Fotodiodivahvistimen suunnittelu ja toteutus

Abstract

Valonmittaukseen ja optiikkaan erikoistunut yritys SSL Resource Oy tarvitsi uuden laitteen valonmittauksia varten. Yritys päätti valmistaa oman mittalaitteensa ja tämä opinnäytetyö toteutettiin toimeksiantona kyseiselle yritykselle. Tarkoituksena oli täten suunnitella ja toteuttaa fotodiodivahvistin. Tavoitteena oli laite, joka pystyy mittaamaan valovoimakkuutta 1 mlx – 100 klx alueella. Vahvistimen taajuuskaistan tuli olla noin 1 kHz.

Vahvistimessa käytettiin useita erisuuruisia vahvistuksia, ja jokaisesta tehtiin simulaatiot. Simulaatioiden perusteella toteutettiin prototyyppi. Prototyypin toimintaa mitattiin vertaamalla sitä aiemmin yrityksen käytössä olleeseen kalibroituun mittalaitteeseen. Prototyypin pohjalta valmistettiin lopullinen vahvistin.

Valmis vahvistin täytti vaatimukset osittain. Vaadittu 1 kHz taajuuskaista saavutettiin jokaisella vahvistusasteella. Valovoimakkuuden mittausalueeksi saatiin 1 mlx – 60 klx. Saavutettu mittausalue todettiin riittäväksi ja päätettiin hyväksyä.

SSL Resource Ltd. is a company specialized in light measurement and optics. The company needed a new measurement device for their light measurement purposes. They decided to build their own device and this thesis was commissioned by the company in order to design and implement a photodiode amplifier. Objective was a device which could measure illuminances ranging from 1 mlx to 100 klx. Bandwidth of the amplifier should be around 1 kHz.

The amplifier was designed with several different gains and they were all simulated. Simulation results gave a basis for a prototype. The prototype amplifier’s operation was verified by comparing it to a calibrated measuring device which the company was using at the time. The prototype provided a foundation for the final amplifier.

The final amplifier met assigned requirements partially. Required bandwidth of 1 kHz was accomplished by every gain. The photodiode amplifier could measure illuminances ranging from 1 mlx to 60 klx. This dynamic range was found to be sufficient and decided to be approved.