Hallo zusammen,
ich hoffe ihr könnt mir helfen. Ich möchte mit einer Photodiode und
einem nachgeschalteten Transimpedanzverstärker
Lichtintensitätsänderungen eines Lasers messen.
Ich habe die Schaltung so aufgebaut, wie im Bild zu sehen ist. Wenn ich
das durchsimuliere funktioniert auch alles, aber wenn ich es in real
teste, dann funktioniert die Schaltung nur, wenn ich die
Versorgungsspannung weg nehme. Ohne Versorgungsspannung für den OPA
bekomme ich einen Ausschlag von 300 mV am Oszi. Die 300 mV sind die
Änderung zwischen keinem Licht und vollem Licht. Wenn ich die Spannung
am Netzgerät langsam hochdrehe, dann bleibt der Ausschlag zwischen
keinem Licht und vollem Licht immer gleich, bis ich 1,5 V erreicht hab.
Dann tut sich garnix mehr. Die Schaltung reagiert dann garnicht mehr auf
eine Lichtintensitätsänderung. Laut Datenblatt verträgt der OPA bis 18
V.
Jetzt weiß ich ehrlich gesagt nicht, was da falsch läuft :(
Grüße flummi
> habe die Schaltung so aufgebaut,
Was ist denn das für eine Murksschaltung ?
Photodiode im Spannungsbetrieb mit Bürdewiderstand
an einen Transimpedanzverstärker der den Strom vertärt ?
Da hast du wohl 2 durcheinandergebracht.
Schau dir den Photodiodenverstärker noch mal an,
Suchbild:
Beitrag "Auslegung Transimpedanzverstärker für PWM-Aufnehme mit Photodiode"
Wieso Murks? Der OPV soll mir den Strom von der Photodiode in eine
Spannung wandeln und verstärken... Der ganze linke Teil soll meine
Photodiode darstellen. Was muss ich da verändern?
Jan T. schrieb:> Wenn ich die Spannung> am Netzgerät langsam hochdrehe, dann bleibt der Ausschlag zwischen> keinem Licht und vollem Licht immer gleich, bis ich 1,5 V erreicht hab.> Dann tut sich garnix mehr.
Und wie groß ist die Ausgangsspannung dann?
Hast du vielleicht den Opamp verkehrt herum (oder anderweitig falsch) an
die Versorgungsspannung angeschlossen?
Also dass die Anschlüsse nicht stimmen oder dass die
Versorgungsspannungen verpolt sind, kann ich fast 100 % ausschließen.
Das haben neben mir schon paar Leute kontrolliert. Außerdem habe ich 2
solcher Schaltungen aufgebaut, da ich schon befürchtet hab, dass der OPV
kaputt ist.
Also wenn ich die Versorgungsspannung hochdrehe, dann steigt auch das
Spannungssignal am Oszi. Nur dass die Schaltung eben nicht mehr auf
Licht reagiert
Jan T. schrieb:> Also wenn ich die Versorgungsspannung hochdrehe, dann steigt auch das> Spannungssignal am Oszi.
Nimm erstmal R2 raus und guck, ob dann 0V am Ausgang rauskommen.
Wie groß ist der Photostrom, der bei eingeschaltetem Laser fließt?
Der Photostrom liegt bei etwa 1 uA.
Ich hab das ganze ohne R2 getestet. Wenn ich die Photodiode absolut
abdunkle, dann kommt ohne Versorgungsspannung des OPA 0V raus. Wenn ich
die Spannung langsam hochdrehe, dann läuft mir der Ausschlag am Oszi
nach unten weg. Die Photodiode reagiert aber noch auf Licht. Das geht so
lange, bis ich die kritische Spannung erreicht hab. Dann springt mir
mein Signal auf einen Schlag hoch und geht dann proportional mit der
Versorgungsspannung nach oben. Dann reagiert aber nix mehr auf Licht.
Jan T. schrieb:> Die gehen gleichzeitig hoch. Die hängen am gleichen Netzgerät
Ehrlich? Ein Doppel-Netzgerät, dass mit einem Knopf beide Spannungen
verstellt? Sowas habe ich noch nicht gesehen.
Falls Du aber nur eine Spannung hast, die zwischen Pin 4 und 7
angeschlossen ist, dann geht das nicht. Du brauchst 2 getrennte
Spannungen mit Bezug zum GND.
Gruß Dietrich
Dietrich L. schrieb:> Ehrlich? Ein Doppel-Netzgerät, dass mit einem Knopf beide Spannungen> verstellt? Sowas habe ich noch nicht gesehen.
