Esperimenti a 478 THz / 627nm - 3° parte - IW3SGT
  
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09/2019 - nuovo prototipo del convertitore I>V: PDRX V2.0
Il progetto è nato dalla necessità di condurre dei test di confronto fra diversi fotodiodi (BPW34, SFH213, SFH213FA e VTP1188S) e con diversi interfacciamenti ottici (telescopio a fuoco diretto, telescopio a proiezione di oculare e varie lenti di Fresnel).
L'estrema variabilità delle condizioni di test mi ha portato a scegliere una configurazione molto flessibile riguardo il guadagno totale. Ho puntato ad un doppio stadio con in tutto  nove possibilità di guadagno.
Il circuito è molto semplice, il primo stadio è un convertitore corrente tensione mentre il secondo stadio è un semplice amplificatore, ogni stadio ha tre possibilità di scelta del guadagno.
Ho disegnato un PCB (produttore: JLCPCB) per avere una buona riproducibilità e dunque confronti più affidabili.
  
Schema del PDRX (click sull'immagine per ingrandire). 
  
 
Progetto del PCB (doppia faccia) e vista 3D
  
 
PCB pronti per il montaggio
  
 
PCB montati (da SX con BPW34, SFH213 e VTP1188S)
  
 
PCB pronti per i test
  
  
10/2020 - primi test "indoor"
Vista l'impossibilità di condurre test all'esterno (vedi lockdown) ho dovuto ripiegare con un setup casalingo usando una fixture stampata in 3D che simuli un illuminazione molto simile a quella che si verifica al fuoco diretto di un telescopio. Inizialmente avevo scelto di procedere con un analizzatore di spettro ma la bassa impedenza di entrata dello strumento influenzava molto le misure sulle frequenze più alte. Alla fine ho deciso per un oscilloscopio con una terminazione a 1000 Ohm e la rappresentazione dei risultati in dBV.
Tutti i dispositivi sono configurati per il massimo guadagno al primo stadio (R1 4,7M Ohm) e minimo al secondo stadio (R7 1k Ohm).
I LED CREE C503B e VISHAY TSHF5410 sono stati alimentati con correnti molto basse per evitare la saturazione dei dispositivi in test.
  
Sessione preliminare di test per vedere in modo approssimativo la larghezza di banda, il LED è modulato con impulsi molto stretti.
  

Fixture di test con due diaframmi di 4mm, l'obbiettivo è quello di illuminare i fotodiodi solo frontalmente come al fuoco diretto di un telescopio. Ad esempio un economico rifrattore acromatico F10 illumina il fotodiodo con un angolo di circa 12°. Data la totale schermatura alla luce questo setup è stato usato anche per la misura della risposta in frequenza.
  

Modulatore OOK con 2N2222 per i LED: CREE rosso 624nm alta intensità (C503B-RAN-CA0B0AA1, montato), KINGBRIGHT rosso 627nm alta efficienza (L7113ID) e VISHAY IR 860nm (TSHF5410)
  

 
 
Le misure effettuate con il setup completamente schermato mettono in evidenza  la maggior sensibilità del VTP1188S e una banda passante a -3dB, comune a tutti, che inizia a meno di 3kHz e supera i 25kHz.
Il fotodiodo SFH213 è mediamente 5dB meno sensibile del VTP1188S mentre il BPW34 perde mediamente a 12dB sul VTP1188S. Le differenze si assottigliano nell'infrarosso a 890nm dove il SFH213 perde 4dB e il BPW34 perde 9dB. La versione del SFH213 con il filtro IR a 890nm perde solo 2dB sul VTP1188S.
Note: sotto i -55dBV le misure sono influenzate dal rumore di fondo, con intensità di luce molto alte il fotodiodo VTP1188S smette di funzionare, fenomeno non osservato sui BPW34 e SFH213 (seguiranno altri test di verifica).
  
Risposte al verde (535nm), al rosso (620/630nm) e all'infrarosso (890nm). Con il rosso e l'infrarosso le risposte sono molto simili (tra il 60 e il 70% del massimo) tra i tre fotodiodi, sul verde il VTP1188S va leggermente meglio. 
Le sensibilità spettrali dal datasheet sono: 0.55A/W (925nm) per il VTP1188S, 0,65 A/W (870nm) per il SFH213 e 0.62 A/W (850nm) per il BPW34.
  
  
  
  
Data Sheet e link utili
  
Pagine radioamatoriali, documenti e video
K3PGP.Experimenter's.Corner
KA7OEI Optical (through-the-air) communications
VK7MJ MODULATED LIGHT DX
Laser and optical communications (gruppo facebooK)
AD7OI Adventures at 300-750THz (400-1000nm) - pdf document
DL6NAA - DKMN - pdf document
DH5YM 48km QSO - video
One way 635nm FM subcarrier modulated laser QSO S51VA - S57RW @ 10,4km - youtube video

Data sheet componenti
Amplificatore operazionale TEXAS LFx5x
Amplificatore operazionale TEXAS TL081
Amplificatore operazionale TEXAS OP07

Fotodiodo OSRAM BPW34
Fotodiodo OSRAM SFH213/SFH213FA
Fotodiodo PERKINELMER VTP1188S - Catalogo completo e app. note PERKINELMER
LED rosso 624nm alta luminosità CREE C503B
LED rosso 627nm alta efficienza KINGBRIGHT L7113ID
LED IR 890nm VISHAY TSHF5410
LED IR 850nm OSRAM SFH4550
LED IR 940nm OSRAM SFH4544

MOSFET VISHAY IRF510
MOSFET driver MICROCHIP TC142x
Regolatore MOTOROLA 78xx
Transistor FAIRCHILD 2N3904
Transistor PHILIPS 2N2222A
Transistor STM 2N3019
 
Telescopi e binocoli
BRESSER

CELESTRON
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Software

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Altro
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