Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Verstärkerschaltung funktioniert nicht


von Jan T. (flummiii)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Hallo zusammen,

ich hoffe ihr könnt mir helfen. Ich möchte mit einer Photodiode und 
einem nachgeschalteten Transimpedanzverstärker 
Lichtintensitätsänderungen eines Lasers messen.
Ich habe die Schaltung so aufgebaut, wie im Bild zu sehen ist. Wenn ich 
das durchsimuliere funktioniert auch alles, aber wenn ich es in real 
teste, dann funktioniert die Schaltung nur, wenn ich die 
Versorgungsspannung weg nehme. Ohne Versorgungsspannung für den OPA 
bekomme ich einen Ausschlag von 300 mV am Oszi. Die 300 mV sind die 
Änderung zwischen keinem Licht und vollem Licht. Wenn ich die Spannung 
am Netzgerät langsam hochdrehe, dann bleibt der Ausschlag zwischen 
keinem Licht und vollem Licht immer gleich, bis ich 1,5 V erreicht hab. 
Dann tut sich garnix mehr. Die Schaltung reagiert dann garnicht mehr auf 
eine Lichtintensitätsänderung. Laut Datenblatt verträgt der OPA bis 18 
V.
Jetzt weiß ich ehrlich gesagt nicht, was da falsch läuft :(

Grüße flummi

: Verschoben durch Admin
von mhh (Gast)


Lesenswert?

Fehlt da nicht ein Widerständchen zwischen OPV Eingang und Photodiode?

von Jan T. (flummiii)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Hallo,
schnelle Antwort :)

Meinst du so?

von MaWin (Gast)


Lesenswert?

> habe die Schaltung so aufgebaut,

Was ist denn das für eine Murksschaltung ?

Photodiode im Spannungsbetrieb mit Bürdewiderstand
an einen Transimpedanzverstärker der den Strom vertärt ?

Da hast du wohl 2 durcheinandergebracht.

Schau dir den Photodiodenverstärker noch mal an,
Suchbild:

Beitrag "Auslegung Transimpedanzverstärker für PWM-Aufnehme mit Photodiode"

von Jan T. (flummiii)


Lesenswert?

Wieso Murks? Der OPV soll mir den Strom von der Photodiode in eine 
Spannung wandeln und verstärken... Der ganze linke Teil soll meine 
Photodiode darstellen. Was muss ich da verändern?

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


Lesenswert?

Jan T. schrieb:
> Wenn ich die Spannung
> am Netzgerät langsam hochdrehe, dann bleibt der Ausschlag zwischen
> keinem Licht und vollem Licht immer gleich, bis ich 1,5 V erreicht hab.
> Dann tut sich garnix mehr.

Und wie groß ist die Ausgangsspannung dann?

Hast du vielleicht den Opamp verkehrt herum (oder anderweitig falsch) an
die Versorgungsspannung angeschlossen?

von Jan T. (flummiii)


Lesenswert?

Also dass die Anschlüsse nicht stimmen oder dass die 
Versorgungsspannungen verpolt sind, kann ich fast 100 % ausschließen. 
Das haben neben mir schon paar Leute kontrolliert. Außerdem habe ich 2 
solcher Schaltungen aufgebaut, da ich schon befürchtet hab, dass der OPV 
kaputt ist.

Also wenn ich die Versorgungsspannung hochdrehe, dann steigt auch das 
Spannungssignal am Oszi. Nur dass die Schaltung eben nicht mehr auf 
Licht reagiert

von Michael (Gast)


Lesenswert?

Jan T. schrieb:
> Also wenn ich die Versorgungsspannung hochdrehe, dann steigt auch das
> Spannungssignal am Oszi.

Nimm erstmal R2 raus und guck, ob dann 0V am Ausgang rauskommen.

Wie groß ist der Photostrom, der bei eingeschaltetem Laser fließt?

von Jan T. (flummiii)


Lesenswert?

Der Photostrom liegt bei etwa 1 uA.

