Moin, ich hoffe, dass mir hier geholfen werden kann und zwar geht es um Folgendes: Wie ihr wisst liefern Photodioden sehr kleine Ströme - und diese sind linear zur Beleuchtungsstärke. Um diesen Photostrom besser messbar zu machen, verstärkt man ihn - und das i.d.R. mit einem Transimpedanzverstärker. Jetzt wandeln wir diesen kleinen Strom in eine proportionale Spannung um nach Uaus = - Iph * Zf , wobei Zf die Impedanz im Rückkopplungszeig ist und Iph der Photostrom. Soweit so gut - nun ist aber die Frage, wo die Kriterien bei der Wahl des Opamp liegen.. Ich würde gerne einen Opamp haben, der Eingangssignale bis zu 1000 MHz verarbeitet, sprich sollte eine sehr große Slew Rate besitzen und zudem ein Unity Gain bis fu = 1000 MHz. Problem ist dort die Stabilität, weil im µW-Bereich Leitungslängen un Kapas schon mehr Bedeutung haben als im kHz Bereich.. Was ja typisch ist für ein TIA ist, dass er eine niedrige Eingangs- und Ausgangsimpedanz besitzt, demnach sollte sich auch der OPV dazu eignen. Die Schaltungsidee kann ich im Folgenden noch schildern.. Da es sich um einen Photodiodenverstärker handelt spielt Rauschen auch eine Rolle. Ich weiß, könnte jeder seinen Wunsch OPV bauen, würden es hier deutlich weniger Beiträge geben.. Also meine Frage dahin gehend .. hat jemand vielleicht einen sehr breitbandigen und schnellen OPV parat? Ich meine, ich hab mich schon wochenlang mit der Suche nach einem geeigneten Opamp beschäftigt .. und mit der Zeit finde ich aber immer die selben .. hmmpf ich hoffe auf Hilfe und Interesse ..
>Ich würde gerne einen Opamp haben, der Eingangssignale bis zu 1000 MHz >verarbeitet, sprich sollte eine sehr große Slew Rate besitzen und zudem >ein Unity Gain bis fu = 1000 MHz. Wenn du Eingangssignale bis 1GHz messen willst, braucht dein OPamp natürlich einen höhere "unity gain bandwidth" als 1GHz, sonst hast du ja gar keine Verstärkungsreserve zum Ausregeln. TI und AD haben sehr schnelle OPamp in ihrem Programm. Nimm einen OPamp, dessen Datenblatt ausdrücklich die Eignung als TIA ausweist.
hey jo Kai sry ich meinte natürlich größer als 1 GHz aber .. jaa es gibt wirklich sehr schnelle NUR die wirklich schnellen mit der großen Bandbreite sind ADC Driver bzw. RF/IF DIfferential .. diese besitzen oftmals einen hochohmigen Input, was aber nicht wünschenswert wäre. Ich hatte mir schon einige ausgeschaut .. könnte man generell sagen, egal für welche Richtung der Opamp ausgelegt ist.. man kann ihn (oftmals) zu seinen Wünschen umkonfigurieren? so ein ADC Driver der hat ja auch deutlich mehr Anschlüsse also son Normalo OPV ... wärs auch möglich den hochohmigen Eingang mit nem Impedanzwandler niederohmig zu machen (wegen dem kleinen Photostrom)?
>wärs auch möglich den hochohmigen Eingang mit nem Impedanzwandler >niederohmig zu machen (wegen dem kleinen Photostrom)? Hhm, also der TIA erzeugt ja am "-" Eingang eine virtuelle Masse. Niederohmiger geht es eigentlich nicht...
Du weißt hoffentlich, daß das Rauschen mit der Bandbreite ansteigt, ja? Wenn's schnell sein soll, dann AD8000. Aber dann sind auch ausreichende Pegel von der Fotodiode nötig. (Milchmädchenrechnung über'n idealen Rauschflur: -174 dBm bei 1 Hz Bandbreite, macht bei 1 GHz also -84 dBm, unter die du nicht kommen kannst, zuzüglich Rauschen des OpV..) Ansonsten tut es ein ordentlicher OpV mit Fet-Eingängen auch noch bei geringsten Fotoströmen. W.S.
Wenn man wirklich GHz Bandbreite braucht, sollte man überlegen die Fotodiode durch einen Photomultipier oder eine Lawinen-Diode zu ersetzen. Für einen schnellen TIA mit einem OP hat der TIA nachher oft eine deutlich geringere Bandbreite als der OP.
