Hallo liebe Gemeinde, ich stehe einem Standardproblem gegenüber, brauche aber etwas Hilfe, da ich kein Elektronikexperte bin. Was ich machen möchte: schlicht und ergreifend mit einer Photodiode eine Lichtleistung messen. Das Datenblatt ist hier: http://www.hamamatsu.com/eu/en/product/alpha/I/4107/G12183-010K/index.html . Für meine Anwendung ist eigentlich alles was im Frequenzbereich über 1 Hz passiert uninteressant. Eigentlich möchte ich nur eine Stabilisierung bauen, welche das Langzeitmittel konstant hält. Daher hatte ich mich entschieden meine Photodiode im Photovoltaikmodus mit einer einfachen Transimpedanzverstärkerschaltung wie hier (https://en.wikipedia.org/wiki/Transimpedance_amplifier#/media/File:TIA_simple.svg) zu verstärken. Die Schaltung habe ich so in allen möglichen Quellen gefunden. Als Verstärker habe ich den LM358 benutzt. Den Rückkoppelwiderstand habe ich auf 10 kOhm gesetzt, wobei ich damit bei mir auf bis zu 2,5 V Ausgangsspannung komme. Um den Dynamikbereich meines AD-Wandlers vernünftig ausreizen zu können, müsste ich wahrscheinlich hier noch etwas optimieren. Jetzt zu meinem Problem: Mein verstärktes Signal oszilliert/rauscht zu stark. Ungefähr um 5-10% des Gesamtsignals. Ein Teil davon könnte vielleicht auch mechanischer Natur sein. Heißt, dass meine PD-Aufhängung und Optik nicht stabil genug sind. Aber ich glaube nicht, dass das mein ganzes Problem ist. Ich habe inzwischen in vielen Quellen nachgelesen und einige Hinweise zusammengesammelt. Meine Schwierigkeit – und hier liegt meine Kernfrage – ich bräuchte jemanden, der mir sagt, was davon zielführend ist und was ich nicht tun brauche und, ob es vielleicht noch weitere Dinge gibt, die ich tun müsste. Letztlich wäre es auch super, wenn mir jemand ein paar praktische Tipps geben könnte, wie ich vorgehe, um meine Verstärkerschaltung richtig zu dimensionieren. Aber hier erst mal die Liste an Dingen, die ich bisher gefunden habe: - Verwendung eines rauschärmeren Verstärkers, wobei rauscharm eine kleine Eingangs-Offset-Spannung und Eingangs-Leckstrom bedeutet. Hat hier jemand einen Vorschlag für einen guten OP-Amp? Ich war von der Fülle an Verstärkern etwas erschlagen… - Ein guard trace um die signalführende Leitung auf meinem PCB - Die Photodiode generell so nah wie möglich an den Verstärker bringen - Einen Kondensator parallel zum Rückkoppelwiderstand schalten, um das Signal zu stabilisieren (hier habe ich ~100 pF gelesen) - Mehr optische Verstärkung, dafür ein kleinerer Rückkoppelwiderstand - Bypass-Kondensator für die Versorgungsspannung des OP-Amps - Zusätzlicher Tiefpass für das Ausgangssignal. Wenn ich das alles umsetze wird aus meiner kleinen Minischaltung ein ganz schön volles Board :-) Vielen Dank für Eure Hilfe.
Benjamin K. schrieb: > - Zusätzlicher Tiefpass für das Ausgangssignal. Richtig. Und zwar mit einer Grenzfrequenz von max. 1 Hz. Zusätzlich das Eingangssignal zu filtern (gleicher Parameter), macht auch Sinn -> Filter wird steiler.
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Zuerst müsstest Du mal sagen, welche Lichtleistung bei welcher Wellenlänge auf die Photodiode fällt, damit man überhaupt abschätzen kann, was für ein Sigal/Rauschverhältnis überhaupt möglich ist. (Gut, du hattest etwas von 2V Signal geschrieben, kann man dann wohl rückwärts ausrechnen...) Dann solltest Du vielleicht mal das Frequenzspektrum deines el. Signals aufzeichen, einmal mit deiner Lichtquelle, und einmal ohne. Da sieht man dann oft schon einiges, etwa 50 Hz Störung vom Netz. Oder um 20 kHz von Leuchtstoffröhren im Labor. Oder womöglich mechanische Erschütterungen und vieles mehr. Ich hatte Photodiodenverstärker eher für einige Megahertz aufgebaut, da ist teils auch einiges schief gegangen. Für Dein ein Hz brauchst Du natürlich einen Tiefpass, der filtert dann vieles weg. Aber an Deiner Uni sollte es ja eigentlich jemanden geben, der Dir etwas helfen kann, wenn man den Aufbau direkt sieht ist es einfacher zu helfen.