Ich hab das ganze ohne R2 getestet. Wenn ich die Photodiode absolut 
abdunkle, dann kommt ohne Versorgungsspannung des OPA 0V raus. Wenn ich 
die Spannung langsam hochdrehe, dann läuft mir der Ausschlag am Oszi 
nach unten weg. Die Photodiode reagiert aber noch auf Licht. Das geht so 
lange, bis ich die kritische Spannung erreicht hab. Dann springt mir 
mein Signal auf einen Schlag hoch und geht dann proportional mit der 
Versorgungsspannung nach oben. Dann reagiert aber nix mehr auf Licht.

von Dietrich L. (dietrichl)


Lesenswert?

Jan T. schrieb:
> Wenn ich die Spannung langsam hochdrehe,

Drehst Du auch beide Spannungen gleichzeitig hoch?

Gruß Dietrich

von Jan T. (flummiii)


Lesenswert?

Die gehen gleichzeitig hoch. Die hängen am gleichen Netzgerät

von Dietrich L. (dietrichl)


Lesenswert?

Jan T. schrieb:
> Die gehen gleichzeitig hoch. Die hängen am gleichen Netzgerät

Ehrlich? Ein Doppel-Netzgerät, dass mit einem Knopf beide Spannungen 
verstellt? Sowas habe ich noch nicht gesehen.

Falls Du aber nur eine Spannung hast, die zwischen Pin 4 und 7 
angeschlossen ist, dann geht das nicht. Du brauchst 2 getrennte 
Spannungen mit Bezug zum GND.

Gruß Dietrich

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


Lesenswert?

Dietrich L. schrieb:
> Ehrlich? Ein Doppel-Netzgerät, dass mit einem Knopf beide Spannungen
> verstellt? Sowas habe ich noch nicht gesehen.

Tracking-Modus? Das hat doch fast jedes.

von Jan T. (flummiii)


Lesenswert?

Also ich hab ein Netzgerät, das hat einen Plus Anschluss, einen GND und 
einen Minus Anschluss. Jetzt hab ich den negativen in Pin 4 und den 
positiven Anschluss in pin 7 rein. Alles was GND ist, läuft zusammen und 
geht dann in den GND Anschluss rein. Brauch ich jetzt 2 Netzgeräte?

von Jan T. (flummiii)


Lesenswert?

Kann das evtl. sein, dass ich den R5 falsch gewählt hab?

von Dietrich L. (dietrichl)


Lesenswert?

Yalu X. schrieb:
> Tracking-Modus? Das hat doch fast jedes.

Da waren die Geräte, mit denen ich bis jetzt in Kontakt gekommen bin, 
wohl zu alt. Aber man lernt nie aus...

von Michael (Gast)


Lesenswert?

Jan T. schrieb:
> Der Photostrom liegt bei etwa 1 uA.
Dann guck dir mal die Theorie zum Strom-Spannungswandler an. Wenn bei 
1µA eine Spannung von z.B. 1V am Ausgang herauskommen soll, muss der 
Gegenkopplungswiderstand R5 einen Wert von 1MΩ haben.

> Ich hab das ganze ohne R2 getestet. Wenn ich die Photodiode absolut
> abdunkle, dann kommt ohne Versorgungsspannung des OPA 0V raus.

Wenn R2 entfernt ist, hat die Photodiode keine Verbindung mehr zum OP 
und darf überhaupt keinen Einfluß auf den OP haben ;-)

von sabbernder Troll (Gast)


Lesenswert?

1uA Photostrom... etwas auf der mageren Seite. Wie hoch ist denn der 
Biasstrom des OpAmps ?
Um welche Art von Laser geht es denn, und welche Bandbreite soll 
gemessen werden ?

von Achim S. (Gast)


Lesenswert?

sabbernder Troll schrieb:
> Wie hoch ist denn der
> Biasstrom des OpAmps ?

der hat FET-Eingänge, der Biasstrom liegt sicher sehr weit unter 1µA.

