Autor Tema: BPW34 Fotodiodo PIN  (Leído 5474 veces)

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Desconectado c4_esp_VR

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BPW34 Fotodiodo PIN
« en: 26 de Agosto de 2011, 09:30:42 »
Hola compañeros,

Estoy intentando medir la señal que me llega al fotodiodo BPW34 (ver datasheet aqui). Para ello pulso un led de 940nm a 1A.

La luz me llega al fotodiodo por reflexión de un objeto a 3mm por lo que le llega perfectamente mucha intensidad lumínica en forma de pulsos cortos de 50us.

El circuito que estoy usando es el siguiente.



Es un aplificador de transimpedancia, donde tranforma la corriente en voltaje, en la relación de Vout=-Idiodo*Rf

Pues bien...resulta que coloque la resistencia que coloque (que en teoría debería de ser del orden de MOhm) o coloque el fotodiodo de una forma o de otra...nunca consigo tener una buena señal de salida...

Alguien sabe que puede estar pasando...o alguien a usado dicho sensor...

La verdad es que me está volviendo loco y no consigo hacerlo funcionar...

Un saludete y como siempre mil gracias compañeros foreros  ;-)

« Última modificación: 26 de Agosto de 2011, 09:41:35 por c4_esp_VR »

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Re: BPW34 Fotodiodo PIN
« Respuesta #1 en: 26 de Agosto de 2011, 10:27:45 »
Hola compañeros,

Estoy intentando medir la señal que me llega al fotodiodo BPW34 (ver datasheet aqui). Para ello pulso un led de 940nm a 1A.

La luz me llega al fotodiodo por reflexión de un objeto a 3mm por lo que le llega perfectamente mucha intensidad lumínica en forma de pulsos cortos de 50us.

El circuito que estoy usando es el siguiente.



Es un aplificador de transimpedancia, donde tranforma la corriente en voltaje, en la relación de Vout=-Idiodo*Rf

Pues bien...resulta que coloque la resistencia que coloque (que en teoría debería de ser del orden de MOhm) o coloque el fotodiodo de una forma o de otra...nunca consigo tener una buena señal de salida...

Alguien sabe que puede estar pasando...o alguien a usado dicho sensor...

La verdad es que me está volviendo loco y no consigo hacerlo funcionar...

Un saludete y como siempre mil gracias compañeros foreros  ;-)

- Un problema puede ser que esté captando señal visible. Segun el datasheet, la sensibilidad espectral en el rango visible es relativamente alta. Si estas emitiendo en el rango infrarrojo (949nm) quizas habria que eliminar de algun modo el efecto de la señal visible.

- Otro problema es que no hayas colocado bien el fotodiodo

Yo diseñe una pequeña placa para probar un transimpedancia de texas y me iba bastante bien incluso con la luz visible incidiendo. es el OPA380

Un saludo

Aitor

Desconectado c4_esp_VR

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Re: BPW34 Fotodiodo PIN
« Respuesta #2 en: 26 de Agosto de 2011, 11:19:52 »
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- Un problema puede ser que esté captando señal visible. Segun el datasheet, la sensibilidad espectral en el rango visible es relativamente alta. Si estas emitiendo en el rango infrarrojo (949nm) quizas habria que eliminar de algun modo el efecto de la señal visible.

- Otro problema es que no hayas colocado bien el fotodiodo

Yo diseñe una pequeña placa para probar un transimpedancia de texas y me iba bastante bien incluso con la luz visible incidiendo. es el OPA380

Un saludo

Aitor

Hola Aitor,

Estoy asundo un papel en blanco para que refleje toda la luz y además así evito que le entre otra luz que no sea la del led, que además lo estoy pulsando a 1A.

El fotodiodo al estar en cortocircuito da la mismo com lo pongas, lo único que pasará es que la corriente circula en una dirección o en otra y por tanto la formula pueda ser Vout= - Idiodo*Rf o bien Vout = Idiodo*Rf, es decir negativa o positiva.

Creo que tengo dos "problemillas" puede que estoy enviando mucha luz y por tanto ponerle una resistencia de 1M es demasiada ganancia (1 millon de ganancia). Pero esto me parece raro ya que todas las notas de aplicación dicen de poner 1Mohm o más.

Por otro lado, puede que al no tener el AO en alimentación simétrica (+-3V3) puede que se esté saturando tanto por arriba como por abajo. ¿Cómo alimentabas el OPA380?, ¿tenías alguna tensión de bias tanto en el fotodiodo como en la entrada no-invertida del amplificador operacional?.

A ver si damos con el error que estoy teniendo, que llevo ya 2 días de locura  :5] :5] :5]

Un saludete y gracias compañeros.

