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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Einstellbarer Transimpedanzverstärker so möglich?


Autor: dddddzddddd (Gast)
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Hallo,

ich benötige einen Transimpedanzverstärker bei dem ich diese Verstärkung 
einstellen kann.
Im Anhang ist eine Schaltung wie ich mir das mal vorgestellt hatte.

ALlerdings wollte ich evtl. auch den AD5258 von conrad verwenden. 
Allerdings steht folgendes im Datenblatt (Seite 4!):

DYNAMIC CHARACTERISTICS
Bandwidth −3 dB

bei 100KOhm 100KHz.

was genau hat das zu bedeuten? Wird bei hohen Frequenzen also auch der 
Widerstand größer?

Eingehend werden Frequenzen im Bereich von ca. 1Hz bis 150KHz sein. Ich 
muss feststellen können welche Abstände zwischen Impulsen kommen. Wenn 
aber der Widerstand größer wird wenns schneller ist, dann würde das aber 
nicht funktionieren...

oder hab ich da was falsch verstanden?

Würde diese andere Schaltung aus dem Anhang funktionieren? In der 
Simulation tut sies. Die Konstantstromquelle ersetzt die Photodiode!

Welchen OPAMP könnt ihr mir empfehlen? Am besten einen den man über 
reichelt/conrad bekommt. spannungsbereich von 0 bis 9V. sollte eben 
möglichst schnell/gut sein.

Danke schonmal!

Autor: Johannes (der) Scherg(e) (Gast)
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>> Hallo,
Hallo!

>> DYNAMIC CHARACTERISTICS
>> Bandwidth +3 dB

 bei 100KOhm 100KHzwas genau hat das zu bedeuten?

Manche Leute lernen es einfach nicht...benutze die Forensuche oder les 
das Datenblatt genau!
Es ist selbst bei linearen dynamischen und zeitinvarianten gekoppelten 
Netzwerken mit zeitvarianter Erregung durch negative Rückkopplung 
nichttrivial den Grad des Logarthimus Naturalis zur Basis e ~ 2,714392 
zu bestimmen.
Aus diesem Grund hast du eine Phasenverschiebung von 3dB*(pi/2), wenn du 
deine Schaltung nicht an das Schwingungsverhalten deines Op-Amps 
anpasst.

!Besser gesagt: Lass es sein wenn du keine Ahnung hast!

>> Danke schonmal!
bitte hinterher!

Autor: Ulrich (Gast)
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Mit 1 MOhm als Rückkopplung im Transimpedanzverstärker noch bis 150 kHz 
zu kommen ist sehr anspruchsvoll. Selbst ohne eine Umschaltung hat man 
da schon Probleme mit parasitären Kapazitäten. Schon 1 pF stört da.

Mein Vorschlag wäre den Transimpedanzverstärker mit weniger Verstärkung 
(z.B. 10 K... 100K in der Rückkopplung) zu bauen, und die Umschaltung 
dahinter als Spannungsverstärker zu machen.
Schon so ist ein schneller Transimpedanzverstärker nicht ganz einfach.

Autor: dddddzddddd (Gast)
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ok vielen Dank für die Antworten!

Habs mal mit ein paar pF zwischen Ausgang und dem -Eingang des OP-Amps 
simuliert und da kam nur noch schmarrn raus...
Soweit ichs jetzt berechnet hab reicht das auch dann von der Verstärkung 
aus, wenn ich dahinter nen Nichtinvertierenden 
Verstärker/Elektrometerverstärker hänge.

Offenbar ist ja nicht jeder OpAmp gleich gut für sowas geeignet.
Kann mir da wer nen Tipp geben? Bisher Teste ich mit einem LM358 rum. 
Reicht der noch für so nen Spaß? Kann mir da wer was empfehlen? Gibts da 
nichts von reichelt? ;-) am liebsten SO-8 oder ähnliches SMD gehäuse!
Generell sollten die Photodioden auch recht nah am OpAmp sein, oder?

Autor: Ulrich (Gast)
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Es ist wichtig das die Bahn wo der invertierende Eingang dran ist eine 
kleine Kapazität hat. Da zählt jedes pf und entsprechend jeder cm. Wenn 
man da zu viel Kapazität hat, muß man den Rückkopplungswiderstand 
kleiner machen und ggf. noch einen Kondensator parallel dazu haben, 
sonst besteht die Gefahr das die Schaltung anfängt zu schwingen.
Was ist das denn für eine Photodiode ?


Der LM358 ist da ein eher weniger geeigenter OP, für hohe Frequenen 
schon gar nicht.

Ein passender OP den Reichelt hat, wäre z.B. der OPA2350 oder OP2340. 
Sind 2 fach OPs im SO8 Gehäuse, aber nur für 5 V. Der langsamere OPA2340 
wird wahrscheinlich einfacher stabil zu kriegen sein.

