Mesure de l'intégrale d'une intensité

[invite1aa81b81]

Bonjour,

Je me donne le schéma électronique suivant.



Je suppose que le flux lumineux arrivant sur la photodiode est a une forme rectangulaire dans le temps (nul, puis contant, nul, puis constant, etc... toutes les constantes n'étant pas forcément les mêmes). Ainsi, le courant I_p est également de forme rectangulaire. Je cherche à faire les bonnes mesures successives afin de mesurer les intégrales dans mes différents "rectangles" successifs de l'intensité. Comment puis-je relier V_out à l'intégrale de I_p pour un seul rectangle ?

Merci d'avance,
-----

[gcortex]

Bonjour,

Si ta led fournit un courant constant, un condensateur seul va intégrer.
Par contre il faut prévoir un transistor pour décharger ce condensateur,
que tu peux piloter avec une 2ème led réceptrice si c'est possible car
on ne sait pas ce que tu veux faire. Ton schéma représente un passe bas.
Pour intégrer en boucle ouverte on ajoute souvent une résistance mais
de valeur très élevée. Si c'est le cas, elle sera trop forte pour la décharge.
Tu peux éventuellement prendre un ampli op à entrées JFET en suiveur.

[invite1aa81b81]

Bonjour,

Je dispose d'un courant (provenant de photodiodes) d'intensité de la forme suivante :



J'aimerai construire un circuit simple me permettant de mesurer les valeurs où :



Je ne suis pas familier avec ce genre de choses mais, intuitivement, je pense qu'il me faudra utiliser un condensateur dont la charge durant l'intervalle pourrait me permettre de mesurer .

Quel circuit puis-je considérer et quelle grandeur dois-je mesurer ?

Merci d'avance,

Asan

[invitee05a3fcc]

Un ampliOP monté en intégrateur avec un circuit de décharge du condensateur.
- t<t0 -> condensateur en court-circuit
- t0<t<t1 -> le condensateur se charge
- t>t1 -> la photodiode est débranchée
A la fin de la séquence, la tension de sortie de l'intégrateur représente l'intégrale du courant

Pour le choix des switchs analogiques, de l'ampliOP ...... faut des valeurs numériques

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite1aa81b81]

Ce que j'aimerai obtenir n'est pas l'intégrale totale du signal mais les intégrales en faisant des mesures régulières dans le temps.

La photodiode n'est pas débranchée entre deux temps .

[invitee05a3fcc]

Ce que j'aimerai obtenir n'est pas l'intégrale totale du signal mais les intégrales en faisant des mesures régulières dans le temps.

ca ne change rien à ma réponse

La photodiode n'est pas débranchée entre deux temps .

Moi, je t'ai expliqué comment faire, en analogique , la mesure entre t0 et t1 de l'intégrale.
Tu l'adaptes à la sauce de la cuisine que tu veux faire !

[invite1aa81b81]

Hm, du coup, il doit y avoir quelque chose que je ne comprends pas très bien.

Intuitivement, je m'attends à ce que, au cours du temps, le condensateur se charge lorsque l'intensité est non nulle et se décharge lorsque . Lorsque le condensateur est chargé à son maximum (aux temps ) je fais ma mesure qui correspond à l'intégrale . Il faut ensuite laisser le condensateur se décharger suffisamment pour ne pas que la mesure de soit affectée par la charge précédente du condensateur. Je dois donc avoir une contrainte du style "RC doit être petit devant ". Est-ce exact ?

Est-il possible d'écrire la tension aux bornes du condensateur en fonction l'intensité ?

[invitee05a3fcc]

se décharge lorsque .

Non
Un intégrateur "parfait" ne change pas de valeur lorsque le courant d'entrée est nul

Est-il possible d'écrire la tension aux bornes du condensateur en fonction l'intensité ?

Q=C*Delta_v=i*Delta_t

Donc la tension en sortie de l'intégrateur au bout d'un temps (t1-t0) est l'image de l'intégrale du courant reçu pendant cette période

[invite1aa81b81]

Donc, si j'ai un intégrateur "parfait", des mesures successives me donneront donc puis , etc...

