¿Por qué el voltaje del fotodiodo "rebota"?

11

He configurado un fotodiodo BPW-21 como se muestra a continuación:

ingrese la descripción de la imagen aquí

El fotodiodo se activa mediante un rayo láser oscilante. Esperaba obtener una transición limpia de + 5V a 0V en el punto A cuando el rayo láser cae sobre el fotodiodo y una transición de 0V a + 5V cuando el láser se mueve fuera del fotodiodo. Sin embargo, lo que realmente obtengo en el osciloscopio son múltiples transiciones de 0V a + 5V que duran unos pocos cientos de microsegundos antes de establecer los voltajes esperados. A continuación se muestran algunos rastros de ejemplo:

ingrese la descripción de la imagen aquí
ingrese la descripción de la imagen aquí

Mi pregunta: ¿Por qué el voltaje en el punto A "rebota"? ¿Qué está sucediendo en el fotodiodo para hacer que el voltaje rebote entre + y + 5V antes de establecer el valor esperado? Algunas ideas

Abhishek

Abhishek
fuente
2
Intente bloquear el rayo láser con un objeto opaco y verifique la gráfica. Al mover el láser del fotodiodo, parece que puede implicar todo tipo de vibraciones.
Dmitry Grigoryev

Respuestas:

13

El efecto del láser semiconductor se describe mediante dos ecuaciones diferenciales parciales acopladas de densidad portadora y densidad de fotones, las ecuaciones de velocidad .

La solución de estas ecuaciones da como resultado una relación de intensidad de corriente no lineal que causa oscilación de relajación cuando se enciende el diodo.

Ver aquí o la siguiente imagen: (fuente de la imagen: p. 45 de este documento) oscilación de relajación de diodo láser

Y lo que ves es exactamente esta oscilación cerca del borde ascendente de la señal.

Cuajada
fuente
Buen complemento. Aunque no podría decir si "rayo láser oscilante" significaba físico o eléctrico.
Trevor_G
Quise decir físico ... en realidad, el rayo láser se refleja en un espejo montado en un péndulo de torsión
Abhishek
@Abhishek: ??? ¿No es eléctrico también físico? Por cierto, por "haz láser oscilante" entiendo que su intensidad se modula eléctricamente (y no importa si se refleja en un espejo o no). Si se opera continuamente, la oscilación de relajación no puede ser una explicación de lo que ve en el osciloscopio.
Cuajada
@Abhishek: ¿quizás tu rayo láser también esté modulado eléctricamente?
Cuajada
11

Podría ser movimiento. Probablemente en la fuente del láser, pero también podría estar en el extremo del fotodiodo, incluso un ventilador en algún lugar puede causar sensibilidad.

Sin embargo, si no tiene apertura, o la apertura es incorrecta, también es posible obtener rutas de láser dispersas hacia el sensor a medida que el láser cruza la cubierta metálica del sensor o se refleja alrededor de la disposición.

Si tiene algún otro tipo de láser óptico, las ventanas también pueden rebotar dentro de ellas.

ingrese la descripción de la imagen aquí

La sensibilidad excesiva del circuito del detector también le causará dolor. Para obtener los mejores resultados, desea que el circuito del detector le brinde una oscilación del 80-90% cuando esté completamente expuesto, no inundado . Esto le dará la tolerancia suficiente para que funcione en una variedad de dispositivos y condiciones de energía, al tiempo que le brinda un rango de señal suficiente para usar la histéresis adecuada.

COMENTARIOS GENERALES:

A menudo, las personas piensan que necesitan usar láser precisos para la detección de posición porque piensan que los láseres son maravillosos. La verdad es que, a menos que desee colocar algo a una distancia, con una precisión <1 mm, el uso de un láser puede causarle más dolor que el uso de una fuente de luz menos columnar.

Con los láseres es importante alinear ambos extremos. Con una fuente de luz simple y un receptor con la apertura adecuada, solo necesita colocar el receptor con precisión.