@Jan: kannst du mal bitte mit einem halbwegs empfindlichen Multimeter 
nachmessen, welche Spannungen an allen Pins des OPV anliegen. Ich fände 
nur den Fall mit Versorgungsspannung interessant, das langsame 
Hochdrehen braucht es nicht. Ich würde an Pin 4 und 7 gerne sehen, ob 
die Versorgung ankommt, und an Pin 2 und 3, was mit der Gegenkopplung 
los ist. Pin 1 und 8 (Offsetabgleich) hast du ja wohl offen gelassen, 
oder?

von Ulrich (Gast)


Lesenswert?

Das langsame hochfahren der Versorgungsspannung bringt nur wenig. Unter 
etwa 5 V (bzw. +-2,5 V) für den OP kann man keine Funktion erwarten 
(interessiert also eher nicht), und darüber sollte es funktionieren.

Es reichen also die Werte bei z.B. +-5 V Versorgung, oder was sonst 
später geplant ist.

Der erste Test wäre ohne Fotodiode, also nur der OP mit Rückkopplung: da 
sollte 0 V (etwa +-5 mV oder was der OP als Offset erlaubt) raus kommen.

Mit Fotodiode, aber dunkel sollte es bei den 0 V bleiben, und der OP 
sollte nicht schwingen (sonst ist C6 zu klein).
Bei 1 µA Fotostrom sind dann halt etwa 2,5 mV an Spannungsunterschied zu 
erwarten.

Für einen Test wäre ein Modulierte LED (bevorzugt rot, damit man auch 
was sieht) als Lichtquelle hilfreich - da reicht es oft die einfach an 
einen Funktionsgenerator mit 50 Ohm Ausgang anzuschließen.

von Jan T. (flummiii)


Lesenswert?

Ich hab jetzt mal die Spannung an den Pins des OPV gemessen.

pin7 ->GND  =  +5,011V

pin3 ->GND  =  0V

pin4 ->GND  =  -5,016V

pin2 ->GND  =  zwischen 0,0mV und  +0,01 mv (genauer kann ich das nicht 
messen).

Zum Vergleich hab ich auch das Netzgerät vermessen:

U= -5,016V und +5,011V

Pin 1 und Pin 8 sind offen gelassen

von Achim S. (Gast)


Lesenswert?

danke für die Messungen

Jan T. schrieb:
> pin3 ->GND  =  0V
>
> pin2 ->GND  =  zwischen 0,0mV und  +0,01 mv (genauer kann ich das nicht
> messen).

Und der Ausgang gibt dabei eine konstante Spannung im Arbeitsbereich des 
OPV (Spannung an Pin 6)? Das sieht eigentlich so aus, als würde der OPV 
genau das tun, was er soll.

Bezieht sich die Aussage

Jan T. schrieb:
> Die Schaltung reagiert dann garnicht mehr auf
> eine Lichtintensitätsänderung.

nur auf den Laser, oder hast du es auch mal mit einer 
Taschenlampe/Abdecken der der Fotodiode versucht? Kann es sein, dass 
deine Fotodiode unemfindlich auf das Laserlicht ist (z.B. 
Tageslichtfilter oder Laser mit zu langer Wellenlänge). Ansonsten könnte 
ich mir auch noch vorstellen, dass deine Fotodiode (welcher Typ?) eine 
Linse hat, und der Fokus der Laser des Laserlichts fällt neben den 
Sensor statt auf ihn.

Zu guter letzt könnte ich mir auch noch vorstellen, dass die Fotodiode 
völlig gesättigt ist und deshalb nicht mehr auf Intensitätsschwankungen 
reagiert. Auch dazu wäre die Spannung an Pin 6 interessant, aber 
spätestens wenn du die Hand vor die Diode hältst dürfte sie nicht mehr 
gesättigt sein.

von Einfach (Gast)


Lesenswert?

Wenn gar nix hilft, einfach mal anfangen Bauteile zu drehen :)
Fang mit der Photodiode an: Für eine lineare Funktion die
Photodiode anders ´rum rein

von Achim S. (Gast)


Lesenswert?

Einfach schrieb:
> Für eine lineare Funktion die
> Photodiode anders ´rum rein


Wenn sie wirklich zwischen Masse und virtueller Masse hängt, sollte ihr 
die Orientierung egal sein ;-)

Aber die Fotodiode mal ganz rausnehmen (wie vorher schon von Ulrich 
vorgeschlagen) und die Reaktion der Ausgangsspannung betrachten, wäre 
schon interessant.

von Christian S. (christianstr)


Lesenswert?

