddd18c75

(выглядит похоже на то, что надо, но по сути ничем не отличается от первых двух...)

По сути, изделие состоит из двух банальных оптопар и микросекундометра. Микросекундометр спаять не проблема (на микроконтроллере - спаял, прошил, и всё работает). Проблема именно с датчиками. Оные, что на картинках - они сугубо для пневматики. Тупо - пулька размыкает оптопару. И сигнал с неё такой, что его вполне можно подавать на цифровой вход без всякой обработки (она же её размыкает целиком...)..

Но - попробуйте в такую "датчик-трубочку" выстрелить из пистолета или не дай бог винтовки - по понятным причинам куски этой трубочки придётся искать где-то в радиусе 20 метров.

Для таких целей существуют несколько иные конструкции (о коих чуть ниже...)
0
0 / 0 / 0
Регистрация: 26.04.2017
Сообщений: 1
21.08.2010, 01:17 13
Вот фото двух хронографов (один наш доморощенный, другой импортный), в который можно по идее выстрелить хоть из ружья 4-го калибра. теоретически тоже оптопара, но для засветки используется естественное освещение, и активная зона велика и безопасна.




http://**************************/download/file.php?id=1498&sid=aef9b73249108fffa42a2575ddd18c75

Разумеется, в таком случае снять сигнал датчика тупо с ножки фотодиода уже никак не выйдет - маловат он... как-то надо его усилить... А вот как - не могу никак собрать рабочий усилитель, в чем собственно и проблема... :(

За основу в голове крутилась схема вроде этой:

http://**************************/download/file.php?id=1499&sid=aef9b73249108fffa42a2575ddd18c75

Но она нормально работать не хочет - слабоват сигнал с датчика идёт... или что-то не так я делаю.. по идее - она работала бы нормально, если выполнить два условия:
1. Повысить коэффициент усиления (хотя на схеме он большой, я меньше делал).
2. Главное, пожалуй - усиливать только высокие частоты (импульсы в десятки микросекунд), не реагируя на посторонние изменения освещённости.

Вот как можно модифицировать вышеприведённую схему, чтобы она стала этому соответствовать?
0
SWK
21.08.2010, 08:34 14
Цитата Сообщение от Варан
1. Повысить коэффициент усиления (хотя на схеме он большой, я меньше делал).
2. Главное, пожалуй - усиливать только высокие частоты (импульсы в десятки микросекунд), не реагируя на посторонние изменения освещённости.
Вот как можно модифицировать вышеприведённую схему, чтобы она стала этому соответствовать?
1. Усиление на переменном токе задается отношением R1 к R4. В данной схеме оно равно 1000.
2. Минимальная усиливаемая частота определяется отношением входного сопротивления схемы (в данном случае около 230 ком) и реактивного сопротивления конденсатора С1. Например, в данном случае при 0,1мкф частота среза (на уровне 6дб) будет около 7 Гц. Чтобы поднять ее, например, до 700Гц, надо уменьшить C1 до 1н (1000 пф).

Еще учтите, что не у всех фотодиодов и фототранзисторов будет достаточное быстродействие. Как-то я проверял некоторые фотодиоды и оптопары, получал время нарастания (и спада) сигнала порядка 10 - 20 мкс. Редко у каких было 5-8. Фоторезисторы еще более инерционные (миллисекунды)...
trypsym
22.08.2010, 22:08 15
Вот тут и суть вопроса – как создать селективный усилитель, который, отбрасывая статическое напряжение на диоде, выделял из засветки именно этот импульс короткой длительности, и усиливал его до значения срабатывания цифровой логики или компаратора (форма импульса никоим образом не важна)?
Скорее всего надежная схема для этой цели совсем уж простой не будет. Есть такая мысль: взять еще одни такой же фотодиод, засунуть его в точно такую же оптическую систему и направить на те же самые источники света, но так чтобы тень от пролетающей цели на этот второй фотодиод не попадала. Сигналы с обоих фотодиодов подать на вход дифференциального усилителя. Тогда вся фоновая засветка будет подавляться как синфазный сигнал, а усиливаться будет только разность между сигналами на фотодиодах, т.е. как раз уменьшение сигнала на фотодиоде, когда на него тень падает. На таком же принципе работает электрокардиограф, выделяя сигнал сердца среди кучи сетевых наводок на человеческом теле.
При разработке надо будет учитывать не только быстродействие фотодиодов, но и выбирать быстродействующие ОУ. Например есть недорогие интегральные инструментальные усилители типа AD623 - он может работать при однополярном питании и имеет регулируемый коэффициент усиления, но быстродействия ему явно не хватит и короткий импульс он скорее всего не отработает.
А отрицательное напряжение для питания ОУ можно в принципе можно получить с помощью какого нибудь конвертера, например 7660.
0 / 0 / 0
Регистрация: 02.11.2004
Сообщений: 1,112
25.03.2011, 22:49 16
топик уже есть, так что напишу свой вопрос прямо здесь.

