Сборка Оптическго тахометра (Оптопара от МЫШЕК)

[Пухич]

Практического опыта у меня не слишком много, я ж говорю - схемы все однообразные. Но мне хватает. А вот "электроника СВЧ и волновые процессы" это круто. По-любому оптуха тебе ближе чем мне, поэтому будешь у нас спецом по оптухе.

Все, теперь не отвертишься .

Все, прекращаем оффтоп, надо человеку конкретно помочь, а он совсем что-то пропал. Аффтар, вы где?

[Vicont]

Все, прекращаем оффтоп, надо человеку конкретно помочь, а он совсем что-то пропал. Аффтар, вы где?

Спасибо, конечно, за беспокойство (и так уже увас скока драгоценного времени отнял...)
Да я сейчас основы электроники повторяю... (начинающий ещё радиолюбитель)

Объясните мне наконц про преобразователь ток-напряжение
Ту статью с оъяснялкой про оптику, я читал - кое что сало ясно
Не понял про обратный ток и обратное напряжение что это такое?
Ток ведь движется в оба направления (но условно приняли движение протонов то (+) к (-) ) а обратный ток - это движение электронов от (-) к (+) равный по модулю, но противоположенный по направлению, отсюда и обратное напряжение отрицательное. я правильно понял, иль нет?
Значит, чтобы подать обратне напряжение на фотодид, надо что-ли его наоборот вставить??? (чтобы не проводил)

[Сэр Мурр]

Идеальный источник тока обладает бесконечно большим выходным сопротивлением, и поэтому отдаёт в любую нагрузку одинаковый неизменный ток. Идеальный источник напряжения обладает нулевым выходным сопротивлением, и поэтому ток в нагрузку зависит от входного сопротивления нагрузки. Реальные источники тока обладают конечным , хотя и достаточно большим сопротивлением. Реальные источники напряжения обладают достаточно малым выходным сопротивлением.
Теперь -для чего нужно преобразовать ток в напряжение. Из-за неидеальности выходных характеристик источника тока получается, что выходной ток может зависеть от сопротивления нагрузки (а она может быть вполне сопоставима с выходным сопротивленим источника тока).Если мы преобразуем выходной ток в напряжение, то избавимся от проблем согласования входных и выходных сопротивлений. Простейший преобразователь- постоянное сопротивление, на котором наш ток будет создавать напряжение. Большинство распространённых усилительных схем имеет большое входное и малое выходное напряжение (то-есть являются источниками напряжения для последуещего каскада).

[Kotische]

Объясните мне наконц про преобразователь ток-напряжение

Применительно с фотодиоду...
Фотодиод можно представить в виде "чёрного ящика" эквивалентная схема которого представляет собой идеальный источник тока (прпорционального освещённости) параллельно которому подключен конденсатор (барьерная емкость фотодиода + емкость монтажа).
При разумных уровнях освещённости, источник тока генерирует ток порядка нескольких микроампер. Емкость эквивалентного конденсатора порядка десятков-сотен пикофарад. Соответственно делим один порядок на другой получаем собственную рабочую частоту фотодиода на уровне десятков килогерц. Но поскольку есть ещё емкости монтажа и входная емкость усилителя то быстродействие получается ещё хуже...
Есть формулка: dU = I*dt/C, которая расшифровывается так:
если подключить к конденсатору емкостью С источник тока I, то через время dt, на конденсаторе изменится напряжение на величину dU. Как можно видеть, что чем больше емкость и чем меньше ток, тем медленнее будет изменятся напряжение.
Трансимпедансный каскад (преобразователь ток-напряжение) имеет очень малое входное сопротивление, и источник тока отдаёт весь свой ток на вход этого каскада, при этом пульсации напряжения на фотодиоде получаются минимальными, следовательно не требуется заряжать барьерную емкость эквивалентного конденсатора и терять на это время.

