Hi zusammen!
Ich versuche eine Photodiode mit einem Mikrocontroller auszuwerten. Dazu
habe ich die angehängte Schaltung in LT-Spice simuliert. Die Diode habe
ich als Stromquelle mit paralleler Diode simuliert.
In dem Screenshot ist das Ergebnis zu sehen, wenn ich ein 1MHZ Signal
draufgebe. Die grüne Kurve zeigt die Spannung über C. Diese Spannung
werte ich aus, um die Intensität zu erfassen. Der Pin des uC wird nach
der Erfassung auf Masse geschaltet, um den C zu entladen. Die blaue
Kurve zeigt das Ausgangssignal.
Soweit alles wunderbar (siehe erstes Bild).
Ich habe allerdings in der Quelle ein SIN Signal eingestellt.
Wenn ich mich nicht irre, dann bekomme ich aber bei der echten Diode ein
Pulssignal zwischen 0 und Imax (laut Datenblatt ca. 35uA).
Wenn ich das jetzt in LT-Spice einstelle, sieht mein Ergebnis aus, wie
auf dem zweiten Bild. Damit kann ich leider nicht viel anfangen...
Die Spannung sinkt am Ausgang auf 0 und bleibt da auch...
Kann mir jemand einen Tip geben, was ich an der Schaltung ändern müsste,
dass es funktioniert?
Danke
Stefan
Überleg dir zunächst mal, wo der Basisstrom herkommen soll, mit dem du
den Arbeitspunkt von Q3 einstellst. Aus der Konstruktion mit D2 und dem
nachgeschalteten 1nF Kondensator? Wie soll das gehen?
Dann überlege dir, welchen Spannungsabfall 15µA bzw. 35µA an einem 5MOhm
Vorwiderstand bewirken und wie realistisch deine Simulation demnach ist.
Hi Achim,
danke schonmal für die Hinweise. Scheint dann wohl eher nicht zu
funktionieren mein Ansatz.
Ich bin ein Anfänger was die analoge Schaltungstechnik angeht. Ich habe
jetzt schon so einiges versucht und ausprobiert, aber bis jetzt keine
Lösung gefunden.
Kannst Du mir vielleicht eine Schaltung empfehlen, um mit einer
Photodiode ein 1MHz Signal auszuwerten? Wichtig ist auch die Messung der
Intensität, deshalbt die Z-Diode und der C. Was ich auch noch nicht
eingebaut hatte, war der Hochpass, um 50Hz Störungen auszufiltern.
Danke
Stefan
TIA (zu deutsch: Impedanzwandler), z.B. mit einem OPA340 aufbauen,
Feedbackwiderstand von 100 kOhm macht bei 35 µA Strom aus der Fotodiode
satte 3.5 V und aus Erfahrung kann ich sagen, dass man mit dem OPA340
sehr dicht ans untere Rail kommt (< 1mV ists idR bei mir wenn kein
Strom fließt mit 100 MOhm Feedback, löse damit 50 nA einer IR-Fotodiode
auf) ;)
EDIT: Anbei noch die Schaltung wie ich sie verwende. C1, C5 und R7 hab
ich aktuell nicht in der Schaltung, sind quasi optional. Mit JP1 hab ich
mir die Möglichkeit offen gehalten die Fotodiode vorzuspannen.
Hi Michael,
vielen Dank für deine Unterstützung!!
Aber noch eine Frage (hoffe die ist jetzt nich zu blöd):
Die Diode kommt an den IN-Anschluss der Schaltung, oder?
Wofür sind SV1-4 und SV1-2?
Danke!
Stefan
Die Intensität des Signals zu messen ist wesentlich anspruchsvoller als
wenn du nur die "Anwesenheit" der gepulsten Strahlung detekieren
müsstest. Dazu brauchst du definierte Verstärkungsfaktoren. Die
Verstärkung im halbwegs funktionierenden Vorderteil deiner
Transistorschaltung ist nur sehr schwammig definiert und driftet wild,
wenn sich z.B. die Temperatur ändert.
Ein Transimpedanzverstärker wie von Michael vorgeschlagen ist von daher
schon ein guter Ansatz. Es wird allerdings nicht ganz trivial damit
Bandbreiten im MHz-Bereich hinzukriegen. Ein kritischer Faktor ist die
Kapazität deiner Fotodiode (welche planst du denn zu nehmen?).
Schau auch noch mal kritisch auf die benötigte Verstärkung: wenn der
maximal mögliche Strom deiner PD 35µA beträgt, kann das tatsächlich
empfange Signal um diverse Größenordnugnen darunter liegen -
entsprechend höher muss ggf. deine Verstärkung ausfallen.
Bei der Dimensionierung des Hochpassfilters zur Unterdrückung von
Störungen beachte bitte: optische Störsignale haben heutzutage keine
50Hz (selbst Glühbirnen waren schon mit 100HZ moduliert) sondern viele
kHz.
Hi Achim,
ich habe hier die OSARM BP104F (ist aber nicht zwingend). Laut
Datenblatt 48pF.
Ich könnte zur Not auch mit der Frequenz runtergehen (500kHz oder so).
In der Anwendung sollen zwei oder mehr identische Schaltungen aufgebaut
werden und es soll verglichen werden, an welcher das Signal stärker
ankommt.
Es werden also Daten übertragen und es soll festgestellt werden, wo das
Signal am stärksten ist. Ich will grob feststellen, in welche Richtung
die Diode am stärksten abstrahlt (die ist beweglich). Allerdings kommt
es nicht auf absolute Genauigkeit an. Ein grober Vergleich der
Intensität reicht hier.
Danke für die Hilfe!
Stefan
Ein Transimpedanzverstärker ist schon mal ein guter Ansatz. Wenn es
schnell sein soll wird aber der Feedback Widerstand eher deutlich
kleiner (z.B. 10 K), auch wenn man Ausgang des TIA dann nur ein paar mV
hat. Für mehr Signal kommt dann einfach eine 2. Verstärkerstufe
dahinter. Der extra Teiler (R2,R3) in der Schaltung oben ist nichts für
eine schnelle Schaltung - der bringt vom Rauschen kaum Vorteile und
macht den OP effektv langsamer.
Für eine hohe Frequenz sollte die Diode wenigstens etwas (z.B. 5 V)
vorgespannt sein, das reduziert die Kapazität. Weniger Frequenz hilft da
schon mal ganz erheblich, denn der OP sollte deutlich schneller als die
Modulationsfrequenz sein.
Stefan K. schrieb:> Die Diode kommt an den IN-Anschluss der Schaltung, oder?
Ja, an IN und SV1-4
Stefan K. schrieb:> Wofür sind SV1-4 und SV1-2?
SV1-4 ist ja schon gesagt, SV1-2 ist nur die Schraubklemme für GND, also
Masse ;)
Da hier jetzt schon andere auch ein paar Tipps gegeben haben empfehle
ich das einfach mal so versuchen umzusetzen. Mein Screenshot sollte ja
nur als Beispiel gelten damit du eine Vorstellung davon hast, in welche
Richtung es geht. ;)
Hi Michael,
ok. Danke. Das mit IN war mir eigentlich klar, war nur etwas verwirrt
wegen dem Jumper.
Ich werde jetzt dann mal versuchen, dass ganze auf nem Steckbrett
aufzubauen und anzupassen und schauen, was ich da rausbekomme.
Vielen Dank!
Dominik
IR_mit_Darlington.png
(28 KB)
IR_mit_Darlington__Pulssignal_.png
(33 KB)
