Hallo zusammen, leider hab ich nicht viel Ahnung von Elektronik...meine Frage dürfte ziemlich einfach sein... Ich möchte eine Photodiode (SFH213) in Sperrrichtung betreiben. Als Spannungsquelle nehme ich einen 9V-Block. Das Signal soll über eine BNC Buchse ausgelesen werden. Mir ist 1. nicht klar, an welcher Stelle das Poti am besten eingebaut werden soll (siehe Zeichnungen im Anhang) und 2. über welchen Widerstandsbereich es variabel sein muss. Danke im Voraus!
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Hallo, naja, Version 2 macht keinen Sinn, da das "heiße" Ende des BNC-Anschlusses direkt mit Masse verbunden ist (ebenso wie der Masseanschluss des BNC-Ausgangs). Somit wirst Du immer null Volt erhalten. Also passt prinzipiell Version 1. Je nach Bestrahlungsstärke müssen allerdings sowohl Poti als auch das angeschlossene Auswertegerät eine hohen (Eingangs-)Widerstand besitzen.
Danke, ich hab mir schon auch irgendwie gedacht, dass Version 1 sinnvoller ist. Allerdings hab ich online überall Schaltungen gemäß Version 2 gefunden, allerdings ohne BNC-Buchse. Deswegen hab ich mich gefragt, ob man den Widerstand nicht an dieser Stelle einbauen muss... Wie kann ich mir denn überlegen, welchen Widerstand ich beim Poti brauch? Ich würde mit ca 2,5 bis 5 mW Lichtleistung mit meinem Laser auf die Diode leuchten... Danke nochmal!
@ Sabine S. (photodiode) Dein Vorhaben klingt wenig sinnvoll. Eine Photodiode wertet man anders aus. Siehe Lichtsensor / Helligkeitssensor. MFG Falk
@ Sabine S. (photodiode) >Wie kann ich mir denn überlegen, welchen Widerstand ich beim Poti >brauch? Rechnen? > Ich würde mit ca 2,5 bis 5 mW Lichtleistung mit meinem Laser auf >die Diode leuchten... Das ist ja wie ein Atomblitz! Schau ins Datenblatt, dort findest du die Empfindlichkeit der Photodiode in A/W. MFG Falk
Die Diode liefert 0,6A/W. Bei 5mA sind das dann 3mA Strom. R = U/I Beipiel: 3V/3mA = 1kOhm Jetzt kommt es natürlich auch daruf an ob du da ein langes 50Ohm-Kabel dran hast und 5ns Ansstiegszeit haben willst. Falls ja dann musst du entwder am Anfang oder am Ende des Kabels einen 50 Ohm Abschluss nach Masse haben.
Hallo Helmut, danke Deine Antwort war sehr hilfreich. Du meintest wahrscheinlich 5 mW (nicht mA) oder? Stimmen dann meine Überlegungen so? Ich hab 700 nm, also eine Sensitivität von ca. 0,5 A/W. Bei 2,5 mW Lichtleistung hab ich also 1,25 mA. Da ich einen 9V Block benutze, brauch ich dann 7,2 kOhm. Danke für die Hilfe...ich fand dieses Datenblatt einfach zu verwirrend.
Ich meinte 5mW. Deine 7,2kOhm wären der maximal mögliche Wert. Mit 5kOhm hättest du dann ca. 6V. Reicht das nicht?
Wie meinst Du das, ob mir 6 V reichen? Die 9 V sind ja ein Input-Parameter, ich benutze einen 9V-Block als Spannungsquelle, siehe meinen hochgeladenen Schaltplan. Ich dachte, man kann über die Spannung auch regeln, wie schnell die Diode reagiert...
@ Sabine S. (photodiode) >Ich dachte, man kann über die Spannung auch regeln, wie schnell die >Diode reagiert... Kann man. Aber nicht mit deinem naiven Ansatz. Lies mal was zum Thema im Artikel Lichtsensor / Helligkeitssensor. Das Zauberwort lautet Transimpedanzverstärker. Deine Anordnung ist weder Fisch noch Fleisch. MFG Falk
Hallo Falk, ich möchte meine Diode nicht in diesem Sinne auswerten. Ich brauche keine Rückschlüsse auf Intensität des einfallenden Lichts etc. Ich möchte nur ein Signal am anderen Ende des BNC-Kabels haben, wenn ein Laserpuls auf die Diode fällt. Sonst nix. Ich verstehe auch nicht wirklich was ein Atomblitz damit zu tun haben soll und das Zauberwort heißt für mich in diesem Fall Konstruktivität. Falls mein Ansatz naiv und weder Fisch noch Fleisch ist, wäre ein ordentliches Feedback für mich das einzig hilfreiche. Diese Aussage allein kann ich nicht umsetzen. Viele Grüße.
