Rechazo de la luz ambiental del circuito fotodetector

Question

He construido un circuito de fotodetección como el siguiente:

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Y con este circuito, me gustaría medir el brillo de un LED parpadeante:

Desde la izquierda, la luz pasa a través de un filtro de paso corto de 500 nm y llega al fotodiodo.

El problema es que la lectura de la luz ambiental es demasiado alta, independientemente de si el LED está encendido o no (línea amarilla), tal y como se dibuja con la línea azul:

Tengo que limitar un rango de lectura de luminosidad de -1,5 a 1,5 V para alimentar a otro equipo que tenga un rango de entrada semejante. Por lo tanto, no puedo reemplazar R1 con uno más grande para obtener una mayor diferencia de voltaje entre el estado LED-ON y LED-OFF hasta que se filtre la luz ambiental.

Con mis pocos conocimientos, parece que se puede hacer colocando un condensador pF en algún punto del circuito.

Cuando busqué circuito de rechazo de la luz ambiental Sin embargo, parecen muy complicados de lo que esperaba.

¿Existe una manera de eliminar el componente DC de la lectura de la luminosidad y amplificar el componente no-DC de la lectura de la luminosidad?

Answer 1

Básicamente necesitas un filtro de paso alto. El rolloff de la frecuencia depende de cuál es la frecuencia válida más lenta en su señal.

Dado que el desplazamiento de CC puede ser grande en relación con la amplitud de la componente de CA que se intenta detectar, no se desea demasiada ganancia antes del filtro. Su circuito es un amplificador de transimpedancia con R1 siendo la ganancia. Encuentre lo que la corriente máxima a través de D1 será en cualquier condición, a continuación, el tamaño de R1 para que esta etapa no se corte con esa corriente.

Estás haciendo funcionar el amplificador óptico desde una fuente de 5 V, con la tensión de salida subiendo desde 0. Incluso si ese amplificador puede oscilar su salida hasta el carril positivo (no he buscado ese amplificador específico), entonces la salida puede ir a 5 V como máximo. Eso significa que este circuito funciona con corrientes D1 de hasta (5 V)/(200 kΩ) = 25 µA. Si eso es demasiado bajo para todas las condiciones a las que estará expuesto D1, entonces R1 es demasiado alto.

Básicamente, baja la ganancia de esta primera etapa bajando R1. Puedes obtener la ganancia que quieras añadiendo una segunda etapa, pero inserta un filtro de paso alto entre las dos etapas. De esta manera, la segunda etapa no amplificará el nivel ambiental, sólo la señal de CA deseada. El propósito de la primera etapa es crear una bonita señal de voltaje amortiguada con un rango razonable desde el detector en bruto, no producir la salida final.

Answer 2

Asumo que estás haciendo funcionar tu LED con una proporción de 90% de encendido/10% de apagado. Su mayor problema no es el ambiente (aunque podría terminar siendo el caso), es C3 (1 uF). Esto se combinará con R1 para dar una constante de tiempo de respuesta de 0,2 segundos. Como tu LED sólo se apaga durante unos 2 mseg, no tienes ni idea de cuál es el nivel ambiental.

Prueba a reducir C3 a 1000 pF, o incluso a 100 pF, comprobando que el circuito no empieza a oscilar. Incluso con tu diseño, sospecho que 100 pF funcionará.

También reduciría tu base de tiempo a un barrido de 20 mseg - no necesitas todos esos pulsos extra.

Te recomiendo que cambies tu estrategia de conexión a tierra. Utiliza un puente corto para conectar ambos lados de la fila 31, saltando justo por debajo de los pines 4 y 5. Haz todas tus conexiones de señal y desacoplamiento a esta tira, junto con las conexiones del punto de tierra para tus sondas de alcance. Cambia también tus condensadores de desacoplamiento por condensadores cerámicos de 0,1 uF.

Por último, sea cual sea tu determinación final del ambiente, puedes compensarlo añadiendo una resistencia desde la alimentación hasta la entrada inversora a través de una resistencia grande (de 500k a 100k) sin afectar al rendimiento dinámico del circuito.