Los láseres tienden a rebotar. Hay ocasiones en que el láser puede rebotar alrededor del objeto que está tratando de medir y aún así terminar en el sensor. Peor aún, pueden rebotar dentro de su sensor.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Si el láser y el receptor están a metros de distancia, puede tener problemas térmicos. El movimiento relativo entre ellos debido a la expansión térmica de lo que sea que estén unidos puede hacer que el láser pierda el objetivo por completo. De hecho, mantener ambos extremos acoplados mecánicamente es un problema en general.

En muchas ocasiones he encontrado prudente desenfocar el láser para que llegue como un punto de un cuarto de tamaño en el extremo del receptor. La apertura del detector era lo suficientemente precisa para la tarea en cuestión, pero los problemas de alineación y vibración desaparecieron.

Trevor_G
fuente
Querido Trevor ... para decir la verdad, esto es también lo que sospecho ... en el último párrafo que mencionó "la apertura del detector fue lo suficientemente precisa", ¿quiere decir que colocó una apertura separada (como la de aquí) e-holmarc.com/product/… ) o ¿quiere decir que el diámetro de la ventana en el paquete de fotodiodos fue suficiente para el trabajo en cuestión?
Abhishek
@Abhishek, una abertura puede ser una hendidura o un pequeño orificio, más pequeño que el sensor, fijado a cierta distancia frente al propio sensor, de modo que la luz que llega al sensor solo golpeará el diodo cuando el orificio en la abertura se alinee con La fuente de luz. No necesita ser un dispositivo elegante como ese. Un simple taladro de 1 mm o 1/2 mm en una placa delgada es suficiente. Cuanto más adelante esté el sensor, más preciso será, pero intercambiará un poco de sensibilidad con la distancia.
Trevor_G
En las decenas de microsegundos entre esos pulsos, la luz viajaría por kilómetros. El mecanismo que propone explicaría el rebote en una escala de tiempo diferente, mucho más rápida. (a menos que haya calculado mal algo, o el OP tiene ventanas muy gruesas :-))
Sredni Vashtar
1
@Sredni Vashtar no, te estás perdiendo el punto. A medida que el láser se mueve físicamente sobre el sensor, las rutas adicionales pueden causar modulación en el brillo del láser debido a tales efectos de tipo franja. La velocidad de la modulación del sensor está dictada por la velocidad física de la fuente / modulador.
Trevor_G
@Trevor, oh, eso es interesante. Básicamente, ¿esa sería la 'frecuencia de latido', mucho más pequeña que la 'portadora'?
Sredni Vashtar
-1

Hay movimiento mecánico. Eso probablemente tendrá vibraciones.

La salida del fotodiodo ---- lo que ha mostrado ---- es de riel a riel porque el láser es muy intenso. Coloque un filtro entre el láser y la PD, y obtenga una mejor vista de la energía que llega.

analogsystemsrf
fuente
El láser en movimiento está montado en una suspensión independiente (es decir, suspendida por una cuerda) y oscila con un período de tiempo de aproximadamente 10 segundos, por lo que las vibraciones mecánicas no pueden ser el problema. El fotodiodo en sí no se mueve ... e incluso, si su riel a riel, ¿por qué está "rebotando"? .. no hay contactos mecánicos para vibrar
Abhishek
Vibración vertical? ¿Movimiento browniano? O sospecho que suena en el circuito analógico de la interfaz TIA. Nuevamente ............. inserte un atenuador óptico de 1 o 2 paradas, y busque cambios.
analogsystemsrf
1
Parece que los patrones de interferencia cambian con el ángulo de desviación desde el borde. ¿Qué tan bien definida está la abertura para las desviaciones de los bordes?
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
1
Esta es una luz láser, con centelleo!
analogsystemsrf
1
@Abhishek Sospecho que está usando "centelleo" como término laico para el patrón de moteado
Random832
-1

Sospecho que el rayo láser podría ser más pequeño que el área de la PD. Si este es el caso, entonces a medida que el haz se mueve a través del área, algunas partes del mismo pueden conducir y luego no conducir causando el aparente "rebote" hasta que se active suficiente PD para encender el diodo. Al salir, el efecto se repite hasta que el haz está fuera de todas las áreas de la PD. Esto se puede verificar manteniendo el haz estable y usando algo para interrumpir su trayectoria, en lugar de moverlo a través del PD.

Guill
fuente