> Wie meinst Du das, ob mir 6 V reichen?
Wenn du das auf 9V auslegst und doch ein paar % mehr Licht kommen, dann
wird die Anordnung unsäglich langsam.
Ansteigszeitkonstante = R*(Cdiode+Ckabel) + 5ns
Das Cdiode wird riesig, wenn die Photodiode statt im Sperrbetrieb im
Durchlassbetrieb arbeitet, weil mehr als 9V am Widerstand abfallen.
Hallo Helmut, das ist kein Problem, denn ich kann meine Laserleistung runterregeln. Außerdem kann ich ja auch den Widerstand auf etwas unter 7,2 kOhm drehen (bei 9V und 2,5 mW). Wollte nur generell wissen, ob die Schaltung so funktionieren kann. Danke nochmal!
>ich möchte meine Diode nicht in diesem Sinne auswerten. Ich brauche >keine Rückschlüsse auf Intensität des einfallenden Lichts etc. Ich >möchte nur ein Signal am anderen Ende des BNC-Kabels haben, wenn ein >Laserpuls auf die Diode fällt. Sonst nix. Ob das, was du vorhast, funktioniert, hängt vom Timing ab. Wie lange dauert dein Laserpuls? Welche zeitliche Verzögerung ist zulässig zwischem dem Laserpuls und dem Signal deiner Fotodiode? Kai Klaas
Der Laserpuls dauert 100 fs, 80MHz. Die Zeit zwischen Puls und Signal sollte natürlich möglichst kurz sein. Die Dauer bis das Signal ausgelesen wird hängt ja aber eh noch von Faktoren wie Kabellänge etc ab... Viele Grüße, Sabine
>Der Laserpuls dauert 100 fs, 80MHz.
Oops! Dann mußt du das völlig anders machen!
Kai Klaas
Die 100 fs Pulse kann die Fotodiode nicht auflösen. Da bekommt man nur die Mittlere Leistung. Die Reaktionszeit wird vor allem von der Kabellänge und dem Widerstand bestimmt. Das Koax Kabel sollte etwa 100 pF/m haben. Bei 1 m Kabel und 1 kOhm als Widerstand hätte man dann ein R*C von 100 ns. Viel Schneller wird auch die Fotodiode intern nicht unbedingt sein. Die schnellste einfache Lösung wäre ein Widerstand von etwa 50-60 Ohm statt dem Poti. Damit hat man dann auch gleich eine Impedanzanpassung, aber auch relativ wenig Amplitude. Für ein Oszilloskop reichen aber 25 mV bei 1 mA Strom von der Fotodiode schon aus um was zu sehen. Mit etwa Glück und genügend Intensität kann man damit die 80 MHz noch erahnen.
2mA*50Ohm*100fs/5ns = 2mV Das ist der zu erwartende Peak falls die Photodiode ca.5ns Anstiegszeit hätte. Der Puls wäre dann auch ca.5ns breit. Sollte er breiter sein, dann ist die Amplitude entsprechend kleiner. Da muss dann wohl doch noch ein Vorverstärker dazwischen mit 200MHz Bandbreite und soviel wie möglich Verstärkung.
Auf die Gefahr hin, destruktiv zu wirken:
- 100fs sind 0,0000000000001 Sekunden. Eine Stoppuhr, die eine so kurze
Zeitdauer anzeigt, müsste fast schon rückwärts laufen ;-)
- Die Anstiegszeit der SFH213 ist lt. Datenblatt 5ns. Das ist das
50000fache der Pulsdauer. Da werden also kaum Elektronen in Bewegung
gesetzt.