[Kotische]

Не понял про обратный ток и обратное напряжение что это такое?
Ток ведь движется в оба направления (но условно приняли движение протонов то (+) к (-) ) а обратный ток - это движение электронов от (-) к (+) равный по модулю, но противоположенный по направлению, отсюда и обратное напряжение отрицательное. я правильно понял, иль нет?
Значит, чтобы подать обратне напряжение на фотодид, надо что-ли его наоборот вставить??? (чтобы не проводил)

Это всего лишь такой термин. Применительно к диоду, условились считать что ток который течет через диод в направлении его открытого состояния называют прямым током, а ток который направленный в противоположном направлении - обратным.
Применительно к другим цепям этот термин применять не всегда корректно.
А фотодиод, как написано в "объяснялке" обычно используют как раз "в закрытом состоянии" "чтобы не проводил", собственно так же используют варикапы и стабилитроны.
А проводить ток диод начинает только когда на него падает свет.

[Vicont]

А фотодиод, как написано в "объяснялке" обычно используют как раз "в закрытом состоянии" "чтобы не проводил", собственно так же используют варикапы и стабилитроны.
А проводить ток диод начинает только когда на него падает свет.

Вот, с этого по подробнее, о режиме "хитрого" фотосопротивления.
я тут рисунок набросал:

1. ЭДС направлена в сторону закрытя диода, так?
2. На диод подают большое обратное напряжение, так?
3. pn-переходе создает очень большую напряженность поля
4. электронно-дырочная пара она тутже этим "зверским" полем растаскивается на части, причем электрон летит в n-область, а дырка в р-область.
эти самые электроны и дыры, просто разлетаются поразным частям полупроводника (p и n) и застрявают там, или продолжают свой путь дальше по цепи?

Теперь вопрос: откуда (отн. моей схемы) выйдет искомый полезный сигнал, которы мы хотим послать через трансимпедансный каскад?

далее у меня напросились 3 тупых варианта (тока не знаю какой правильный)
1) диод откроется в обратном направлении?
2) или фототок пойдёт напролом через батарею?
3) или-же диод сам является источником тока, и дополнительный источник тока (батарея) тут вообще не нужен? тогда обратное напряжение на диоде создать чем?

p.s. не получилось вставить рисунок в пост, добавлю вложением

[Пухич]

Еще раз говорю - обратное напряжение на диоде м.б. очень мало. Ток тем не менее пойдет. Этот ток, как нетрудно догадаться, обратный. Вот вы обычные диоды когда-нибудь видели? У них тоже есть обратный ток, но он зависит (кроме технологии и модели) в основном от температуры. А у фотика обратный ток зависит от освещенности (ну и от площади фотика соответственно).

Т.е. если вы делаете фотоусилитель, то вы подсаживаете анод фотика на землю, катод на инверсный вход ОУ, неинверсный на землю, а с выхода ОУ резюк на инверсный вход. Ввиду наличия ООС все это будет усилителем. Ток фотика, зависящий от количества фотончиков, упавших на него, не может войти в инверсный вход ОУ, ибо его импеданс бесконечен (почти). И этот ток целиком (почти) уходит в резистор ООС.

ОУ - это такой прибор, который очень любит нулевую разницу напряжения промеж входов и готов на все ради этого. И этот раб фототока вынужден повышать напряжение на своем выходе до уровня, почти равного падению на резисторе ООС. А это падение пропорционально фототоку. Отсюда и пропорция между фототоком и выходной напругой.

[Kotische]

>> 1. ЭДС направлена в сторону закрытя диода, так?
ЭДС внешнего источника направлена в сторону закрытия диода.
ЭДС фотодиода направлена в сторону открытия диода.

>> 2. На диод подают большое обратное напряжение, так?
Да.