Benjamin K. schrieb: > - Verwendung eines rauschärmeren Verstärkers, wobei rauscharm eine > kleine Eingangs-Offset-Spannung und Eingangs-Leckstrom bedeutet. Hat > hier jemand einen Vorschlag für einen guten OP-Amp? Ich war von der > Fülle an Verstärkern etwas erschlagen… Eingangsleckstrom oder Biasstrom , oder input bias, oder wie auch immer jeder das nennen mag, darauf kannst du achten, in Verbindung mit dem Feedback Widerstand bringt das immer eine zusätzliche Offsetspannung ein, also je höher Rf desto geringer sollte der input bias deiner OpAmps sein, normalerweise sind da JFET typen um Klassen besser als Bipolar, Ich habe OPA2277, dann ist die erste Stufe ein TIA und die zweite ein nicht invertierender, so kann man die Verstärkung des TIA geringer halten, dann ist der schneller > - Ein guard trace um die signalführende Leitung auf meinem PCB Lass das weg, bringt zwar was, aber nur wenn dein Photostrom im BEreich deiner Leckströme liegt und das bezweifle ich jetzt einfach mal > - Die Photodiode generell so nah wie möglich an den Verstärker bringen Habe ich praktisch getestet, das hilft mM am meisten, so wenig draht wie möglich, Diode ganz nah dran > - Einen Kondensator parallel zum Rückkoppelwiderstand schalten, um das > Signal zu stabilisieren (hier habe ich ~100 pF gelesen) macht dein Design langsam, ist aber bei dir egal also mach ruhig 10nF rein, aber der Kondensator belastet auch deinen OpAmp Ausgang, manchmal mögen dass OpAmps nicht, dann schwingen die deswegen. > - Mehr optische Verstärkung, dafür ein kleinerer Rückkoppelwiderstand s.o. > - Bypass-Kondensator für die Versorgungsspannung des OP-Amps immer gut an jedem IC sollte nie fehlen in keinem Hardwaredesign > - Zusätzlicher Tiefpass für das Ausgangssignal. damit erschlägst du alle Probleme, aber nicht die Wurzel, aber sehe ich auch vor an allen meinen ADCs > Wenn ich das alles umsetze wird aus meiner kleinen Minischaltung ein > ganz schön volles Board :-) nope, sollte ganz bequem auf 3 cm² passen, aber ist ja auch eigentlich egal viel Spass
Benjamin K. schrieb: > Wenn ich das alles umsetze wird aus meiner kleinen Minischaltung ein > ganz schön volles Board :-) Nicht unbedingt. Wenn die Übertragung des Signals wirklich ein Problem sein sollte, z.B. wegen der Kabelkapazität, ist es üblich einen einfachen Vorvertstärker direkt an die Signalquelle, hier die PD, zu setzen. Am anderen Ende des Kabel kann man dann soviel filtern und aufbereiten, wie man will. Andersrum, geht es nicht, weil man ein Signal, wenn es erstmal im Rauschen untergegangen ist, auch mit noch so viel Verstärkung nicht mehr reparieren kann. Du hast aber offenbar recht bescheidene Anforderungen, und deshalb ist es wahrscheinlich, dass du entweder mit Fremdlicht zu kämpfen hast, oder dass irgendwelche elektrische Störungen (nahe Netzkabel?) direkt in deinen Aufbau einkoppeln.
schön simuliert, dann probier die Schaltung mal real aus, man weiss ja bei der analog voodoo Technik nie so genau, aber 1000:1 dass die so nicht funktioniert, ich geb nen kleinen Tip, einer der 3 Kondensatoren...
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stefan s. schrieb: > aber 1000:1 dass die so > nicht funktioniert, ich geb nen kleinen Tip, einer der 3 > Kondensatoren... Was blubberst du? Werde bitte konkreter, wenn dich an der Schaltung etwas stört, oder lasse es.
Benjamin K. schrieb: > Mein verstärktes Signal oszilliert/rauscht Ja -- bei den 500pF der Photodiode kann man ohne Kondensator parallel zum Rückkoppelwiderstand durchaus einen Schwingkreis aufbauen... Also Kondensator entsprechend fg=1/(2 Pi RC) für die Rückkopplung, dann wird wohl alles gut sein.
@Oleg Ayranov Na ihm geht es wohl um den IR Bereich um 2um, da hilft ihm dein Vorschlag nicht. Aber im Prinzip richtig.