Hallo W.S. - jaa das ist mir bekannt - nicht umsonst würden ja die Hersteller die Angabe der Rauschdichte, also pro Wurzel Hertz, machen. Der AD8000 ist mir schon vertraut - hat auch ne slew rate von 4100 V/µs - es gibt noch schnellere, die ich mir ausgeschaut habe - das sind aber alles ADC driver oder differential RF/IF verstärker, die keinen niederohmigen Eingang besitzen :/ - ich brauch ja aufgrund der kleinen Fotoströme einen niederohmigen.. hmm also der Diodentyp ist festgelegt - nur eine PIN, die ich mit einer Lichtleistung von 0 dBm bestrahle.. @ Ulrich: ja gerade deswegen suche ich ja einen breitbandigen OPV der mehr als ein GHz hat UND möglichst auch Spice mods zur verfügung stehen, um das ganze mal zu simulieren. AD un TI z.b. bieten ja mods an - aprospos simulieren .. kennt sich hier jemand gut mit P/LT Spice aus?
>ich brauch ja aufgrund der kleinen Fotoströme einen niederohmigen.
Kannst du mal erläutern, was du damit meinst? Irgendwie ergibt das
keinen Sinn.
@ Thommy (Gast) >Ich würde gerne einen Opamp haben, der Eingangssignale bis zu 1000 MHz Jaja, das wollen sie alle. >ein Unity Gain bis fu = 1000 MHz. Problem ist dort die Stabilität, weil >im µW-Bereich Leitungslängen un Kapas schon mehr Bedeutung haben als im >kHz Bereich.. 1GHz hat noch nicht viel mit Mikrowellen zu tun, wenn gleich das nicht mehr Bastlerniveau ist. >Was ja typisch ist für ein TIA ist, dass er eine niedrige Eingangs- und >Ausgangsimpedanz besitzt, demnach sollte sich auch der OPV dazu eignen. Die niedrige Eingangsimpedanz kommt aber von der Schaltung, nicht vom OPV direkt. >Also meine Frage dahin gehend .. hat jemand vielleicht einen sehr >breitbandigen und schnellen OPV parat? Vielleicht, aber was nützt der dir? Welche Erfahrungen hast du mit derartigen Schaltungen? Ich fürchte, Wunsch und Wirklichkeit driften bei dir eher auseinander. >Ich meine, ich hab mich schon wochenlang mit der Suche nach einem >geeigneten Opamp beschäftigt .. Dann hast du was falsch gemacht.
Thommy schrieb: > Ich würde gerne einen Opamp haben, der Eingangssignale bis zu 1000 MHz > verarbeitet, sprich sollte eine sehr große Slew Rate besitzen und zudem > ein Unity Gain bis fu = 1000 MHz. Problem ist dort die Stabilität, weil > im µW-Bereich Leitungslängen un Kapas schon mehr Bedeutung haben als im > kHz Bereich.. > ..... > > Also meine Frage dahin gehend .. hat jemand vielleicht einen sehr > breitbandigen und schnellen OPV parat? Hier der Link auf eine Präsentation von National Semiconductor "Photodiode Amplifiers", auf S. 36 gibt es eine Tabelle mit OPVs mit GBWP bis 500 Mhz. Zu langsam für 1000 MHz aber vielleicht hilft die Doku beim Verstehen dass evtl. nicht alle Anforderungen von einem OPV erfüllt werden können. http://ecee.colorado.edu/~ecen4827/hw/hw1/PhotodiodeAmplifers.pdf
Wenn man nicht gleichzeitig zu den sehr hohen Frequenzen auch noch die sehr niedrigen Frequenzen braucht, sollte man sich auch mal andere Schaltungen als die mit einem OP anschauen. Transistoren bzw. JFETs mit einer Transitfrequenz deutlich über 1 GHz sind weit einfacher zu bekommen, und von den Daten teils besser als die schnellen OPs. Als Bauteil sollte man dabei auch Induktivitäten in Betracht ziehen.
Ich schließe mich Ulrich an und liefere mal ein wenig Literatur, in denen Schaltungstopologien zu sehen sind: http://www.google.de/url?sa=t&rct=j&q=reaching%20the%20shot%20noise%20limit%20for%20%2410&source=web&cd=2&sqi=2&ved=0CFAQFjAB&url=http%3A%2F%2Fwww.electrooptical.net%2Fwww%2Fcanceller%2Fshotnoise_opn.pdf&ei=0IW6T-WaI8zLswaJu_TmBw&usg=AFQjCNEfidMPiyf1hd6FCPOTFfb6c1_q5A&cad=rja http://www.google.de/url?sa=t&rct=j&q=photodiode%20front%20ends%20the%20real%20story&source=web&cd=1&sqi=2&ved=0CF8QFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.electrooptical.net%2Fwww%2Ffrontends%2Ffrontends.pdf&ei=K4a6T42EGcbptQaAqNSQCA&usg=AFQjCNHtpDhJL-qJ_yoZ6ZljYxtSuQ8FRQ&cad=rja Einfach mal zum Reinschauen. branadic
Ein JFET allein macht noch keinen Transimpadanzverstärker, schon gar keinen guten. Ja, man kann den diskret aufbauen und ggf. bessere Ergebnisse als mit einem High-Speed OPV erzielen. Das ist aber was für Könner, nicht Woller . . .