>> 3. pn-переходе создает очень большую напряженность поля
Да, ибо переход очень тонкий

>> 4. электронно-дырочная пара она тутже этим "зверским" полем растаскивается на части, причем электрон летит в n-область, а дырка в р-область.
эти самые электроны и дыры, просто разлетаются поразным частям полупроводника (p и n) и застрявают там, или продолжают свой путь дальше по цепи?
Прилетевший в легированную область носитель заряда застрять там не может в принципе! Ибо эти область является хорошим проводником.

>>Теперь вопрос: откуда (отн. моей схемы) выйдет искомый полезный сигнал, которы мы хотим послать через трансимпедансный каскад?
Из ноги фотодиода подключенной к ТИ-каскаду

>> 1) диод откроется в обратном направлении?
В некотором смысле откроется, точнее станет проводить ток, оставаясь закрытым

>> 2) или фототок пойдёт напролом через батарею?
Батарея тут совсем мимо кассы...
хотя ток действительно будет замыкаться (проходить) через источник питания

>> 3) или-же диод сам является источником тока, и дополнительный источник тока (батарея) тут вообще не нужен? тогда обратное напряжение на диоде создать чем?
Фотодиод - ЭКВИВАЛЕНТНЫЙ источник тока, он (в первом приближении) не имеет своей ЭДС, а является ХИТРЫМ (ток не зависит от внешней ЭДС) сопротивлением, внешняя батарея нужна для преложения к переходу ЭДС, которое будет растаскивать электроны с дырками, без растаскивающей ЭДС электроны с дырками тут же анигилируют и никакого тока не будет.

[Kotische]

обратное напряжение на диоде м.б. очень мало. Ток тем не менее пойдет.
... подсаживаете анод фотика на землю, катод на инверсный вход ОУ, неинверсный на землю...
... ОУ - это такой прибор, который очень любит нулевую разницу напряжения промеж входов и готов на все ради этого....

Ещё раз повторяю, сам по себе фотодиод не является источником тока (почти)...
он является ХИТРЫМ сопротивлением! Ему для работы нужна внешняя ЭДС, иначе электроны и дырки притянутся друг к другу и анигилируют, и никакого фототока не будет!!! (почти)

И ещё... есть такая хрень как барьерная емкость, которая при нулевой разности потенциалов максимальна, соответственно инерционность максимальна

[Пухич]

Ему для работы нужна внешняя ЭДС, иначе электроны и дырки притянутся друг к другу и анигилируют, и никакого фототока не будет!!! (почти)

вот здесь

http://www.radiokot.ru/forum/viewtopic. ... 378#115378

Вы выложили схему, в которой обратное напряжение как раз очень мало. Если конечно у вас там обычный ОУ. И такая схема успешно работает. В широком диапазоне освещенностей. Насчет скорости не скажу, я так только фотоусилители делал (уже писал для чего), и скорость мне была не очень важна.

он является ХИТРЫМ сопротивлением

Это я, слава Богу, понимаю.

[Kotische]

вот здесь ... Вы выложили схему, в которой обратное напряжение как раз очень мало

Это не моя схема! И схема ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ для илюстрации принципа работы, но не СБОРОЧНАЯ

И такая схема успешно работает.

Ты не поверишь, но схема без операционника, т.е. фотодиод к батарейке через резистор, будет работать не на много хуже

и скорость мне была не очень важна.

А транс импедансник в первую очередь пользуется именно для быстродействия, т.к. для всего остального без него вполне можно обойтись

Это я, слава Богу, понимаю.

Ты не поверишь! Но я в этом не сомневался!
А вот Аффтора ты можешь такими советами "сбить с понталыку"

[Пухич]

Это не моя схема! И схема ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ для илюстрации принципа работы, но не СБОРОЧНАЯ

Как раз принципиальная схема для нас тут важнее всего, и она должна быть точной. Иначе это эскиз. А уже по принципиалке делается и все остальное, даже с СБ она обычно непосредственно связана.