Hallo nochmal, vielen lieben Dank für eure zahlreichen Beiträge. Damit lässt sich was anfangen. Um nochmal auf ein paar Punkte genauer einzugehen: @ Joe F.: deine Simulation finde ich sehr nett. Mit was für einem Programm hast du sie erstellt? Wofür ist Widerstand R2 gut? @ Stefan Salewski: Salewski, Stefan schrieb: > Zuerst müsstest Du mal sagen, welche Lichtleistung bei welcher > Wellenlänge auf die Photodiode fällt, damit man überhaupt abschätzen > kann, was für ein Sigal/Rauschverhältnis überhaupt möglich ist. 2175 nm, Leistung ist unterschiedlich. Maximal vielleicht 1 mW. Ganz sicher bin ich mir aber nicht. Es stecken momentan einige Unsicherheiten im Aufbau. Salewski, Stefan schrieb: > Da sieht man > dann oft schon einiges, etwa 50 Hz Störung vom Netz. Oder um 20 kHz von > Leuchtstoffröhren im Labor. Oder womöglich mechanische Erschütterungen > und vieles mehr. Ich weiß nicht warum, aber an Umgebungslicht habe ich tatsächlich noch nicht gedacht :-D Ich werde mir wohl mal einen Langpassfilter dafür einbauen. Mechanische Schwingungen habe ich wie gesagt auch schon in Betracht gezogen. Ich werde das noch mal genauer betrachten. Salewski, Stefan schrieb: > Aber an Deiner > Uni sollte es ja eigentlich jemanden geben, der Dir etwas helfen kann, > wenn man den Aufbau direkt sieht ist es einfacher zu helfen. Gibt es. Auch in meinem unmittelbaren Dunstkreis. Ich hab auch schon einiges von meinen Kollegen erfragt, aber ich benutze einfach gerne Foren, da ich beim Schreiben und Lesen mehr Zeit habe nachzudenken. Das hilft mir meist mehr. @stefan schmitt: kurze, knackige Antworten. Alles klar. Vielen Dank :-) @Irep: lrep schrieb: > oder > dass irgendwelche elektrische Störungen (nahe Netzkabel?) direkt in > deinen Aufbau einkoppeln. Was heißt hier nahe? Generell liegt dort viel Kabelsalat rum, von daher kann ich mir eine solche Störung gut vorstellen. @Oleg: Oleg A. schrieb: > OPT101 Monolithic Photodiode and Single-Supply Transimpedance Amplifier Nette Implementierung. Aber leider stimmt Salewski, Stefan schrieb: > Na ihm geht es wohl um den IR Bereich um 2um, da hilft ihm dein > Vorschlag nicht. Aber im Prinzip richtig.
Hallo, > Benjamin K. schrieb: > Den Rückkoppelwiderstand habe ich auf 10 kOhm gesetzt, 10 kOhm ??? Das ist für einen Transimpedanzverstärker keine Größenordnung. Interessant wird das erst im Bereich von endlichen 10MOhm und darüber. Bei 10kOhm macht noch nicht mal der fette Biasstrom von gut 50nA viel aus. > wobei ich damit bei mir auf bis zu 2,5 V Ausgangsspannung komme. Dann nimm halt 20kOhm, dann kommst du eben auf 5V. > > Jetzt zu meinem Problem: Mein verstärktes Signal oszilliert/rauscht zu > stark. Ungefähr um 5-10% des Gesamtsignals. Also 150mV...250mV Störsignal? Das ist sicher kein Rauschen, sondern eher ein grober Fehler in der Schaltung oder im Aufbau. Entweder der OPV schwingt oder du fängst dir ganz böse Störungen ein. Setze mal einige nF... einieg 10nF parallel zu dem Rückkopplungs-R. > Ein Teil davon könnte > vielleicht auch mechanischer Natur sein. Heißt, dass meine PD-Aufhängung > und Optik nicht stabil genug sind. Was heißt den "nicht stabil"? Mechanische Schwingungen kann man doch vermeiden, zumindest bei Versuchsaufbau. Was soll das ganze werden? Welche Randbedingungen gibt es sonst noch? Wenn es eine halbwegs lineare Messung werden soll, würde ich dem OPV auch eine negative Spannung geben und damit auch die PD vorspannen. Hier ein Beispiel (linkerTeil) http://uwiatwerweisswas.schmusekaters.net/Uwi/ELEKTRONIK/Opto_Laser/Fotoverst%e4rker.PDF Den Kram am Ausgang (R3, R4, C5) kannst du natürlich weglassen. Gruß Öletronika
De Bereich bis etwa 1 mW Strahlungsleistung ist eigentlich relativ einfach. Da wird in aller Regel das Schrotrauschen dominieren, auf einem relativ niedrigen Niveau. Den Level kann man aber relativ einfacher erreichen und deutlich besser geht es dann einfach nicht, bei der gegebenen Leistung bzw. Größe des Sensors. Die Frage ist ein wenig was man an unterer Grenzfrequenz braucht, bzw. wie viel Drift man verträgt. 10 K in der Rückkopplung kommt schon etwa hin, wenn der Fotostrom bei 0.1 mA liegt. Über den Widerstand kann man die Empfindlichkeit einstellen. Der LM358 ist keine gute Wahl - der hat vergleichsweise viel rauschen. und Drift. Beim relativ hohen Strom darf es ggf. auch schon ein OP mit BJTs sein (z.B. LT1012). Für kleine Ströme nimmt man sonst eher JFET oder CMOS OPs. Der Kondensator in der Rückkopplung ist ein muss. Grob vereinfacht wäre so viel Kapazität in der Rückkopplung wie der Detektor hat schon eine passende Größenordnung. Die Schwingung dürfte das Hauptproblem sein - mit Kapazität in der Rückkopplung geht selbst der LM358 nicht so schlecht. So etwa wie Entkopplung der Versorgung muss einfach sein, zumindest bei OPs mit mehr als etwa 0.5 MHz GBW.
