Photodiode auslesen für Pulsoximeter

OP #8070101
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Hallo,

Für eine Studienarbeit möchte ich eine Pulsoximeter Schaltung bauen.

Dazu habe ich folgenden Schaltplan entworfen. Kann mit jemand helfen, ob das so funktionieren wird, und die Photodiode Vishay BPW34 auszulesen und sauber die DC und die verstärkte AC Komponente messen zu können?

Danke für Eure Hilfe

Mike

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#8070118
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Mike M. schrieb:

Kann mit jemand helfen, ob das so funktionieren wird ...

Wird es wohl nicht. Deine zweite Stufe ist kein Verstärker, sondern ein Schmitt-Trigger. Ein Verstärker braucht eine Gegenkopplung, keine Mitkopplung.

Wo sind im Schaltplan R_F und R_S? ;-)

Um über die Schaltung diskutieren zu können, solltest du alle Bauteile mit Namen kennzeichnen (R1, R2, C1, OP1, ...).

Wie sieht die Versorgung für die OpAmps aus? Die fehlt in deinem Schaltplan.

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#8070122
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Nick schrieb:

Stand in der Aufgabenstellung, dass du keinen Lötkolben und kein Spice verwenden darfst?

Ich vermute, dass die Simulation in diesem Fall wenig hilft. Denn man müsste die Wirkung des Lichts und des Körpers realitätsnah simulieren. Bis man das (ohne Erfahrung) fertig hat kann Monate dauern.

Ich würde es aufbauen und mit echten Bauteilen experimentieren.

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OP #8070140
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Herzlichen Dank schonmal für die Antworten! Ich habe auch schon einiges im Netz gelesen und den Aufbau probiert, aberso ganz funktioniert es noch nicht. Der Knackpunkt ist, dass auch das Messsignal recht wackelig ist, so dass ich gerne eine robuste SChaltung hätte, damit ich mich um das optische SIgnal kümmern kann. (Bin ja für die biologische Seite dran, aber ich möchte die Elektronik trotzdem ein wenig verstehen):

Ich habe jetzt den Schaltplan überarbeitet und angehängt. Freue mich auf Euren kritischen Blick :-).

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#8070143
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Mike M. schrieb:

ch habe jetzt den Schaltplan überarbeitet und angehängt. Freue mich auf Euren kritischen Blick :-).

Sieht auf den ersten Blick ok aus. Auf den zweiten Blick fehlt noch die Betriebsspannungabblockung. Ob der HP mit reichlich 1Hz nicht etwas zu hochpassig ist, müsste vielleicht auch nochmal geschaut werden. Aber grundsätzlich müsste das so schon funktionieren ...

#8070157
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Gerd E. schrieb:

Du erzeugst die 2,5V mit einem 10 kOhm Spannungsteiler. Ok.

Der Innenwiderstand ist somit 5KOhm.

Aber dann passt Dein Rg2 mit 1 kOhm nicht den Du aus diesen 2,5V speist. Das ist deutlich zu niederohmig und wird die 2,5V merklich beeinflussen.

Der Strom, der die künstliche Masse verschiebt, kommt aus 51KOhm, nicht aus 1KOhm. Der OPV-Ausgang ist die Quelle, nicht der invertierende Eingang. Die maximale Verschiebung ist also <10%.

#8070175
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Gerd E. schrieb:

Aber dann passt Dein Rg2 mit 1 kOhm nicht den Du aus diesen 2,5V speist. Das ist deutlich zu niederohmig und wird die 2,5V merklich beeinflussen.

Das ist mir auch aufgefallen. Dadurch entsteht wahrscheinlich wieder ein ungewollter Schmitt-Trigger Effekt.

Zum OPA2390: Den gibt es nicht, du meintest wohl den OPA2391. Ich würde einen billigeren nehmen.

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Gast #8070178
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Nemopuk schrieb:

Gerd E. schrieb:

Aber dann passt Dein Rg2 mit 1 kOhm nicht den Du aus diesen 2,5V speist. Das ist deutlich zu niederohmig und wird die 2,5V merklich beeinflussen.

Das ist mir auch aufgefallen. Dadurch entsteht wahrscheinlich wieder ein ungewollter Schmitt-Trigger Effekt.

Einfach symmetrische Versorgung nehmen, ggf mittels ICL7660.

Zum OPA2390: Den gibt es nicht, du meintest wohl den OPA2391. Ich würde einen billigeren nehmen.

Billiger Standard-Opamp reicht völlig.

#8070186
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H. H. schrieb:

Einfach symmetrische Versorgung nehmen,

Oder den negativen Eingang des zweiten OP-AMP nicht an den Spannungsteiler hängen, sondern an einen Kondensator. Dann passt sich sein Ruhepegel automatisch an die Mitte an, einschließlich Offset und Drift.