- Qu'entends-tu par "parfait" ?
- En pratique, ce n'est pas parfait. Que se passe-t-il donc ?

[invitee05a3fcc]

- Qu'entends-tu par "parfait" ?

AmpliOP avec courant de bias = 0,0000000 , avec gain infini
Condensateur sans fuite etc etc

- En pratique, ce n'est pas parfait. Que se passe-t-il donc ?

Une fois que l'intégrateur ne reçoit plus de courant, sa tension de sortie représente l'intégral du courant reçu Ad Vitam Eternam . Sauf ...
Sauf que les fuites de courant (voir au dessus) vont faire dériver cette tension ( vers le haut ou le bas) et qu'au bout d'un certain temps, l'erreur devient importante

[invite1aa81b81]

- Quelle est la signification physique du temps caractéristique sur ce circuit ?
- Il n'influe pas sur le fait que je veux plusieurs mesures successives ?

[invitee05a3fcc]

- Quelle est la signification physique du temps caractéristique sur ce circuit ?

Sur quel circuit ? Dans un montage intégrateur de courant avec ampliOP il n'y a pas de notion de RC ????

Il n'influe pas sur le fait que je veux plusieurs mesures successives ?

???????

[invitee05a3fcc]

J'ai l'impression que tu ne sais pas ce que c'est qu'un intégrateur avec un ampliOP .....
http://www-physique.u-strasbg.fr/prg...etSimetrix.pdf
http://physiquenetappliquee.free.fr/ampli_op1.php
http://www.cinam.univ-mrs.fr/lapena/.../TP5_PHY21.pdf

[invite1aa81b81]

En effet, ce n'est pas vraiment mon domaine.

En revanche, par exemple, sur ton premier lien, je tombe sur "Montage intégrateur théorique – Cas de l’AOP parfait", ce dont tu m'as parlé. Et sur le circuit, il y a bien une notion de RC qui apparaît bien sous la forme :



Ce qui me laisse penser qu'il y a bien un condensateur avec une charge et une décharge. Et donc avec un temps caractéristique RC, non ?

[invitee05a3fcc]

Sauf que ce n'est pas ton montage exact !
Le courant de charge du condensateur , c'est Ve/R

Or toi, tu n'as pas de tension, ni de résistance ..... mais un courant (de photodiode) !
Donc tu remplaces Ve/R par ton courant de photodiode ...... et donc R disparait .
Et la tension de sortie est bien l'intégration du courant (sur une période de temps)

[invite1aa81b81]

Si, par exemple, mon circuit est quelque chose de la forme de la figure 1 de l'article http://2013.qcrypt.net/contributions/Huang-abstract.pdf (en simplifié, peut-être) où le Ip est mon intensité précédente.

Si, pour un circuit fixé, la durée tau entre les est diminue, je m'attends à avoir une perte d'efficacité de mes mesures lié au rapport entre RC et tau.

[invitee05a3fcc]

Si, par exemple, mon circuit est quelque chose de la forme de la figure 1 de l'article

Si c'est ça, tu me mène n bateau depuis le début!

entre RC et tau.

Le R (en parallèle sur le condensateur d'intégration) ne sert à rien dans un intégrateur parfait . Faut le répéter combien de fois ?

Le R sert si on veut avoir une valeur moyenne. c'est ton cas ?

[invitee05a3fcc]

J'en ai marre de te faire comprendre ce que c'est qu'une intégration .....
Voilà un schéma qui explique le fonctionnement :

Il n'y a pas de résistance !

[invite1aa81b81]

Bonjour à tous,

Je travaille sur un montage de la sorte.

1024px-Aopintegrating.svg.png

Je cherche à utiliser ce montage afin de mesurer (ou déduire) les "sous-intégrales successives" d'un signal d'entrée en créneaux (en réalité, c'est l'intensité d'entrée qui est en créneau).

Si j'utilise les formules, j'obtiens que . Je vais donc avoir que mon signal de sortie va être l'intégrale de tous mes créneaux. Or, j'aimerai que la tension de sortie intègre chacun des rectangles de mes créneaux et se décharge entre deux rectangles.