Benjamin K. schrieb: > Daher hatte ich mich > entschieden meine Photodiode im Photovoltaikmodus mit einer einfachen > Transimpedanzverstärkerschaltung wie hier > (https://en.wikipedia.org/wiki/Transimpedance_amplifier#/media/File:TIA_simple.svg) > zu verstärken. Die Schaltung habe ich so in allen möglichen Quellen > gefunden. Dieses Prinzipschaltbild reicht eben nicht. Du solltest schon das posten, was du wirklich zusammengebraut hast, einschließlich der Nebenbedingungen, wie angeschlossene Kabel und Last, Details der Versorgung und möglichst auch Fotos des Aufbaus.
U. M. schrieb: > Wenn es eine halbwegs lineare Messung werden soll, würde ich dem OPV > auch eine negative Spannung geben Das darf nicht sein. Die Schaltung würde dann zwar besser funktionieren, aber wenn die PD dann mal kein Licht bekäme, würden die Elkos kaputt gehen, von denen ein besonders höflicher Mensch geschrieben hat: Joe F. schrieb: > Was blubberst du?
lrep schrieb: > Joe F. schrieb: >> Was blubberst du? is mir zu unhöflich, baus auf und komm selber drauf, zuviele Theoretiker die denken in der Theorie funktioniert die Praxis ganz einfach :) solder is my spice...
U. M. schrieb: >> wobei ich damit bei mir auf bis zu 2,5 V Ausgangsspannung komme. > Dann nimm halt 20kOhm, dann kommst du eben auf 5V. Joa, ich habe ja geschrieben, dass das optimierungswürdig ist. Was anderes als den Widerstand verdoppeln meinte ich nun auch nicht. Ich habe es nur der Vollständigkeit halber geschrieben U. M. schrieb: > Also 150mV...250mV Störsignal? Ok, hier muss ich mich revidieren. Ich hatte nur meinen Stream vor Augen als ich 5-10% geschrieben habe, aber nicht an die Skalierung meines Graphen gedacht. Ich habe es mir noch mal angeschaut. Es sind vielleicht 20 mV. U. M. schrieb: > Was heißt den "nicht stabil"? Mechanische Schwingungen kann man doch > vermeiden, zumindest bei Versuchsaufbau. Es ist schon viel vermieden einfach dadurch, dass alles auf einem sehr guten schwingungsentkoppelten, optischen Tisch steht. Die Aufhängung der PD könnte allerdings etwas dümmlich konstruiert sein. Es könnte sein, dass der Beamsampler, der den zu detektierenden Teil meines Lichtes abzweigt nicht steif genug angebracht ist. Hier wäre jetzt wirklich ein Foto besser, um das zu zeigen. Aber ich habe gerade keine Kamera zur Hand... U. M. schrieb: > Was soll das ganze werden? Welche Randbedingungen gibt es sonst noch? Also das Ganze soll zur Leistungskontrolle und Stabilisierung der Ausgangsleistung eines Lasers benutzt werden. Dafür habe ich einen Teil, der die Ausgangsleistung in diskreten ca. 1 mW-Schritten steuern kann. Die Leistung variiert dadurch zwischen wenigen mW und bis zu 2 W. mit einem Beamsampler spalte ich ein paar wenige Prozent der Leistung ab, schwäche die mit Filtern auf ein für die PD verträgliches Niveau ab und fokussiere mit einer Linse auf die aktive Fläche. Aus meiner Sicht kann man die Randbedingungen dann in etwa so formulieren: Die PD muss Leistungen von nichts bis 1-2 mW (für den genauen Wert müsste ich tatsächlich alles noch mal charakterisieren) mit einer Auflösung von 1µW (um zu der Auflösung meiner Steuerung zu passen) messen können. Den Untergrund verursacht durch Umgebungslicht kann man wohl vernachlässigen. Das habe ich mir eben noch mal angeschaut. Das entspricht maximal 1 mV. Sollte das meine Auflösung irgendwann limitieren, kann ich das auch ohne Probleme noch filtern. Reicht das an Randbedingungen? :) U. M. schrieb: > Wenn es eine halbwegs lineare Messung werden soll, würde ich dem OPV > auch eine negative Spannung geben und damit auch die PD vorspannen. > Hier ein Beispiel (linkerTeil) > http://uwiatwerweisswas.schmusekaters.net/Uwi/ELEKTRONIK/Opto_Laser/Fotoverst%e4rker.PDF > Den Kram am Ausgang (R3, R4, C5) kannst du natürlich weglassen. > Gruß Öletronika Also abgesehen von der Vorspannung sieht das ja wie eine Zusammenfassung von dem aus, was ich jetzt eh umsetzen wollte. Lurchi schrieb: > Der LM358 ist keine gute Wahl Dachte ich mir. Das war eine Wahl gemäß dem Motto "War gerade da" lrep schrieb: > Du solltest schon das posten, was du wirklich zusammengebraut hast, > einschließlich der Nebenbedingungen, wie angeschlossene Kabel und Last, > Details der Versorgung und möglichst auch Fotos des Aufbaus. Kann ich verstehen. Ich probiere jetzt mal mit den bisherigen Tips klar zu kommen