- Selbst den Mittelwert des Signals zu messen, ist mit der SFH213
schon schwierig: Bei Dauerbeleuchtung durch den Laser steigt der
Fotostrom innerhalb von 5ns auf 5mW·0,62A/W=3,1mA. In 100fs erreicht
er demzufolge etwa 62nA und klingt innerhalb von 5ns wieder ab. Der
mittlere Fotostrom ist also 62nA·5ns·80MHz = 25nA. Nanoampermeter gibt
es, man muss die Messung aber sorgfältig vorbereiten, wenn man etwas
anderes als Rauschen messen will.
- Wenn man im Netz nach Verstärkern für Subpikosekundenimpulse sucht,
stößt man auf rein optische Systeme. Nach Fotodioden und Halbleiter-
bauteile sucht man in dieser Region vergeblich.
Vielleicht läuft hier im Forum ein Physiker herum, der sich mit solchen
Dingen beschäftigt und etwas mehr dazu erzählen kann.
@Sabine:
Was soll das Ganze denn werden, bis es fertig ist? Dir wurde die Aufgabe
aber nicht zufälligerweise schon vor 10 Tagen gestellt?
@Helmut S.:
Dir ist ein kleiner Rechenfehler unterlaufen:
> 2mA*50Ohm*100fs/5ns = 2mV
Richtig wären 2µV.
Jaja, 100 fs (Femtosekunden) mit nem Widerstand und 9V Block messen wollen. ;-) Wir waren ja alle mal jung und naiv, aber SOOOO naiv? Oder mal wieder Trollalarm? Fragen über Fragen. MFG Falk
@ Helmut S. (helmuts) >Da muss dann wohl doch noch ein Vorverstärker dazwischen mit 200MHz >Bandbreite und soviel wie möglich Verstärkung. Sach mal Helmut, ist dein Ironiedetektor kaputt? Nicht mal einen 100ps Puls würdes du mit deinem 200 MHz Verstärker auf ein akzeptabels Niveau hieven. Mal abgesehen davon, dass solche "Designratschläge" per Forum an diese Person schlichweg für die Katz sind. Wenn Sabine (so es sich WIRKLICH um ein weibliches Wesen handelt) sooo viel Vorwissen mitbringt, dass sie ernsthaft einen 100 fs Puls mit ihrer superdollen Schaltung messen will, kannst du die nächsten drei Monte 24/7 hier schreiben, und ihr die Grundlagen von E-Technik und HF beibringen. Viel Erfolg! MFg Falk, mit tüvgeprüftem Ironiedetektor (tm) ;-)
@Falk Ich hatte irrtümlicherweise an 100ps gedacht. Da würde die Photodiode dann einen schönen Integrator bilden der 2mV Pulse erzeugt. Mit 100fs ergibt das nur noch 2uV die bei breitbandiger Auswertung im Rauschen untergehen. Wie wäre es das Ganze extrem schmalbandig bei 80MHz zu detektieren? Damit kann man dann natürlich keine Einzeimpulse mehr detektieren da die Ansprechzit im Millisekundenbereich liegen würde.
Jetzt kommt ihr großen Meister, die Jungs und Mädels bei Jufo stellen auch gerne solche Fragen und das hat gar nichts mit Trollerei zu tun... Dann erklärt man es und dann ist es gut. @Sabine: Erklär doch mal dein Projekt, wahrscheinlich gibt es eine andere Lösung, die sich auch ohne Spezialequipment realisieren lässt. Armin _________________________________________ Verflucht sei der, der das Rauschen erfand!
> Wenn man im Netz nach Verstärkern für Subpikosekundenimpulse sucht, > stößt man auf rein optische Systeme. Das wäre auch meine Vermutung. Selbst wenn man von schnelleren Sensoren ausgeht, sind Pulse im Femtosekundenbereich nicht mehr Dinge, die durch übliche Methoden (z. B. Lock-In) aufgefangen werden können. Und selbst wenn es denn die Leistung richtet, ist die Messung alles andere als korreliert. Hier sind vermutlich optische Materialien vor dem Sensor gefragt, die den Impuls künstlich 'verlängern' (-> Materialien mit anomaler Dispersion). Ein adäquater Ansatzpunkt wäre eine Recherche bei Herstellern von entsprechendem Equipment, z. B. Coherent (Dieburg) oder Soliton (Göttingen). Wie auch immer - Falk hat ja schon am Anfang der Diskussion den Finger in die Wunde gelegt.
>Und wie? Spezielle ultraschnelle Photodiode und konsequenter Einsatz von 50R-Technik (wie Ulrich schon sagte): http://heart-c704.uibk.ac.at/LV/Laserspektroskopie/SS05/KurzePulse2.pdf http://cgi.ebay.fr/Antel-Optronics-AR-S2-Photodetector-Power-Supply-/330368747656 Kai Klaas
@ Nils (Gast) >Wie auch immer - Falk hat ja schon am Anfang der Diskussion den Finger >in die Wunde gelegt. Das ist meine Spezialität! <diabolisches Grinsen> Tut das weh? </diabolisches Grinsen> Mfg Falk ;-)
Nach'm Stretchen hat der Puls gute 200 ps. Hat funktioniert :-) Danke nochmal für die Antworten auf meine eigentliche Frage, Sabine
@ Sabine S. (photodiode)
>Hat funktioniert :-)
Der 1. April ist lange vorbei.
Und das wurde an der BNC-Buchse gemessen wie in Version 2. Das ist dann aber die Thermospannung und das Popcornrauschen.
Sabine S. schrieb: > Nach'm Stretchen hat der Puls gute 200 ps. > > Hat funktioniert :-) Kann es sein, dass du uns verschwiegen hast, dass dein Laser in Wirklichkeit eine Spitzenleistung >600W bringt, und nur die Durchschnittsleistung bei 2,5-5mW liegt? Mit 2,5mW für 100fs kämst du schon so langsam in den Bereich der Heisenbergschen Energie-Zeit-Unschärferelation. Andreas
Hallo Falk Brunner, ich wäre bestimmt beeindruckt von deinem Wissen, aber muss man dann sozial auch noch so eine Nullnummer sein? Wahrscheinlich bist du ein typischer Repräsentant der #linuxger-Generation: stundenlang überqualifiziertes Wissen aneignen, dann nicht weitergeben und stattdessen die Bedürftigen auch noch piesacken. Dazu kenne ich einen noch eben positiven Ausdruck: Fachidiot. Dann kenne ich einen nicht mehr ganz so positiven Ausdruck: Nerd! Ich habe Hochachtung vor der Community hier, speziell vor jenen die auch schon 1000 mal gestellte Fragen immer wieder mit der gleichen Seelensgeduld beantworten und z.B. hier beitragen. Viele Grüße, Black6
Ne lass mal, ohne Falk wär das hier langweilig. Wieder mal ein Thread, bei dem durch unzureichende Information einige Leute sinnlos beschäftigt wurden. Kann man nicht gleich am Anfang schreiben, was da eigentlich gemessen werden soll?
>Wieder mal ein Thread, bei dem durch unzureichende Information einige >Leute sinnlos beschäftigt wurden. Kann man nicht gleich am Anfang >schreiben, was da eigentlich gemessen werden soll? Willkommen im richtigen Leben, Sven. Jeder hat das Recht sich dämlich anzustellen. Man selbst merkt dabei gar nicht, daß man sich dämlich anstellt. Das ist doch Teil des Problems. Oft ist das Problem schon gelöst, wenn man es richtig formulieren kann... Ich habe jedenfalls was gelernt. Daß es nämlich Photodioden gibt, mit denen man Femtosekunden-Lichtimpulse detektieren kann. Hätte ich nicht gedacht, daß die das können. Hätte gedacht, daß die viiieeell zu langsam sind... Kai Klaas
Kai Klaas schrieb: > Ich habe jedenfalls was gelernt. Daß es nämlich Photodioden gibt, mit > denen man Femtosekunden-Lichtimpulse detektieren kann. Hätte ich nicht > gedacht, daß die das können. Hätte gedacht, daß die viiieeell zu langsam > sind... Nicht weiter verwunderlich, wenn man die physikalischen Prozesse betrachtet. Durch das absorbierte Licht werden nunmal Elektronen über die Sperrschicht gehievt, egal wie kurz der Puls ist. Die Ladungen können aufgrund des Potentialgefälles (Betrieb in Sperrichtung) nicht wieder zurück, also muss es zu einem Signal kommen, solange nur ausreichend Elektronen die Sperrschicht überwunden haben. Die Eigenschaften der Diode bestimmen dann höchstens noch, über einen wie grossen Zeitraum das Signal anschliessend "verschmiert" wird. Der Punkt mit den "ausreichend Elektronen" ist der, auf dem meine Vermutung oben mit der weit höheren Peak-Leistung beruht... Andreas
Ist die Frage, wie linear das dann noch ist. Wenn durch den energiereichen Puls die Sperrschicht gesättigt wird, ist Ende im Gelände. Dann merkst Du zwar, dass da ein Puls ist, aber eine quantitative Aussage ist nicht mehr möglich.
Da gehört schon ziehmlich viel Energie zu, um eine Fotodiode zu sättigen. Elektronen-Loch-Paare werden ja nicht nur in der Sperrschicht erzeugt und gespeichert, sondern auf der ganzen Strecke wo das Licht absorbiert wird. Und wenn eine Schicht an der Oberfläche dann gesättigt sein sollte, geht das Licht halt etwas tiefer rein. So viel geringer wird der Quentenwirkungsgrad da auch noch nicht. Der deutlicher Abfall der Empfindlindlichkeit kommt ja normalerweise erst bei Wellenlängen die mehr als 10 µm ins Silizium eindringen. Wichtig für das Ansprechen der Fotodiode ist die Erzeugung von Elektronen-Loch-Paaren. Das trennen in der Sperrschicht geschieht erst später und ist dann auch für das ggf. etwas langsamere externe Signal verantwortlich.
Wenn ein Photon in die Fotodiode eindringt, werden am Wechselwirkungspunkt Elektron-Loch-Paare erzeugt. Passiert dies in einer an freien Ladungsträgern veramten Zone, bleiben die Paare erhalten und rekombinieren nicht sofort wieder. In der an freien Ladungsträgern verarmten Zone existiert üblicherweise, durch Anlegen einer Spannung von außen, auch ein elektrisches Feld, das die Elektronen und Löcher "sortiert" und sofort in unterschiedliche Richtung in Bewegung setzt. In dem gleichen Augenblick in dem sich die Elektronen und Löcher in Bewegung setzen, müßte gemäß des Ramos-Theorems aus den Anschlüssen ein Strom heraus bzw. hineinfließen. Der einzige Grund, warum die Anstiegszeit des Stroms endlich ist, müßte in der Eigeninduktivität der Fotodiode liegen. Oder anders ausgedrückt, wenn man bedenkt, daß das Signal auf einen 50R Widerstand und dann auf eine 50R Leitung geschickt wird, müßte die endliche Anstiegszeit des Stroms die Folge einer Fehlanpassung sein. Es wäre jetzt wirklich mal interessant zu wissen, wie hoch die optische Momentanleistung des Lasers ist, oder anders ausgedrückt, wie viele von den Elektron-Loch-Paaren letztlich zum Stromtransport beitragen. Können wikrlich mW während Femtosekunden detektiert werden, oder muß die Leistung wesentlich höher sein? Kai Klaas
Kai Klaas schrieb: > In der an freien Ladungsträgern verarmten Zone existiert üblicherweise, > durch Anlegen einer Spannung von außen, auch ein elektrisches Feld, das > die Elektronen und Löcher "sortiert" und sofort in unterschiedliche > Richtung in Bewegung setzt. In dem gleichen Augenblick in dem sich die > Elektronen und Löcher in Bewegung setzen, müßte gemäß des Ramos-Theorems > aus den Anschlüssen ein Strom heraus bzw. hineinfließen. Hier sind die Verzögerungen durch die Lichtgeschwindkeit dann nicht mehr irrelevant ;-) Mit Vakuumlichtgeschwindigkeit gerechnet (den Wert für Silizium habe ich gerade nicht zur Hand, aber ist ja in jedem Fall niedriger) braucht das Signal bei einer 1mm langen Diode mit Sperrschicht genau in der Mitte über 1,5 ps bis zum Ende der Diode, also schon 15 mal so lang wie der optische Impuls dauert. Wenn mich nicht alles täuscht, kann dann schon ganz ohne Induktivitäten etc. einzukalkulieren aufgrund der endlichen Ausdehnung der Sperrschicht (Laufzeitunterschiede) der elektrische Impuls im Optimalfall nicht kürzer als ungefähr im ganz unteren Picosekunden- oder oberen Femtosekunden-Bereich werden. Andreas
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