Mengapa tegangan fotodioda "terpental"?

11

Saya telah menyiapkan fotodioda BPW-21 seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

masukkan deskripsi gambar di sini

Foto-dioda diaktifkan oleh sinar laser berosilasi. Saya berharap untuk mendapatkan transisi bersih + 5V ke 0V pada titik A ketika sinar laser jatuh pada fotodioda dan transisi 0V ke + 5V ketika laser bergerak dari fotodioda. Namun apa yang sebenarnya saya dapatkan pada osiloskop adalah beberapa transisi 0V ke + 5V yang berlangsung selama beberapa ratus mikrodetik sebelum mencapai tegangan yang diharapkan. Beberapa contoh jejak di bawah ini:

masukkan deskripsi gambar di sini
masukkan deskripsi gambar di sini

Pertanyaan saya: Mengapa tegangan pada titik-A "memantul"? Apa yang terjadi dalam dioda foto untuk membuat bouncing tegangan antara + hingga + 5V sebelum menentukan nilai yang diharapkan? Ada ide

Abhishek

photodiode debounce Abhishek
sumber
2
Cobalah memblokir sinar laser dengan benda buram dan periksa plotnya. Memindahkan laser dari fotodioda terdengar seperti itu bisa melibatkan semua jenis getaran.
Dmitry Grigoryev

Jawaban:

13

Efek laser semikonduktor dijelaskan oleh dua persamaan diferensial parsial digandeng dari densitas pembawa dan densitas foton, persamaan laju .

Solusi dari persamaan ini menghasilkan hubungan intensitas arus tidak linier yang menyebabkan osilasi relaksasi ketika dioda dinyalakan.

Lihat di sini atau gambar berikut: (sumber gambar: hlm. 45 dari dokumen ini ) osilasi relaksasi dioda laser

Dan apa yang Anda lihat adalah osilasi persis di dekat sisi naik sinyal.

Dadih
sumber
Tambahan yang bagus. Meskipun saya tidak tahu apakah "sinar laser berosilasi" berarti fisik atau listrik.
Trevor_G
Maksud saya fisik ... sebenarnya sinar laser dipantulkan dari cermin yang dipasang di pendulum torsi
Abhishek
@Abhishek: ??? Bukankah listrik juga fisik? BTW Dengan "sinar laser osilasi" Saya mengerti bahwa intensitasnya dimodulasi secara elektrik (dan tidak masalah jika dipantulkan dari cermin atau tidak). Jika dioperasikan terus menerus osilasi relaksasi tidak dapat menjadi penjelasan tentang apa yang Anda lihat pada ruang lingkup.
Curd
@ Abhishek: mungkin sinar laser Anda juga dimodulasi secara elektrik?
Curd
11

Itu bisa berupa gerak. Mungkin di sumber laser, tetapi bisa juga di ujung fotodioda, bahkan kipas di suatu tempat dapat menyebabkan sensitivitas.

Namun, jika Anda tidak memiliki aperture, atau aperture yang salah, dimungkinkan juga untuk mendapatkan jalur laser yang tersesat ke sensor saat laser melintasi selubung logam dari sensor atau memantul di dalam pengaturan.

Jika Anda memiliki jenis lain dari laser jendela optik dapat bangkit di dalamnya juga.

masukkan deskripsi gambar di sini

Kepekaan yang berlebihan dari rangkaian detektor juga akan menyebabkan Anda berduka. Untuk hasil terbaik, Anda ingin rangkaian detektor memberi Anda tempat di ayunan 80-90% saat terbuka penuh, tidak kebanjiran . Ini akan memberi Anda toleransi yang cukup agar dapat bekerja di berbagai perangkat dan kondisi daya sambil tetap memberi Anda jangkauan sinyal yang cukup untuk menggunakan histeresis yang sesuai.

KOMENTAR UMUM:

Seringkali orang berpikir mereka perlu menggunakan laser pinpoint untuk deteksi posisi karena mereka pikir laser itu hebat. Yang benar adalah, kecuali jika Anda ingin memposisikan sesuatu di kejauhan, dengan akurasi <1mm, menggunakan laser sebenarnya dapat menyebabkan Anda lebih berduka daripada menggunakan sumber cahaya yang kurang kolom.

Dengan laser, penting untuk menyelaraskan kedua ujungnya. Dengan sumber cahaya yang sederhana dan penerima yang disesuaikan, Anda hanya perlu menempatkan penerima secara akurat.