und wenn ich scheitere, gebe ich mir noch mal mehr Mühe auch das drum herum zu präsentieren. stefan s. schrieb: > lrep schrieb: >> Joe F. schrieb: >>> Was blubberst du? > is mir zu unhöflich, baus auf und komm selber drauf, zuviele Theoretiker > die denken in der Theorie funktioniert die Praxis ganz einfach :) Das war mit Sicherheit nicht höflich (und vor allem nicht von mir... ich hoffe das hast du realisiert). Da ich aber bei elektronischem Rätselraten hoffnungslos verloren bin und ich auch ungerne nur zu Testzwecken meine nicht gerade günstige PD in eine defekte Schaltung einsetzen möchte, wäre ich dir sehr verbunden, wenn du mich hier aufklären würdest :-) Noch mal vielen Dank Benni
Benjamin K. schrieb: >> Hier ein Beispiel (linkerTeil) >> > http://uwiatwerweisswas.schmusekaters.net/Uwi/ELEKTRONIK/Opto_Laser/Fotoverst%e4rker.PDF >> Den Kram am Ausgang (R3, R4, C5) kannst du natürlich weglassen. is mir schon klar dass das du nicht unhöflich warst, jetzt weiter in den Schaltungen. Der gelinkte Schaltplan scheint mir sehr konfus, wieso noch ein Tantal zur Diode, wieso die vielen Cs im TIA, die wird real wohl so nicht oder bescheiden funktionieren, das tolle an analoger Technik ist ja, dass schon immer etwas passiert, selbst wenn man unmögliches aufbaut :) Also grob würd ich an deiner Stellel so vorgehen: 2 stufiger Verstärker, im zweiten Teil nicht invertierend mit Poti im Verstärkerzweig ( nicht invertierend, weil der immer theoretisch unendlichen Eingangswiderstand hat, was deinem TIA ( erste Stufe) zugute kommt. Erste Stufe erstmal ganz simpel ohne negative Vorspannung ( ich glaube, hab das jetzt nicht nachgeschlagen :) negative Vorspannung macht das Ding nicht unbedingt linearer, was es sicherlich tut ist die Schaltung verschnellern, weil man mit der negativen Spannung die parasitäre Kapazität der Photodiode verringert, genau deswegen ist mir auch der Tantal?!?!? komplett schleiherhaft in dem link) Also zurück zum Text: einfachste Schaltungen, wenige Bauteile, testen ob schon was vernünftiges passiert, mehr Laserleistung, mehr Ausgangssignal und umgekehrt, dann mit dem Poti Verstärkungen einstellen und dann mal Offset anschauen, ob du auch wirklich von 0V auf 2V oder wo auch immer hin kommst, ggf kannst du das ja auch über dein µC und einfachste Regelung, eben Offset rausrechnen betreiben. Immer so einfach wie möglich beginnen, haben unsere Vorfahren auch cniht anders gemacht.
Benjamin K. schrieb: > @ Joe F.: deine Simulation finde ich sehr nett. Mit was für einem > Programm hast du sie erstellt? Wofür ist Widerstand R2 gut? Das ist LTSpice. Die Simulation der Photodiode wurde allerdings durch eine Stromquelle nachgebildet, die Diode wurde nach der Simulation eingezeichnet, damit der Schaltplan lesbar bleibt. R2 und C3 bilden den 2. Tiefpass. Die Filterung besteht aus 2 Stufen, einer aktiven am Op-Amp und einer passiven hinter dem Op-Amp. Jeder Filter hat 6dB pro Oktave, durch das hintereinanderschalten von 2 Filtern ergibt sich 12dB pro Oktave. Wie "lrep" angemerkt hat, darf man für die Filter nur dann Elkos verwenden, wenn der Op-Amp nicht mit einer negativen Versorgungsspannung versorgt wird. In diesem Fall könnte man Keramikkondensatoren verwenden, die haben allerdings einen sog. "Mikrofonieeffekt", d.h. die Schaltung darf dann nicht größeren Erschütterungen ausgeliefert sein. Zu den berechtigten Einwänden, ich sei "mexakin" gegenüber nicht besonders höflich gewesen: Ich habe nichts gegen berechtigte Kritik an Schaltungsvorschlägen. Nur muss diese auch begründet werden. Mexakin hingegen fällt (auch in anderen Beiträgen) vor allem durch pauschale und auch sachlich falsche Behauptungen auf, die genau dafür sorgen, dass der Threaderöffner verwirrt ist, und denkt es sei etwas an der Schaltung falsch. Er hat, wie man an seinem letzten Beitrag sehen kann, auch nicht die geringste Ahnung, wie die analoge Schaltung überhaupt funktioniert, was die Kondensatoren dort bewirken, alles "analog voodoo Technik", aber trotzdem mal was wichtig klingendes raushauen... Verstehe ich halt nicht, was das soll. @Benjamin K.: Baue den Tiefpass einfach mal ein, es sind ja nur ein paar zusätzliche Bauteile. (Ein) Bypass-Kondensator(en) an der Op-Amp Versorgung sind/ist natürlich ebenfalls Pflicht. Und dann guckst du mal, wie sich das Signal dadurch verbessert hat.
