Hallo zusammen, ich habe ein Problem beim Aufbau eines Transimpendanzverstärkers zum Erfassen der Lichtintensität an einer SF203 Fotodiode. Im Grunde muss ich nur das (sichtbare) Aufblitzen einer LED erfassen, die, gegen Streulicht abgeschirmt, mit der SF203 optisch verbunden ist. Über die Länge der "Blitzdauer" habe ich noch keine weiteren Informationen. Ich kann mir denken, dass man dieses Problem bei den verlangten Frequenzen (max. ~150 Hz) auch mit Fototransistor oder LDR lösen kann, allerdings habe ich mich jetzt an der Thematik festgebissen und möchte nun auch wissen wo mein Denkfehler ist. Aufgebaut habe ich einen Transimpedanzwandler, so wie er in Wikipedia beschrieben ist. Die Wandlung sollte bei einem Photostrom >5µA eine Ausgangsspannung >2V liefern. Dies ist wichtig für den nachgeschalteten Schmitt-Trigger (LS7414). Bei den gegebenen Werten habe ich den Widerstand R zu R = U / |I| = 2V/5µA = 400k berechnet. Ich habe die Schaltung so aufgebaut, dass der OPV mit einer asymetrischen Versorgungsspanung auskommen muss. Dies sollte m.E. für diesen Anwendungsfall auch möglich sein. Als OPV hatte ich zuerst den Urahn 741 eingesetzt, dieser hat allerdings eine doch recht kleinen Eingangsimpedanz. Daher habe dann aber auch mal andere Typen (TL061, TL071, TL081) ausprobiert. Das Problem ist jetzt allerdings, dass die Ausgangsspannung des OPV sich nicht in Abhängigkeit des Photostroms ändert. Sobald (+) des OPV an GND liegt, geht der OPV-Ausgang auf Vmax (ca. 4,3V). Eine Änderung der Beleuchtungsstärke (und somit des Spannungsfalls an R) ändert daran nichts. Im Internet habe ich zahlreiche verschiedenen OPV-Schaltungen gefunden und habe testhalber mit denselben Bauteilen mal Spannungsfolger etc. aufgebaut und alle funktionieren. Allerdings habe ich noch nirgendwo eine (funktionierende) Schaltung mit einem Transimpedanzverstärker und einer Photodiode gefunden, die für einen konkreten Anwendungsfalls konstruiert war. Hat da mal jemand eine Quelle? Ich stelle mir vor, dass dies eigentlich eine Standardschaltung sein sollte, da doch praktisch jeder IR-Empfänger für die Fernbedienungen so funktionieren sollte. So, jetzt habe ich viel geschrieben und hoffe, dass mir evtl. jemand mit einer konkreten Schaltung helfen kann oder mir noch einen entscheidenden Hinweis zum Aufbau geben kann. Was z.B. darf/muss ich mit den Offset-Eingängen machen? Ich habe irgendwo (Franzis Werkbuch?) gelesen, dass man die unbeschaltet lassen darf. Ich verstehe auch schon nicht so wirklich warum OUT gegen 4,3V geht, wenn (+) an GND angeschlossen wird. Die Spannung an (+) ist doch definitiv niedriger als an (-), selbst wenn dieser offen ist. Also sollte der OPV die Spannung an OUT doch verringern? Oder muss ich die Spannung an (+) oder (-) zu einem anderen Bezugspotenzial als GND sehen? Es dankt herzlich Marcel
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Marcel Sz schrieb: >Daher habe dann aber auch mal andere Typen (TL061, TL071, TL081) >ausprobiert. Das Problem ist jetzt allerdings, dass die >Ausgangsspannung des OPV sich nicht in Abhängigkeit des >Photostroms ändert. Sobald (+) des OPV an GND liegt, geht der >OPV-Ausgang auf Vmax (ca. 4,3V). Das riecht stark nach einer einzigen 5V-Betriebsspannung für den OP. Laut Datenblatt muß man die TL0xx mit mindestens +/-3,5V betreiben, oder 7V pos. Spannung auf Masse bezogen. Transimpedanzwandler und Fotodiode sind ausgezeichnet z.B. in Wikipedia beschrieben. Den positiven Input des OP würde ich zum Test mal etwa in die Mitte der Versorgungsspannungen legen.
