Hallo zusammen, ich habe mich in letzter Zeit etwas genauer mit Fotodioden beschäftigt dabei sind mir im Laufe der Zeit ein paar Dinge aufgefallen, die ich nicht so ganz verstehe. Ich fange einfach mal an. >>Warum wird die Fotodiode in Sperrrichtung betrieben? Ich benutze eine Fotodiode in Zusammenspiel eines TIV und möchte somit die Lichtintensität messen. Ich habe schon einiges dazu gelesen und auch heraus gefunden, dass eine Fotodiode in dieser Weise in Sperrrichtung betrieben wird. Aber warum? Also der Strom den die Diode "erzeugt" ist ja linear zum einfallenden Licht. Wie erzeugt denn die Diode einen Strom? >>Warum ist der TI-Verstärker ein inv. Verstärker? Das führt mich zu meiner nächsten Frage warum ist der TIV denn ein inv. Verstärker? Also wie sind da die Abläufe, dass am Ende eine positive Spannung am Ausgang steht? Also die Diode erzeugt ja einen Strom wenn Licht auf sie einfällt aber wie funktioniert das dann genau mit dem TIV, dass er am Ausgang positiv wird :/ >>Wofür ist der C im Rückkopplungszweig? Bei vielen Standard Anwendungen ist ja im Rückkopplungszweig auch neben dem ohmischen Widerstand auch noch ein Kondensator, wofür wird der gebraucht? So das ist dann auch "schon" alles.. Freue mich auf Neuigkeiten =) schönen Abend Joe
Ein Photon erzeugt ein Elektron-Lochpaar. Das wird durch die angelegte Spannung getrennt und kann so den Strom bilden. Fuer den TIA empfehle ich den invertierenden OpAmp zu studieren.
Hi Nilp, also mir ist durchaus bewusst wie ein invertierender Operationsverstärker funktioniert nur kann ich nicht ganz nachvollziehen weshalb die Spannung am Ausgang positiv ist, denn dann müsste ja die Spannung am Eingang negativ sein. Aber weshalb ist denn die Spannung am - Eingang negativ? Wie hängt das mit der Diode zusammen, dass ist mein Problem wo ich fest hänge. Danke..
Hallo Joe, >Wie erzeugt denn die Diode einen Strom? -> Ramos-Theorem, war Gegenstand meiner Diplomarbeit... >Das führt mich zu meiner nächsten Frage warum ist der TIV denn ein inv. >Verstärker? Für optimale Linearität betreibst du die Fotodiode im 0V-Betrieb. Dafür eignet sich ein invertierender OPamp wegen der Erzeugung der virtuellen Masse am "-" Eingang ja ganz augenscheinlich. >Bei vielen Standard Anwendungen ist ja im Rückkopplungszweig auch neben >dem ohmischen Widerstand auch noch ein Kondensator, wofür wird der >gebraucht? Die Fotodiodenkapazität am "-" EIngang des OPamp verursacht einen "Phase Lag" und macht den OPamp notorisch instabil. Eine "Phase Lead"-Kapazität vom Ausgang zum "-" Eingang kompensiert diese unerwünschte Phasendrehung. Kai Klaas
@ Joe E. (eigo) >weshalb die Spannung am Ausgang positiv ist, denn dann müsste ja die >Spannung am Eingang negativ sein. Nöö, die ist Null. > Aber weshalb ist denn die Spannung am - Eingang negativ? Ist sie nicht. >Wie hängt das mit der Diode zusammen, dass ist mein Problem wo ich fest >hänge. Die Photodiode liefert einen Photostrom (wer hätte das gedacht). Und der fliesst entgegen dem Pfeil im Symbol. Der Rest sollte dann klar werden. Siehe Lichtsensor / Helligkeitssensor MfG Falk
>>Warum wird die Fotodiode in Sperrrichtung betrieben? Weil das Licht den Sperrstrom der Fotodiode erhöht >>Warum ist der TI-Verstärker ein inv. Verstärker? Weil dadurch keine Spannungsänderung an der Fotodiode ensteht. Sonst wird durch den Miller Effekt die Schaltung sehr langsam. >>Wofür ist der C im Rückkopplungszweig? Der OPV hat 180 Grad Phasendrehung. Durch die Frequenzkompensation des OPV's kommen nochmals 90 Grad dazu. Der Gegenkopplungswiderstand mit der Fotodiode enstehen weitere 90 Grad Phasendrehung. AAlso keine Phasenreserve ist mehr vorhanden. Lösung C in der Gegenkopplung.