А транс импедансник в первую очередь пользуется именно для быстродействия, т.к. для всего остального без него вполне можно обойтись

Дело в том, что всю эту схемотехнику я не сам выдумал, она мне досталась от моих учителей. Понятно, что можно фотик через резюк засадить на питание, а среднюю точку на усилок. Эффект для медленных измерений тот же. Но я уже привык.

[Kotische]

Эффект для медленных измерений тот же.

Именно для ИЗМЕРЕНИЙ тоже лучше юзать трансимпедансник - он даст ГОРАЗДО большую линейность характеристики напряжение/свет.
Но только при высоком обратном напряжении на фотодиоде! Если второй вход операционника засадить на землю, то нелинейщина будет ещё та...
Хотя... если питание двухполярное... и анод засадить на "-" питания...

Как раз принципиальная схема для нас тут важнее всего, и она должна быть точной.

Вот "отлаженная принципиальная схема"
http://forum.ixbt.com/post.cgi?id=attach:48:5931:75:1
но проблема в том, что вообще то параметры зависят от условий работы...

[Пухич]

Именно для ИЗМЕРЕНИЙ тоже лучше юзать трансимпедансник - он даст ГОРАЗДО большую линейность характеристики напряжение/свет.
Но только при высоком обратном напряжении на фотодиоде! Если второй вход операционника засадить на землю, то нелинейщина будет ещё та...

При медленно меняющейся освещенности? Докажите.

Вот "отлаженная принципиальная схема"

Глянул схему и не понял - а какую функцию выполняют нижний транзистор и ОУ? И как работает хитрый переключатель на выходе? Чем он управляется? Вообще, вы бы схему пояснили.

[Kotische]

Докажите.

При малом напряжении на переходе, значительная часть рожденных электронно-дырочных пар будет анигилировать (электроны с дырками притягиваются). И процент "подохших" пар будет сильно и нелинейно (смотри ВАХ pn-перехода) зависить от разности потенциалов на переходе. А поскольку относительные изменения разности потенциалов dU будут порядка самой разности потенциалов U, то нелинейщина проявит себя во всей красе.
При работе на резистор, опять же, при изменении тока, будет меняться напряжение на переходе, а т.к. фотодиод всё же не совсем идеальный источник тока, особенно в области малых напряжений, ток будет зависить от напряжения на фотодиоде, соответственно опять получим нелинейщину... хотя и не такую злую как в первом случае....

Вообще, вы бы схему пояснили.

Эта ветка http://forum.ixbt.com/topic.cgi?id=48:5931 целиком была посвящена разработке этой схемы.
Задача схемы - в условиях сильных засветок и помех от ламп накаливания, надежно отлавливать перекрытие шторкой оптического канала между светодиодом и фотодиодом.
Вот исходное ТЗ на схему:

Я не хотел привязываться к какой то конкретной задаче, потому как интересовал общий вопрос расчёта демодулятора для какой то конкретной частоты. Но если применительно к инфракрасному каналу, то нужно ловить модулированный сигнал от шторного датчика в условиях возможной засветки приёмника искусственными источниками излучения и солнцем. Шторный датчик - это не то же самое, что приёмник/передатчик в пультах д/у с готовой схемой внутри, поэтому приходится делать демодулятор самому.

Глянул схему и не понял - а какую функцию выполняют нижний транзистор и ОУ? И как работает хитрый переключатель на выходе? Чем он управляется?

В двух словах:
транзистор - идеальный (почти) источник тока, для компенсации тока засветки (устройство предпологалось использовать при возможности попадания в него прямых солнечных лучей), его задача вычитать из тока фотодиода постоянную составляющую, и держать напряжение на входе ТИ каскада равным U/2, это сделано потому что ТИ каскад имеет не очень большой динамический диапазон, а яркость (ток) паразитной засветки могла на много превосходить яркость (ток) полезного сигнала.
А "хитрый перехлючатель" - синхронный детектор, его задача подавление помех не синхронных с частотой "гетерадина" (для борьбы с помехами от ламп искуственного освещения).

