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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Differenzieller Transimpedanzverstärker für zwei Photodioden


Autor: gast007 (Gast)
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Hallo,

ich habe zwei Photodioden und möchte die Photoströme in eine Spannung 
wandeln. Dabei Interessiert mich nur die Differenz der beiden Ströme. 
Also benötige ich einen differenziellen Strom-Spannungswandler.

Bekannt ist mir natürlich die Methode zwei Transimpedanzversärker mit 
einem dahinter geschalteten Differenzverstärker zu benutzen.

Da aber relativ hohe Offsetströme, die ich ohnehin rausfilern will, von 
beiden Photodioden erzeugt werden, kann ich mit dem 
Transimpedanzverstärker keine hohe Verstärkung wählen, da ich sonst in 
die Begrenzung komme. Somit ist das eigentliche Signal das ich sehen 
will zu klein und ich bekomme Probleme mit dem Rauschen wenn ich 
hintendran noch einen Differenzverstärker hänge.

Das ganze muss nur mit einpaar ~50 Hz laufen.
Das eigentliche Signal, das mich interessiert nimmt von dem gesamten, 
durch der Transimpedanzverstärker generierten Spannung nur einpaar mV 
ein (ca. 50 mV bei 5V maximaler Ausgangsspannung).

Ideal wäre es natürlich den Verstärker so hinzubekommen, dass er über 
den gesamten Hub der LED, das sind die 50 mV Signal, eine 
Ausgangsspannung von 0 bis 5 Volt generiert und das so rauscharm wie 
möglich.

Könnte ich den Offsetstrom bei beiden Photodioden rausbekommen wenn ich 
so etwas wie einen Dunkelstromabgleich bei den OPVs mache? Der 
Offsetstrom ist aber natürlich nicht immer gleich und sollte einstellbar 
sein....
Momentan betreibe ich die Photodioden ohne Sperrspannung.


Vielleicht hat ja jemand einpaar gute Tips/Schlagwörter nach denen ich 
googeln kann.

Autor: aha (Gast)
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Naja. Man koennte einen Transimpedanz nehmen, und die eine Photodiode 
positive vorspannen, die andere negativ. Dann muesste der Transimpedanz 
nur noch den Differenzstrom aufbringen.

Autor: Frequenzzähler (Gast)
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Ich denke mal, so wie in meinem Schaltbild sollte es gehen.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo,

> ich habe zwei Photodioden und möchte die Photoströme in eine Spannung
> wandeln. Dabei Interessiert mich nur die Differenz der beiden Ströme.
> Also benötige ich einen differenziellen Strom-Spannungswandler.
ich würde nicht unbedingt den Begriff "differentiell" verwenden. Der 
Begriff "differentiell" hat meist die Bedeutung, daß das positive und 
das negative Signal bis auf das Vorzeichen identisch sind. Es geht dabei 
um Störunterdrückung.

> Bekannt ist mir natürlich die Methode zwei Transimpedanzversärker mit
> einem dahinter geschalteten Differenzverstärker zu benutzen.
Ja, das geht so. Ich kann mir gut vorstellen, daß Du das bei richtiger 
Wahl der OPV auch hinbekommst, obwohl Du ja nur 5mV/5V = 1 Promille 
Deines Signals wirklich ausnutzt.

Einfacher ist es aber m. E., wenn Du die Dioden antiparallel zueinander 
schaltest. Dann addieren sich die Ströme schon auf der analogen Strecke 
und Du kannst deutlich mehr Verstärkung wählen.

Problematisch ist das nur, wenn beide Dioden eine unterschiedliche 
Empfindlichkeit haben. Mit der angegebenen Schaltung kannst Du die 
unterschiedlichen Empfindlichkeiten nicht mehr durch den Widerstand im 
Rückkopplungszweig kompensieren.

Sind die Dioden im gleichen IC verbaut, kannst Du normalerweise von 
näherungsweise gleichen Empfindlichkeiten ausgehen.

> Da aber relativ hohe Offsetströme, die ich ohnehin rausfilern will, von
> beiden Photodioden erzeugt werden, kann ich mit dem
> Transimpedanzverstärker keine hohe Verstärkung wählen, da ich sonst in
> die Begrenzung komme. Somit ist das eigentliche Signal das ich sehen
> will zu klein und ich bekomme Probleme mit dem Rauschen wenn ich
> hintendran noch einen Differenzverstärker hänge.
Probleme mit Rauschen glaube ich eher nicht bei der geringen Bandbreite. 
Eher Offsetprobleme.

> Das ganze muss nur mit einpaar ~50 Hz laufen.
> Das eigentliche Signal, das mich interessiert nimmt von dem gesamten,
> durch der Transimpedanzverstärker generierten Spannung nur einpaar mV
> ein (ca. 50 mV bei 5V maximaler Ausgangsspannung).
Um welche Anwendung geht es denn?

> Könnte ich den Offsetstrom bei beiden Photodioden rausbekommen wenn ich
> so etwas wie einen Dunkelstromabgleich bei den OPVs mache? Der
> Offsetstrom ist aber natürlich nicht immer gleich und sollte einstellbar
> sein....
> Momentan betreibe ich die Photodioden ohne Sperrspannung.
Der Verstärker, den ich Dir genannt habe, hat Anschlüsse für einen 
Offsetabgleich.

Eine Bitte vorweg:
Wenn Du den Aufbau realisieren willst, versuch bitte nicht an der 
Spannungsversorgung zu sparen. Die vorgeschlagene Schaltung für die 
Spannungsversorgung (d. h. Linearregler mit Elkos und Kerkos in 
unmittelbarer Nähe der Spannungsversorgung) ist für Deine Anwendung sehr 
gut geeignet. Die Keramikkondensatoren C104 und C110 gehören in 
unmittelbare Nähe des OPV.

R101 und C112 solltest Du entsprechend der benötigten Verstärkung und 
Bandbreite wählen.


Gruß,
  Michael

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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> Ideal wäre es natürlich den Verstärker so hinzubekommen, dass er über
> den gesamten Hub der LED, das sind die 50 mV Signal, eine
> Ausgangsspannung von 0 bis 5 Volt generiert und das so rauscharm wie
> möglich.
Die Schaltung, die ich dir gepostet habe, hat eine Ausgangsspannung von 
-5...5V. Das läßt sich relativ problemlos auch auf den Bereich 0...5V 
bringen, wobei dann sinnvollerweise 2,5V die Ausgangsspannung bei 
Kompensation der Diodenströme wäre.

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