Warum TIV: Weil du einen Current to Voltage Converter brauchst, und dieser sinnvoller weise nur mit einem TIV zu bewerkstelligen ist. Würdest du einen Elektromerverstärker (nichtinvertierer) verwenden, wie soll dort ein Stromfluß zustande kommen bei theoretisch unendlich hohem Eingangswiderstand? Richtig, nämlich gar nicht. OP--->Spannungsgesteuertes Bauteil mfg
Hallo, wie schon beschrieben, wird die Diode im Kurzschluss, also mit 0 V Spannung, betrieben. Wenn dich also der positive Ausgang stört, dreh sie einfach um. Gruss Reinhard
Hallo Joe, >>>Warum wird die Fotodiode in Sperrrichtung betrieben? > Ich benutze eine Fotodiode in Zusammenspiel eines TIV und möchte somit > die Lichtintensität messen. Ich habe schon einiges dazu gelesen und auch > heraus gefunden, dass eine Fotodiode in dieser Weise in Sperrrichtung > betrieben wird. Aber warum? Also der Strom den die Diode "erzeugt" ist > ja linear zum einfallenden Licht. Wie erzeugt denn die Diode einen > Strom? Das Licht trifft auf die Raumladungszone und trennt mithilfe der im Licht enthaltenen Energie ein Elektron-Loch-Paar. Das führt zu einem Stromfluß, bei dem Energie in den Stromkreis eingebracht wird. Daß der Strom in Sperrichtung fließen muß, ist eigentlich klar. Denn in Flußrichtung betrieben passiert ja das genaue Gegenteil: Der Strom erzeugt Licht. >>>Warum ist der TI-Verstärker ein inv. Verstärker? > Das führt mich zu meiner nächsten Frage warum ist der TIV denn ein inv. > Verstärker? Also wie sind da die Abläufe, dass am Ende eine positive > Spannung am Ausgang steht? Also die Diode erzeugt ja einen Strom wenn > Licht auf sie einfällt aber wie funktioniert das dann genau mit dem TIV, > dass er am Ausgang positiv wird :/ Der von der Diode erzeugte Strom fließt (getrieben von der Ausgangsspannung des OPV) über den Rückkopplungswiderstand des Transimpedanzverstärkers und erzeugt dort einen Spannungsabfall. Dieser Spannungsabfall (vom Ausgang zum (-)Eingang) ist gleich groß wie die Spannung vom Ausgang zur Masse, da der (-)Eingang eine virtuelle Masse ist. Das negative Vorzeichen ergibt sich daraus ganz natürlich. >>>Wofür ist der C im Rückkopplungszweig? > Bei vielen Standard Anwendungen ist ja im Rückkopplungszweig auch neben > dem ohmischen Widerstand auch noch ein Kondensator, wofür wird der > gebraucht? Das C wird benötigt, damit der OPV nicht schwingt. Gruß, Michael
Schon mal hier geschaut: Beitrag "Transimpedanzverstärker IC" http://electronicdesign.com/content.aspx?topic=what-s-all-this-transimpedance-amplifier-stuff-any&catpath=analog-and-mixed-signal
Angehängte Dateien:
-
Photo_diode_tia.png
1,2 KB
Also bei der Schaltung im Anhang, würde der Sperrstrom (welcher linear zur einfallenden Lichtstärke wächst) vom Ausgang des OPs über R1 durch die Diode gegen GND fließen. Dadurch fällt an R1 eine Spannung ab, welche die Polarität + am Ausgang und - am inv. Eingang des OPs hat. Und somit erhält man eine prop. (positive) Spannung am Ausgang in Bezug zum Licht. Ist das so in etwas richtig? LG Joe
Was passiert wenn ich die beiden GND Anschlüsse stattdessen an Vcc hänge? Habe das neulich gesehen... Werner
beziehst Du Dich auf Nicos Post von 100111181? - Du verschiebst nur ein wenig den Offset, d.h. - du stehst im Dunkeln, 0µA -> Vout = Vcc - es dämmert, 1µA -> Vout = Vcc + 1V - es wird hell, 5µA -> Vout = Vcc + 5V - etc. ad nauseam...
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