So wie dort: https://www.mikrocontroller.net/articles/Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen#Nichtinvertierender_Verst%C3%A4rker

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#8070278
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Die BPW34 als Photodiode dürfte reichlich unpassend sein, weil Du ja 2 Wellenlängen messen musst, die des sauerstoffreichen Teils und die des weniger sauerstoffhaltigen Teils des Hämoglobins. Damit Fremdlicht nicht stört brauchst Du entweder Filter oder Photodioden mit entsprechendem selektiven Eigenschaften.

#8071839
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Gerd E. schrieb:

Ja. Dann darf man es aber mit dem Tiefpassfilter nicht übertreiben, sonst ist nix mehr mit demodulieren.

Der Bandpass für das Modulationssignal muss schmal sein und auf die Modulationsfrequenz abgestimm sein. Mit dem Tiefpass hat das nichts zu tun. Das Tiefpassfilter für das Nutzsignal muss natürlich HINTER dem Demodulator/Gleichrichter sitzen.

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#8071852
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Rainer W. schrieb:

Gerd E. schrieb:

Ja. Dann darf man es aber mit dem Tiefpassfilter nicht übertreiben, sonst ist nix mehr mit demodulieren.

Der Bandpass für das Modulationssignal muss schmal sein und auf die Modulationsfrequenz abgestimm sein. Mit dem Tiefpass hat das nichts zu tun. Das Tiefpassfilter für das Nutzsignal muss natürlich HINTER dem Demodulator/Gleichrichter sitzen.

Im Schema oben ist aber ein Tiefpass mit 39 kOhm und 100 µF direkt zwischen TIA und Gain-Stufe. Der dürfte in der Form jegliche Modulation wegbügeln.

Sagen wir man möchte mit nem digitalen Lock-In arbeiten, dann müsste man diesen Tiefpass in der Frequenz deutlich verschieben, so dass er nur noch als Anti-Aliasing-Filter für den ADC wirkt. Das Demodulieren und Filtern des Nutzsignals macht man dann digital.

Beispielprojekt für sowas: https://github.com/OpenLockIn/OLIA

#8071865
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Gerd E. schrieb:

Im Schema oben ist aber ein Tiefpass mit 39 kOhm und 100 µF direkt zwischen TIA und Gain-Stufe. Der dürfte in der Form jegliche Modulation wegbügeln.

Da kann man sich noch streiten, ob das im Schaltplan oben "uF" oder "nF" heißt. In jedem Fall fehlt für moduliertes Licht der Demodulator. Dafür würde der Schaltplan anders aussehen.

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#8072246
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Rolf schrieb:

Als Photodiode nimmt man dann eine breitbandige.

Es gibt gar keine wirklich schmalbandigen Photodioden. Selbst eine IR-Photodiode, wie die SFH 203 FA, bei der das Gehäuse als IR-Filter dient, besitzt noch eine Bandbreite von 350 nm. Für ein Pulsoximeter läge deren Filterkante mit 750 nm allerdings zu hoch.

Die BPW34 passt doch gut für die 680 nm und die 900 nm. Mit einem zusätzlichen Kantenfilter könnte man allen falls den sichtbaren Bereich des Umgebungslichtes unterdrücken, z.B. Schott RG630 https://www.pgo-online.com/de/schott-filter-rechner.html?filters=RG610,RG630,RG645,RG665,RG695&thickness=3,3,3,3,3

#8072259
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Interessantes Thema, man bekommt glatt Lust, sowas auch mal zu bauen. Aber, ganz andere Frage: Wenn man selber gesund ist und auch niemand wirklich kranken in seiner Umgebung hat: wie testet man so ein Ding? Sprich: wo bekomme ich einen Finger mit geringer O2-Sättigung her (ohne ein Verbrechen zu begehen)?

(Firma: Starfleet) #8072264
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Aber, ganz andere Frage: Wenn man selber gesund ist und auch niemand wirklich kranken in seiner Umgebung hat: wie testet man so ein Ding? Sprich: wo bekomme ich einen Finger mit geringer O2-Sättigung her (ohne ein Verbrechen zu begehen)?

Da der O₂ Level indirekt ermittelt wird, testet man auch indirekt, sprich man misst die Farbe des Blutes und die kann man zu Testzwecken bspw. mit Nagellack "verändern".

#8072265
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M.A. S. schrieb:

Interessantes Thema, man bekommt glatt Lust, sowas auch mal zu bauen.

Sobald der Schaltplan steht, würde ich das auch gerne mal nachbauen!

M.A. S. schrieb:

Sprich: wo bekomme ich einen Finger mit geringer O2-Sättigung her?

Einfach mal versuchen so lange wie möglich die Luft anzuhalten. Damit habe ich eine Blutzsauerstoffsättigung von nur 87% geschafft! Du brauchst keine Angst zu haben, irgendwann kommt automatisch der Atemreflex durch.

Die Blutsauerstoffsättigung eines gesunden Menschen beträgt in der Ruheposition 96% bis 98%! Bei Bewegung an der frischen Luft können es auch schon mal 99% werden.

(Firma: Starfleet) #8072284
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Sprich: wo bekomme ich einen Finger mit geringer O2-Sättigung her?

