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Wieso 2 Widerstände in Transimpedanzverstärker?
Gast
#2623394
Hallo, In folgendem Dokument wird die Anode der Photodiode in manchen Schaltungen nicht auf Gnd gelegt, sondern mit einem Eingang verbunden und über einen sehr hohen Widerstand auf Gnd gelegt. Das sieht man immer wieder mal, wenn es um hohe Sensitivität geht. Leider steht keine Erklärung dazu. Kann mir wer sagen was das soll? www.ti.com/lit/an/sboa061/sboa061.pdf Danke Ich tippe mal, dass man die Eingangsströme kompensieren will, so wie in alten, klassischen Schaltungen, auch wenn die Eingangsströme hier um Dekaden geringer sind. MFG Falk
Gast
#2623594
>Ich tippe mal, dass man die Eingangsströme kompensieren will, so wie in >alten, klassischen Schaltungen, auch wenn die Eingangsströme hier um >Dekaden geringer sind. Genau. Lohnt sich immer, wenn die Offsetströme kleiner als die Biasströme sind. Die Anode wird dabei hoch gelegt (figure 2), da nur dadurch das Zero-Biasing der Photodiode erhalten bleibt. Macht man es dagegen so, wie in figure 3, kann der Spannungsabfall am 400M Widerstand das Zero-Biasing verfälschen. Das Resultat wäre eine Empfindlichkeitsschwankung der Photodiode. Bei der Schaltung in figure 2 ensteht zwar auch am 1G Widerstand ein Spannungsabfall, aber dieser erscheint an beiden Eingängen als Gleichtaktspannung und wird durch die CMRR herausgerechnet. http://www.ti.com/lit/an/sboa061/sboa061.pdf
Gast
#2624570
Was genau meint ihr mit Offsetströmen? Den Strom der durch den Eingangsoffset aus dem Ausgang zur Diode fließt? Der nicht-ideale OpAmp ... hat einen Eingangsstrom, hat Offsetspannung, kommt nicht an die Speisung ran, usw.
Gast
#2624958
Und was willst Du mir damit sagen? Der zweite Widerstand hat bestimmt nix damit zu tun, dass der OPA kein R2R ist. Das du dir mal die Theorie des Opamps reinziehst. Man beginnt mit einem idealen Opamp und geht dann ueber zu den nichtidealen Eigenschaften. Wenns um den Eingangsstrom geht, kann man einen FetOpAmp nehmen, der dann wiederum andere Eigenschaften hat.
Gast
#2625071
Delta Oschi schrieb: > Das du dir mal die Theorie des Opamps reinziehst. Eine der besten Erklärungen und wirklich detaillierte Betrachtungen und Berechnungen zu OPs sah ich im Tietze/Schenk. Die Bibel schlechthin. Aber auch im Internet findet man in Sekundenschnelle was, und wenn es nur Wikipedia mit dem Suchbegriff "Operationsverstärker" oder "Offsetspannung" ist. whatever schrieb: > Und was willst Du mir damit sagen? Der zweite Widerstand hat bestimmt > nix damit zu tun, dass der OPA kein R2R ist. Nimm einen idealen Opamp und zeichne dir die "Unzulänglichkeiten" einer realen Schaltung mit ein. Das wären hier eine Offsetspannungsquelle und Stromquellen gegen Masse an den Eingängen. Dann rechne die Schaltung nochmal durch. Mit einem Lastenheft kannst du dann deinen Opamp auswählen...
Gast
#2625304
Den 2. Widerstand nimmt man meist wegen des Biasstromes. Beim OPA128 kann das aber kaum die Ursache sein, denn der BIAS Strom ist sehr klein, und der Offsetstrom nicht viel kleiner. Interressant wird aber ggf. der Biasstrom bei höheren Temperaturen. Je nach OP kann das Stromrauchen der beiden Eingänge teilweise korreliert sein - dann würde bei genügend starker Korrelation der 2. Widerstand da auch etwas gegen das Stromrauschen helfen. Einen so großen Widerstand wie im DB des OPA 128 würde ich normalerweise eher nicht noch ein 2. mal einsetzen, wenn er nicht unbedingt benötigt wird, denn der Widerstand gibt auch zusätzliches Rauschen, und die positiven Effekte halten sich da in Grenzen. Es hängt aber vom Einsatzfall ab - bei 120 C und damit relativ viel Bias lohnt der Widerstand vielleicht doch.
