为什么光电二极管的电压会“反弹”?


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我已经设置了BPW-21光电二极管,如下所示:

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光电二极管被振荡的激光束激活。我希望当激光束落在光电二极管上时,在点A处获得从+ 5V到0V的清晰过渡,而当激光从光电二极管移开时,从0V到+ 5V的清晰过渡。但是,我在示波器上实际得到的是多个0V至+ 5V的过渡,持续了几百微秒,然后才稳定到期望的电压。下面是一些示例跟踪:

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我的问题:为什么A点的电压会“反弹”?在达到期望值之前,光电二极管中发生了什么事情,使电压在+至+ 5V之间反弹?有任何想法吗

阿比舍克


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尝试用不透明的物体阻挡激光束,然后检查绘图。将激光移离光电二极管的声音听起来可能会涉及各种振动。
德米特里·格里戈里耶夫

Answers:


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半导体激光效应由载流子密度和光子密度的两个耦合的偏微分方程,速率方程描述

这些方程的解导致非线性电流-强度关系,从而在二极管导通时引起弛豫振荡。

参见此处或下图:( 图像来源:文件第45页) 激光二极管弛豫振荡

您所看到的正是信号上升沿附近的振荡。


好补充。尽管我无法确定“振荡激光束”是指物理的还是电的。
Trevor_G

我的意思是物理的...实际上,激光束是从安装在扭转摆上的镜子上反射出来的
-Abhishek

@Abhishek:??? 电气也不物理吗?顺便说一句,通过“振荡激光束”,我知道其强度是电调制的(它是否从镜面反射都没有关系)。如果连续运行,弛豫振荡将无法解释示波器上显示的情况。
凝结

@Abhishek:也许您的激光束也被电调制了?
凝结

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可能是运动。可能在激光源上,但也可能在光电二极管端,即使是某个地方的风扇也会引起灵敏度。

但是,如果您没有孔径或孔径错误,则当激光穿过传感器的金属罩或在装置内部反射时,也有可能使杂散的激光路径到达传感器。

如果您还有其他类型的光学窗口激光器,也可以在其内部反弹。

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检测器电路的灵敏度过高也会引起您的悲伤。为了获得最佳结果,您希望检测器电路在完全暴露而不是被淹没时能使您摆在80-90%的摆幅范围内。这将为您提供足够的容差,使其能够在各种设备和电源条件下工作,同时仍为您提供足够的信号范围以使用适当的磁滞。

普通的留言:

人们通常认为他们需要使用精确的激光进行位置检测,因为他们认为激光很棒。事实是,除非您想将某物定位到小于1mm的精度,否则使用激光实际上比使用较少的柱状光源会给您带来更多的痛苦。

使用激光,对准两端很重要。使用简单的光源和适当的接收器,您只需要准确定位接收器即可。

激光往往会跳动。在某些情况下,激光实际上可以在您要测量的物体周围反弹,并最终到达传感器上。更糟糕的是,它们实际上可能会在您的传感器内反弹。

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如果激光器和接收器相距几米,则可能会出现热问题。由于它们所附着的物体的热膨胀,它们之间的相对运动会导致激光完全失去目标。实际上,保持两端机械耦合通常是一个问题。

在很多情况下,我发现谨慎地对激光散焦是明智的,因此它会以四分之一的尺寸到达接收器端。检测器上的光圈足够精确,可以完成手头的任务,但是对准和振动问题消失了。


亲爱的特雷弗...说实话,这也是我所怀疑的...在上一段中,您提到“探测器的光圈足够准确”,您的意思是说您放置了一个单独的光圈(像这里的那个)e-holmarc.com/product/…),还是意味着光电二极管封装上的窗口直径足以应付当前的工作?
Abhishek

@Abhishek,孔可以是比传感器小的狭缝或小孔,固定在传感器本身前一定距离,这样,只有当孔中的孔与光源。它不必是像这样的花哨的设备。在薄板上简单的1mm或1 / 2mm钻孔就足够了。传感器越靠前,它的精度越高,但是您会在灵敏度和距离之间取舍。
Trevor_G

在这些脉冲之间的数十微秒内,光将传播数公里。您提出的机制将解释以不同,更快得多的时间范围跳动。(除非我严重误
算了

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@Sredni Vashtar不,你错过了重点。当激光器物理上移动到传感器上时,由于这种边缘类型的影响,额外的路径会导致激光器亮度的调制。传感器调制的速度取决于信号源/调制器的物理速度。
Trevor_G

@Trevor,哦,这很有趣。因此,基本上,这就是“拍频”-比“载波”小得多吗?
斯雷德尼·瓦什塔尔

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有机械运动。这可能会产生振动。

光电二极管的输出-您所显示的-是轨到轨的,因为激光是如此强烈。在Laser和PD之间放置一个滤光片,可以更好地了解到达的能量。


移动激光器安装在一个独立的悬架上(即用一根绳子悬吊),并以大约10秒的时间振动,因此机械振动不会成为问题。光电二极管本身不动..-甚至它的轨到轨为什么会“弹跳”?..没有机械触点可以振动
Abhishek

垂直振动?布朗运动?或者我怀疑在TIA接口模拟电路中出现了振铃。再次........插入1档或2档光衰减器,然后寻找变化。
Analogsystemsrf

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看起来干涉图案随着从边缘偏转的角度而变化。边缘变形的孔径定义得如何?
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75,2017年

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激光,闪烁!
Analogsystemsrf

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@Abhishek我怀疑他使用“闪烁”作为外行
散布的

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我怀疑激光束可能小于PD的面积。如果是这种情况,那么当光束在整个区域中移动时,光束的某些部分会传导,然后不再传导,从而导致明显的“反弹”,直到激活了足够的PD才能打开二极管。在其离开时,效果会重复出现,直到光束离开PD的所有区域为止。可以通过保持光束稳定并使用某种东西来中断其路径,而不是在PD上移动来验证这一点。

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