Einfach mal versuchen so lange wie möglich die Luft anzuhalten. Damit habe ich eine Blutzsauerstoffsättigung von nur 87% geschafft! Du brauchst keine Angst zu haben, irgendwann kommt automatisch der Atemreflex durch.

Doch bei solchen Spielchen mit dem Atemstillstan sollte man schon Angst haben, auch der Atemreflex lässt sich durch Training unterdrücken oder kommt zu spät. Siehe bspw. die Todesnachrichten unter Apnoe-Tauchern.

Um richtige Werte zu ermitteln kommt an an klinische tests nicht vorbei. Aber für "Spielzeug" braucht man sowas nicht.

Gerade bei "Nicht-Weissen" liegt die Schätzung der Sauerstoffsättigung durch ein Spektralphotometer daneben:

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#8072318
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Bradward B. schrieb:

Gerade bei "Nicht-Weissen" liegt die Schätzung der Sauerstoffsättigung durch ein Spektralphotometer daneben:

Der Sensor liegt nicht daneben, sondern er ist falsch kalibriert. Die Filterwirkung durch die Pigmente in der Haut muss man bei der Auswertung selbstverständlich berücksichtigen. Ohne passende Kalibrierung gilt: Garbage in - Garbage out.

(Firma: Starfleet) #8072496
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Gerade bei "Nicht-Weissen" liegt die Schätzung der Sauerstoffsättigung durch ein Spektralphotometer daneben:

Der Sensor liegt nicht daneben, sondern er ist falsch kalibriert. Die Filterwirkung durch die Pigmente in der Haut muss man bei der Auswertung selbstverständlich berücksichtigen.

Das ist ne indirekte Messung, da kann man IMHO nicht von Kalibrierung sprechen, eher von "Auswahl der weniger unpassenden Kennlinie 'Farbe = f(O₂-Sättigung)'". Bei der Pulsoxymetrie wird die Sauerstoffsättigung durch Messung der Lichtabsorption bei Durchleuchtung beispielsweise eines Fingers abgeschätzt.

Die Farbe (Photospektroskopie) korrelliert zwar stark, aber auch nur begrenzt mit der tatsächlichen O₂-Sättigung. Bspw. beim Afrikanischen Phänotyp müsste man fallweise auch noch eine möglich Sichelzellanämie in die Auswahl der Schätzkennlinie in Betracht ziehen.

Und auch die Benutzung von Nagellack oder falschen Nägeln kann die Messung verfälschen. Da muss man erst den Lack abkratzen um die tatsächlichen inneren Werte zu ermitteln ;-)

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#8072530
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Bradward B. schrieb:

Das ist ne indirekte Messung, da kann man IMHO nicht von Kalibrierung sprechen, ...

Dann nenne es Parametrierung des Auswertealgorithmus.

Die Meßmethode ist ein differentielles Verfahren und setzt die Transmission bei den beiden Wellenlängen ins Verhältnis. Daraus wird anhand der unterschiedlichen Absorption von mit Sauerstoff beladenem und unbeladenem Hämoglobin die Sättigung berechnet. Da die Transmission der Haut und damit das Absorptionsspektrum von hauptsächlich Eumelanin in das Verhältnis eingeht, funktioniert das nur optimal bei Berücksichtigung der Hautpigmentierung. Wenn man das vernachlässigt, kommt es eben zu den beschriebenen Abweichungen.

... abgeschätzt.

Wenn du mit einem Quecksilberthermometer die Temperatur misst, bestimmst du auch nur die Länge des Quecksilberfadens. Würdest du das ebenfalls als abschätzen bezeichnen?

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OP #8072777
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Schonmal vielen Dank für die vielen hilfreichen Antworten. Ein par Beaobachtungen dazu.

  • Es funktioniert mit der "billigen" radialen Photodiode ganz gut (das Pulssignal vor und nach Tiefpass ist deutlich zu erkennen (hier IR).
  • MIt der BPW34 geht es auch, aber nur bei Abdunklung und mit deutlich schlechterem Signa/Rausch Verhältnis
  • Die Verstärkerstufe mit Rg=10kOhm und RF=47kOhm verstärkt um ca 50%, aber nciht um den Faktor 5. Letzteres Verstehe ich noch nicht, da kann ich noch Hilfe gebrauchen (zweites Bild)

Hintergrund ist, dass ich die größe der Pulsmodulation mit einem 10bit AD Wandler messen Will und daher mal mindestens 50mV besser 100mV Signal benötige

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(Firma: Starfleet) #8072868
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Wenn du mit einem Quecksilberthermometer die Temperatur misst, bestimmst du auch nur die Länge des Quecksilberfadens. Würdest du das ebenfalls als abschätzen bezeichnen?

Hm, also das Stichwort hier ist "indirekte Messung". Aus meiner Sicht, geht es hier um die Ermittlung der chemischen Zusammensatzung des Blutes, konkret wieviel möglichen Sauerstoffatome in dem Hämoglobelin-Molekül gebunden sind. Das soll anhand der Farbe ermittelt werden (Und nicht mit Methoden der Chemischen Labor-Analytik).

Das ist in meinen Augen vergleichbar mit der Bestimmung des Goldgehaltes von Schmuckstücken allein durch Betrachtung der Farbe. Farbvergleich ist aber äußerst trügerisch, nicht nur wegen möglicher Galvanisierter Schichten sondern auch wenn den verschiedenen Legierungskomponenten: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/48/Ag-Au-Cu-colours-german.svg

Hinzu kommen da noch kulturelle Bewertung, was in Osteuropa Rotgold wurde in .de als kupfer-farbend bezeichnet.

Oben wurde vorgeschlagen eine Blutprobe mit definierten Sauerstoffgehalt zum Test der Messgerätes zu verwenden. Das ist IMHO da indirekte Messung unnötig, es genügt 'ne Farbtabelle.

Ein weiterer Unterschied zu einem Messinstrument ist bei einem Pulsoxymeter der geringe praktische Wertebereich. Da zeigt ein Konsumergerät eigentlich nur "98%" oder "97%" oder "96%", also ganze drei Werte. Das reicht dem Hausarzt/Notfallsanitäter auch völlig, der will nur wissen ob der Wert unter 95% liegt oder nicht. Für eine Leistungsdiagnostik beim Sporttraining sind diese wenigen Werte keine Basis.

Bei einer Thermometermessung dagegen, hat man etliche Zenhelgrad bestimmt, so von 36,5 bis 38,0. Das "fühlt" sich schon als Gesunder mehr nach einer "quantitativen Messung" an (16 Messwerte). Und als Elektroniker ist man auch von einem billigen Multimetter mehrere gültige Stellen über etliche Messbereich gewöhnt.

Deshalb bin ich persönlich äusserst skeptisch, wenn jemand meint, man könne mit Pulsoxymetern aus dem Konsumerhandel am Zeigefinger die Sauerstoffsättigung "messen". IMHO ist es eher ein Indikator für Sauerstoffunterversorgung, mehr nicht.

#8072905
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Bradward B. schrieb:

Farbvergleich ist aber äußerst trügerisch, nicht nur wegen möglicher Galvanisierter Schichten ...

Genau so eine Schicht stellt die Hautpigmentierung dar und wenn man die als Unsicherheitsfaktor belässt und deren Einfluss nicht in der Auswertung berücksichtigt, ist es eben so und man muss damit leben.

Das ist genau wie bei Gold, wenn man nicht auf Oberflächenbeschichtung prüft (z.B. per Röntgenflureszenzanalyse).

Aus dem Grund macht es keinen Sinn, bei Pulsoxymetern, die dies nicht berücksichtigen, in der Anzeige irgendwelche gewürfelten Hausnummern (aka Nachkommastellen weit jenseits der dadurch bedingten Messungenauigkeit) anzuzeigen.

Bei einer Thermometermessung dagegen, hat man etliche Zenhelgrad bestimmt, so von 36,5 bis 38,0. Das "fühlt" sich schon als Gesunder mehr nach einer "quantitativen Messung" an (16 Messwerte).

Die Auflösung der Anzeige schützt nicht vor systematischen Fehlern, weil z.B. bei der Skala die Elastizität des Thermometerkörpers und damit der Einfluss des Luftdrucks nicht berücksichtig ist. Was meinst du, warum Quecksilberthermometer nicht mit Silikonschlauch gebaut werden - dann würden sie nicht zerbrechen ;-)

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OP #8099267
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Jetzt melde ich mich noch einmal mit einem Update, weil ich das Projekt wieder aufgenommen habe. Mit der BPw34 funktioniert es tatsächlich ganz gut, wenn man das Umgebungslicht durch einen geschickten Aufbau ausgeblendet.

Im Vergleich zu einem Aufbau in einer 5 mm Radialdiode ist aber sehr viel 50 Hz rauschend drauf, welches ich nicht wegbekomme? Habt ihr da noch Tipps? Es muss etwas mit der Diode zu tun haben, weil ich alle sonstigen fliegenden Kabel etc. ja auch mit der radialen habe und vergleichbar viel Rauschen einfangen sollte.

#8099318
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Mike M. schrieb:

sehr viel 50 Hz Rauschen drauf, welches ich nicht wegbekomme

Ersetze den 10pF Kondensator durch einen 100nF Kondensator, damit du am Eingang mit der Grenzfrequenz schon mal auf 16 Hz runter kommst!

Den 39k Widerstand kannst du auf 10k verkleinern und die 100nF auf 470nF vergrößern, damit der Zwischenkreis etwas niederohmiger wird und dadurch nicht mehr ganz so brummempfindlich ist!

#8099356
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Marcel V. schrieb:

Den 39k Widerstand kannst du auf 10k verkleinern und die 100nF auf 470nF vergrößern, damit der Zwischenkreis etwas niederohmiger wird und dadurch nicht mehr ganz so brummempfindlich ist!

Der "Zwischenkreis", also der Tiefpass Rlp/Clp ist komplett überflüssig, falls der TO nur mit einem TP-Filter 1. Grades filtern will. Man braucht einfach nur den Cf vergrößern, der bildet dann mit Rf den gewünschten Tiefpass. Man kann das natürlich auch verwenden, um einen TP 2.Grades zu bauen.

