Warum "springt" die Spannung der Fotodiode?

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Ich habe eine BPW-21-Fotodiode wie folgt eingerichtet:

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Die Fotodiode wird durch einen oszillierenden Laserstrahl aktiviert. Ich erwartete einen sauberen Übergang von + 5 V zu 0 V am Punkt A, wenn der Laserstrahl auf die Fotodiode fällt, und einen Übergang von 0 V zu + 5 V, wenn sich der Laser von der Fotodiode entfernt. Was ich jedoch tatsächlich auf dem Oszilloskop bekomme, sind mehrere Übergänge von 0 V zu + 5 V, die einige hundert Mikrosekunden dauern, bevor sie sich auf die erwarteten Spannungen einstellen. Einige Beispielspuren sind unten aufgeführt:

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Meine Frage: Warum "springt" die Spannung an Punkt A? Was passiert in der Fotodiode, damit die Spannung zwischen + und + 5 V springt, bevor der erwartete Wert festgelegt wird? Irgendwelche Ideen

Abhishek

Abhishek
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Versuchen Sie, den Laserstrahl mit einem undurchsichtigen Objekt zu blockieren, und überprüfen Sie die Darstellung. Wenn Sie den Laser von der Fotodiode wegbewegen, kann dies zu allen möglichen Vibrationen führen.
Dmitry Grigoryev

Antworten:

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Der Halbleiterlasereffekt wird durch zwei gekoppelte partielle Differentialgleichungen der Trägerdichte und der Photonendichte beschrieben, die Geschwindigkeitsgleichungen .

Die Lösung dieser Gleichungen führt zu einer nichtlinearen Strom-Intensitäts-Beziehung, die beim Einschalten der Diode eine Relaxationsschwingung verursacht.

Siehe hier oder folgendes Bild: (Bildquelle: S. 45 dieses Dokuments) Laserdiodenrelaxationsschwingung

Und was Sie sehen, ist genau diese Schwingung nahe der ansteigenden Flanke des Signals.

Quark
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Gut hinzufügen. Obwohl ich nicht sagen konnte, ob "oszillierender Laserstrahl" physikalisch oder elektrisch bedeutet.
Trevor_G
Ich meinte physisch ... tatsächlich wird der Laserstrahl von einem Spiegel reflektiert, der auf einem Torsionspendel montiert ist
Abhishek
@Abhishek: ??? Ist Elektrik nicht auch physikalisch? Übrigens Unter "oszillierendem Laserstrahl" verstehe ich, dass seine Intensität elektrisch moduliert wird (und es spielt keine Rolle, ob er von einem Spiegel reflektiert wird oder nicht). Wenn es kontinuierlich betrieben wird, kann die Relaxationsschwingung keine Erklärung dafür sein, was Sie auf dem Zielfernrohr sehen.
Curd
@Abhishek: Vielleicht ist dein Laserstrahl auch elektrisch moduliert?
Curd
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Es könnte Bewegung sein. Wahrscheinlich an der Laserquelle, aber es könnte auch am Ende der Fotodiode sein, sogar ein Lüfter kann irgendwo Empfindlichkeit verursachen.

Wenn Sie jedoch keine oder die falsche Blende haben, können Sie auch Streulaserpfade zum Sensor erhalten, wenn der Laser die Metallabdeckung des Sensors kreuzt oder innerhalb der Anordnung reflektiert.

Wenn Sie eine andere Art von optischen Fensterlasern haben, können diese auch in diesen herumspringen.

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Eine Überempfindlichkeit der Detektorschaltung verursacht ebenfalls Kummer. Für beste Ergebnisse möchten Sie, dass die Detektorschaltung Sie bei voller Belichtung und nicht überfüllt irgendwo im 80-90% -Schwungbereich hält . Dies gibt Ihnen eine ausreichende Toleranz, damit es über eine Vielzahl von Geräten und Leistungsbedingungen funktioniert, und bietet Ihnen dennoch einen ausreichenden Signalbereich, um eine geeignete Hysterese zu verwenden.

ALLGEMEINE KOMMENTARE:

Oft denken die Leute, dass sie punktgenaue Laser zur Positionserkennung verwenden müssen, weil sie Laser für wunderbar halten. Die Wahrheit ist, wenn Sie etwas nicht mit einer Genauigkeit von <1 mm in einer Entfernung positionieren möchten, kann die Verwendung eines Lasers tatsächlich mehr Kummer verursachen als die Verwendung einer weniger säulenförmigen Lichtquelle.

Bei Lasern ist es wichtig, beide Enden auszurichten. Mit einer einfachen Lichtquelle und einem entsprechend zugeordneten Empfänger müssen Sie den Empfänger nur genau positionieren.

Laser neigen zum Abprallen. Es gibt Fälle, in denen der Laser tatsächlich um das zu messende Objekt springen kann und dennoch auf dem Sensor landet. Schlimmer noch, sie können tatsächlich in Ihrem Sensor herumspringen.

