Amplificator de transimpedanță

[[email protected]]

Vă salut,

 

Are cineva de aici cunoştinţe bune sau foarte bune de simulare S.P.I.C.E.Aş vrea să folosesc simulatorul Micro+CAP 12,la modelarea comportamentală electrică în semnal analogic,urmărind anumite caracteristici de transfer de performanță sau parametrii de performanță Pentru  o fotodiodă PIN InGaAs IG17 și câteva tranzistoare BFP420.

 

Şi anume, aş vrea să urmăresc grafic următorii parametrii, perntru o fotodiodă PIN InGaAs IG17 :

responsivity (A/W) vs wavelength(nm);
dark current (A) vs reverse voltage (V);
shunt resistance vs. temperature;
detectivity vs. shunt x area;
capacitance vs. reverse voltage;
normalized response (a.u.) vs time (µs)
relative sensitivity (%) vs incident Light Level (mW)
 

 

Și la tranzistorul BFP420 vreau să monitorizez câteva grafice la următorii parametri:

 

total power dissipation Ptot = ƒ(TS);
collector current vs. collector emitter voltage IC = f(VCE), IB = parameter
DC current gain hFE = f(IC), VCE = 3 V
collector current vs. base emitter forward voltage IC = f(VBE), VCE = 3 V
base current vs. base emitter forward voltage IB = f(VBE), VCE = 3 V
base current vs. base emitter reverse voltage IB = f(VEB), VCE = 3 V
collector emitter breakdown voltage VCER = f(RBE), IC = 1 mA
transition frequency fT = f(IC), f = 2 GHz, VCE = parameter
collector base capacitance CCB = f(VCB), f = 1 MHz
gain Gma, Gms, IS21I^2 = f(f), VCE = 2 V, IC = 20 mA
maximum power gain Gmax = f(IC), VCE = 2 V, f = parameter in GHz
maximum power gain Gmax = f(VCE), IC = 20 mA, f = parameter in GHz
 

Voi ataşa şi o poză

https://ibb.co/2KDLVVr

 

Vă mulțumesc,

Dragoș

 

 

[gsabac]

Aveti modele Spice pentru fotodioda PIN InGaAs IG17 sau asematoare?

Pentru tranzistorul BFP 420, producatorul Infineon are prezentate multe familii de curbe in documentatie si nu cred ca modelul Spice sa dea curbe mai bune.

Sunt multi useri pe forum care poseda cunostinte avansate, dar trebuie sa stiti ca pentru ce doriti sa se realizeze cu Micro-Cap12 trebuiesc zeci de ore de simulare pe calculator si va sugerez sa studiati si sa incepeti cu ce este mai simplu.

 

PS. Schema este usor de simulat, dar ar fi bine sa preferati programul free LTspice.

@gsabac

Editat Iunie 5, 2020 de gsabac

[[email protected]]

Vă salut,

 

Domnule user gsabac.Da, am modelele respective.Eu, înainte de toate aş dori să măsor raspunsul sau sensibilitatea  de impuls in functie de lungimea de undă,a respectivei fotodiode.Am cunoştinte în simularea S.P.I.C.E de modelare comportamentala electrica si electronica, cât de cât decente.Si ceea  ce vreau sa urmaresc, este ceva prioritar.Dar, as vrea pe cineva, daca se poate, sa ma indrume, in realizarea unor grafice, a unor caracterisitici de transfer de functionare, sau parametrii, cum li se mai spun,ca cei de sus.

In cazul programului LTspice, nu stiu daca se ridica la nivelul capacitatii computationale de calcul in modelarea comportamentala, pentru ceea ce vreau eu, si anume sa masor macar primii parametrii principali, pe ce de sus.

Va rog, orice sfat este binevenit.

 

Va multumesc,

Dragos.

Editat Iunie 5, 2020 de [email protected]

[sesebe]

Am o nedumerire legata de aceasta simulare: cum simulezi radiație cu diferite lungimi de unda? 

[gsabac]

In unele cazuri se poate face prin intermediul parametrilor continuti in modelul fotodiodei PIN, daca are asa ceva, daca contine numai modelul de dioda simpla

 se poate utiliza un generator de semnal cu nivele si frecvente de modulatie dupa curbele din caracteristici. Evident nu este decat o simulare a amplificatorului

 si nu a ansamblului sursa de radiatie modulata, fotodioda si amplificator. Doar @[email protected], ne poaate lamuri si il rog sa posteze modelul spice

 al diodei PIN sa vedem ce contine si daca este compatibil cu programele SPICE..

Apropo de LTspice, dupa mine este profesorul emerit al programului Micro-Cap, care a si dat faliment, deci fiti sigur ca se pot realiza orice fel de analize

 si trasa orice fel de grafice, totul depinde de cunostintele utilizatorului.

