Трансимпедансный усилитель

[МВА]

Уфф... Пробежался по подстанциям, теперь можно "лясы дальше точить".

М-м-мь..нутчку! Дифференциальное входное сопротивление или входные токи?

Дифференциальное. Данные взял у Хилла глава 4 - отличие реальных ОУ от идеальных. Абзац Входное сопротивление.

На твоей схеме ОУ к какой категории относится ?

Я так понял, что настраивается. В свойствах как раз и стоит входное сопротивление 1Е8.
johanh, подумай по какой цепи течет ток фотодиода, раз входные цепи ток не потребляют?
И какое напряжение должен вырабатывать фотодиод при токе 20 uA если Вы смещение подаете через сопротивление 1М.
Прошу на Alex97 не ссылаться, у него смещение подается параллельно фотодиоду.
Вот когда Вы этот момент поймете, тогда можно дальше разговаривать. Для примера (чтобы понятней было) выкладываю скриншот, где смещение пытался сделать 0, но ничего не получается (без отрицательного напряжения) и это при токе около 1uA.

ЗЫ. Все-таки сделал смещение 0, чтобы Вы увидели крутизну при 10 К на рис.2

[johanh]

johanh, это я конечно видел, но не увидел влияния смещения, кроме того, которое и должно быть. Объясните пожалуйста, возможно я действительно чего-то не понял.
Ну и там нет амперметра в цепи фотодиода - напрямую посчитать крутизну преобразования нельзя. А по расчёту там 100 uA на вольт.

H4LF, Вот снятые характеристики при различных токах фотодиода.
Без смещения при различных токах фотодиода на выходе имеем
1)0V (здесь тока нет)
2)0.5V
3)1.05V
4)2.2V
5)4.54V
Со смещением 0.99V на выходе имеем ...
1)0.99V (нет тока фотодиода)
2)1.49V
3)2.04V
4)3.19V
5)5.53V
Со смещением 1.98V на выходе имеем ...
1)1.98V (нет тока фотодиода)
2)2.48V
3)3.03V
4)4.18V
5)6.52V
...
Какие-то расчеты еще нужны ?
...

[johanh]

МВА, А ты поставь наноамперметр на входе ОУ.
Может так будет понятней ?
....

[МВА]

H4LF, Вот снятые характеристики при различных токах фотодиода.
Без смещения при различных токах фотодиода на выходе имеем
1)0V (здесь тока нет)
2)0.5V
3)1.05V
4)2.2V
5)4.54V
Со смещением 0.99V на выходе имеем ...
1)0.99V (нет тока фотодиода)
2)1.49V
3)2.04V
4)3.19V
5)5.53V
Со смещением 1.98V на выходе имеем ...
1)1.98V (нет тока фотодиода)
2)2.48V
3)3.03V
4)4.18V
5)6.52V
...
Какие-то расчеты еще нужны ?
...

Ну, и где же здесь ток фотодиода?
А те относительные изменения выхода.... Даже если взять первый абзац, без смещения, и пятый пункт. То для получения такого напряжения на выходе, при Вашей отрицательной связи, фотодиод должен отдать 454uA, но если у Вас смещение подается через сопротивление на 1М, то достаточно 4,5 uA, чтобы сместить вход и выход за счет падения напряжения на этом резисторе. Получается, что Вы думаете, что у Вас нет смещения, а оно у Вас намного больше, чем сам сигнал.

МВА, А ты поставь наноамперметр на входе ОУ.
Может так будет понятней ?

Не понял, к чему сарказм?
Мне и так все понятно, даже совсем без микроамперметра. А вот Вы, мне кажется, не поняли ничего из того, что я хотел Вам объяснить.

[johanh]

МВА, К сожалению это ты не понял.
1В/1M
Это ток фотодиода.1uA/1V
Без смещения если на выходе 4.54V ток через фотодиод составит 4.54uA
В мелочи в виде потери на входных токах ОУ и на резисторе обратной связи
вдаваться не будем.
Если фотодиод имеет ток 20uA достаточно будет изменить резистор на 500k
Получим крутизну 2uA/1V
И получим при токе 20uA 10V на выходе.
4V на смещение.
...

Даже если взять первый абзац, без смещения, и пятый пункт. То для получения такого напряжения на выходе фотодиод должен отдать 454uA

Я не знаю как ты подсчитываешь ...
На пальцах ...
Увеличение тока фотодиода ведет к увеличению напряжения на выходе.
Падение напряжения на резисторе увеличивается.
Соответственно увеличивается ток.
Ток приблизительно равен Uвых/R
...
А теперь скажи мне какой ток фотодиода будет использован ?
...

[МВА]

Это ток фотодиода.1uA/1V
Без смещения если на выходе 4.54V ток через фотодиод составит 4.54uA

Все верно, если ток составляет, к примеру, 4,9uA, то на выходе будет чуть чуть больше. Дело в том, что этот ток создает падение напряжения на Вашем резисторе, через которое подается смещение, и оно прикладывается к не инвертирующему входу. А это уже не усиление, а напряжение смещения входа. И на выходе к смещению входа прибавляется напряжение которое преобразовалось в преобразователе. В Вашем случае Это примерно 0,05v. В действительности преобразователь ток-напряжение работает не так. Если сразу рассмотреть без смещения (с заземленным не инвертирующим входом), то входной ток, допустим плюс на +in а минус на -in пытается изменить потенциал входов (сделать не инвертирующий вход более положительным) От этого выходной сигнал становится положительным на столько, чтобы подавить входной ток. А раз не инвертирующий вход заземлен, то ток обратной связи будет стараться удержать потенциал инвертирующего входа таким же, как и на не инвертирующем. А для этого ток обратной связи будет таким же, как и входной ток. Отсюда легко посчитать сопротивление обратной связи. Для того, чтобы при одном микроампере на выходе был один вольт, нужен резистор 1М. Но не на входе, а в цепи обратной связи. Ведь, если на входе 0 а на выходе 1в. при токе в один микроампер 1v/1uA=1M. Это и весь расчет. А чтобы сместить всю эту "бодягу" - достаточно подать нужное напряжение на не инвертирующий вход относительно земли. На скриншотах по порядку показываю Вашу схему, и пример без смещения и со смещением, при крутизне 1uA на 1V.

[geodx]

Если честно, пока не разобрался, в каком режиме работает фотодиод. В фотодиодном? То есть на него подается обратное смещение со входа. Через фотодиод течет обратный ток, который пропорционален освещению, и дифференциальные входы фиксируют падение напряжения на фотодиоде. Я правильно понимаю?


Или в генераторном режиме, то есть фотодиод работает как солнечная батарея. но почему тогда схему называют "преобразователь ток-напряжение" ?

[H4LF]

МВА, Как я понял - иногда имеет смысл для компенсации тока смещения ОУ ставить резистор на землю с таким же сопротивлением как у резистора между выходом и инвертирующим входом. Крутизна при этом равна сумме сопротивлений этих двух резисторов если в V/A. Поэтому у johanh в схеме из 13 поста крутизна всё же примерно 0.99 uA на вольт, был неправ насчёт этого. Но насчёт влияния смещения на фотодиод - так и не понял, вроде всё нормально там со смещением (а на фотодиоде 0 вольт, что со смещением выхода, что без него).

Поправка к себе: про ток по цепи "фотодиод" -› "резистор ОС" я глупость ляпнул, что аж стыдно стало перед Кирхгофом)) но всё же если нет тока фотодиода, то нет и тока в этой цепи - и со смещением и без смещения.

johanh, да, я так и понял эти цифры на картинке, но там же нет влияния постоянной составляющей на характеристику фотодиода: что со смещением, что без смещения - получается одинаково, только сдвинуто на постоянную составляющую. Ну например: 6,52-4,54=1,98.
Вот только непонятно - ток, который 0, 125, 250, 500, 1000 uA - это ток через светодиод? А где ток через фотодиод?
Про крутизну уже написал - действительно у тебя (если уж на ты) там примерно 1uA на вольт, а я был неправ. Но зачем же так перекашивать? Уж тогда лучше два по 500k поставить, а не 1М + 10k.
А можно только между выходом и инверсным входом поставить 1М, а к неинверсному подключить источник напряжения для смещения, как в пост #9, будет тоже самое (если не учитывать токи смещения ОУ).

[johanh]

МВА,Мы ведь обсуждали мою конфигурацию ...
И каков вердикт ?
Так кто что не понимает ?
...
Так рисунка было недостаточно ?
...
Смещение не поддерживается ?
...
А если закоротить выход с инвертирующим входом работать не будет ?
...

[geodx]

Пока еще не собирал, это моя первая схема на операционнике )))