J'ai cru comprendre qu'un moyen pour réaliser cela est d'ajouter une résistance R' en parallèle du condensateur afin qu'il puisse se décharger entre deux rectangles. J'obtiens alors un montage intégrateur sur une bande de fréquence de 0 à 1/R'C. Est-ce que cela signifie, intuitivement, que la tension de sortie va mettre un temps R'C (à décroissance exponentielle près) pour retrouver une valeur nulle avec un rectangle ? Si c'est bien le cas, il faudra que la période de mes créneaux soit grande devant R'C pour ne pas avoir de recouvrement sur mon signal de sortie, c'est bien ça ?

Le deuxième point qui m'importe est de savoir quels bruits seront dominants sur le signal de sortie. Il me semble que le bruit thermique est le bruit dominant dans ce genre de montage, mais de quelle résistance ? La plus grande ?

Merci d'avance,

ASan

[Antoane]

Bonsoir,

S'agit-il une nouvelle fois d'intégrer le courant en provenance de photo-diodes ?
Si oui, merci de donner ton schéma complet, incluant tous les composants, y compris les photo-diodes et les alimentations.

Toutes tes discussions sur le sujet seront fusionnées si besoin.

Avec une résistance R' en parallèle du condensateur, après disparition de la tension d'entrée, C se décharge en V°*exp(-t/R'C)

il faudra que la période de mes créneaux soit grande devant R'C pour ne pas avoir de recouvrement sur mon signal de sortie, c'est bien ça ?

Il faut quel l'état haut soit petit devant R'C (pour que l'intégration soit propre) et que l'état bas soit grand devant R'C.

Une autre solution consiste à court-circuiter C avec un interrupteur (éventuellement électronique) externe pour le décharger.

Le deuxième point qui m'importe est de savoir quels bruits seront dominants sur le signal de sortie. Il me semble que le bruit thermique est le bruit dominant dans ce genre de montage, mais de quelle résistance ? La plus grande ?

Je ne suis pas spécialiste, mais il me semble que le bruit généré par l'AOP est généralement prédominant.
Il est impossible de répondre a priori, il faut faire le calcul ou simuler pour être sûr en utilisant les données exactes du montage. Dans un circuit intégrateur à photodiode, le bruit thermique (dans les résistances) sera probablement proche de zéro.

La valeur de la résistance ne suffit pas à connaitre le bruit généré en sortie : il faut prendre en compte la bande passante du montage et le gain entre le bruit généré par la résistance et la sortie.

En général, dans un montage à photo-diode, on rapporte d'ailleurs plutôt le bruit en entrée, au niveau de la photo-diode pour trouver une valeur de SNR du faisceau lumineux incident.

[annjy]

bsr,

et les conditions initiales ?

parce que quand Ve=0, que vaut Vs ?

==> un mos en // sur la capa, non ?

JY

[invite1aa81b81]

S'agit-il une nouvelle fois d'intégrer le courant en provenance de photo-diodes ?
Si oui, merci de donner ton schéma complet, incluant tous les composants, y compris les photo-diodes et les alimentations.

Oui, c'est l'idée. En revanche, je n'ai pas de schéma exact, à vrai dire. Je ne suis pas du tout un expérimentateur (je crois que ça se voit ). Ce que je cherche à obtenir, c'est un modèle théorique simple qui me permet de modéliser le comportement général de ce type de détection (ce que je cherche à représenter est une détection homodyne), en analysant notamment le bruit. J'avais dans l'idée que le schéma que j'ai présenté (avec la résistance R' supplémentaire) me permettrait de modéliser relativement correctement ce que je souhaite.

Je ne suis pas spécialiste, mais il me semble que le bruit généré par l'AOP est généralement prédominant.
Il est impossible de répondre a priori, il faut faire le calcul ou simuler pour être sûr en utilisant les données exactes du montage. Dans un circuit intégrateur à photodiode, le bruit thermique (dans les résistances) sera probablement proche de zéro.

La valeur de la résistance ne suffit pas à connaitre le bruit généré en sortie : il faut prendre en compte la bande passante du montage et le gain entre le bruit généré par la résistance et la sortie.

En général, dans un montage à photo-diode, on rapporte d'ailleurs plutôt le bruit en entrée, au niveau de la photo-diode pour trouver une valeur de SNR du faisceau lumineux incident.