Autor: dddddzddddd (Gast)
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Also ich verwende BPW34 Photodioden von reichelt. Genauer gesagt sind 4 
Stück davon zu einer Fläche parallel geschaltet. Die Fläche muss recht 
groß sein damit ich genügend Licht/Impulse hereinholen kann.
Die Schaltung hab ich nochmal in der Simulation ausprobiert und hab 
jetzt auch in etwa herausgefunden wie ich es am besten mache. Zuerst mit 
sehr wenig verstärkung den Photostrom in eine Spannung umwandeln und 
diese dann nochmal nachverstärken. Dann sollte es auch hier einfacher 
sein die Verstärkung dort am 2. Verstärker elektronisch einstellen zu 
können.
Das mit den 5V Maximale Spannung macht gar nichts, da ich nicht mehr als 
0-5V verarbeiten kann und die OpAmps glücklicherweise Rail-to-Rail sind.
Sind zwar irgendwie Luxusteile vom Preis her, aber daran solls nicht 
scheitern ;-)

Die Photodioden bekomme ich auch sehr sehr nah an die Schaltung dran, 
weil ich diese vermutlich direkt auf die Platine löten werde wo auch die 
Verstärker drauf sind. Weils in SMD ist kann ich dann auch den 
Verstärker gleich auf die andere Seite draufpacken.

Nach dem allen kommt dann noch ein Komparator der recht flott ist und 
daraus dann einen TTL-kompatiblen Pegel macht. Bei dem kann ich die 
Schaltschwelle einstellen, daher sollte das kein Problem sein.

Dieses "stabil kriegen" muss ich mir dann nochmal genauer anschaun. Also 
wenns nicht geht, dann einfach mal ein wenig mit verschiedenen 
Widerständen/Kondensatoren experimentieren?

Danke für die Antwort!

Autor: forumspöbel (Gast)
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Johannes (der) Scherg(e) schrieb:

>Manche Leute lernen es einfach nicht...benutze die Forensuche oder les
>das Datenblatt genau!
>Es ist selbst bei linearen dynamischen und zeitinvarianten gekoppelten
>Netzwerken mit zeitvarianter Erregung durch negative Rückkopplung
>nichttrivial den Grad des Logarthimus Naturalis zur Basis e ~ 2,714392
>zu bestimmen.
>Aus diesem Grund hast du eine Phasenverschiebung von 3dB*(pi/2), wenn du
>deine Schaltung nicht an das Schwingungsverhalten deines Op-Amps
>anpasst.

>!Besser gesagt: Lass es sein wenn du keine Ahnung hast!

Wau! Das ist ja mal eine Erklärung, wie man sie einem Einsteiger besser 
nicht geben könnte. Kompetent und mit einfachen Worten, aber dennoch gut 
verständlich. Danke, Du Arschloch!

Autor: Ulrich (Gast)
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Die Fotodioden sind doch ganz schön groß. 4 davon geben selbst mit 
vorspannung 100 pF an Kapazität. Da wird es mit dem einfachen 
Transimpedanzverstärker mit einem OP so einfach nichts. Man müßte 
vermutlich wenigstens einen kleinen Widerstand (20-100 Ohm) zwischen die 
Dioden und den Verstärkereingang legen. Alternativ könnte man eine 
Transistorstufe am Eingang nutzen.

Gerade wenn es darum geht ein schwaches Signal zu Detektieren kommt es 
auf eine Rauscharmen Verstärker an. Bei der großen Kapazität wird hier 
das Spannungsrauschen des OPs vermutlich der begrenzende Punkt. Wenn man 
den Rückkopplungswiderstand zu klein macht kriegt man auch mehr 
Rauschen.

Was für eine optische Leistung soll den detektiert werden ?

Autor: dddddzddddd (Gast)
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Also hab grad nachgeschaut:
OHNE Vorspannung haben die je ca. 70pF an Kapazität... Also schon recht 
viel so wies aussieht. Würde dann ja fast 300pF machen gesamt... Wenn 
man zur Rückkopplung am OpAmp noch nen kleinen (paar pF) großen 
Kondensator legt, wirds dann evtl. besser werden?
Mit Vorspannung (1V) sinds 40pF je Diode. Wie legt man die genau an? 
Anstatt "unten" mit Ground zu verbinden tut man eine positive(??) 
Spannung dran?

Es geht um eine Leistung von ca. 1-5mW. Die trifft aber schön mittig auf 
die Dioden auf. Allerdings wird auch ein Anteil an Streulicht von 
Sonne/Lampen etc. dabei sein.