 

PS. Apropo de masurarea parametrilor, pentru fiecare trebuie sa elaborati o strategie de masura, schema, model, surse, marimi de intrare si de iesire,

        dar si formulele matematice ce definesc acesti parametri si totul depinde de modelul spice al fotodiodei

 

@gsabac

[gsabac]

Un exemplu de astfel de model se gaseste la comportarea termica LTspice a tranzistorilor, s-a mai adaugat un pin termic.

Acesti pini adaugati pentru simularea parametrica sunt cu valori de tensiuni sau curenti echivalenti cu caldura, radiatia solara, etc.

Un model este in poza.

   

In schema este un subcircuit care face conversia si in acest caz are schema urmatoare:

     

Dupa cum se vede este o modelare particulara, dar probabil sunt si modelari de firma, eu nu am vazut la radiatii optice

 si asa arata raspunsul electric.

    

 

@gsabac

Editat Iunie 6, 2020 de gsabac

[[email protected]]

Va salut,

 

Cred ca situatia ma depaseste un pic.Deocamdata, nu am cunostintele necesare, care ma pot ajuta  sa obtin rezultatele dorite.Si anume sa urmaresc, inainte de toate, din punct de vedere grafic impulsul electric dreptunghiular generat de fotodioda, nu stiu la o amplituidne de cativa volti in functie de perioada de timp.Modelul Spice pentru fotodioda PIN InGaAs IG17, il atasez mai jos, si nu cred ca este ceea doream sa fie.Va rog, care ar fi path-ul/calea sau procedura , care m-ar putea ajuta sa obtin respectivul impuls electric?

https://ibb.co/L9QCZcM

 

Va multumesc pentru intelegerea si timpul acordat,

Dragos.

Editat Iunie 7, 2020 de validae
litere

[gsabac]

Am vazut acest model in MicroCap 10 si 12 ca si relatiile macro care definesc fotodioda PIN dar nici un exemplu concret.

Pentru inceput am gasit 5 subcircuite spice de fotodiode PIN:

****************************INTUSOFT.LIB****************
*SRC=BP104;BP104;Diodes;Photo;PIN, 700MA/W
*SYM=BPW34
.SUBCKT BP104   4             1        3
*               INPUT Pwr(W)  CATHODE  ANODE
D2  6  1  BP104
G2  1  6  POLY(2)  1  6  4  0  0  200P  700M
* G2  1  6  POLY(2)  1  6  4  0  0  IDARK  SENS
* Dark current as a function of VR: IDARK*V(1,6)
* and Spectral Photosensitivity (A/W): SENS at 950 NM
V4  6  3 ;  Photodiode Current
.MODEL BP104 D (IS=2.46N RS=42M N=2.85 BV=20 IBV=10U
+ CJO=48P VJ=.75 M=.333 TT=28.8N)
*  20 Volt   Si Photo Diode  08-23-1994
.ENDS
****************************************************************
*SRC=BP104BS;BP104BS;Diodes;Photo;PIN, 590MA/W
*SYM=BPW34
.SUBCKT BP104BS   4             1        3
*               INPUT Pwr(W)  CATHODE  ANODE
D2  6  1  BP104BS
G2  1  6  POLY(2)  1  6  4  0  0  200P  590M
* G2  1  6  POLY(2)  1  6  4  0  0  IDARK  SENS
* Dark current as a function of VR: IDARK*V(1,6)
* and Spectral Photosensitivity (A/W): SENS at 950NM
V4  6  3 ;  Photodiode Current
.MODEL BP104BS D (IS=2.46N RS=42M N=2.85 BV=32 IBV=10U
+ CJO=72P VJ=.75 M=.333 TT=28.8N)
*  32 Volt  Si Photo Diode  08-23-1994
.ENDS
***********************END INTUSOFT.LIB***************************************

************************SBORKA.LIB**********************************

*Photo;PIN, 850nM .62A/W, 670n .477A/W
.SUBCKT BPW34S p 1 6
*k=0.477
R p 4 1k
C 4 0 5p
* Input Pwr(W) Cathode Anode
D2 6 1 DBPW34
b 1 6 i=200p*v(1,6)+v(4)*{k}
* Dark current as a function of VR (200P*V(1,6))
* and Spectral Photosensitivity (A/W) at 670nm (620M*77%=477M)
.MODEL DBPW34 D (IS=117P RS=.132 N=2.41 BV=32 IBV=.15U
+ CJO=72P VJ=.75 M=.5 TT=504N) ; 32V 50mA diode model made by SpiceMod
.ENDS

**************************************************************************************

*Photo;PIN, .4A/W
.SUBCKT OP905 p 1 6
*k=0.4
R p 4 1k
C 4 0 5p
* Input Pwr(W) Cathode Anode
D2 6 1 DBPW34
b 1 6 i=35p*v(1,6)+v(4)*{k}
.MODEL DBPW34 D (IS=10P RS=10 N=2 BV=60 IBV=.1U
+ CJO=12P VJ=.75 M=.5 TT=500N)
.ENDS OP905