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OP #8099496
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Vielen Dank, das versuche ich mal!

Mittlerweile habe ich festgestellt, dass das 50 Hz Rauschen tatsächlich elektromagnetische einKopplung in der Fotodiode ist. Es entsteht im Dunkeln und ohne Finger und auch wenn man die Zuleitungen weglässt und die Diode direkt an den OV steckt.

Am meisten kämpfe ich noch mit der letzten Verstärkerstufe, denn mit dem LM 358 bekomme ich das Signal nur um den Faktor zwei verstärkt, auch wenn es eigentlich defacto zehn sein sollte. Es sieht so aus, als würde der Verstärker sättigen, ohne dass die Signalhöhe einen Grund dafür geben sollte. Das Ganze tritt auf. Egal, ob ich den Verstärker an die virtuelle Masse hänge oder an die echte Masse.

Sollte ich einen anderen OP V verwenden oder kann ich das noch einmal geschickter ansteuern?

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#8099513
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Mike M. schrieb:

Am meisten kämpfe ich noch mit der letzten Verstärkerstufe, denn mit dem LM 358 bekomme ich das Signal nur um den Faktor zwei verstärkt, auch wenn es eigentlich defacto zehn sein sollte. Es sieht so aus, als würde der Verstärker sättigen, ohne dass die Signalhöhe einen Grund dafür geben sollte. Das Ganze tritt auf. Egal, ob ich den Verstärker an die virtuelle Masse hänge oder an die echte Masse.

Der LM358 hat einen zu großen Eingangs-Biasstrom für Rhp=1MOhm. Der Biasstrom erzeugt an 1MOhm +50...+250mV Offsetspannung (pnp-Eingangsstufe), die dann auch noch 50-fach verstärkt werden sollen. Natürlich geht der damit an den Anschlag. Nach oben hin ist der eh nicht so weit aussteuerbar.

Moderator (Firma: Titel) Persönliche Seite #8099514
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Mike M. schrieb:

Habt ihr da noch Tipps?

Um das nicht zu einer Ratestunde verkommen zu lassen, sondern tatsächlich Rat geben zu können: wie sieht denn die tatsächliche aktuelle Schaltung, der zugehörige Schaltungsaufbau und der Messaufbau aus?

Mike M. schrieb:

denn mit dem LM 358 bekomme ich das Signal nur um den Faktor zwei verstärkt

Von welchen Spannungen (in V) an welchem Pin redest du hier? Was geht wo rein und was kommt raus?

Es sieht so aus, als würde der Verstärker sättigen, ohne dass die Signalhöhe einen Grund dafür geben sollte.

Dir ist klar, dass der LM358 für 5V Versorgung mit virtueller Masse eigentlich völlig ungeeignet ist? Stichwort: "Input Common Mode Voltage" und "Output Voltage Swing".

Sollte ich einen anderen OP V verwenden

Bei nur 5V Versorgung wäre ein Rail-to-Rail OP die bessere Wahl.

#8099519
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Mike M. schrieb:

denn mit dem LM 358 bekomme ich das Signal nur um den Faktor zwei verstärkt, auch wenn es eigentlich defacto zehn sein sollte. Es sieht so aus, als würde der Verstärker sättigen, ohne dass die Signalhöhe einen Grund dafür geben sollte. Das Ganze tritt auf. Egal, ob ich den Verstärker an die virtuelle Masse hänge oder an die echte Masse.

Du meinst 50! Oder hat sich an deinem Schaltplan zwischenzeitlich noch was geändert? Es könnte daran liegen, dass dein Verstärker bei einer Versorgungsspannung von nur 5V nicht mehr verstärken kann, oder dass der Ruhepegel verschoben ist. Schalte einfach noch einen 100uF Elko in Serie zum 1k und dann an GND, dann passt sich der Offset automatisch an.

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#8100286
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@ Mike M. : Also ich habe von den Operationverstärkern keine Ahnung, vorweg. ich habe eine deiner Schaltungszeichnungen ohne Verbesserungsvorschläge anzuwenden, in falstad aufgebaut. Es gibt keine Photodiode, habe stattdessen einen Optokoppler undoder Photoresistor eingebaut (man kann den lichtstrom einstellen), musst du entsprechend verbinden, Bauteile entfernen geht einfach, Maus drüber und Del-taste, Einfügen, Darstellung auf Oscikanal und Bearbeiten, geht gut über Rechtsklickmenue , Speichern etc über das Datei-menue. Man kann sich Strom/Spannung auf Kabeln anzeigen lassen. Wollte dich da nicht so mit hängen lassen. Bild gespeichert, die Schaltung im Simulator wieder aufziehen geht über das laden der Textdatei -> datei - "von text importieren"

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#8100287
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Oops, Fehler, der Spannungsteiler am Anfang für die 2,5V hat zu kleine Widerstände, 1k anstatt 10k

oder einfach als link : https://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html?ctz=DwYwlgTgBAZgvAIgIwKgFwM6IAwDpsEECsqYIiSeATAVQOx0DM2AHFQGwCcndqIARoiLZUAB0EJhqAG4QhqALaYhAUwC0SFAD4AUFCjBpUAB6I1VFiygAWFtijnLNgqnjJ2qAO5uRUBQENjaXkAel19YGhTBHNreyQ6dgcqOKhGGlccVDlkQgQwvQMosxT7dPtY+1tfH2yKPIKI-xMzJCTmayg7NOxrTIQWRX8KEj8wVtGAc2HcwhFGgwAZABEAJRaY9KhOJLUtmkHYLKhRLAQ8RjbOVAw0REWyAAs0R5UAGzewSYBrFTA0fLhAwAeVEaAA9iBwQBXURvFTFGJteKJBzIqAWQ5uFBQEBoHI4gAmCnBiEJKhg-mhbzQanBYMhMLhCLU8MJCCBETQUGk-BUJVwl2sSE4LFFdEs1io6T6PP45HOuCoRASnGszCQlyIRE4RGssrA0SogMKwBCoIhUNh8IgQMiGzaGNSOydNWOBLm8ztiO6HSg6I6-V8OUYnAadpADvYZV6-ujaRYstquJw+EI3Azmaz3FIwUVBBxGByvmkhLM1lwlGj+pY7Al3EYEpNEUj0QDsdKPSTxwVRHUvCgYDzeALN2LMjLMXYuDiO2V1joOuw3H1JAWoCjGNY2ySByDfAo6k0udTo6gReOpbMI+wmkY1WVVFFrDoosYzaKG07fs7Nf3UA9T0Pw3aINE4Kg0hoNFwJsOx-wVG8zyHU9bzHS9JyoGd72wS5sHYKgqCQIhmD1YDmmiP1yhsR1yn6a4-BmIjFHGJEpkYoD10RRgiAgxhE2o9pE3-HJhHDU0uJ4hNOm4iC-yOc46lmL1TU8DZHCsapklSap93XVTQN-bowNkuD5OUiJ9JKJw4gqTEd10u1LKnToEl2dhOh2ByVLU9ydwcLZPLM4CnLUXyCM6PYIPC-oUD0zcDjjDEUi8iz4pSRLShSgwnJdBLcriLLgBy3dUl9XpCpCx07I0XdkqCuLQKq9Kmu7BSGtaWqIv2OranamJO1crT7EC3rHLUuyXUqez6rGgznTcjyPBm7zGvaKCapsWwKrUx0a1dTasSyPrf1sNJJLk0aVsQSj+JkqTtrmsp1pFXiMmW1LGpgqiNto97srUgKkhVCCRqOu1JnG6yjLs4GHooeM+Jc+MdL+oqdpgzT0RRy6Pvhqpuh4jTTJx-6jVSSjY0DVGnMoxh2kpoTqY2YU1qqGjGZJtGKPO07CYOwqABUVFuAAFcEwAAO25aJrF8qjZc6ZUluTBR+Ta2bEBZyCqjlt7OachXtagPnfs54wdrlpAIqtsoEn-DAWKQY10DVqgABoiAANWAoxPqi7djP9fUYqW7wKFcHIaF8AIgk1pUpXcvCWDoTRwNrYL0f9qwavsPd5NijWkXjK3reLxJCsRQOS7RYvg6CgD6nM0mzDCgOwp6sHTVEB1UVOxg6dg-p3z8NXfAwBDsjVyhPSbrmKF77OWrhhB+6SU7v3K1Hu5lrZef1Qf5OH1XjnH90p5n2ehdF8WpajGMkdzgr6+P9XTXBKAVAloQlowUREHc-oxhnZ-wUpyAw3dhw3F7MBEI4I7Tv0-kIeiv9-6tSAWIcOYDgAQJPghNMBBEhPlDNYYiTs1x2lgboM04BbQ6CAA

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#8100350
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Carypt C. schrieb:

circuit-20260930-2120.png

Über das Zusammenspiel von C3 und C4 (100µF, 500 nF) solltest du noch einmal besser nachdenken. Wie bist du für C4 überhaupt auf so einen exotischen Wert gekommen, d.h. warum nimmst du keinen aus der E6-Reihe? Und wozu soll C2 (10pF) gut sein? Der darf gerne so gewählt werden, dass er hohe Frequenzen stärker gegenkoppelt.

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OP #8100529
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Also erstmal, ich finde es supercool, dass Ihr mir da so helft. Auch die Umsetzung in falstad finde ich klasse.

Da bin ich jetzt gerade dabei zu probieren, allerdings bekomme ich die Schaltung jetzt auch nicht zum laufen.

Möglicherweise muss ich nochmal von Anfang anfangen, sie aufzubauen.

@rawi - wenn Du mit einer SFH203P einen TIA bauen würdest, welche Rf und Cf Werte würdest Du verwenden?

Würdet Ihr die PD in Sperrichtung vorspannen?