Laser cenderung memantul. Ada kalanya laser benar-benar dapat memantul di sekitar objek yang ingin Anda ukur dan masih berakhir pada sensor. Lebih buruk lagi mereka benar-benar dapat terpental di dalam sensor Anda.

masukkan deskripsi gambar di sini

Jika laser dan penerima berjarak beberapa meter, Anda dapat memiliki masalah termal. Gerakan relatif di antara mereka karena ekspansi termal dari apa pun yang melekat padanya dapat menyebabkan laser kehilangan target sepenuhnya. Sebenarnya menjaga kedua ujungnya secara mekanis digabungkan adalah masalah secara umum.

Dalam banyak kesempatan saya merasa bijaksana untuk benar-benar memfokuskan laser sehingga muncul sebagai tempat berukuran seperempat di ujung penerima. Bukaan pada detektor cukup akurat untuk tugas yang dihadapi, tetapi masalah pelurusan dan getaran hilang.

Trevor_G
sumber
Trevor yang terhormat ... untuk mengatakan yang sebenarnya, ini juga yang saya curigai ... pada paragraf terakhir yang telah Anda sebutkan "bukaan detektor sudah cukup akurat", maksud Anda bahwa Anda meletakkan bukaan yang terpisah (seperti yang ada di sini e-holmarc.com/product/… ) atau apakah maksud Anda bahwa diameter jendela pada paket foto-dioda sudah cukup untuk pekerjaan yang sedang dilakukan?
Abhishek
@Abhishek, aperture dapat berupa celah atau lubang kecil, lebih kecil dari sensor, dipasang pada jarak tertentu di depan sensor itu sendiri sehingga cahaya yang masuk pada sensor hanya akan mengenai dioda ketika lubang di aperture sejajar dengan sumber cahaya. Tidak perlu menjadi perangkat mewah seperti itu. Lubang bor 1mm or1 / 2mm sederhana dalam pelat tipis sudah cukup. Semakin jauh di depan sensor semakin akurat, tetapi Anda menukar sedikit kepekaan dengan jarak.
Trevor_G
Dalam puluhan mikrodetik di antara pulsa-pulsa itu, cahaya akan menempuh jarak beberapa kilometer. Mekanisme yang Anda usulkan akan menjelaskan memantul pada skala waktu yang berbeda, jauh lebih cepat. (Kecuali jika saya salah perhitungan sesuatu - atau OP memiliki jendela yang sangat tebal :-))
Sredni Vashtar
1
@Sredni Vashtar tidak, Anda tidak mengerti intinya. Ketika laser bergerak secara fisik ke sensor jalur tambahan dapat menyebabkan modulasi dalam kecerahan laser karena efek jenis fringing. Kecepatan modulasi sensor ditentukan oleh kecepatan fisik sumber / modulator.
Trevor_G
@ Trevor, oh, itu menarik. Jadi pada dasarnya, itu akan menjadi 'frekuensi ketukan' - jauh lebih kecil dari 'pembawa'?
Sredni Vashtar
-1

Ada gerakan mekanis. Itu kemungkinan akan memiliki getaran.

Output fotodioda ---- apa yang telah Anda tunjukkan ---- adalah rail-to-rail karena Laser sangat kuat. Tempatkan filter antara Laser dan PD, dan dapatkan tampilan yang lebih baik dari energi yang tiba.

analogsystemsrf
sumber
Laser yang bergerak dipasang pada suspensi independen (yaitu ditangguhkan oleh string) dan berosilasi dengan periode waktu sekitar 10 detik sehingga getaran mekanis tidak menjadi masalah. Dioda itu sendiri tidak bergerak .. dan bahkan-jika rel ke rel mengapa itu "memantul"? .. tidak ada kontak mekanis yang bergetar
Abhishek
Getaran vertikal? Gerak Brown? Atau saya curiga dering di antarmuka analog antarmuka TIA. Lagi ............. masukkan attenuator optik 1-stop atau 2-stop, dan cari perubahan.
analogsystemsrf
1
Sepertinya pola interferensi berubah dengan sudut defleksi dari tepi. Seberapa baik aperture untuk defleksi tepi?
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
1
Ini adalah sinar laser, dengan kilau!
analogsystemsrf
1
@Abhishek Saya curiga dia menggunakan "kilau" sebagai istilah awam untuk pola belu
Random832
-1

Saya menduga bahwa sinar laser mungkin lebih kecil dari area PD. Jika hal ini terjadi, maka ketika balok bergerak melintasi area, beberapa bagian dapat melakukan dan kemudian tidak melakukan menyebabkan "memantul" yang jelas sampai cukup dari PD diaktifkan untuk menyalakan dioda. Pada jalan keluar, efeknya diulangi sampai balok mati semua area PD. Ini dapat diverifikasi dengan menahan balok agar tetap stabil dan menggunakan sesuatu untuk menghentikan jalurnya, alih-alih memindahkannya melintasi PD.

Guill
sumber