Joe F. schrieb: > Mexakin hingegen fällt (auch in > anderen Beiträgen) vor allem durch pauschale und auch sachlich falsche > Behauptungen auf, die genau dafür sorgen, dass der Threaderöffner ich hab noch nie behauptet dass ich 100% davon überzeugt bin, also nochmal dein 10µ Elko im Rückkoppelzweig, glaubst du die Schaltung vberträgt den? Ich behaupte nien, weil ein OpAmp keine kapazitive Last sehen will, und ich weiss dass in meinen ca 20 TIA Testschaltungen genau wegen solchen zu groß gewählten Rückkoppelkapazitäten Probleme aufgetreten sind... Klar kann das an meinen schlechten Schaltungen liegen, ich behaupte nie Recht zu haben, aber was mir von vielen hier fehlt sind eben praktische Erläuterungen, Schaltungen simulieren und real vor sich haben ist halt gerade bei TIAs ein himmelweiter Unterschied. So und jetzt darfst du mir erzählen wo du die Schaltung aufgebaut hast und ob sie das tut was sie soll. Eigentlich dachte ich dass jeder der praktische Schaltungserfahrung hat, PCBs ICs OpAmps und soweiter, analog voodoo versteht, oder du gehörst zu den erlesen Kreis derjeniger dessen Boards schon beim ersten mal perfekt funktionien :)
stefan s. schrieb: > also > nochmal dein 10µ Elko im Rückkoppelzweig, glaubst du die Schaltung > vberträgt den? ja. stefan s. schrieb: > Ich behaupte nien, weil ein OpAmp keine kapazitive Last sehen will Eine pauschale Behauptung, die so nicht stimmt. stefan s. schrieb: > oder du gehörst zu > den erlesen Kreis derjeniger dessen Boards schon beim ersten mal perfekt > funktionien Bei solch einfachen Schaltungen darf ich sagen: ja. Was du meinst mit zu großen Lastkapazitäten ist etwas anderes. a) verschiebt kapazitive Last am Ausgang den Phase-Margin, das hat aber nichts mit diesem Fall zu tun, das macht bei hohen Frequenzen Probleme. b) verfälscht eine zu hohe (kapazitiv oder ohmsche) Belastung des Ausgangs das Ausgangssignal, wenn die geforderten Ströme höher sind, als das, was der Op-Amp liefern kann. Das ist hier aber auch nicht der Fall, da der Strom, der in die kapazitiven Lasten am Ausgang fließen kann durch Widerstände auf <1mA begrenzt ist. Darum meine Bitte: wenn du dir unsicher bist, wie eine Schaltung funktioniert, frage lieber nach, anstatt Sätze wie "aber 1000:1 dass die so nicht funktioniert, ich geb nen kleinen Tip..." rauszuhauen. Das ärgert einen.
