Σχεδιασμός Ενισχυτή Φωτοδιόδου Μικρού Θορύβου - Συγκριτική Μελέτη Απόδοσης Δύο Κυκλωμάτων

Abstract

Η παρουσία των φωτοδιόδων στις ζωές των ανθρώπων αυξάνεται διαρκώς λόγω του μεγάλου εύρους λειτουργιών τους σε συνδυασμό με την ακατάπαυστη τεχνολογική ανάπτυξη της κοινωνίας.

Χρησιμοποιούνται σε ποικιλία καθημερινών, επιστημονικών και τη βιομηχανικών εργασιών. Από συμπαγείς δίσκους, ανιχνευτές καπνού, ιατρικές συσκευές, δέκτες για συσκευές τηλεχειρισμού υπέρυθρων, κάμερες, φωτοαισθητήρες μέχρι και την αστρονομία ή την φασματοσκοπία οι φωτοδίοδοι αποτελούν βασικό ηλεκτρονικό εξάρτημα σε πληθώρα κυκλωμάτων.

Σε αυτή την μελέτη θα απομονωθεί το κομμάτι της ενίσχυσης και της εξάλειψης του θορύβου του σήματος εξόδου των φωτοδιόδων καθώς ακολουθεί κατασκευή πλακέτας σύμφωνα με τα ηλεκτρονικά δεδομένα που αντλούνται απο το περιβάλλον προσομοίωσης $LTSpice$.

Η διπλωματική ξεκινάει με την σύντομη αναφορα και ανάλυση του θεωρητικού υποβάθρου απαραίτητου για την κατανόηση των αποτελεσμάτων. Αρχικά, εμβαθύνεται η γενική έννοια του θορύβου και οι βασικοί τρόποι αντιμετώπισης του με ηλεκτρονικά φίλτρα και στην συνέχεια ακολουθεί θεωρία για τα εξαρτήματα που θα χρησιμοποιηθούν, ονομαστικά αυτή των $opamps$ και των φωτοδιόδων. Εξίσου σημαντική είναι η κατανόηση της έννοιας του φωτός και του ορατού φάσματος αυτού που ακολουθεί.

Στο δεύτερο μέρος γίνεται σύγκριση των τοπολογιών ενός και τριών ολοκληρωμένων που προσομοιώθηκαν ενώ εξηγείται διεξοδικά ο ορισμός του ενισχυτή διαπερατώτητας και των εξισώσεων που τον διέπουν. Αναλύεται επίσης ο τρόπος επιλογής αντιστάσεων και πυκνωτών για την ολοκλήρωση του κυκλώματος. Παρουσιάζονται επίσης οι περιορισμοί εύρους ζώνης των συνδέσεων και ενδεικτικά συγκρίνονται φωτοδίοδοι και $opamps$ που μπορούν να βρεθούν στην αγορά. Στην συνέχεια, γίνεται αναλυτική μελέτη και υπολογισμός του θορύβου των δύο τοπολογιών χρησιμοποιώντας την αρχή της επαλληλίας.

Μετα το πέρας της θεωρητικής ανάλυσης έπονται προσομοιώσεις και τα αποτελέσματα αυτών για σύγκριση. Για την ορθή προσομοίωση του θορύβου και των φωτοδιόδων απαιτείται μεμονομένη ανάλυση και ακολουθεί συνδυασμός αυτών σε πληθώρα κυκλωμάτων.