Усилитель для фотодиода с расширенным частотным диапазоном.

Миниобзор простой схемы в продолжение недавнего обзора.
Эксперимент выходного дня.

В ленте обсуждения прозвучало: Не удавалось добиться точности на килогерцовых частотах.
Пришлось поднять архивные записи…

Схема:

C1, C2 — керамика 2,2 мкФ
Фотодиод VD — фд256, фд26к (или аналогичный)
Вместо опоры TL431 можно использовать светодиод (желтый или зелёный).
ОУ D1 — TS931 (это в идеале)
поскольку 931 в наличии не было (был только сдвоенный 932), пришлось использовать ОУ, который был запаян на платке — LF355N
ближайший отечественный аналог — к544уд1, к544уд2 (замкнуть 1-8)

Питание схемы было задумано от USB +5В, но до проверки дело не дошло.
Схема, которая на фото, была запитана от аудиофильского БП аккумулятора 7,4В
Важно: для ОУ ts931 питание не более 10В (это низковольтный ОУ).

Схему рекомендуется питать от кислотных SLA аккумуляторов 6 В, 12 В, аккумуляторов фото-видеокамер 6,8..8,4В, «Кроны» 9В, Li-Ion аккумуляторов и т.д.

Для желающих повторить схему: в качестве пульсирующего эталона для настройки\проверки рекомендуется использовать эконом-лампу.
Или лампу накаливания в крайнем случае (с ней надо быть внимательным, чтобы не получить клиппинг сигнала из-за очень сильной ИК составляющей).

Сигнал с фотодиода (даже с учетом усиления схемы) очень слабый, поэтому используется микрофонный вход ЗК компьютера.

Важный момент в при проверке схемы — шумовая полоса.
Проверяется при закрытом (черной крышкой) фотоприёмнике.
При этом шумовая полоса не должна содержать периодических\повторяющихся импульсов.

Схема проверялась с ноутбуком (как при питании от сетевого адаптера и от аккумулятора).
Со стационарным компом возможны сюрпризы.

Платка в сборе:

Внешний вид устройства:

Испытание схемы (экономка Luxel 20W standart spiral 6400K):

Исходная «осциллограмма» (в звуковом редакторе):

После нормализации (по уровню -3dB ):

Спектр сигнала (стрелками показаны максимумы):


Растянуто по оси времени (пульсации во всей красе):

Растянуто по оси времени до 1мс (SoundForge4.5 более не умеет растягивать, более новые растягивают вплоть до точек 1/Fдискр. ):


Q: Как вычислить коэффициент пульсаций по этим графикам?
A: Только по графикам — никак. К схеме надо добавить милливольтметр переменного тока и(или) вольтметр постоянного тока (потребуется замкнуть C2).
Или использовать осциллограф.

Выводы:
— схема пригодна, чтобы посмотреть спектр и форму пульсаций различных бытовых источников света
— схема пригодна для применения с современными компьютерными мониторами (проверено)
— диапазон частот ограничен сверху только типом фотодиода и быстродействием операционного усилителя

Всем удачных экспериментов. Берегите зрение!