Hallo! Ich werde das mal testen. Den Wiki-Artikel kenne ich und ich habe auch danach aufgebaut. Du hast völlig recht: Ich betreibe den OPV mit nur einer Betriebsspannung von 5V. Aber auch dies sollte lt. Wiki gehen: Zitat Anfang: Im Quasikurzschluss betriebene Fotodioden werden üblicherweise mit ihrer Kathode an den Eingang und mit der Anode an Masse angeschlossen, sodass sich bei Lichteinfall eine positive Ausgangsspannung ergibt und der OPV zudem meist keine symmetrische Betriebsspannung benötigt. Zitat Ende. Viele Grüße Marcel
>danach aufgebaut. Du hast völlig recht: Ich betreibe den OPV mit nur >einer Betriebsspannung von 5V. Aber auch dies sollte lt. Wiki gehen: Nein nein - doch nicht nach Wiki bauen. Wiki gibt allgemeine Infos, schön detailiert, aber es gibt doch keine Infos über konkrete Bauteile ab ... 5V vertragen etliche OPV's, aber nicht alle. Da musste mal in deren Datenblätter schauen, mit welchen Grenz/Kennwerten die arbeiten (können). Die 5V kann also Wiki nicht einfach so festlegen ...
Die TL071 spielen erst richtig ab 7V Betriebsspannung laut Datenblatt. Grundsätzlich ist deine OP-Wahl ja gut, da der einen FET-Input mit niedrigen Verlustströmen hat. Das ist bei den niedrigen Strömen der Fotodiode nicht ganz unwichtig. Ein CA3140 würde evtl. gehen, das ist ein verbesserter 741 mit FET-Inputs, der gerade noch mit 5V geht. Ein CA3160 hat MOSFET-Inputs und Outputs, und arbeitet auch mit 5V. Ich bin aber nicht auf dem neuesten Stand. Mittlerweile gibt es eine Menge OP, die auch mit 3,3V und Rail-to-Rail arbeiten. Das braucht man aber hier wohl nicht. Der Transimpedanzverstärker an sich, wird kein Problem sein.
Hallo zusammen, erst einmal herzlichen Dank für die Antworten. Ich habe ja echt viel getestet in den letzten Tagen, aber die Höhe der Versorgungsspannung habe ich nicht berücksichtigt. Das ist echt ein guter Hinweis und vermutlich die Lösung des Problems. @Jens: Naja, ich meine, dass ich mir die generellen Infos von Wiki besorgt habe. Über konkrete Schaltungsaufbauten machen die ja auch keine Aussagen. Dort steht halt nur, dass Rail-to-Rail mit Photodioden im Allgemeinen funktionieren sollte. Nur habe ich als TTL-Bastler so schön fest an 5V geglaubt. Also werde ich mir mal einen OPV heraussuchen, der mit 5V auskommt oder "irgendwie" aus meinen 5V ~10V machen. Vielen Dank erst einmal! Marcel
Hallo! Ich habe mir die Datenblätter des TL071 und des CA3140 noch einmal angesehen. Wo finde ich den Hinweis, ab welcher Mindestspannung die OPV funktionieren? Die absoluten Maximalwerte sind ja angegeben, aber die Mindestwerte habe ich nicht gesehen. Die einzige verwertbare Info finde ich bei den Testconditions, da dort beim CA340 5V/0V als Supply angegeben sind, also sollte das schon einmal klappen. Kann ich die Mindestwerte aus den anderen Werten ableiten? Vielen Dank Marcel
Die Mindest-Versorgungsspannung ist wirklich in manchen Datenblättern nicht expizit angegeben. Man muß sie sich dann ableiten oder aus Kurven ablesen. Ein Anhaltspunkt sind kurven wo die Eigenschaften als Funktion der Spannung angegeben sind. Wenn die Stromaufnahme unter einer gewisscen Spannung stark abnimmt ist das ein Zeichen: hier ist Schluß. Auch die anderen Kruven werden nur da Werte geben wo es geht.
Hallo! Ich habe mit +/-5V und einem TL071 getestet: Es funktioniert. Ich werde mir einen Spannungsinverter besorgen (habe nur +5V am USB Anschluss), dann sollte alles klappen. Herzlichen Dank für die Hilfe! Marcel
Hallo! Ich habe die Schaltung heute um einen ICL7660 Spannungsinverter erweitert. Seitdem funktioniert sie einwandfrei. Den Widerstand habe ich bei der Gelegenheit noch durch ein 1M Trimmpoti ersetzt (freies Ende mit Schleifer verbunden) um die Ausgangsspannung des OPV noch beinflussen zu können. So kann ich dann versuchen die Spannung so zu "schieben", dass der notwendige Hell-/Dunkelübergang einigermaßen zur Schalthystere des 7414 passt. An dieser kann ich am 7414 ja leider nichts mehr ändern. Dies ist aber bei meinem Aufbau sowieso unproblematisch, da im Dunkelfall kaum Streulicht etc. auf die Photdiode fallen wird. Ich möchte mich herzlich bei Ulrich, Jens und Wilhelm bedanken. Ohne Eure Hilfe wäre die Schaltung sicher noch nicht fertig und ich würde den Fehler in der Spannungsversorgung immer noch suchen. Danke! Viele Grüße Marcel
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