Почему напряжение на фотодиоде «отскакивает»?

11

Я установил фотодиод BPW-21, как показано ниже:

введите описание изображения здесь

Фотодиод активируется колеблющимся лазерным лучом. Я ожидал получить чистый переход от +5 В до 0 В в точке А, когда лазерный луч падает на фотодиод, и переход от 0 В до + 5 В, когда лазер сходит с фотодиода. Однако то, что я на самом деле получаю на осциллографе, - это множественные переходы от 0 В до + 5 В, длящиеся несколько сотен микросекунд, прежде чем они достигнут ожидаемых напряжений. Некоторые примеры следов ниже:

введите описание изображения здесь
введите описание изображения здесь

Мой вопрос: почему напряжение в точке А "подпрыгивает"? Что происходит на фотодиоде, чтобы напряжение отскочило от + до + 5 В, прежде чем установить ожидаемое значение? Есть идеи

Абхишек

Абхишек
источник
2
Попробуйте заблокировать лазерный луч непрозрачным объектом и проверьте график. Отключение лазера от фотодиода звучит так, как будто оно может вызывать всевозможные вибрации.
Дмитрий Григорьев

Ответы:

13

Эффект полупроводникового лазера описывается двумя связанными уравнениями в частных производных с плотностью носителей и плотностью фотонов, уравнениями скорости .

Решение этих уравнений приводит к нелинейным отношениям тока и интенсивности, вызывающим релаксационные колебания при включении диода.

Смотрите здесь или следующее изображение: (источник изображения: стр. 45 этого документа) колебание релаксации лазерного диода

И то, что вы видите, является именно этим колебанием около нарастающего фронта сигнала.

творог
источник
Хорошо добавить. Хотя я не мог сказать, означает ли «колеблющийся лазерный луч» физический или электрический.
Trevor_G
Я имел в виду физическое ... на самом деле лазерный луч отражается от зеркала, установленного на торсионный маятник
Абхишек,
@Abhishek: ??? Разве электрический не физический? Кстати, под "колеблющимся лазерным лучом" я понимаю, что его интенсивность модулируется электрически (и не имеет значения, отражается ли он от зеркала или нет). Если он работает непрерывно, релаксационные колебания не могут быть объяснением того, что вы видите на прицеле.
Творог
@Abhishek: может быть, ваш лазерный луч также электрически модулирован?
Творог
11

Это может быть движение. Возможно, на лазерном источнике, но это может быть и на конце фотодиода, даже вентилятор где-то может вызвать чувствительность.

Однако, если у вас нет диафрагмы или неправильная апертура, также возможно проложить пути к лазерному излучению, когда лазер пересекает металлический кожух датчика или отражается внутри устройства.

Если у вас есть какой-либо другой вид оптических оконных лазеров, вы можете отскочить и внутри них.

введите описание изображения здесь

Чрезмерная чувствительность цепи детектора также вызовет у вас горе. Для достижения наилучших результатов вы хотите, чтобы схема детектора давала вам 80-90% размаха при полной выдержке, а не заболоченности . Это даст вам достаточный допуск для работы с различными устройствами и условиями питания, но при этом обеспечит достаточный диапазон сигнала для использования соответствующего гистерезиса.

ОБЩИЕ КОММЕНТАРИИ:

Часто люди думают, что им нужно использовать точечные лазеры для определения положения, потому что они думают, что лазеры прекрасны. Правда в том, что если вы не хотите располагать что-либо на расстоянии с точностью <1 мм, использование лазера на самом деле может принести вам больше горя, чем использование менее колонного источника света.

С лазерами важно выровнять оба конца. С простым источником света и соответствующим образом установленным приемником, вам нужно только точно установить приемник.

Лазеры склонны к рикошету. Есть случаи, когда лазер может наскочить вокруг объекта, который вы пытаетесь измерить, и все же оказаться на датчике. Хуже того, они могут отскакивать внутри вашего датчика.