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Wenn Laser und Empfänger Meter voneinander entfernt sind, können thermische Probleme auftreten. Relative Bewegungen zwischen ihnen aufgrund der Wärmeausdehnung dessen, woran sie befestigt sind, können dazu führen, dass der Laser das Ziel vollständig verfehlt. Tatsächlich ist es im Allgemeinen ein Problem, beide Enden mechanisch gekoppelt zu halten.

In vielen Fällen fand ich es ratsam, den Laser tatsächlich zu defokussieren, damit er als viertelgroßer Punkt am Empfängerende ankommt. Die Blende am Detektor war genau genug für die jeweilige Aufgabe, aber die Ausrichtungs- und Vibrationsprobleme verschwanden.

Trevor_G
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Lieber Trevor ... um die Wahrheit zu sagen, das ist auch das, was ich vermute ... im letzten Absatz haben Sie erwähnt, dass die Blende des Detektors genau genug war. Meinen Sie damit, dass Sie eine separate Blende anbringen (wie die hier)? e-holmarc.com/product/… ) oder meinen Sie, dass der Durchmesser des Fensters auf dem Fotodiodenpaket für den jeweiligen Auftrag ausreichend war?
Abhishek
@Abhishek, eine Apertur kann ein Schlitz oder ein kleines Loch sein, das kleiner als der Sensor ist und in einiger Entfernung vor dem Sensor selbst befestigt ist, so dass das am Sensor einfallende Licht nur dann auf die Diode trifft, wenn das Loch in der Apertur mit übereinstimmt die Lichtquelle. Es muss kein schickes Gerät wie dieses sein. Ein einfaches 1 mm oder 1/2 mm Bohrloch in einer dünnen Platte ist ausreichend. Je weiter vor dem Sensor, desto genauer ist er, aber Sie tauschen ein wenig Empfindlichkeit mit der Entfernung aus.
Trevor_G
In den zehn Mikrosekunden zwischen diesen Impulsen würde sich das Licht kilometerweit bewegen. Der von Ihnen vorgeschlagene Mechanismus würde das Abprallen in einer anderen, viel schnelleren Zeitskala erklären. (es sei denn, ich habe etwas grob falsch berechnet - oder das OP hat sehr dicke Fenster :-))
Sredni Vashtar
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@Sredni Vashtar nein du verpasst den Punkt. Wenn sich der Laser physikalisch auf den Sensor bewegt, können die zusätzlichen Pfade aufgrund solcher Randeffekte eine Modulation der Laserhelligkeit verursachen. Die Geschwindigkeit der Sensormodulation wird durch die physikalische Geschwindigkeit der Quelle / des Modulators bestimmt.
Trevor_G
@ Trevor, oh, das ist interessant. Im Grunde wäre das also die "Schwebungsfrequenz" - viel kleiner als der "Träger"?
Sredni Vashtar
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Es gibt mechanische Bewegung. Das wird wahrscheinlich Vibrationen haben.

Der Fotodiodenausgang ---- was Sie gezeigt haben ---- ist Rail-to-Rail, weil der Laser so intensiv ist. Platzieren Sie einen Filter zwischen Laser und PD und erhalten Sie eine bessere Sicht auf die ankommende Energie.

analogsystemsrf
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Der sich bewegende Laser ist auf einer unabhängigen Aufhängung (dh an einer Schnur aufgehängt) montiert und schwingt mit einer Zeitspanne von etwa 10 Sekunden, sodass mechanische Vibrationen nicht das Problem sein können. Die Fotodiode selbst bewegt sich nicht ... und selbst wenn sie von Schiene zu Schiene geht, warum "springt" sie? .. es gibt keine mechanischen Kontakte zu vibrieren
Abhishek
Vertikale Vibration? Brownsche Bewegung? Oder ich vermute, dass die analoge Schaltung der TIA-Schnittstelle klingelt. Wieder ............. Setzen Sie ein optisches Dämpfungsglied mit 1 oder 2 Blenden ein und suchen Sie nach Änderungen.
Analogsystemsrf
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Es sieht aus wie Interferenzmuster, die sich mit dem Ablenkwinkel von der Kante ändern. Wie gut ist die Apertur für Kantenauslenkungen definiert?
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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Der IS - Laserlicht, mit Scintillations!
Analogsystemsrf
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@Abhishek Ich vermute, er verwendet "Szintillation" als
Laienbegriff
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Ich vermute, dass der Laserstrahl kleiner sein könnte als die Fläche der PD. Wenn dies der Fall ist, können einige Teile des Strahls, wenn er sich über den Bereich bewegt, leiten und dann nicht leiten, was das scheinbare "Abprallen" verursacht, bis genug PD aktiviert ist, um die Diode einzuschalten. Auf dem Weg nach draußen wird der Effekt wiederholt, bis der Strahl von allen Bereichen der PD entfernt ist. Dies kann überprüft werden, indem der Strahl ruhig gehalten wird und etwas verwendet wird, um seinen Weg zu unterbrechen, anstatt ihn über die PD zu bewegen.

Guill
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