Lichtmessung LM358

[Janos Kutscherauer (Gast)]

Hallo,
ich möchte den Strom einer Fotodiode mithilfe eines LM358 
Operationsverstärkers verstärken und die Ausgangsspannung am 
Microcontroller messen.
Die beigefügte Schaltung funktioniert sehr gut, hat aber 
Design-/Schönheitsfehler:

Da ich mit dem MSP430 arbeite, verwende ich 3V3 als Versorgungsspannung. 
Wenn ich den LM358 mit 3V3 betreibe, ist die resultierende 
Ausgangsspannung V_out bei maximaler Helligkeit (an der Fotodiode D1) 
2,048V.
(Wenn ich den LM358 mit 5V betreibe, ist die maximale Ausgangsspannung 
V_out bei ca. 3,7V).

Der A/D-Wandler des MSP hat einen internen Referenzspannungsgenerator, 
welcher 1,5V und 2,5V liefert. Zur Verbesserung der Auflösung am 
A/D-Wandler wäre es doch dann bestimmt ganz praktisch, wenn die maximale 
Ausgansspannung ebenso bei 2,5V (bzw. 1,5V) läge.

Wie könnte ich vorgehen, um die Auflösung am A/D-Wandler zu maximieren - 
was macht Sinn?
1. Die Versorgungsspannung ermitteln, mit der V_out maximal 2V5 beträgt 
(vermutlich ca. 3,8V), und den LM358 mit dieser Spannung betreiben. Gibt 
es für den LM358 einen Zusammenhang zwischen Versorgungsspannung und 
maximaler Ausgangsspannung, oder speziell in meiner Schaltung? Im 
Datenblatt kann ich einen solchen leider nicht finden...
2. Dem A/D-Wandler eine Referenzspannung von >=2,048V liefern und den 
LM358 mit 3V3 betreiben.

Ich würde mich sehr über eure Ratschläge freuen!
Viele Grüße
Janosch

[Jonas F. (wuschelkuchen)]

Du könntest einen Spannungsteiler nachschalten (oder die Verstärkung 
anpassen) und dann die 1,5V-Referenz verwenden.

[karadur (Gast)]

Hallo

wenn die Spannung von der Versorgung abhängt bist du ausserhalb der 
Specs des OPs und der Zusammenhang zwischen Lichtintensität und 
Ausgangsspannung ist nicht linear.

[Janos K. (noshky)]

Danke für eure Hilfe!

Jonas R. schrieb:
> Du könntest einen Spannungsteiler nachschalten (oder die Verstärkung
> anpassen) und dann die 1,5V-Referenz verwenden.

Ja das hört sich gut an. "Die Verstärkung anpassen": Das geht wohl über 
den Widerstand R3? Ich verwende bisher die Fotodiode "BP 104 F" von 
Reichelt. In deren Datenblatt ist der Kurzschlussstrom mit I_sc=17uA 
angegeben (außerdem ein Fotostrom von I_p=34uA).
Die Ausgangsspannung berechnet sich nach V_out=-I_sc*R3 (richtig?). Dann 
hätte ich R3=147kOhm für V_out=2,5V bzw. R3=88kOhm für V_out=1,5V. Macht 
das Sinn?
(Ich bin ein bisschen verunsichert, da mit R3=1MOhm und I_sc=17uA die 
Ausgangsspannung V_out=17V betragen müsste. (kommt mir aber komisch vor, 
bei einer Eingangsspannung von nur 3,3V!)).


karadur schrieb:
> wenn die Spannung von der Versorgung abhängt bist du ausserhalb der
> Specs des OPs und der Zusammenhang zwischen Lichtintensität und
> Ausgangsspannung ist nicht linear.
Das hört sich nicht so gut an! ;).
Wie gelange ich back to the specs? Ist an der Schaltung was faul?


Wenn ich als R3 zu 150kOhm oder 100kOhm verwende, ändert sich scheinbar 
nur die Sensitivität - am Maximum von 2,0xxV bzw. 3,7xxV bei 3,3V bzw. 
5V Versorgungsspannung ändert sich leider nichts...

[Christoph db1uq K. (christoph_kessler)]

Im Datenblatt ( einfach LM358 anklicken) steht auf Seite 4: Output 
Voltage Swing für V+ = +30V typ 28V, also 2 V unter der 
Versorgungsspannung. Nach unten sind es nur ein paar Millivolt. Bei 3,3V 
sind 2,0 V daher normal, das ist die Begrenzung. Dagegen hilft nur ein 
rail-to-rail OP z.B. TS912

[Jonas F. (wuschelkuchen)]

Du kannst die Verstärkung recht einfach über die Widerstände 
(normalerweise nimmt man 2) anpassen.

Hier ist das gut erklärt: 
http://www.mikrocontroller.net/articles/Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen#Verst.C3.A4rkergrundschaltungen

grüssse
w.

[MaWin (Gast)]

> ich möchte den Strom einer Fotodiode mithilfe eines LM358
> Operationsverstärkers verstärken

Warum ?

Du gehst auch nicht in Sandalen auf den Grossglockner.

Der LM358 ist vor allem eins: Billig, spottbillig.
Das ist vor allem in einer Situation wichtig:
Wo es um sehr hohe Stückzahlen geht und jeder cent zählt.

Da machen sich dann kluge Leute tagelang Gedanken,
wie man doch in Sandalen auf den Grossglockner kommt.

Für dich ist der LM358 die falsche Wahl.
Er ist so billig weil er so schlecht ist.
Er hat einen viel zu hohen Eingangsfehlerstrom,
als daß der geringe Photostrom davon unbeeinflusst
bleibt, und er ist bei 3.3V eher schlecht am Ausgang.

Kauf dir einfach einen besseren OpAmp, die sind nicht
mal so viel teurer. AD824 oder LMC6482 oder gar LMP7712.
Ja, es gibt auch andere OpAmps als immer nur den LM358.

[Janos K. (noshky)]

Vielen Dank für eure Antworten!

Den LM358 habe ich mir nur als Einstiegspunkt (mein erster OpAmp) geben 
lassen. Auf den Großglockner will ich mit meiner Anwendung zwar gar 
nicht - ich werd mich aber unverzüglich um einen besseren bemühen! ;)

Vielen Dank für eure Hilfe!
Grüße
Jansch