Tracking-Modus? Das hat doch fast jedes.
Also ich hab ein Netzgerät, das hat einen Plus Anschluss, einen GND und
einen Minus Anschluss. Jetzt hab ich den negativen in Pin 4 und den
positiven Anschluss in pin 7 rein. Alles was GND ist, läuft zusammen und
geht dann in den GND Anschluss rein. Brauch ich jetzt 2 Netzgeräte?
Yalu X. schrieb:> Tracking-Modus? Das hat doch fast jedes.
Da waren die Geräte, mit denen ich bis jetzt in Kontakt gekommen bin,
wohl zu alt. Aber man lernt nie aus...
Jan T. schrieb:> Der Photostrom liegt bei etwa 1 uA.
Dann guck dir mal die Theorie zum Strom-Spannungswandler an. Wenn bei
1µA eine Spannung von z.B. 1V am Ausgang herauskommen soll, muss der
Gegenkopplungswiderstand R5 einen Wert von 1MΩ haben.
> Ich hab das ganze ohne R2 getestet. Wenn ich die Photodiode absolut> abdunkle, dann kommt ohne Versorgungsspannung des OPA 0V raus.
Wenn R2 entfernt ist, hat die Photodiode keine Verbindung mehr zum OP
und darf überhaupt keinen Einfluß auf den OP haben ;-)
1uA Photostrom... etwas auf der mageren Seite. Wie hoch ist denn der
Biasstrom des OpAmps ?
Um welche Art von Laser geht es denn, und welche Bandbreite soll
gemessen werden ?
sabbernder Troll schrieb:> Wie hoch ist denn der> Biasstrom des OpAmps ?
der hat FET-Eingänge, der Biasstrom liegt sicher sehr weit unter 1µA.
@Jan: kannst du mal bitte mit einem halbwegs empfindlichen Multimeter
nachmessen, welche Spannungen an allen Pins des OPV anliegen. Ich fände
nur den Fall mit Versorgungsspannung interessant, das langsame
Hochdrehen braucht es nicht. Ich würde an Pin 4 und 7 gerne sehen, ob
die Versorgung ankommt, und an Pin 2 und 3, was mit der Gegenkopplung
los ist. Pin 1 und 8 (Offsetabgleich) hast du ja wohl offen gelassen,
oder?
Das langsame hochfahren der Versorgungsspannung bringt nur wenig. Unter
etwa 5 V (bzw. +-2,5 V) für den OP kann man keine Funktion erwarten
(interessiert also eher nicht), und darüber sollte es funktionieren.
Es reichen also die Werte bei z.B. +-5 V Versorgung, oder was sonst
später geplant ist.
Der erste Test wäre ohne Fotodiode, also nur der OP mit Rückkopplung: da
sollte 0 V (etwa +-5 mV oder was der OP als Offset erlaubt) raus kommen.
Mit Fotodiode, aber dunkel sollte es bei den 0 V bleiben, und der OP
sollte nicht schwingen (sonst ist C6 zu klein).
Bei 1 µA Fotostrom sind dann halt etwa 2,5 mV an Spannungsunterschied zu
erwarten.
Für einen Test wäre ein Modulierte LED (bevorzugt rot, damit man auch
was sieht) als Lichtquelle hilfreich - da reicht es oft die einfach an
einen Funktionsgenerator mit 50 Ohm Ausgang anzuschließen.
Ich hab jetzt mal die Spannung an den Pins des OPV gemessen.
pin7 ->GND = +5,011V
pin3 ->GND = 0V
pin4 ->GND = -5,016V
pin2 ->GND = zwischen 0,0mV und +0,01 mv (genauer kann ich das nicht
messen).
Zum Vergleich hab ich auch das Netzgerät vermessen:
U= -5,016V und +5,011V
Pin 1 und Pin 8 sind offen gelassen
danke für die Messungen
Jan T. schrieb:> pin3 ->GND = 0V>> pin2 ->GND = zwischen 0,0mV und +0,01 mv (genauer kann ich das nicht> messen).
Und der Ausgang gibt dabei eine konstante Spannung im Arbeitsbereich des
OPV (Spannung an Pin 6)? Das sieht eigentlich so aus, als würde der OPV
genau das tun, was er soll.