Genauer gesagt will ich zur Signalerkennung eben genau diese Differenz 
herausbekommen. Die Dioden kommen vermutlich auch erstmal in ein langes 
dunkles Rohr hinein damit alles was stört reduziert wird.

Wenn ich das Signal habe geht es wie gesagt an nen Komparator dessen 
Schaltschwelle einstellbar ist. Wenn Licht kommt => Strom wird mehr => 
Spannung wird mehr => Komparator schaltet => gibt TTL-Pegel aus.


Nunja der nächste Schritt würde dann mal so aussehen, oder?
Mal ein paar Teile/Widerstände/Kondensatoren kaufen, die Schaltung 
testweise aufbauen und an ein Oszilloskop (mal schaun wo ich da testen 
kann...) hängen und rumprobieren?

Autor: dddddzddddd (Gast)
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Hallo,

jetzt muss ich mich nochmal kurz melden, sry für Doppelpost.

Irgendwie hab ich noch was durcheinander gebracht/ist mir noch was 
unklar:
Eine wirkliche "Frequenz" ist das nicht, was übertragen wird. Genauer 
gesagt ist das so kodiert: alle X µS prüft der Empfänger ob "Licht" da 
ist. Wenn ja, dann 1, sonst 0.
Dabei empfängt er pro Sekunde maximal ca. 100.000 Einzelsignale. Also 
gibt es maximal 100.000 H-Pegel + L-Pegel, daher auch maximal 100.000 
L->H bzw. H->L Übergänge (bei z.B. 010101... usw). Ein Frequenzteil(wie 
nennt man das?) ist ja L->H->L, oder? LHLHLHLHL wären 8 Wechsel, aber 
nur 4 komplette Freqzenzdurchgänge, oder? Wären dann die 100.000 Bit/s 
auch nur 50Khz (bei 010101...)?
Irgendwie bin ich dahingehend gerade sehr verwirrt...

Autor: Meinungsvertreter (Gast)
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Du wolltest sagen:

Es werden Impulspakete bzw. Bursts bestehend aus 100000 Impulsen 
vesendet. Die Frequenz darf dennoch angegeben werden und scheint hier 
100kHz zu sein.

Autor: dddddzddddd (Gast)
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Nein so isses dann doch wieder nicht ganz... Ein Burst besteht aus bis 
zu ca. 130 Impulsen, es können aber auch mal nur ein paar sein bei wenig 
Daten.

Folgendes hab ich aber festgestellt:
Ich hab eine NE555-Schaltung aufgebaut die ich auf ca. 100kHz gestellt 
habe. Mein Messgerät zeigt auch diese 100kHz an. D.h. aber: es gibt 
100.000 Wechsel von L nach H und 100.000 Wechsel von H nach L pro 
Sekunde. Also insgesamt sinds 200.000 Wechsel.
Wie auch beim "normalen" Strom im Haus. Hat 50Hz, wird aber 100 mal 
umgepolt. Angezeigt werden hier aber auch nur 50Hz.

Man bekommt also immer Frequenz*2 Zustände. Das bedeutet dann ja: Bei 
100.000 Hz kann ich 200.000 Zustände feststellen. Wenn ich nur 100.000 
Zustände feststellen will, sinds dann 50.000 Hz? o_O

Das wollte ich eigentlich sagen ;-)

Autor: Ulrich (Gast)
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Bei einer Leistung von 1-5 mW ist das schon richtig viel Strom. Je nach 
Wellenlänge also was von 0,5-3 mA. Das ist dann schon in dem Bereich, wo 
man auch ohne Transimpedanzverstärker, einfach nur mit einem 
Niederohmigen Lastwiederstand von z.B. 100 Ohm arbeiten kann.
Die 100 Ohm und 300 pF gäben eine Zeitkonstante von 30 ns, das ist noch 
zu vernachlässigen. Auch 500 Ohm sollten noch gehen. Bei 1 mA und 100 
Ohm hat man 100 mV an Spannung, also ein genügend großes Signal. Solange 
die Spannung größer als etwa 50 mV ist, ist ohnehin das unvermeidliche 
Schrotrauschen  (Abzählen der Photonen) schon größer als das 
Widersandsrauschen.  Das vereinfahct die Schaltung doch schon ungemein. 
Man könnte die umschaltung der Empfindlichkeit dann auch über ein 
parallelschalten von zusätzlichen Widerständen realisieren, z.B. per 
MOSFET.

Wenn das Licht ohnehin aus einer Richtugn kommt, wäre eventuell auch die 
BPW24 interessant. Die Linse vergrößert die Empfindliche Fläche auf fast 
die Größe der Linse und man hat trotzdem eine sehr kleine Kapazität 
(11pF ohne Vorspannung).

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