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Re: BPW34 Fotodiodo PIN
« Respuesta #3 en: 26 de Agosto de 2011, 11:25:40 »
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- Un problema puede ser que esté captando señal visible. Segun el datasheet, la sensibilidad espectral en el rango visible es relativamente alta. Si estas emitiendo en el rango infrarrojo (949nm) quizas habria que eliminar de algun modo el efecto de la señal visible.

- Otro problema es que no hayas colocado bien el fotodiodo

Yo diseñe una pequeña placa para probar un transimpedancia de texas y me iba bastante bien incluso con la luz visible incidiendo. es el OPA380

Un saludo

Aitor

Hola Aitor,

Estoy asundo un papel en blanco para que refleje toda la luz y además así evito que le entre otra luz que no sea la del led, que además lo estoy pulsando a 1A.

El fotodiodo al estar en cortocircuito da la mismo com lo pongas, lo único que pasará es que la corriente circula en una dirección o en otra y por tanto la formula pueda ser Vout= - Idiodo*Rf o bien Vout = Idiodo*Rf, es decir negativa o positiva.

Creo que tengo dos "problemillas" puede que estoy enviando mucha luz y por tanto ponerle una resistencia de 1M es demasiada ganancia (1 millon de ganancia). Pero esto me parece raro ya que todas las notas de aplicación dicen de poner 1Mohm o más.

Por otro lado, puede que al no tener el AO en alimentación simétrica (+-3V3) puede que se esté saturando tanto por arriba como por abajo. ¿Cómo alimentabas el OPA380?, ¿tenías alguna tensión de bias tanto en el fotodiodo como en la entrada no-invertida del amplificador operacional?.

A ver si damos con el error que estoy teniendo, que llevo ya 2 días de locura  :5] :5] :5]

Un saludete y gracias compañeros.

hola:

Mas ó menos mi esquema es como el tuyo para el OPA380. En tu diseño la alimentacion negativa está a cero por lo que solo puedes tener tensiones positivas. tal y como colocas el diodo necesitas alimentar tension negativa porque es :

Vsal = -I *Rf


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Re: BPW34 Fotodiodo PIN
« Respuesta #4 en: 26 de Agosto de 2011, 11:27:17 »
hola:

Mas ó menos mi esquema es como el tuyo para el OPA380. En tu diseño la alimentacion negativa está a cero por lo que solo puedes tener tensiones positivas. tal y como colocas el diodo necesitas alimentar tension negativa porque es :

Vsal = -I *Rf

otra solucion es añadir una etapa inversora para volver a tener tensiones positivas.

Desconectado c4_esp_VR

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Re: BPW34 Fotodiodo PIN
« Respuesta #5 en: 26 de Agosto de 2011, 12:16:58 »
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hola:

Mas ó menos mi esquema es como el tuyo para el OPA380. En tu diseño la alimentacion negativa está a cero por lo que solo puedes tener tensiones positivas. tal y como colocas el diodo necesitas alimentar tension negativa porque es :

Vsal = -I *Rf

otra solucion es añadir una etapa inversora para volver a tener tensiones positivas.

Efectivamente, creo que uno de los problemas que estamos teniendo es el que comentas, pero desgraciadamente sólo dispongo de los 5V del usb y no sé como hacer para tener -5V con tan sólo los 5V...

Es por ello que pongo en diodo en la otra dirección para que me dé voltajes positivos...pero aún así no va ni para atrás.

¿aitorsp podrías subirnos el esquemático del opa?.

Muchas gracias.

Desconectado AngelGris

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Re: BPW34 Fotodiodo PIN
« Respuesta #6 en: 26 de Agosto de 2011, 12:41:00 »
  Pido disculpas de antemano por mi ignorancia en el manejo de los fotodiodos pero... ¿No estaría faltando una resistencia de polarizado para el fotodiodo, desde el cátodo del mismo hacía positivo? De esa manera cuando no incide luz, no circula corriente y por lo tanto en la entrada del operacional obtendríamos vcc, luego cuando está incidiendo la luz comienza a circuilar corriente y por lo tanto la tensión decae... Porque de no ser así, no entiendo (debido a que nunca trabajé con fotodiodos) como puede generar tensión el bichito ese.
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Desconectado aitorsp

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Re: BPW34 Fotodiodo PIN
« Respuesta #7 en: 26 de Agosto de 2011, 13:21:28 »
  Pido disculpas de antemano por mi ignorancia en el manejo de los fotodiodos pero... ¿No estaría faltando una resistencia de polarizado para el fotodiodo, desde el cátodo del mismo hacía positivo? De esa manera cuando no incide luz, no circula corriente y por lo tanto en la entrada del operacional obtendríamos vcc, luego cuando está incidiendo la luz comienza a circuilar corriente y por lo tanto la tensión decae... Porque de no ser así, no entiendo (debido a que nunca trabajé con fotodiodos) como puede generar tensión el bichito ese.