#8100584
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Mike M. schrieb:

wenn Du mit einer SFH203P einen TIA bauen würdest, welche Rf und Cf Werte würdest Du verwenden?

R und C bilden zusammen einen Hochpass in der Gegenkopplung des OP, so dass der TIA eine Tiefpasscharakteristik bekommt. Dessen Grenzfrequenz muss so gewählt werden, dass dein Nutzsignal noch halbwegs ungeschoren durch kommt, höherfrequentes Rauschen aber möglichst wenig verstärkt wird.

Würdet Ihr die PD in Sperrichtung vorspannen?

Eine Vorspannung bei der PD wird nur nötigt, falls die Sperrschichtkapazität der Photodiode (C_PD im Ersatzschaltbild in Abb. 2 im Blog von B.Baker) bei deiner Nutzfrequenz die Bandbreite sonst zu sehr reduzieren würde.

Da bin ich jetzt gerade dabei zu probieren, allerdings bekomme ich die Schaltung jetzt auch nicht zum laufen.

Guck dir die Signale hinter den einzelnen Stufen deiner Verarbeitungskette an (Signalform, Arbeitspunkt).

Carypt C. schrieb:

Aber du darfst gerne weiter konstruktiv kritisieren, ...

  1. Trag doch einmal die Nutzfrequenz und die Grenzfrequenzen der Stufen im Schaltplan ein.

  2. Bauteilbezeichnungen im Falstad-Schaltplan würden die Diskussion ungemein erleichtern.

: Bearbeitet durch User
#8100626
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Die Bauteilbezeichnungen hatte ich vergessen stimmt, aber die Nutz und Grenzfrequenzen kann ich nicht eintragen, weil mir das verstandesmässig nicht möglich ist, ausserdem ist falstad meines Wissens dafür nicht ausgelegt (ich kann mich täuschen). Ausserdem kann man keine speziellen Bauteile verwenden, nur so idealisierte Bauteilmodelle, es ist nicht Ltspice, eher ein Lehr/Lern-modell.

Ok, Schaltplan bearbeitet, siehe link. Bild davon, und ich habe, weil keine Photodiode vorhanden? den Optokoppler drin, dessen Eingang ich mit eigenem Signalkreis ausgerüstet habe, die Signalquelle kann auf Puls,Dreieck... umgestellt werden. Es stehen in Falstad ausserdem Rauschen, AM FM Takt als Quellen zur Verfügung und man kann deren Eigenschaften bearbeiten (rechtsklick).

man kann in den falstad hereinscrollen, falstad mag keine kurzschlüsse ohne lastwiderstand

der link :