************************************************************************

*Photo;PIN, 850nM .59A/W
.SUBCKT SFH203FA p 1 6
* k=0.59
cdop 1 6 2p
R p 4 1k
C 4 0 2p
* Input Pwr(W) Cathode Anode
D2 6 1 DSFH203FA
*G2 1 6 POLY(2) 1 6 4 0 0 50P 0.59
b 1 6 i=50p*v(1,6)+v(4)*{k}
.MODEL DSFH203FA D (IS=50P RS=.132 N=2.41 BV=32 IBV=.15U
+ CJO=9P VJ=.75 M=.5 TT=504N)
.ENDS

****************************************************************************

Fotodioda PIN DSFH203FA poate lucra cu fronturi de 5nS deci apreciez ca accepta modulatii de pana la 100MHz in functie de tipul modulatiei

 si retelele de adaptare, iar celelalte se folosesc la telecomenzi sau detectoare de radiatii, au fronturi de 100nS si apreciez

 ca merg la frecvente de modulatie pana la 5MHz

 

Aceste modele se pot folosi impreuna cu un circuit grafic identic cu cel din MicroCap unde al treilea pin este pinul pentru radiatie.

Un exemplu functional pentru inceput este in poza.

 

Descarcati simulatorul LTspice full free si instalati-l pe calculator.

Ambele fisiere le puneti intr-un direcctor nou, de ex. SFH203FA proba

Rulati programul si faceti click pe conexiunile unde doriti sa vedeti caracteristica de frecventa.

Pentru raspunsul in timp sau trasarea de caracteristici mai vedem.

 

PS. OSRAM vrea login pentru ceva aplicatii si modelele spice ale diodelor pin, poate le extrageti si le postati pe forum,

 si poate gasiti si pentru diodele dvs. de interes, daca aceste nu sunt convenabile.

Ca aplicatie folosibila puteti realiza schema propusa in primul post cu LTspice si sa postati fisierele pe forum.

 

@gsabac

 

 

PIN-5DPI.asy SFH203FA.asc

Editat Iunie 7, 2020 de gsabac

[[email protected]]

 

Va salut,

 

Va multumsc.O sa revin cu un feedback.Respectiva schema, care face parte dintr-o alta schema, un pic mai complexa, este folosita pentru detectarea fumului, si urmaresc, ca sensibilitatea/responsivitatea sa fie cat mai fina.

 

 

Cu mult respect,

Dragos.

 

Editat Iunie 7, 2020 de [email protected]

[gsabac]

In legatura cu schema prezentata, tranzistorul BFP420 are model spice cu parametrii de zgomot inclusi, KF si AF, deci este OK,

 dar tranzistorul BFP421 si dioda IG117X10000S4i nu exista pe cautarile Google (corect ar fi IG17X10004Si, o bucata 70$) ?

 

In legatura cu marimile care doriti sa le urmariti grafic puteti accesa site-ul   http://ansari-electronics.com/major/

 sau documentul din atasament si deasemenea un articol cu proiectarea optimala.

 

@gsabac

ig17 series.pdf

seven-steps-to-successful-ultra-low-light-signal-conversion-ms-2394.pdf

Editat Iunie 10, 2020 de gsabac

[gsabac]

Se pare ca este un topic orfan de initiator, poate a primit raspunsuri pe alte forumuri la care a apelat, dar poate mai revine

 si ne arata si noua ce a mai descoperit.

Pentru a nu lasa topicul in "aer" am facut un design preliminar pentru prima schema din topic, cu fotodioda PIN cu siliciu SFH203FA, de ce cu siliciu,

 deoarece pentru GaAs nu exista decat date pentru simulari optice din grupa expertilor, cu programe inaccesibile mie.

 

Schema de lucru, click pentru marire.

   

 

Tranzistorii SiGe (sieget) BFP420 au doi emitori asa cum se vede si in schema care are o banda echivalenta optic de circa 48MHz.

 Click pentru marire.

 

Zgomotul amplificatorului este foarte redus, dar in final zgomotul total este dat de fotodioda PIN ca in poza.

 

In final acesta este raspunsul pentru semnal dreptunghiulaar de circa 20MHz.

 

 

Semnalul generatorului este echivalent optic cu sensibilitatea spectrala a diodei PIN (Spectral sensitivity of the chip o,62A/W),

 dar nu este calibrata, frontul teoretic al diodei este de 5nS iar schema aceasta realizeaza in final circa 8,5nS.

In legatura cu sensibilitatea optima in practica se lucreaza cu benzi de frecventa de ordinul zecilor de Hz (40Hz).