Angelgris, si pones la resistencia en serie con el fotodiodo pierdes energia. Date cuenta que un TRANSIMPEDANCIA es un convertidor I/V y por lo tanto la corriente debe entrar directamente al OPAMP sin oposicion alguna.

Te adjunto el esquema de texas instruments donde viene un ejemplo bien explicado.

http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/opa380.html

bajate el datasheet y ahi viene explicado como poner el fotodiodo.

Un saludo

Aitor

Desconectado AngelGris

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Re: BPW34 Fotodiodo PIN
« Respuesta #8 en: 26 de Agosto de 2011, 14:19:27 »
Ah, perfecto... lo que pasó fue que al subir rápido la primer imágen (para seguir viendo el post) también se subió el primer renglón donde aclarabas que era un operacional de transimpedancia.
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Re: BPW34 Fotodiodo PIN
« Respuesta #9 en: 29 de Agosto de 2011, 10:30:46 »
Veamos que estaba pasando.

Primero, es importante no saturar el AO además de poner las alimentaciones del AO necesarias. En este caso, al estar pulsando con 1A el led, al fotosensor le estaba llegando mucha luminosidad por lo que al poner una resistencia de 1M, estabamos amplificando la corriente del fotodiodo por 1 millon, por lo que estabamos esperando una corriente de picoamperios. En este caso al estar pulsado el orden es de centenas de uA, por lo que poniendo una resistencia de realimentación de 1K o 800Ohm nos es más que suficiente. Muchas veces no hay que fiarse de los datasheet y ver que es lo que queremos  ;-)

Por otro lado, el fotodiodo, para que actúe de manera lineal, tiene que actuar como sensor fotocondictivo y por ello tiene que tener un potencial negativo entre sus terminales, por ello a veces se le suele poner una tensión de bias en vez de ponerlo a masa. También, el fotodiodo genera una corriente inversa, esto es, la corriente va cátodo a ánado, por lo que si alimentamos el operacional con GND y 3.3V y ponemos el diodo de esta forma



Tenemos como salida que Vout=Idiodo*R2, como vemos es positivo por lo que V- puede ser GND, la única precaución es no sobresaturar el AO, es decir poner tal ganancia (Rf) que sobrepasa los 3v3 voltios de V+ del operacionel, para ello hay que adecuar la Rf a las unidades que usemos.

pA -> Mohm
uA -> KOhm
mA -> Ohm

Por otro lado, si la ganancia es elevada, también elevaremos el ruido por lo que debemos de tener en cuenta las siguentes consideraciones:

1.-Poner dos condensadores de 0.1uF y 1uF entre la alimentación del operacional y masa (típicos condensadores de desacoplo), lo más próximos al IC del AO.

2.- Poner un condensador en paralelo con el fotodiodo (Ci), el valor de este condensador debe de ser la suma de la capacitancia del fotodiodo a dicha tensión inversa, más la capacitancia del AO en modo de rechazo común, más la capacitancia de la entrada del AO.

3.- Para evitar posibles picos de rizado en la señal, se debe poner un condensador del orden de picofaradios en paralelo con la resistencia de realimentación.

4.- Poner unas resistencias en T en vez de una única resistencia de realimentación. Hay que tener en cuenta las consideraciones puestas en el dibujo.


5.- Por último, la frecuencia de corte, que delimitará el ancho de banda del fotodiodo viene determinado por la formula.
Fcorte=1/(2*pi*Rft*Cf)



Con estas consideraciones, podemos tener anchos de banda del orden de Gbits por segundo, siempre que el fotodiodo tenga dicho ancho de banda.

Esta información la podemos encontrar en algunos paper y datasheet de fabricantes, pero viene especialmente bien explicadito en el siguiente libro.
Photodiode Amplifiers - Op Amp Solutions - J.Graeme

Un saludete y espero que os ayude esta información que tantos dias me ha costado para hacerlo funcionar. Como siempre gracias a todos por ayudar.
« Última modificación: 30 de Agosto de 2011, 04:20:41 por c4_esp_VR »

Desconectado aitorsp

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Re: BPW34 Fotodiodo PIN
« Respuesta #10 en: 29 de Agosto de 2011, 11:09:51 »
c4_esp_VR, para asegurarte de que la Rf es de un valor adecuado quizas seria conveniente sustituirla por un potenciometro multivuelta de 500k ó 1 M ohmio. De esa forma puedes controlar el nivel de señal tanto en ON como en OFF