https://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html?ctz=DwYwlgTgBAZgvAIgIwKgFwM6KQOgKwBsATHgKYC0A7KmCNgAw5H31GWUDM9AHEQQJz9qUEACNEeeqgAO4hJNQA3CBNQBbTBIpIUAPgBQUKMEVQAHonJFu3KABZu9KFZv2WqeMgKoA7p6lQagCGZoqqAPQGRsDQFghWdk5IlATORIlQHMweiAEqyCzukYbGsZbpThwEtglODgH+qPlIhVLF0UHmlkipXHZQjpn0djkI3OpB2HjqYN3TUADmkwWtCO3GAPLSaAD2IDsArtIANqRl8T1JKc6XUNbjsNioIGjNqAAmajuI76QwQQdjmhyDttntDiczuRTu8EFEjMY0FBFKJSLklKI6AgAmA4kQ1vDgOEtrt9kdThBCecencMvxUhVRnkGKt1jEumNKsMoLc+kymogOPxCgSSqAObzubzuCNHtjnrkcK1BCrVWrBDQwtilfQUFAMPkAop3oqWCg2SAJQQuf0KkNZY0RFoqJrTbrUAb0ciTdqzaLopa4jSkPwiFB6TzQ-ynchtHqwFrGH79YalD6k+62ec7X1aXUHNHmq0ioTA91Q5lmDcK-Vo1iM8mE269Z75d7m-7jJ04rm7XYaYy5fwJlMZnNUEsWSKsxyOHgw7n+71hoWJKyqbP5-bMluODLVys2oSfByXLZ6mkMrW5ebj6e+4NyCGw9fGmyT3Ez24nF-6fz36eBD9MkqTkEB4beHKR5ih+ljgRG5BZBB-53p+4FEOkzhIRhDrogBQYMphA6JChMEchGdqDHyUGdsAsEXAyrhPoRuHyvh3QsTyLGkdE9HMXcmGIWGOE8cYfF2iBl5OH+NHsfE9wQVJyGyah5R0qB8GQW+qkMZWP40nYBYqWRn4GQ4eb2EZ2kmYgfbmXOL5WXhOm5q5u4rsZvH3hkWT6RWvmjPiclPv5Vb8QFnliaeSERngSBhjJ1nRAs96uBeX5xfikV0ValQylxdSOKJOWmTWj63K+zk2V4hVOPO55Fdl9F2jh24iU1s7ciQy79NRSVRXES4WUNfVVV5PZboZtj1ZZDyeEFhIACqkBgaAAAo7GAAB2SKDehV7gSB0ZqGibE6UNfb7Q0Y0DYgdhXVAM2Dv1JinokSSGc470DNdXi+J48wwPkzDuIEIRahwTB2HwiTVMI7wHGgACeADCSMgKcipIHg-DY3Y-B2FwUbBbcSCfcxVxaTdJVwbaPDOOh6TFctq0bdtu3YNadyuLcz1eidXrHHIi1rbeYpmPebB3BwlBpPFebRhgszIFlaCnQASmL41qZU1RKRFL0S5+GHntjcscPYSBzV6SvYKrGsLeLp5k7LZN4M4lDuz0HCK8r8WoGriAkjsADWoKQhAAA6W0ABRrQAFjsuzvGAOy-AAlFAtF8d9ZP9Ih+VHTetFG5Ydie+GFvkNDFuJTbfv24gACCKPkErCxbUExwl9FeCu0IWGE3coOOrbKsBxrGDZ1akZhgOTMdXEEbPopfNnU7QZJNwFtVDy3BU22Y-++gp1QCjABiWvGKXyBIHchCZBbJDDjR+oNxPiDq5fPemVR+XMe7PcwhR7vxPogFGV9gA3xaLLawSQuDcx9q-I+jcEDqwADJrR-nbWWVRgKSEyAQYB9c7YfwQCjTB2DkAVjYLaZIdx2C+1IWA8hAAJLBbIb7pF6Hgd2bA75zmtofUBgc0HsKoRwcuw9AGUDvhhJBIDmGiI2GtIg0cJGuGsBbfsThrAHwCCgshX9HbRBvlUXBu8hQCKFEw8eLD1YAHETG3QQA5TI+U3FTWKs1HyXUMjtUNhyIg-BEGPSfvvWxx9lGi1otIIJGR+LVBqD0UYSCBaH3rE0U6LRizQWiHEwaBlbDEH6E5Vx6hToGMyVACA2Tcl5OvhyHRWFtFziwr9AxIjTo7AwAAL0gTfcueV7D8Hdv2SJqCem9OcTTBABAH4XhmpVde2s5lMRpPM1IyyGmzJKfYYpCzGovQwHxXyUBwJCScL9LKahlbZDBndEUgQtTzBOVjWiTcACy3knAXLtB054ngckGM8CRZ5ERCTn2+aVMMFyV4ApEJ4RwILHnqBeR8LUINaLq2inrC5VRbC-RSVAPwiAtL5GtBMUIgpp6mS5heCqRzqbnEuTya4BdgIpAPMC2iKVPx7k5aBAVw8hE7PEvTZgySuaStGJA8VthJVYSrEXF6Pj9KpDhfo2lZL840n4gE6m9EhrmW6vs7xuVua2ElKxMVQTDkFXtOaz831ypczzsVHYUBSBbUQJwD00gdWjDMFlAN8p4T5ORDbLEJE2ThB2IST13rfWygwKGoCQaQ1PHDcYOJiYPT1h1A4Xg3B4rTFjfG-QRJwCUn0EAA

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#8100655
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Ja, PD-Schaltplan_2.jpg aus Beitrag 8 , weiter weiss ich nichts, ich habe zwar auf https://www.falstad.com/mathphysics.html zb in der Analog Filter Applet geschaut, aber krieg ich so nicht hin, frequenzberechnung, kann ich dir nicht folgen. Welche Werte würdest du denn empfehlen, fragte Mike M.

Ob man das in der Simulation sehen kann, hängt doch sicher auch vom Signalgenerator ab, stell dir den doch bitte erstmal richtig ein, oder baue etwas dazu.

oder nimm spice-simulation.

#8100703
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Carypt C. schrieb:

frequenzberechnung, kann ich dir nicht folgen.

Erstes RC Gied ist ein Hochpass in der Gegenkopplung (1M und 10pF) und wirkt somit als Tiefpass! Ergibt eine Grenzfrequenz von 16kHz.

Das zweite RC-Glied ist ein Tiefpass (39k und 100nF) und ergibt eine Grenzfrequenz von 40Hz.

Das dritte RC Glied ist wieder ein Hochpass (1M und 470nF) und ergibt eine Grenzfrequenz von 0,34Hz.

Die passende Formel dazu hat Mike unter seinem Schaltplan geschrieben!

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#8100704
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Carypt C. schrieb:

Ob man das in der Simulation sehen kann, hängt doch sicher auch vom Signalgenerator ab, stell dir den doch bitte erstmal richtig ein, oder baue etwas dazu.

Genau, kein Herz der Welt schlägt mit 2 Kilohertz, außer das eines Kolibris beim Nestbau!

Falls sich der Herzschlag (Frequenz) in der Simulation nicht um Faktor 1000 verringern lässt und sich die Simulationsgeschwindigkeit auch nicht wesentlich beschleunigen lässt, dann könnte man stattdessen zumindest die 100nF auf 1/1000 reduzieren (100pF), dann kommt am Ausgang auch ein vernünftiges Elektrokardiogramm bei raus:

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