Merci pour tes réponses. Il me semble que le bruit généré par l'AOP se modélise en ajoutant une source de courant et de tension parasites générés par l'AOP, c'est bien ça ? Comment écrire les équations des bruits correspondants en sortie du montage ?

Cependant, il me semble que dans une détection homodyne, en pratique, le bruit électronique provient essentiellement du bruit thermique (références). Ce bruit thermique est intégré sur la bande passante 1/R'C. Or, si on veut une plus grande cadence de répétition (entre les états haut et bas), on va donc vouloir que R'C soit plus petit et donc le bruit thermique sera plus grand ?

et les conditions initiales ?

parce que quand Ve=0, que vaut Vs ?

Les conditions initiales sont Ve=0. Alors, dans ce cas, je pense que Vs n'est pas nul mais vaut le terme de bruit.

[Antoane]

Bonjour,

Oui, c'est l'idée. En revanche, je n'ai pas de schéma exact, à vrai dire.
[...]
J'avais dans l'idée que le schéma que j'ai présenté (avec la résistance R' supplémentaire) me permettrait de modéliser relativement correctement ce que je souhaite.

Donc tu prends un schéma qui fait un truc et tu espère en tirer une modélisation pour un autre truc .
Même sans être expérimentateur , tu devrais voir qu'il y a qqch qui cloche . C'est d'ailleurs la raison pour laquelle tes précédents posts ont n'ont pas abouti.

Commence donc par nous (te) fournir une base de travail.
Ne trouves-tu pas étrange que LPFR, Albanxii, Daudet et maintenant moi te demandions un circuit exact pour travailler et que tu refuses constamment d'en donner ?


Pour le bruit dans les AOP, tu peux demander à Google de t'aider, en commençant par exemple par :
- http://cds.linear.com/docs/en/design-note/dn015f.pdf
- http://www.edn.com/electronics-blogs...ting-amplifier
- ...

Cependant, il me semble que dans une détection homodyne, en pratique, le bruit électronique provient essentiellement du bruit thermique (références). Ce bruit thermique est intégré sur la bande passante 1/R'C. Or, si on veut une plus grande cadence de répétition (entre les états haut et bas), on va donc vouloir que R'C soit plus petit et donc le bruit thermique sera plus grand ?

Sans schéma exact... il y a des AOP bruyant et d'autre non ; il y a des circuits sans résistance externe et d'autre avec...
Sans schéma exact, on avance dans le brouillard, de nuit, les yeux fermés, après avoir regardé une éclipse de soleil à l'oeil nu, par une longue journée de juin, en Arctique.

Tes discussions sur le sujet vont être fusionnées.

[invite1aa81b81]

Donc tu prends un schéma qui fait un truc et tu espère en tirer une modélisation pour un autre truc .
Même sans être expérimentateur , tu devrais voir qu'il y a qqch qui cloche . C'est d'ailleurs la raison pour laquelle tes précédents posts ont n'ont pas abouti.

Commence donc par nous (te) fournir une base de travail.
Ne trouves-tu pas étrange que LPFR, Albanxii, Daudet et maintenant moi te demandions un circuit exact pour travailler et que tu refuses constamment d'en donner ?

Merci pour ta réponse.

Cependant, il me semble que le schéma, simplifié certes, que j'ai fourni dans le précédent post (en ajoutant R') fait exactement ce que je veux. Il me semble que c'est un modèle simple qui suffit à montrer comment ma détection fonctionne. Je crois que, si mon signal d'entrée est en créneaux, la tension de sortie à la fin d'un état haut correspond à l'intégrale correspondante.

En tout cas, merci pour tes références, je vais les approfondir.

[invite1aa81b81]

J'essaie de continuer avec ce que j'ai.

J'ai obtenu les mesures qu'il me fallait avec la resistance supplémentaire R'.

Maintenant, si je modélise le bruit thermique par une source de tension v_noise(t) en parallèle de la résistance R', comment se répercute-t-elle sur la tension de sortie ? Y-a-t-il également un effet intégrateur comme pour le signal ? Ou est-ce que la tension de sortie sera simplement v_s(t) + v_noise(t)