Hier mal ein Text zu rauscharmen PD-Amps. http://www.edn.com/Pdf/ViewPdf?contentItemId=4439779 Es muß ja nicht gleich die Schaltung mit diskretem FET aufgebaut werden, aber es werden die wichtigen Effekte und Designgrundlagen genannt. Scheint so, als wäre es schon sinnvoll eine SAUBERE (Batterie?) +-18V Versorgung zu nehmen, einen Rf so zu wählen, dass der (rauscharme) OP 10-15V ausgibt und man dann runterteilt. Der große Rf ist bzgl. Rauschen unkritischer und man kann einen kleineren Cf wählen um den TP zu realisieren. Der TP muss ja nicht bei 1Hz sein. Der AD darf ja auch noch was zu tun haben und dann wird in der Software geglättet. Wenn Messungen gemacht werden, einfach mal in die Hände klatschen, Stichwort Mikrophonie des Aufbaus (optische wie auch Schaltung)
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Benjamin K. schrieb: > Es ist schon viel vermieden einfach dadurch, dass alles auf einem sehr > guten schwingungsentkoppelten, optischen Tisch steht. Die Aufhängung der > PD könnte allerdings etwas dümmlich konstruiert sein. Es könnte sein, > dass der Beamsampler, der den zu detektierenden Teil meines Lichtes > abzweigt nicht steif genug angebracht ist. Könntest du nicht einmal die PD unter Umgehung des optischen Aufbaus mit einer simplen IR-LED beleuchten um herauszubekommen, ob die Unruhe vom Licht (z.B. Speckles) oder von der Elektronik verursacht wird? 20% Intensitätsschwankung bei 1mW ist ja nicht gerade wenig, und weit jenseits dessen, was selbst die miesesten Opamps verursachen können. Wenn es sich herausstellt, dass die Optik ok ist, solltest du dir das Ausgangssignal mit einem Ozilloskop ansehen; vielleicht schwingt dein Opamp ja wegen fehlender Bypasskondensatoren oder anderer Fehler im Aufbau.
Ich gehe schwer davon aus, dass irgendwo eine Kunstlichtlampe reinstrahlt, und das Störsignal im Bereich von 50/100 Hz ist. Da hilft nur eines: Tiefpass
stefan s. schrieb: > nochmal dein 10µ Elko im Rückkoppelzweig, glaubst du die Schaltung > vberträgt den? > > Ich behaupte nien, weil ein OpAmp keine kapazitive Last sehen will, und > ich weiss dass in meinen ca 20 TIA Testschaltungen genau wegen solchen > zu groß gewählten Rückkoppelkapazitäten Probleme aufgetreten sind... den verträgt die Schaltung. Eine große Kapazität vom Ausgang als Last gegen Masse reduziert zusammen mit dem Ausgangswiderstand des OPV dessen Phasemargin (-> Schwingneigung). Diese große Kapazität in der Rückkopplung verbessert die Phasemargin des TIA, weil sie die Kapazität der Fotodiode kompensiert (die kann durchaus mal ein Grund sein, warum ein TIA schwingt). Der OPV muss in der Lage sein, die Photodiodenkapazität stabil zu treiben. Die 500pF der verwendeten Photodiode sind eine Menge. Wenn man hier mal testweise 1V Sperrspannung anlegen könnte macht es die Sache für den OPV wesentlich einfacher. Die Rückkoppelkapazität belastet den OPV nicht, kostet Bandbreite (was hier als Filterwirkung gewünscht ist) und reduziert den Noise-Gain (der bei höheren Frequenzen durch 1+C_Fotodiode/C_Rückkoppel gegeben ist). Benjamin K. schrieb: > Jetzt zu meinem Problem: Mein verstärktes Signal oszilliert/rauscht zu > stark. Kannst du uns nicht mal eine Oszimessung des Ausgangssignals zeigen, bei der man die Oszillation/das Rauschen zeitlich aufgelöst anschauen kann?
Achim S. schrieb: > Die Rückkoppelkapazität belastet den OPV nicht, kostet > Bandbreite Kostet Bandbreite stimmt auf jedenfall. Also ich hatte hier schon TIAs aufgesezt die allerdings genau wegen zu hoher Rückkoppelkapazität, 100nF waren das, nicht mehr ordentlich gearbeitet haben, ich bin dazu auch öfters in Texas Foren unterwegs, habe auch schon mit Art Kay geredet, alle derselben Meinung, OpAmp wird belastet durch angeschlossene Kondensatoren, kann ich durch meine praktischen Aufbauten genauso bestätigen. Ich kann das hier nie so gut einschätzen was ihr Leute alles schon funktionierend und verstandend aufgebaut und was ihr theoretisch verstanden habt, ich machs ganz einfach ich erzähl euch was ich aufgebaut hab und was daran gegangen und nicht gegangen ist und diese Erfahrung gebe ich weiter. Und nochmal zu Frage der messbaren Schwingung, ob das eine Deckenleuchte doer so ist, muss ja diretk rauskommen, sobald abgedunkelt wird muss es weg sein, ansonsten sind natürlich die Freuquenzen immer gut zu wissen, und je nachdem kann man schon einfach ein RC Tiefpass, das sind 2 Bauelemente hintendran klatschen, zB, 33k und 100nF, gibt ca 50 Hz TP, zum ersten Testen ganz ok
stefan s. schrieb: > und je nachdem kann man schon einfach ein RC Tiefpass, das sind 2 > Bauelemente hintendran klatschen, zB, 33k und 100nF, gibt ca 50 Hz TP, > zum ersten Testen ganz ok Das reicht eben nicht. 1 Tiefpass hat 6dB pro Oktave, 2 hintereinander schon 12. Dein 33k/100n Tiefpass hat seine Grenzfrequenz bei 48Hz, das heisst aber, dass er 50 Hz mit lediglich -3dB dämpft = auf 70%. Daher muss entweder der Filter wesentlich steiler sein (aufwändig), oder die Grenzfrequenz wesentlich tiefer liegen, um eine ordentliche Wirkung zu erzielen. 10k/10u sind hier schon richtig (2 TP hintereinander: ca. -60dB bei 50Hz = 0.1%)
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> stefan s. schrieb: > Der gelinkte Schaltplan scheint mir sehr konfus, wieso noch ein Tantal > zur Diode, wieso die vielen Cs im TIA, die wird real wohl so nicht oder > bescheiden funktionieren, das tolle an analoger Technik ist ja, dass > schon immer etwas passiert, selbst wenn man unmögliches aufbaut :) der Einschätzung von Joe F. gezüglich deiner Anmerkungen kann ich nur bestätigen: Zitat: Er hat, wie man an seinem letzten Beitrag sehen kann, auch nicht die geringste Ahnung, wie die analoge Schaltung überhaupt funktioniert, was die Kondensatoren dort bewirken, alles "analog voodoo Technik", aber trotzdem mal was wichtig klingendes raushauen...