moin moin erstmal danke für eure statements und verlinkungen - Falk du hast ja recht - die realität schaut so gut wie immer anders aus als die theorie - im studium bekommt man sowas nicht so ganz mit, dafür jetzt umso mehr - also ich bin noch student un habe nur in der hinsicht praktische erfahrungen das ich laborversuche neben den vorlesungen gemacht hab. ich erinnere mich an das 5. semester als es hieß einen sigma delta DAC zu entwerfen - nur des war das einzige in der hinsicht. Daher bin ich auch für jede hilfe bzw. gedankenstütze dankbar. um zurück zur eigendlichen sache zu kommen: also inwieweit man dem wunsch gerecht werden kann, sieht man doch erst wenn man simuliert, das ganze aufbaut und misst. ich möchte das ganze aber verstehen .. hmm.. habe ich das richtig verstanden? -> - der widerstand (transimpedanz) im rückkopplungszweig gibt das maß der verstärkung des TIA an nach |u| = Z*|i|. -> bsp. eine photodiode liefert zu einem zeitpunkt t1 bei einer bestimmten bestrahlunsleistung Popt 100µA - Z=10k folgt u(t1) = 1V, die dann über Z abfallen würden -> auf welchem potenzial liegt den dann der ausgang des OPV? -1V? -vorraussetzung ist, dass der rückführungsknoten auf den invertierenden eingang auf (virtuell) masse liegt. - der eingang des OPV sollte seeeehr groß sein damit der strom den weg über den feedback widerstand "wählt".
Thommy schrieb: > > -> bsp. eine photodiode liefert zu einem zeitpunkt t1 bei einer > bestimmten bestrahlunsleistung Popt 100µA - Z=10k folgt u(t1) = 1V, die > dann über Z abfallen würden > > -> auf welchem potenzial liegt den dann der ausgang des OPV? -1V? Nein, nein. Der Witz eines TIA (TIV) ist es ja, das Potential an der Photodiode möglichst konstant zu halten - bspw. das Kathodenpotential der FD auf (virtueller) Masse zu halten. Das verringert den Einfluß der FD-Kapazität auf die TIA-Bandbreite. Der Photostrom fließt über den Rückkopplungswiderstand und erzeugt (bei deinen Angaben) eine OpAmp-Ausgangsspannung von +1V (liegt die FD-Anode an IN+, sind es halt -1V). > - der eingang des OPV sollte seeeehr groß sein damit der strom den weg > über den feedback widerstand "wählt". Das ist ziemlich nebensächlich. Außer die Ausgangsoffsetspannung (V_OFF,Out = I_Bias,OPV * R_Feedback) ist dir wichtig (das ist bspw. bei DVD-Pickup-Chips wichtig, kaum aber bei Faser-Empfängern).
@ Thommy (Gast) >Daher bin ich auch für jede hilfe bzw. gedankenstütze dankbar. Fang kleiner an. Bau mal was mit 1 MHz, das reicht für den Anfang. >ich möchte das ganze aber verstehen .. Löblich. >- der widerstand (transimpedanz) im rückkopplungszweig gibt das maß der >verstärkung des TIA an nach |u| = Z*|i|. Ja. >-> bsp. eine photodiode liefert zu einem zeitpunkt t1 bei einer >bestimmten bestrahlunsleistung Popt 100µA - Z=10k folgt u(t1) = 1V, die >dann über Z abfallen würden ja. > -> auf welchem potenzial liegt den dann der ausgang des OPV? -1V? Je nach Schaltungsaufbau auf 1V oder -1V. >-vorraussetzung ist, dass der rückführungsknoten auf den invertierenden >eingang auf (virtuell) masse liegt. Ja. > - der eingang des OPV sollte seeeehr groß sein damit der strom den weg >über den feedback widerstand "wählt". Der Eingang weniger, eher der Eingangswiderstand.
>hmm.. habe ich das richtig verstanden? -> Ja, schon, aber der Teufel steckt im Detail. Wie schwierig die Materie ist, siehst du an diesem Beispiel, in der es eigentlich nur um eine DC-Anwendung geht: Beitrag "OPA627 und TL071, und irgendwo ist der Wurm drin" Und der dort verwendete TL071 ist rund 1000mal langsamer, als womit du arbeiten willst... Hier wurde übrigens mal eine Schaltung mit dem OPA847 besprochen: Beitrag "OPA890 vs. OPA847 als Tranzimpedanzverstärker"
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