Pourquoi la tension de la photodiode "rebondit"?

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J'ai installé une photodiode BPW-21 comme indiqué ci-dessous:

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La photodiode est activée par un faisceau laser oscillant. Je m'attendais à obtenir une transition nette de + 5V à 0V au point A lorsque le faisceau laser tombe sur la photodiode et une transition de 0V à + 5V lorsque le laser quitte la photodiode. Cependant, ce que j'obtiens réellement sur l'oscilloscope, ce sont de multiples transitions de 0 V à + 5 V qui durent quelques centaines de microsecondes avant de se fixer aux tensions attendues. Quelques exemples de traces sont ci-dessous:

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Ma question: pourquoi la tension au point A "rebondit"? Que se passe-t-il dans la photodiode pour faire rebondir la tension entre + et + 5V avant de fixer la valeur attendue? Des idées

Abhishek

Abhishek
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Essayez de bloquer le faisceau laser avec un objet opaque et vérifiez l'intrigue. Le déplacement du laser hors de la photodiode sonne comme s'il pouvait impliquer toutes sortes de vibrations.
Dmitry Grigoryev

Réponses:

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L'effet laser à semi-conducteur est décrit par deux équations différentielles partielles couplées de densité de porteurs et de densité de photons, les équations de vitesse .

La solution de ces équations se traduit par une relation d'intensité de courant non linéaire provoquant une oscillation de relaxation lorsque la diode est allumée.

Voir ici ou image suivante: (source de l'image: p. 45 de ce document) oscillation de relaxation de diode laser

Et ce que vous voyez, c'est exactement cette oscillation près du front montant du signal.

fromage blanc
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Bon ajout. Bien que je ne pouvais pas dire si «faisceau laser oscillant» signifiait physique ou électrique.
Trevor_G
Je voulais dire physique ... en fait, le faisceau laser est réfléchi par un miroir monté sur un pendule de torsion
Abhishek
@Abhishek: ??? L'électricité n'est-elle pas aussi physique? BTW Par «faisceau laser oscillant», je comprends que son intensité est modulée électriquement (et peu importe qu'elle soit réfléchie par un miroir ou non). S'il est exploité en continu, l'oscillation de relaxation ne peut pas être une explication de ce que vous voyez sur la lunette.
Curd
@Abhishek: peut-être que votre faisceau laser est également modulé électriquement?
Curd
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Ce pourrait être une motion. Probablement à la source laser, mais cela pourrait aussi être à l'extrémité de la photodiode, même un ventilateur quelque part peut provoquer une sensibilité.

Cependant, si vous n'avez pas d'ouverture ou si vous n'avez pas la bonne ouverture, il est également possible d'obtenir des trajets laser parasites vers le capteur lorsque le laser traverse le carénage métallique du capteur ou se réfléchit à l'intérieur de l'agencement.

Si vous avez d'autres types de lasers à fenêtre optique, ils peuvent également rebondir à l'intérieur.

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Une sensibilité excessive du circuit du détecteur vous causera également des problèmes. Pour de meilleurs résultats, vous voulez que le circuit du détecteur vous donne quelque part dans l'oscillation de 80 à 90% lorsqu'il est entièrement exposé et non submergé . Cela vous donnera une tolérance suffisante pour qu'il fonctionne sur une variété d'appareils et de conditions d'alimentation tout en vous offrant une plage de signal suffisante pour utiliser l'hystérésis appropriée.

OBSERVATIONS GÉNÉRALES:

Souvent, les gens pensent qu'ils doivent utiliser des lasers ponctuels pour la détection de position parce qu'ils pensent que les lasers sont merveilleux. La vérité est que, à moins que vous ne vouliez positionner quelque chose à distance, avec une précision <1 mm, l'utilisation d'un laser peut en fait vous causer plus de chagrin que l'utilisation d'une source de lumière moins cylindrique.

Avec les lasers, il est important d'aligner les deux extrémités. Avec une source lumineuse simple et un récepteur convenablement installé, il vous suffit de positionner le récepteur avec précision.

Les lasers ont tendance à ricocher. Il y a des occasions où le laser peut réellement rebondir autour de l'objet que vous attachez à mesurer et se retrouver tout de même sur le capteur. Pire, ils peuvent rebondir dans votre capteur.