 

@gsabac

Editat Iunie 12, 2020 de gsabac

[[email protected]]

Vă salut,

 

 

Îmi cer scuze că nu am putut  răspunde până.Nu am m-ai avut timp să mă ocup de acest proiect. Eu am încercat să fac simularea în Micro-CAP12, am urmărit ca tensiunea să fie între -20V--+20V, si perioada în scala nanoS.Dar nu, știu cum cum pot găsi posibilitatea de a urmări puterea radiantă incidentă a fluxului de lumină să fie între 100W/m^2 până la 10uW/m^2.Voi atașa mai jos rezultatele simulării.Aștept orice sugestie.Pentru fotodiodă am urmărit să realizez un circuit echivalent, care poate caracteriză comportamentul electric a unei fotodiode, cum ar fi în link-ul următor-https://www.thorlabs.com/tutorials.cfm?tabID=31760 .

 

 

Vă mulțumesc pentru înțelegere,

Dragoș.

 

[gsabac]

Este bine ca ati revenit cu noutati active,

am inspectat simularea, modelul diodei PIN probabil ca este cu GaAs dar nu se vede, nu sunt afisate valorile condensatorului si rezistentei sunt.

Deasemenea observ ca dioda este polarizata in sens direct, ar trebui sa fie polarizata in sens invers si ar fi util sa aratati pe graafic

 tensiunea de iesire, poate ma insel eu?   O alta intrebare, ati folosit parametrii fotodiodei PIN IG17X10004Si cu GaAs sau un model generic?

Deasemenea nu inteleg cum programul a acceptat tranzistori BFP421 si BFP422 care nu exista, vedeti poza

 care arata tranzistorii din program:

Pe diagrama dvs. frecventa generatorului de curent echivalent este de circa1MHz si curentul este debitat pe dioda deschisa cu circa 500uA?

 In legatura cu calibrarea nu am gasit un articol care lamureste problema si sa se obtina volti la iesire in functie de puterea incidenta,

  dar am gasit un PDF cu calculul NEP, am calculat si iese pe acolo ca ordin de marime, dar chiar autorii explica de ce este imprecis

 datorita altor zgomote cumulate si se poate folosi la calculul sensibilitatii maxime, insa cu graficul meu de zgomot se poate calcula

 raportul semnal zgomot pentru orice banda de frecvente utilizata.

 

PS. Deoarece doriti sa continuati cu MicroCap, nu agreez acest program, nu va pot fi de ajutor si va urez succes!

        

@gsabac

 

 

 

 

Noise Equivalent Power App Note.pdf Noise_Equivalent_Power_White_Paper.pdf

Editat Iunie 13, 2020 de gsabac

[[email protected]]

Vă salut,

 

 

Îmi cer scuze,opțiunea de afișare a componentelor era default.Dioda, trebuie polarizată, conform schemei echivalente.Legat de întrebarea cu parametrii fotodiodei PIN IG17X10004Si  cu GaAs, am folosit un model echivalent de circuit pentru fotodiodă, confrom documentației din link http://www.osioptoelectronics.com/application-notes/an-photodiode-parameters-characteristics.pdf. Numerotarea tranzitsoarelor s-a facut automat, si de accea se regăsește sub denumirea de BFP 421. BFP422.Nu, curentul echivalent si cel debitat, nu au acele valori.

Pot folosi si LTspice, dar mi-am propus sa folosesc acest program la cateva simulari pentru aceasta schema, fiindca m-am familirizat cat-de-cat cu el.De fapt intensitatea puterii radiante bare legătură cu puterea echivalentă de zgomot, sau mă înșel eu?

 

Vă multumesc,

Dragoș

 

 

 

[gsabac]

In legatura cu numerotarea tranzistorilor, programul face asta automat prin Q1, Q2, Q3, dar numele trebuie sa fie acela din librarie,

 alfel automat se alege un model default, nu BFP420, deci raspunsul in frecventa este alterat.

Dioda trebuie polarizata invers, adica circa +5V pe anod si catodul la masa, ca in prima schema sau ca in documentatia

 pe care ati folosit-o.

 

   

 

 

Legatura este intrinseca si este utila pentru puterea minima ce poate fi decelata din zgomot, deci pentru sensibilitate maxima.

 

Deasemenea in schema folosita este un scurtcircuit care anuleaza functionarea corecta:

 

 

In modelul folosit in LTspice sunt niste marimi active foarte clar definite, mai ales generatorul de curent comandat:

B 1 6 i=50p*v(1,6)+v(4)*{k}                    ;generator de curent comandat in tensiune, de catre structura interna si de parametrul K

Elementul activ este generatorul de curent calibrat pentru aceasta dioda DSFH203FA, la modelul folosit de dvs. care este elementul activ

 si care este relatia care il defineste?

 

@gsabac

Editat Iunie 14, 2020 de gsabac