Bezieht sich die Aussage
Jan T. schrieb:> Die Schaltung reagiert dann garnicht mehr auf> eine Lichtintensitätsänderung.
nur auf den Laser, oder hast du es auch mal mit einer
Taschenlampe/Abdecken der der Fotodiode versucht? Kann es sein, dass
deine Fotodiode unemfindlich auf das Laserlicht ist (z.B.
Tageslichtfilter oder Laser mit zu langer Wellenlänge). Ansonsten könnte
ich mir auch noch vorstellen, dass deine Fotodiode (welcher Typ?) eine
Linse hat, und der Fokus der Laser des Laserlichts fällt neben den
Sensor statt auf ihn.
Zu guter letzt könnte ich mir auch noch vorstellen, dass die Fotodiode
völlig gesättigt ist und deshalb nicht mehr auf Intensitätsschwankungen
reagiert. Auch dazu wäre die Spannung an Pin 6 interessant, aber
spätestens wenn du die Hand vor die Diode hältst dürfte sie nicht mehr
gesättigt sein.
Einfach schrieb:> Für eine lineare Funktion die> Photodiode anders ´rum rein
Wenn sie wirklich zwischen Masse und virtueller Masse hängt, sollte ihr
die Orientierung egal sein ;-)
Aber die Fotodiode mal ganz rausnehmen (wie vorher schon von Ulrich
vorgeschlagen) und die Reaktion der Ausgangsspannung betrachten, wäre
schon interessant.
Der OPA657 ist ausdrücklich als Transimpedanzverstärker empfohlen.
Vielleicht solltest du den nehmen. Soweit ich weiss sind nicht alle
OpAmps als Transimpedanzverstärker geeignet bzw. mit V=1 instabil.
Beim OPA657 ist im Datenblatt auch gleich eine Beschaltung mit der
Auslegung des Kondensators in der Rückkopplung vorgegeben, damit der bei
V=1 stabil ist.
Gruß Christian
Christian Str schrieb:> Der OPA657 ist ausdrücklich als Transimpedanzverstärker empfohlen.
Der ist wohl etwas übertrieben, oder soll der Laser per Modulation
breitbandige Signale übertragen?
Die Bandbreite ist bisher noch gar nicht spezifiziert. Und wenn die ein
Thema wird, würde man sicher erstmal bei der Sperrschichtkapazität der
Photodiode ansetzen.
Erstmal müssen die Grundprobleme gelöst werden.
Vielen Dank für die vielen Antworten.
Den OPA 657 hab ihc auch da und ich hab ihn auch getestet. Der wird
immer bei APD Schaltungen gerne benutzt.
Mein Problem liegt glaub ihc daran, dass ich einen zu geringen Strom
bekomme. Ich bin bei etwa 1 uA. Unter Last (OPV) kommt da anscheinend
nix an. Ich werd jetzt einen impedanzwandler vorschalten, um ein
Spannungssignal zu bekommen, das lastunabhängig ist. Danach kann ich das
ja beliebig verstärken. Dann bleibt nur noch das Problem, dass ich eine
Grenzfrequenz von mindestens 5 Mhz benötige. Wenn ich aber den
Widerstand R5 beliebig hoch mach, dann bin ihc nur noch bei einigen Khz.
Wenn ich einen seeehr schnellen OPV benutze, dann beginnt der wie wild
zu schwingen, auch wenn ich ein konstantes Licht auf die Photodiode
gebe. Dies lässt sich durch den Kondensator C6 irgendwie nicht beheben.
Hast Du mal versucht, "Deinen" Strom einzuspeisen?
Die Diode beiseite legen und mit irgendeiner bekannten Spannung und
bekanntem Widerstand (frag' Simon Ohm) den Eingangsstrom simulieren.
1µA erscheint mir allerdings recht hoch gegriffen.
Die Schaltung sieht gut aus, aber ich hab nur eine Intensitätsänderung
von 100nW, im Bereich von 300nW- 600 nW. Damit hätte ich im Extremfall
nur eine Spannungsänderung von 2mV. Ich weiß nicht, ob das größer ist,
als das was ich an Rauschen hab. Weiß jemand, wie die Größenordnung des
Rauschens ist, bzw. wie ich die Schaltung sensibler mache?
Welcher ist denn das? Ich nehme an, dass die Geschwindigkeit sinkt, wenn
ich den Widerstand erhöhe. Ist ja aber nicht weiter schlimm, wenn ich
nur 5 Mhz brauch. Muss ich auch die Kondensatorwerte anpassen, wenn ich
den Feedbackwiderstand erhöhe?
Photodiodenschaltung.png
(3,7 KB)