введите описание изображения здесь

Если лазер и приемник находятся на расстоянии нескольких метров, у вас могут возникнуть тепловые проблемы. Относительное движение между ними из-за теплового расширения того, к чему они прикреплены, может привести к тому, что лазер полностью попадет в цель. Фактически поддержание обоих концов в механическом соединении является проблемой в целом.

Во многих случаях я счел целесообразным на самом деле расфокусировать лазер, чтобы он достигал пятна размером четверть на стороне приемника. Апертура на детекторе была достаточно точной для поставленной задачи, но проблемы с выравниванием и вибрацией исчезли.

Trevor_G
источник
Уважаемый Тревор ... честно говоря, это также то, что я подозреваю ... в последнем абзаце вы упомянули "апертура детектора была достаточно точной", вы имеете в виду, что вы поставили отдельную апертуру (как здесь e-holmarc.com/product/… ) или вы имеете в виду, что диаметра окна на фотодиодной упаковке было достаточно для работы под рукой?
Абхишек,
@Abhishek, апертура может быть щелью или небольшим отверстием, меньшим, чем датчик, закрепленным на некотором расстоянии перед самим датчиком, так что свет, падающий на датчик, будет попадать на диод только тогда, когда отверстие в апертуре совпадает с источник света. Это не должно быть модным устройством, как это. Достаточно простого отверстия диаметром 1 или 1/2 мм в тонкой пластине. Чем дальше перед датчиком, тем точнее он, но вы теряете небольшую чувствительность с расстоянием.
Trevor_G
За десятки микросекунд между этими импульсами свет будет распространяться на километры. Механизм, который вы предлагаете, объяснял бы подпрыгивание в другом, гораздо более быстром, временном масштабе. (если я что-то грубо не просчитал - или у ОП очень толстые окна :-))
Средний Ваштар
1
@ Средни Ваштар, нет, вы упускаете суть. Поскольку лазер физически перемещается на датчик, дополнительные пути могут вызывать модуляцию яркости лазера из-за таких эффектов типа окаймления. Скорость модуляции датчика определяется физической скоростью источника / модулятора.
Trevor_G
@Trevor, о, это интересно. Так что, в принципе, это будет «частота биений» - намного меньше, чем «несущая»?
Средний Ваштар
-1

Есть механическое движение. Это, вероятно, будет иметь вибрации.

Выходной сигнал фотодиода ---- то, что вы показали ---- - от рельса к рельсу, потому что лазер очень интенсивный. Поместите фильтр между лазером и ПД, и получите лучшее представление о поступающей энергии.

analogsystemsrf
источник
Движущийся лазер установлен на независимой подвеске (то есть подвешен на веревке) и колеблется с периодом времени около 10 секунд, поэтому механические колебания не могут быть проблемой. Фотодиод сам по себе не движется ... и даже - если его рельс к рельсу, почему он "подпрыгивает"? .. нет никаких механических контактов, чтобы вибрировать
Абхишек
Вертикальная вибрация? Броуновское движение? Или я подозреваю звон в аналоговой схеме интерфейса TIA. Снова ............. вставьте 1-ступенчатый или 2-ступенчатый оптический аттенюатор и найдите изменения.
analogsystemsrf
1
Похоже, интерференционные картины меняются с углом отклонения от края. Насколько хорошо определено отверстие для прогиба кромки?
Тони Стюарт Sunnyskyguy EE75
1
Это IS лазерный луч, с мерцаний!
аналоговые системы
1
@Abhishek Я подозреваю, что он использует «сцинтилляцию» как термин непрофессионала для узора спекл
Random832
-1

Я подозреваю, что лазерный луч может быть меньше, чем площадь ПД. Если это так, то, когда луч перемещается через область, некоторые его части могут проводить, а затем не проводить, вызывая явное «подпрыгивание», пока не активируется достаточное количество PD, чтобы включить диод. На выходе эффект повторяется до тех пор, пока луч не покинет все области ПД. Это можно проверить, удерживая балку неподвижно и используя что-то, чтобы прервать его путь, вместо того, чтобы перемещать его по ПД.

Guill
источник