bakalářská práce

Širokopásmový transimpedanční zesilovač pro fotodiodu

Text práce 1.49 MB Příloha 13.16 MB

Autor práce: Bc. Martin Šťastný

Ak. rok: 2018/2019

Vedoucí: doc. Ing. Petr Drexler, Ph.D.

Oponent: Ing. Zdeněk Roubal, Ph.D.

Abstrakt:

Tato práce se zabývá návrhem transimpedančního zesilovače s velkým zesílením. Jsou zde popsány různé principy polovodičových snímačů optického signálu. Dále se zde nachází porovnání různých způsobu převodu fotoproudu na elektrické napětí. Zabývá se také návrhem vhodného zpětnovazebního kompenzačního kondenzátoru z pohledu stability v zapojení jako transimpedanční zesilovač. Zkoumá se vliv nenulových proudů tekoucích do vstupu operačního zesilovače na funkčnost obvodu a kompenzaci výstupního offsetu. Součástí práce je simulace, která potvrzuje vypočtené hodnoty. Práce se dále věnuje realizaci přijímače a způsobu korektního měření mezního kmitočtu.

Klíčová slova:

transimpedanční zesilovač, fotodioda, lavinová fotodioda, širokopásmový, stabilita, operační zesilovač

Termín obhajoby

11.06.2019

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Student obhájil bakalářskou práci. Reagoval na všechny dotazy komise i na připomínky oponenta.

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Elektrotechnika, elektronika, komunikační a řídicí technika (EEKR-B)

Studijní obor

Automatizační a měřicí technika (B-AMT)

Složení komise

doc. Ing. Bohumil Horák, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Petr Blaha, Ph.D. (místopředseda)
prof. Ing. Pavel Jura, CSc. (člen)
Ing. Soňa Šedivá, Ph.D. (člen)
Ing. Radek Štohl, Ph.D. (člen)

Student se v bakalářské práci věnoval problematice převodu malých proudů z lavinových fotodiod na napětí s využitím transimpedančního převodníku. Analyzoval různá řešení používající moderních rychlých operačních zesilovačů. Poměrně podrobně rozebral všechny zásadní aspekty návrhu zařízení a vybral nejvhodnější komponenty pro realizaci výsledného návrhu založeném na použití lavinové fotodiodě pro blízké infračervené pásmo. Značnou pozornost věnoval i samotné konstrukci, aby respektovala např. zásady pro minimalizaci parazitní kapacity vstupu převodníku. Výsledky získané měřením realizovaného převodníku porovnal s výsledky získanými obvodovými simulacemi a zjištěné závěry náležitě diskutoval.
Student při řešení bakalářské práce postupoval velmi samostatně a se značnou vlastní iniciativou. Dílčí kroky řešení pravidelně konzultoval. Rozsah použité literatury je menšího rozsahu. Nicméně je založen na výhradně zahraniční literatuře, kterou student sám aktivně vyhledal a správně z ní použil klíčové informace. Z formálního hlediska má práce velmi dobrou úroveň. Vyskytuje se pouze malé množství chyb gramatického nebo stylistického charakteru. V práci není prezentováno srovnání s obdobnými komerčními zařízeními využívajícími lavinové fotodiody, což by dokumentovalo velmi dobré dosažené parametry zařízení. Rovněž by pro úplnost mohla být provedena analýza předpokládaných šumových parametrů zařízení, která je teoreticky odvozena v úvodu. Zadání práce bylo splněno v plném rozsahu a vzhledem k aktivitě studenta a úrovni práce uděluji 90 bodů. Výsledný počet bodů navržený vedoucím: 90

Známka navržená vedoucím: A

Bakalářská práce studenta Martina Šťastného splňuje požadovaný rozsah odborného textu a je provedena na vysoké formální úrovni. Po úvodu v kapitole 2 srozumitelně vysvětluje princip fotodiody a lavinové fotodiody spolu s nejpoužívanějšími zapojeními a jejich vlivu na dosažené parametry. V kapitole 3 pak student vybral čtyři moderní OZ vhodné pro navrhovaný transimpedanční zesilovač a porovnal jejich parametry určující šířku pásma a šumové vlastnosti. Provedené simulace uvažují i parazitní vlastnosti SMD rezistorů a montáže na DPS. Pro nejnadějnější OZ OPA858 byla realizována zkušební desky transimpedančního zesilovače a změřeny její parametry. Ukázaly se protichůdné požadavky na šum přijímače a jeho šířku pásma způsobené vlastnostmi lavinové diody. V zadání je uveden požadavek vysoké hodnoty transimpedance 1 MOhm, proto je dosažená šířka pásma menší a limitovaná zpětnovazební kapacitou použitého kondenzátoru. Měření je popsáno dostatečně podobně. Po formální stránce bych vytkl občasnou chybějící mezeru mezi hodnotou a jednotkou (str. 39 u 4,2MHz) a nepoužívání kurzívy u názvu proměnných v grafu. Jinak obsahuje pečlivě provedený seznam symbolů a zkratek s dobrou češtinou. Zadání bylo plně splněno. Práci hodnotím jako nadprůměrnou  a doporučuji 91 bodů. Otázky k obhajobě:
  1. Nebylo by výhodnější použít zpětnovazebný rezistor ve větším pouzdru a použít u něj jednu z technik snižujících kapacitu (například rozlití země pod ním)?
  2. Jak je zajištěna časová stabilita stejnosměrného zdroje polarizačního napětí? Jeho malá změna v oblasti průrazu lavinové diody výrazně mění šířku pásma i odstup signálu od šumu.
Výsledný počet bodů navržený oponentem: 91

Známka navržená oponentem: A

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová