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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Kennt jemand spezielle Trans-Impedanzverstärker?


Autor: Holger (Gast)
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Liebe Elektronik-Gemeinde!


Ich arbeite mit der Foto-Diode G8370-81 und möchte ankommende
Licht-Signale verstärken und mittels NI-Analogkarte einlesen.
Die Verstärkerschaltung soll Frequenzen bis zu 200kHz ohne Probleme 
verstärken. Die ankommenden Signale auf der Foto-Diode sind relativ
schwach.
Ich möchte in diesem Fall einen Trans-Impedanzverstärker verwenden.
Soweit ich gehört habe gibt es hierfür fertige, spezielle Bausteine.

Zur Zeit habe ich einen Tranz-Impedanzverstärker mit einem LM6132-OPV 
aufgebaut. Der Verstärkungswiderstand R ist auf 500kOhm dimensioniert.
Beitrag "Fotodiode Transimpedanzverstärker"

Leider sind im verstärkten Signal die Störsignale schon relativ stark
vertreten. Ich denke mal, dass es Verstärker geben muss,
die Störeinflüsse besser filtern können oder wäre es besser,
ich verwende statt eines LM6132 den LM358?

Vielen Dank im Voraus.


Schöne Grüße

Holger

: Verschoben durch Moderator
Autor: Joachim K. (minifloat)
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Hallo Holger,

gehts dir um ein Digitalsignal von z.B. einer Fernbedienung?
Oder tatsächlich um ein analoges Signal(welcher Natur auch immer).
Gib uns bitte genauere Angaben dazu.

Welcher Natur sind die Störsignale auf dem OPV-Ausgang? Ist der OPV wie 
auch die Diode an einer gut gesiebten und gefilterten 
Spannungsversorgung abgeschlossen? Brummschleifen zwischen Opamp und 
NI-Karteneingang möglich?

Kannst du ein Oszilloskop-Screenshot posten, dass man ungefähr sehen 
kann, wie verrauscht oder sonstwie kaputt dein Signal ist?

Arbeitest du unter Kunstlicht, also Leuchtstofflampen? Die bringen dir 
einen wunderbaren 100Hz-Brummer in dein Signal rein.

minifloat

Autor: Holger (Gast)
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Hallo!


Also, es handelt sich um ein analoges Signal. Eine IR-Led leuchtet auf 
ein Material und anhand der rückgewonnen Intensität soll man später 
zwischen zwei verschiedenen Oberflächen unterscheiden können.

Ich habe etwas herumexperimentiert, mit dem Verstärkerwiderstand. Zum 
Schluss bin ich bei ca. 5MOhm gelandet. In diesem Bereich war das Signal 
schon recht gut zu erkennen.
Aber es hat sich ein 50hz-Brummen miteingeschmuggelt. Die Lampen habe 
ich alle abgeschaltet, um zu verhindern, dass die Störung vom Licht 
kommt.

Gut gesiebte Spannung ist übertrieben. Der Aufbau ist auf einer 
Lochrasterplatine aufgebracht und wird von einem gewöhnlichen 
Labornetzteil versorgt.

Die Frage ist jetzt, ob ich mit speziellen Trans-Impedanz-IC das Brummen 
wegbekomme.?. - Oder habt ihr noch ander Tipps, wie z.B. besserer 
Messaufbau usw.


Schöne Grüße

Holger

Autor: Hansilein (Gast)
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Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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@Holger:

Hast du in der Threadliste oben rechts mal den Begriff 
Transimpedanzverstärker eingegeben? Da kommen schon eine ganze Menge 
Beiträge dazu.

Autor: Joachim K. (minifloat)
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Du brauchst eigentlich ein Filter.

Habe ich das recht verstanden: ein Material mit großer und eines mit 
kleiner "Reflektivität". Dann hast du ja quasi statische Signale. Wie 
schnell muss denn deine Erkennung gehen? Wenns auf eine halbe Sekunde 
nicht ankommt, dann einfach mit einem RC-Tiefpass glätten am Ausgang 
deines Opamps.

Noch eine andere Idee: Wenn du das Sendesignal mit einer festen Frequenz 
modulierst, dann könntest du es nachher beim "Empfänger" besser aus dem 
restlichen Signalwust herausfiltern. Dazu bieten sich dann natürlich ICs 
an, die für Fernbedienungen konzipiert wurden. Die arbeiten meist mit 
irgendwas um die 40kHz. Allerdings wäre dein Konstrukt dann nicht 
Fernbedienungs-resistent.

Dazu taugt deine Empfängerschaltung dann auch schon, wenn du noch ein 
paar Opamps und einen NE555 über hast, mach doch einen Hochpass und 
einen Tiefpass. Dann ungefähr so das ganze:
NE555->IR-LED->übertragungsstrecke->IR-Fotodiode->Transimpedanzverstärke 
r->Hochpass->Tiefpass->Gleichrichten  und ein bisschen 
glätten->Komparator

Hochpass und Tiefpass ergeben zusammen einen Bandpass, der dir 
idealerweise "nur" die Sendefrequenz des NE555 durchlässt.

minifloat

Autor: karadur (Gast)
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@Holger

wie passt das mit deinen 200kHz zusammen?

Autor: Joachim K. (minifloat)
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@karadur: Die 200k habe ich dummerweise überlesen, nachdem Holger
gemeint hat, er will "anhand der rückgewonnen Intensität [...] später
zwischen zwei verschiedenen Oberflächen unterscheiden können."
Das klingt für mich wie "mal was in den Strahlengang halten"

Vielleicht ist der Sender schon moduliert, deswegen die 200kHz?
Oder die Faustformel, dass man mindestens 5-fache Bandbreite braucht, um
ein Rechtecksignal noch als solches zu erkennen?
(Glaskugel leider kaputt)

minifloat

Autor: Hansilein (Gast)
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Vielleicht ist es auch eine art lock-in-Messung, dann bräuchte man 
vielleicht einen Bandpass?

Autor: Eddy Current (chrisi)
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Ich täte den Rückkopplungswiderstand des Transimpedanzverstärkers mal 
durch einen Parallelschwingkreis ersetzen. Resonanzfrequenz @ 200kHz. 
Eine zweite Stufe macht dann die restliche Spannungsverstärkung. Und 
schirme Deinen Aufbau ab! Sonst brauchst Du Dich über Brummen nicht 
wundern. Hinweis: Eine optische Störung durch Lampen erzeugt 
100Hz-Brummen, elektrische/magnetische Störungen 50Hz.

Autor: Holger (Gast)
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Habt vielen Dank für eure vielen Hinweise und Bemühungen. Ich werde 
einige
Anregungen davon aufgreifen und euch berichten.

Die Materialien, welche verglichen werden sind relativ ähnlich und sie 
werden später 50cm - 1m von der IR-Led entfernt sein.
Das Ganze soll über Reflexion gemessen werden.

Es ist auch nicht eine Led, sondern es werden später 3. Jede einzelne 
besitzt eine etwas andere Wellenlänge. Durch entsprechende Auswertungen 
ist es danach möglich, die Ähnlichkeiten besser zu unterscheiden.

Es soll nur ein Detektor (IR-Fotodiode) verwendet werden, was bedeutet, 
dass jede IR-Led zu einem anderen Zeitpunkt angesteuert wird, später mit 
einem µC.
Zudem sollen die IR-Leds mit möglichst viel Leistung angesteuert werden, 
damit sich die Leuchtstärke entsprechend erhöht.
100µs soll eine Led leuchten, danach ist wieder für 10ms Ruhe.

Sind in diesem Fall 200khz Bandbreite für den Verstärker ausreichend 
oder sollten wir noch höher gehen?


Schöne Grüße

Holger

Autor: _Gast-XIV (Gast)
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Holger schrieb:
> Die Materialien, welche verglichen werden sind relativ ähnlich und sie
> werden später 50cm - 1m von der IR-Led entfernt sein.
> Das Ganze soll über Reflexion gemessen werden.

Was ist mit Fremdlicht?


>
> Es ist auch nicht eine Led, sondern es werden später 3. Jede einzelne
> besitzt eine etwas andere Wellenlänge. Durch entsprechende Auswertungen
> ist es danach möglich, die Ähnlichkeiten besser zu unterscheiden.
>
> Es soll nur ein Detektor (IR-Fotodiode) verwendet werden, was bedeutet,
> dass jede IR-Led zu einem anderen Zeitpunkt angesteuert wird, später mit
> einem µC.

> Zudem sollen die IR-Leds mit möglichst viel Leistung angesteuert werden,
> damit sich die Leuchtstärke entsprechend erhöht.
> 100µs soll eine Led leuchten, danach ist wieder für 10ms Ruhe.
>

Was zur Folge haben kann das du deine Fotodiode einfach übersteuerst.


> Sind in diesem Fall 200khz Bandbreite für den Verstärker ausreichend
> oder sollten wir noch höher gehen?

Vor dieser Frage ist zu klären ob die el. Ladung auf der Fotodiode für 
den nächsten "Shot" schnell genug ausgeräumt werden kann.

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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@Holger:

Elektronik mal außen vor: Was mir rein zum Licht einfällt, wären noch 
Polarisationsfilter...

Autor: ulrich (Gast)
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Für 100 µs Pulse bräuchte man eine Bandbreite von rund 20-50 kHz. Auch 
das ist für einen empfindlichen Transimpedanzverstärker nicht ganz 
einfach. Wenn man das mit einem Operationsverstärker selbst aufbaut, muß 
der Verstärker schon deutlich mehr Bandbreite haben, mehr so in der 
Größenordnung 10 MHz und drüber.

Um die Kapazität der Fotodiode zu reduzieren sollte man sie in 
Sperrichtung betreiben.

Eine Sättigung der Fotodiode ist nicht zu erwarten, eine Sättigung beim 
Transimpedanzverstärker ist aber leicht möglich, auch durch 
Hintergrundlicht.

Die 50 Hz und ggf. 100 Hz Störungen wird man schon mit einem Hochpaß 
loß, denn der Frequenzbereich unter etwa 2 kHz interessiert nicht mehr.

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