Hallo Benjamin, ich kann dir den AD8065 empfehlen...ist vlt etwas overkill für deine Anwendung!? Der Elko im Feedback passt wunderbar. Das Stichwort ist Lead-Lag Compensation. Wichtig für deine Schaltung ist zu wissen, wie groß die Kapazität der Photodiode (eventuell + Kabel?), die Eingangskapazität des OPVs und die Frequenz mit der du messen willst + das bereits gesagte. Du kannst, wenn du dir bei der Verstärkung unsicher bist, einfach noch ein Poti in reihe zu deinem Feedbackwiderstand einlöten. Kannst danach wie schon beschrieben einen Tiefpass 2.Ordnung einbauen, wobei sich bei zwei passiven RC-Gliedern das erste belastet wird. Nimm vlt einen aktiven Tiefpass, dazu gibt es genügend online Apps zum Auslegen der Bauteile. Kannst einfach einen dual Op Amp IC holen, dann haste noch gleich einen Impedanzwandler vor deinem ADC etc. Gruß
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Der OP sieht die Kapazität der Diode und die Kapazität in der Rückkopplung als Last. Nicht jeder OP verträgt so das. Gerade rauscharme und damit oft schnelle Typen sind da öfter empfindlich. Auch wenn OPs als stabil mit hoher kapazitiver Last beworben werden sind sie da nur gerade so nicht am schwingen. Ggf. also den Rückkoppelkondensator relativ klein wählen (so dass es noch nicht schwingt) oder ggf. auch einen Widerstand von z.B. 100 Ohm zwischen den Detektor und den OP schalten um die Kapazität für hohe Frequenzen zu entkopplen.
Hallo an alle, erst mal vielen Dank für diesen zahlreichen und (wahrscheinlich) hochwertigen Input. Ich werde wahrscheinlich einige Zeit brauchen, um die Hinweise erst mal vernünftig zu verstehen und dann zu verarbeiten. Diese Verstärkerschaltung ist im Moment nur ein Nebenprojekt, daher kann ich dem nicht meine volle Aufmerksamkeit widmen und es wird somit etwas länger dauern. Unter Umständen werde ich hier und da noch mal wegen einiger Details nachfragen. Eine Kleinigkeit jetzt schon an Joe F.: Ich mag solche Simulationen ja. Selbst wenn man sie natürlich wirklich bezüglich realer Umsetzung mit Vorsicht genießen sollte. Jedenfalls schaue ich mir derzeit das LTSpice etwas genauer an. Den lehrbuchartigen Schwingkreis bekomme ich schon betrieben, aber die Umsetzung deiner vorgeschlagenen Schaltung hat einfach nicht das gleiche Ergebnis. Zwei mögliche Fehlerquellen sind: 1. ich habe keine Bibliothek, die den LM358 enthält und habe nur irgendeinen Ersatz genommen. Wo hast du den OPamp her? 2. Ich weiß nicht genau mit welchen Eigenschaften du die Stromquelle erstellt hast. Gruß, Benni
beim Stabilisieren solltest Du auch die Temperturabhaengigkeit des Photodiodenstromes beachten...
Angehängte Dateien:
-
photo-low-pass-2.png
23 KB
Benjamin K. schrieb: > 1. ich habe keine Bibliothek, die den LM358 enthält und habe nur > irgendeinen Ersatz genommen. Wo hast du den OPamp her? http://www.elektronik-bastelkeller.de/spicemodel.php Du kannst aber auch den (rauscharmen, rail-to-rail) LT6015 nehmen. > 2. Ich weiß nicht genau mit welchen Eigenschaften du die Stromquelle > erstellt hast. Siehe Anhang. Ursprünglich hatte ich 2 Spannungsquellen in Serie (1V DC, 1V AC) mit einem 8K Widerstand. Ergibt auch 0..250uA.
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