Gast
#2625956
Genau das wäre auch meine Meinung, deshalb habe ich mich gewundert. Danke für Deinen Beitrag. >In folgendem Dokument wird die Anode der Photodiode in manchen >Schaltungen nicht auf Gnd gelegt, sondern mit einem Eingang verbunden >und über einen sehr hohen Widerstand auf Gnd gelegt. Das hat etwas mit dem kapazitiven Einkoppeln von Störungen zu tun: Denkt man sich Störungen gleichmäßig kapazitiv auf die beiden Fotodiodenleitungen eingekoppelt, verhält sich die Schaltung näherungsweise wie ein Differenzverstärker und kann Störungen in erster Näherung herausrechnen. Ist hier erklärt: http://www.ti.com/lit/an/sboa035/sboa035.pdf Das macht natürlich nur Sinn, wenn alle beteiligten Widerstände und Kapazitäten sorgfältig "gematcht" sind und vor allem die Störung in beide Fotodiodenleitungen gleichmäßig einkoppelt. Das ist beispielsweise der Fall, wenn die Fotodiode mit einer längeren Leitung angeschlossen wird. Das kapazitive Einkoppeln direkt in die Fotodiode passiert dagegen in der Regel unsymmetrisch, weil die Kontakte "oben drauf" die Kontakte "darunter" ziemlich gut abschirmen. Nachteilig an der Methode ist natürlich das zusätzliche Rauschen des zusätzlichen Widerstands. Hier muß man einen Kompromiß finden. Es gibt noch andere Gründe, warum man bei OPamps mit JFET-Eingängen gerne Cap-Matching oder Impedance-Matching an den Eingängen macht, einmal um das Rauschen zu verringern, das andere Mal um die Verzerrungen niedrig zu halten. Aber das sind andere "Baustellen": http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD745.pdf http://www.analog.com/static/imported-files/seminars_webcasts/371366216sscsect5.PDF http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets_obsolete/1134125OP176.pdf
Gast
#2626491
Woah super. Danke für die Links! Das erklärt die Sache.
Gast
#2626497
Das hat ganz ander Gründe: vom Ausgang über des Genkopplungswiderstand ist mit der KApazität der Fotodiode ein Tiefpass. Eine OP hat 180 Grad Drehung, durch den frequenzkompensierten OP (OP ist ein TP) kommen nochmals 90 Grad dazu und jetzt noch der Gegekopplugswiderstand mit der Fotodiodenkapazität sind es 360 Grad und die schöne Schaltung schwingt. >vom Ausgang über des Genkopplungswiderstand ist mit der KApazität der >Fotodiode ein Tiefpass. Eine OP hat 180 Grad Drehung, durch den >frequenzkompensierten OP (OP ist ein TP) kommen nochmals 90 Grad dazu >und jetzt noch der Gegekopplugswiderstand mit der Fotodiodenkapazität >sind es 360 Grad und die schöne Schaltung schwingt. Dagegen hilft der 5p "phase lead" Cap, der dem Gegenkopplungswiderstand parallel geschaltet ist und die von dir angesprochene "phase lag" rückgängig macht.
Gast
#2628055
Bitte probiere einmal eine BPW34, 1MOhm und ein 1 MHz Verstäkungbandbreite. OPV. Du wist mit pF nicht auskommen. Da wirst Du die Bandbreite mit dem Kondensator vom Ausgang auf U- in den KHz Bereich reduzieren müssen, damit das nicht schwingt. Die einfache Schaltung (OPV Gegnekopplungs-R, Fotodioade an U-) ist plausibel, aber sehr tückisch. max98765 schrieb: > sind es 360 Grad Und man ist wieder bei 0, prima. Sieht man nicht 180° als kritischer an (und welchen Gain man da erreicht hat)? >Bitte probiere einmal eine BPW34, 1MOhm und ein 1 MHz >Verstäkungbandbreite OPV. >Du wist mit pF nicht auskommen. Da wirst Du die Bandbreite mit dem >Kondensator vom Ausgang auf U- in den KHz Bereich reduzieren müssen, >damit das nicht schwingt. Das ist richtig. 22p sollte der Gegenkopplungscap dann schon haben, damit die "phase margin" nicht zu stark aufgezehrt wird. Aber hier haben wir es mit der HP5082-4204 zu tun, die nur rund 5p Sperrschichtkapazität hat und nicht mit der BPW34 mit immerhin rund 70p. Das ändert die Situation ziemlich gründlich, wie eine Phasenganganalyse zeigt. Außerdem spielt noch die Größe des Gegenkopplungswiderstands eine gewisse Rolle.
Angehängte Dateien:
Um es mal auf ein einfaches Level runterzubrechen: Der Widerstand dient dazu, Offsetfehler durch die Biasströme zu reduzieren. Das dabei auftretende Rauschen wird partiell durch den Kondensator parallel kompensiert. Diese Technik verbessert die Genauigkeit des Verstärkers, hat aber dafür andere Probleme, wie, dass das Aufladen des Kondensators eine Weile dauert. j. c. schrieb: > Diese Technik verbessert die Genauigkeit des Verstärkers Die Aussage ist etwas ungenau. Es geht bei so einer Auslegung nicht primär um Genauigkeit, sondern um Geschwindigkeit. Daher die hochohmigen Widerstände. Weil diese dann die sonst vernachlässigbar kleinen Biasströme "bemerkbar" machen, muss gegengewirkt werden. Diese Aussage wiederrum ist etwas wirr.Der zweite Widerstand dient dazu den Fehler, der durch den Biasstrom am Feedback-Widerstand abfällt zu kompensieren. Bei kleinen Widerständen: kein Problem. Um Geschwindigkeit geht es eigentlich nicht, denn die hängt von den Kapazitäten und dem Feedbackwiderstand ab, nicht vom Impedanz-Matching-Widerstand. j. c. schrieb: > die hängt von den Kapazitäten und dem > Feedbackwiderstand ab Eben. Und den musst du groß machen, wenn du schnelle Dioden bei wenig Intensität nutzen willst. Antwort schreibenBitte melde dich an, um einen Beitrag zu schreiben. |
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