Der OPA657 ist ausdrücklich als Transimpedanzverstärker empfohlen. 
Vielleicht solltest du den nehmen. Soweit ich weiss sind nicht alle 
OpAmps als Transimpedanzverstärker geeignet bzw. mit V=1 instabil.
Beim OPA657 ist im Datenblatt auch gleich eine Beschaltung mit der 
Auslegung des Kondensators in der Rückkopplung vorgegeben, damit der bei 
V=1 stabil ist.

Gruß Christian

von Werner (Gast)


Lesenswert?

Christian Str schrieb:
> Der OPA657 ist ausdrücklich als Transimpedanzverstärker empfohlen.

Der ist wohl etwas übertrieben, oder soll der Laser per Modulation 
breitbandige Signale übertragen?

Die Bandbreite ist bisher noch gar nicht spezifiziert. Und wenn die ein 
Thema wird, würde man sicher erstmal bei der Sperrschichtkapazität der 
Photodiode ansetzen.

Erstmal müssen die Grundprobleme gelöst werden.

von Jan T. (flummiii)


Lesenswert?

Vielen Dank für die vielen Antworten.

Den OPA 657 hab ihc auch da und ich hab ihn auch getestet. Der wird 
immer bei APD Schaltungen gerne benutzt.

Mein Problem liegt glaub ihc daran, dass ich einen zu geringen Strom 
bekomme. Ich bin bei etwa 1 uA. Unter Last (OPV) kommt da anscheinend 
nix an. Ich werd jetzt einen impedanzwandler vorschalten, um ein 
Spannungssignal zu bekommen, das lastunabhängig ist. Danach kann ich das 
ja beliebig verstärken. Dann bleibt nur noch das Problem, dass ich eine 
Grenzfrequenz von mindestens 5 Mhz benötige. Wenn ich aber den 
Widerstand R5 beliebig hoch mach, dann bin ihc nur noch bei einigen Khz.

Wenn ich einen seeehr schnellen OPV benutze, dann beginnt der wie wild 
zu schwingen, auch wenn ich ein konstantes Licht auf die Photodiode 
gebe. Dies lässt sich durch den Kondensator C6 irgendwie nicht beheben.

von amateur (Gast)


Lesenswert?

Hast Du mal versucht, "Deinen" Strom einzuspeisen?
Die Diode beiseite legen und mit irgendeiner bekannten Spannung und 
bekanntem Widerstand (frag' Simon Ohm) den Eingangsstrom simulieren.
1µA erscheint mir allerdings recht hoch gegriffen.

von dolf (Gast)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

hier ne schaltung mit transis.
war für nen laserlink o.ä.
soll bis 20 mhz funktionieren.
mfg

von Werner (Gast)


Lesenswert?

Jan T. schrieb:
> Brauch ich jetzt 2 Netzgeräte?
Ja. Der GND hat keinen bezug zu dem + und - Pol. Das ist einfach nur 
Erde.

von Jan T. (flummiii)


Lesenswert?

Die Schaltung sieht gut aus, aber ich hab nur eine Intensitätsänderung 
von 100nW, im Bereich von 300nW- 600 nW. Damit hätte ich im Extremfall 
nur eine Spannungsänderung von 2mV. Ich weiß nicht, ob das größer ist, 
als das was ich an Rauschen hab. Weiß jemand, wie die Größenordnung des 
Rauschens ist, bzw. wie ich die Schaltung sensibler mache?

von MessBar (Gast)


Lesenswert?

höheren Feedback Widerstand.

von Jan T. (flummiii)


Lesenswert?

Welcher ist denn das? Ich nehme an, dass die Geschwindigkeit sinkt, wenn 
ich den Widerstand erhöhe. Ist ja aber nicht weiter schlimm, wenn ich 
nur 5 Mhz brauch. Muss ich auch die Kondensatorwerte anpassen, wenn ich 
den Feedbackwiderstand erhöhe?

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.