Сразу предупреждаю, для тахометра эта схема не годится, но она содержит в себе отлаженный в плане схемотехники ТИ каскад, который можно смело пользовать!

[Пухич]

транзистор - идеальный (почти) источник тока, для компенсации тока засветки (устройство предпологалось использовать при возможности попадания в него прямых солнечных лучей), его задача вычитать из тока фотодиода постоянную составляющую

Понял. Правда я для этой цели (а также для подавления темнового тока) использовал резистор, питаемый неизменяющимся напряжением.

И процент "подохших" пар будет сильно и нелинейно (смотри ВАХ pn-перехода) зависить от разности потенциалов на переходе

Это на прямой ветви. У нас же обратная, не так ли? Если я не прав, то можно картинку соответствующую.

[Vicont]

Спасибо, товарищи, за исчерпывающие ответы.
Кое-что я уже начал понимать В моей школе вообще с физикой туго было: нормального учителя небыло поэтому учил всегда как придётся... Зато сейчас, когда взялся за паяльник нехватку знаний ощутил острую и все пробелы стараюсь заполнить.

Давайте теперь перейдём к проектированию рабочей схемы для моего случая:
Начнём по прядку - трансимпедасного каскада
по обозначениям на первой схеме, я сразу понял, что она принципиальная и к сборке мло пригодна, как можно привести её в рабочее состояние? думаю, что подборкой шунтирующего сопротивления и операционника тут дло не ограничится.
готовый вариант будет похож на схему для товарища Кекса? Она, как я заметил с фототранзистором и на схме тахметра тоже фототранзистор был, он от фотодиода по свойствам и быстродейсвию чем отличаетс? как в обычном тарнзисторе, чтобы его открыть ток на базу подают, а в нём эммитор светом открывается, в отличии от диода он ещё и ток усиляет?

так... что-то я отвлёкся...
так вот, в той схеме фототранзистор, как я теперь понял, тоже подключен через трансимпедасный каскад на микросхеме LM358
(cм схему во вложении,я попросл бы Вас её прокоментировать и ответь на вопросы по ней)
1) если нам необходимо большое обратное напряжение, то зачем на +5v стоят R1, R2 и R3?
2) какую роль играет конденсатор C1?
3) зачем в части U1.1 2 и 3 контакт замыкаются через R6?

Подойдёт ли эта схема в нашем случае, если заменить транз. на диод или лучше оставить как есть?

[Kotische]

Чёйто мутная какаято схема....
я бы сказал сверхрегенеративная.
То эесть это не просто ТИ-усилитель, но ещё и генератор!
На вскидку не скажу, но он либо будет "обострять" импульсы, компенсируя всякие затухания... либо в зависимости от освещённости начнёт генерировать с разной частотой и амплитудой...

R6 - датчик тока

[Kotische]

Это на прямой ветви. У нас же обратная, не так ли?

Ты ВАХ диода видел? Там в нуле особой точки нет, всё плавненько, но жутко нелинейно! Так что в области малых смещений провести качественного разделения прямая/обратная ветка нельзя (по крайней мере в диапазоне +-0.6В)!
И если ты не обеспечишь БОЛЬШОГО обратного смещения, то значительная часть э/д пар будет анигилировать и ни о какой линейности характеристики можешь не мечтать.
Квази (почти) линейной, зависимость тока от освещения становится только при приложенном к pn-переходу заперающего напряжения больше (как минимум) ширины запрещённой зоны 0.6В для кремния.

[Vicont]

Чёйто мутная какаято схема....
На вскидку не скажу, но он либо будет "обострять" импульсы, компенсируя всякие затухания... либо в зависимости от освещённости начнёт генерировать с разной частотой и амплитудой...

А как компенсирование затуханий и генерация с разной частотой и амплитудой отразится на итоговой частоте и точности показаний?
Этот генератор фотодиод глушить не будет?
Может Вы предложите лучший вариант или этот сойдёт?