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Si le laser et le récepteur sont séparés de plusieurs mètres, vous pouvez avoir des problèmes thermiques. Un mouvement relatif entre eux en raison de l'expansion thermique de tout ce à quoi ils sont attachés peut faire que le laser manque complètement la cible. En fait, maintenir les deux extrémités couplées mécaniquement est un problème en général.

À de nombreuses reprises, j'ai trouvé prudent de défocaliser le laser afin qu'il arrive sous la forme d'un point de taille quart à l'extrémité du récepteur. L'ouverture sur le détecteur était suffisamment précise pour la tâche à accomplir, mais les problèmes d'alignement et de vibration ont disparu.

Trevor_G
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Cher Trevor ... pour dire la vérité, c'est aussi ce que je soupçonne ... dans le dernier paragraphe, vous avez mentionné "l'ouverture du détecteur était suffisamment précise", voulez-vous dire que vous avez mis une ouverture séparée (comme celle ici) e-holmarc.com/product/… ) ou voulez-vous dire que le diamètre de la fenêtre sur le paquet de photodiodes était suffisant pour le travail à accomplir?
Abhishek
@Abhishek, une ouverture peut être une fente ou un petit trou, plus petit que le capteur, fixé à une certaine distance devant le capteur lui-même de telle sorte que la lumière venant du capteur ne frappe la diode que lorsque le trou dans l'ouverture s'aligne avec la source lumineuse. Il n'est pas nécessaire que ce soit un appareil sophistiqué comme celui-là. Un simple trou de 1 mm ou 1/2 mm dans une plaque mince suffit. Plus il est devant le capteur, plus il est précis, mais vous échangez un peu de sensibilité avec la distance.
Trevor_G
Dans les dizaines de microsecondes entre ces impulsions, la lumière se déplaçait sur des kilomètres. Le mécanisme que vous proposez expliquerait le rebond à une échelle de temps différente, beaucoup plus rapide. (sauf si j'ai grossièrement mal calculé quelque chose - ou que l'OP a des fenêtres très épaisses :-))
Sredni Vashtar
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@Sredni Vashtar non, vous manquez le point. Lorsque le laser se déplace physiquement sur le capteur, les trajets supplémentaires peuvent provoquer une modulation de la luminosité du laser en raison de tels effets de type frangeant. La vitesse de modulation du capteur est dictée par la vitesse physique de la source / modulateur.
Trevor_G
@Trevor, oh, c'est intéressant. Donc, fondamentalement, ce serait la «fréquence de battement» - beaucoup plus petite que la «porteuse»?
Sredni Vashtar
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Il y a un mouvement mécanique. Cela aura probablement des vibrations.

La sortie de la photodiode ---- ce que vous avez montré ---- est rail à rail car le laser est très intense. Placez un filtre entre le laser et le PD et obtenez une meilleure vue de l'énergie qui arrive.

analogsystemsrf
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Le laser en mouvement est monté sur une suspension indépendante (c'est-à-dire suspendu par une corde) et oscille avec une période de temps d'environ 10 secondes afin que les vibrations mécaniques ne puissent pas être le problème. La photodiode elle-même ne bouge pas .. et même si son rail à rail pourquoi "rebondit-elle"? .. il n'y a pas de contacts mécaniques pour vibrer
Abhishek
Vibration verticale? Mouvement brownien? Ou je soupçonne une sonnerie dans le circuit analogique de l'interface TIA. Encore une fois ............. insérez un atténuateur optique à 1 ou 2 arrêts et recherchez les modifications.
analogsystemsrf
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Il ressemble à des modèles d'interférence changeant avec l'angle de déviation du bord. Dans quelle mesure l'ouverture des déflexions de bord est-elle bien définie?
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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Cette lumière laser IS , avec scintillation!
analogsystemsrf
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@Abhishek Je soupçonne qu'il utilise "scintillation" comme terme de
profane
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Je soupçonne que le faisceau laser pourrait être plus petit que la zone du PD. Si tel est le cas, alors que le faisceau se déplace à travers la zone, certaines parties de celui-ci peuvent conduire et ne pas conduire, provoquant le "rebond" apparent jusqu'à ce qu'une quantité suffisante de PD soit activée pour allumer la diode. À sa sortie, l'effet est répété jusqu'à ce que le faisceau soit hors de toutes les zones du PD. Cela peut être vérifié en maintenant le faisceau stable et en utilisant quelque chose pour interrompre son chemin, au lieu de le déplacer à travers le PD.

Guill
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