вопрос такой: как всё-таки правильно нарисовать и рассчитать схему усиления сигнала с фотодиода? нужно быстродействие (сравнимое с детектированием падающего предмета размером с каплю воды), на выходе планирую компаратором с ПОС добивать сигнал до логической единицы.

но как мне получить сигнал, достаточный для входа компаратора? как правильно включать фотодиод (вроде обратной полярностью, но почему)?

поискал по этому форуму. погуглил. увидел только готовые варианты без расчетов. типа вот такого:

http://www.detect-ufo.narod.ru/pribor/detect_ir/vkl_ir_fotodyod_01/img_001.gif

почему 50 кОм и 1мкФ? неизвестно.
0
0 / 0 / 0
Регистрация: 21.04.2010
Сообщений: 1,890
25.03.2011, 23:02 17
Есть две схемы включения фотодиода
1. режим генерации - прямое включение, мощный сигнал, плохое быстродействие
2. режим обратного тока - обратное включение, малый сигнал, хорошее быстродействие.
Тебе нужен второй режим.
Нужен быстрый фотодиод. Читаешь его даташит, так указаны параметры смещения, либо есть диаграмма быстродействия от смещения.

Вообще-то усилитель фотодиода в любом CDROM стоит, посмотри на чем и как там сделано. Я бы даже попробовал оттуда фотодиод использовать - он очень быстрый.
Однажды быстрый фотодиод добывал из советской оптопары в металлическом корпусе :)
0
0 / 0 / 0
Регистрация: 02.11.2004
Сообщений: 1,112
26.03.2011, 09:23 18
hordikor, ну вот на картинке же второй режим?

я, кстати, уже читал и про режимы и про необходимость усиления, и т.п. я не нашел, как это всё расчитывается и как это всё работает, ну там типа:
- втыкаем фотодиод обратным включением,
- обеспечиваем на нем обратное смещение (какое именно? сколько вольт? смещение как-то зависит от других параметров диода, чувствительности там и тп.?).
- когда диод засвечивается, фотодиод работает вот так (как? вообще закрывается, т.е. генерит ЭДС большую, чем обр.смещение? или как?).

сам диод у меня для экспериментов такой: SFH 203
-макс.обр. вольтаж - 50 В
- прямое напр 1.3 В (при 80мА, если я правильно понял)
- емкость 11 пФ
- время переключения 5 наносек (быстрее за вменяемые деньги просто не нашёл)
0
0 / 0 / 0
Регистрация: 02.11.2004
Сообщений: 1,112
26.03.2011, 11:34 19
в общем, чего накопал:
при обратном включении фотодиода и отсутствии засветки он закрыт (т.е. работает как нормальный диод). если же его засветить, то он открывается (перестаёт быть диодом, грубо говоря, и превращается просто в фоторезистор).
вычитал тут: http://iosyitistromyss.ru/fotodatchik.html - причем нашел статью фик знает какими окружными путями))

а вот тут: http://www.lazerlink.ru/1/alexsvc/foto/foto.htm приведены примеры расчета режимов.
0
0 / 0 / 0
Регистрация: 21.04.2010
Сообщений: 1,890
26.03.2011, 12:19 20
Нет, в обратном включении фотодиод не генерит. Свойство генерации используется в прямом включении.
У любого диода в обратном включении есть ток утечки. Для обычных диодов он вредный, а для фотодиодов наоборот полезный. У фотодиода при засветке он резко увеличивается - это свойство и используется.
Во, теперь можно и посчитать.
В даташите пишут что 5 ns при параметрах R = 50 Ohm VR = 20 V; Ip = 800 uA
Темновой ток(без засветки) при 20В меньше 5пА.
Схему упростим - +Uпит - фотодиод - резистор - земля. С точки соединения фотодиод - резистор снимаем сигнал через конденсатор.
Подаешь Uпит например 20В.
В результате на резисторе напряжение будет болтаться в диапазоне примерно от нуля(5пА*50Ом) до 0,8мА*50Ом = 40мВ
Его и усиливаем. Резистор можно увеличить, но соответственно упадет скорость, но возрастет напряжение.
0
IT_Exp
Эксперт
87844 / 49110 / 22898
Регистрация: 17.06.2006
Сообщений: 92,604
26.03.2011, 12:19

Заказываю контрольные, курсовые, дипломные и любые другие студенческие работы здесь.

Усилить ТВ сигнал
есть антенна , простая "алюминевые рога" раньше были старые телеки Кварц, Рекорд - ловила...

Усилить сигнал репитором
Вечера, товарищи. Суть такова, есть роутер TP-Link TD-W8920G, который подключен к сети через...

Усилить сигнал Wi-Fi Ростелеком
Доброго времени суток. В село провели оптоволокно до центра и поставили wifi-оборудование....

Усилить сигнал локальной сети
Саламчег тем кто откликнулся !!! проблема в том что протянул кабель на 90 метров , через...


Искать еще темы с ответами

Или воспользуйтесь поиском по форуму:
20
Ответ Создать тему
Опции темы

КиберФорум - форум программистов, компьютерный форум, программирование
Powered by vBulletin® Version 3.8.9
Copyright ©2000 - 2021, vBulletin Solutions, Inc.