Hallo, ich würde gerne die Photodiode eines SPO2 Sensors mit einem ADC auslesen, dazu habe ich mir einen TIA mit einem LM358P gebaut, leider reicht der Diodenstrom gerade im unteren Bereich nicht immer um die 2mV Input Offset zu erreichen.. Es liegen dann 0V am Ausgang an :(. Ich sehe auch auf dem Scope, dass das Signal relativ stark rauscht (Rauschen ist ca 10% des angestrebten Messbereiches), da weiß ich nicht ob das von der Diode oder von dem 1 MOhm Feedback und dem OpAmp kommt, es ist auch nicht so schlimm, da ich später über längere Zeit mitteln kann und somit das Rauschen gut rausgefiltert bekomme. Ich brauche eh keine all zu hohe Abtastfrequenz (100Hz reichen locker). Mit dem Gain würde ich sogar lieber noch etwas raufgehen > 1MOhm Feedback. Macht es da eher Sinn einen zweiten OpAmp dahinter zu schalten oder einfach den Feedbackwiderstand noch hochohmiger zu machen? Oder schenkt sich das ganze nicht, da ich mit nem 2. OpAmp nur das Rauschen des Ersten verstärke? Gibt es einen OpAmp mit Input Offset im nV Bereich der sich für eine TIA Schaltung eignet und jezt nicht gerade in einem minikleinen SMD Gehäuse kommt? Wenn es einen wie den LM358P in Thru-Hole gäbe wäre das natürlich toll :)
Timo Witte schrieb: > leider reicht der Diodenstrom gerade im unteren Bereich nicht immer um > die 2mV Input Offset zu erreichen.. Es liegen dann 0V am Ausgang an > :(. Dich stört nicht die Offsetspannung, sondern der Bias-Strom. Die Offsetspannung überträgt sich mit ungefähr Faktor 1 auf den Ausgang, führt also zu einem Fehler von max. ±7mV. Der Bias-Strom hingegen führt am Ausgang zu einem Fehler von max. -250nA · 1MΩ = -250mV. Falls du den Opamp mit Single-Supply betreibst, muss der Photostrom erst den Bias- Strom überschreiten, bevor sich am Ausgang etwas tut. Den Bias-Strom kannst du leicht dadurch kompensieren, indem du vor den nichtinvertierenden Eingang des Opamps einen Vorwiderstand schaltest, der gleich groß wie der Feedback-Widerstand ist. Dann stört nur noch der Offsetstrom, der deutlich geringer als der Bias-Strom ist. Besser ist es aber, gleich einen Opamp mit sehr geringem Bias-Strom, also einen JFET- oder Mosfet-Typ zu nehmen.
Die Wahl des Opamps hängt auch von der verfügbaren Versorgungsspannung ab. Welche Versorgunsspannungen stehen zur Verfügung? Beispiel: +5V, -5V Zeichne doch mal einen Schaltplan deines TIA. Dann sieht man welcher Opamp überhaupt passen könnte.
:
Bearbeitet durch User
Nicht Steckbretttauglich, aber hört sic trotzdem passend an, weil genau dafür gebaut: AFE4490/AFE4400/AFE4403
Timo Witte schrieb: > Ich brauche eh keine all zu hohe Abtastfrequenz (100Hz reichen locker) Dann baue den TIA z.B. mit einem Hochpass in der Gegenkopplung, um bei hohen Frequenzen den Umsetzfaktor zu reduzieren. http://en.wikipedia.org/wiki/Transimpedance_amplifier
Timo Witte schrieb: > habe ich mir einen TIA mit einem LM358P gebaut, Der allerbilligste aller Operationsverstärker. Auch dir dürfte spontan einleuchten, daß der wohl nicht die beste Wahl ist. Letztlich hängt die Auswahl natürlich immer davon ab, was "ausreichend" ist, es muss ja nichts "beste & teuerste" sein. Aber dir ist er offensichtlich nicht ausreichend. Nimm was ordentliches. Da wir nicht wissen, wie hoch deine Anforderungen wirklich sind, hier was zum Lesen http://www.electrooptical.net/www/frontends/frontends.pdf http://www.microchip.com/downloads/en/AppNotes/01494A.pdf
Timo Witte schrieb: > Gibt es einen OpAmp mit Input Offset im nV Bereich der sich für eine TIA > Schaltung eignet ... ? Das Thema ist nun nicht ganz neu ... Beitrag "Re: Transimpedanzwandler für Photodiode"
Wolfgang schrieb: > Timo Witte schrieb: >> Gibt es einen OpAmp mit Input Offset im nV Bereich der sich für eine TIA >> Schaltung eignet ... ? > > Das Thema ist nun nicht ganz neu ... > Beitrag "Re: Transimpedanzwandler für Photodiode" Hm, OK also lieber nur eine Stufe zwecks rauschen. Die Anforderungen in dem Thread sind aber halt auch ganz anders. Da soll eine mini Sonne mit unglaublich viel Licht gemessen werden. Ich will sehr schwache Signale messen, Licht einer LED durch einen Finger. Die LEDs packen max. 20mA nach dem Finger kommt da dann halt kaum noch was an. Da wird viel Licht absorbiert und auch gestreut... Wäre der LT1028 evtl. was? Im Datenblatt ist explizit ein TiA mit Fotodiode erwähnt.
Wäre der LT1028 evtl. was? Im Datenblatt ist explizit ein TiA mit Fotodiode erwähnt. Nein, total daneben. Du musst unbedingt einen Opamp mit Jfet oder einen CMOS-Opamp nehmen. Welche Versorgungsspannung(en) hast du denn zur Verfügung? Ohne diese Info kann man keinen Opamp wählen.
:
Bearbeitet durch User
Timo Witte schrieb: > Wäre der LT1028 evtl. was? Ganz schön teuer. Teuer muss in der Situation nicht unbedingt gut sein. Da aber kein Schwein deine Anforderungen kennt, ist es witzlos nach einem OpAmp zu suchen.
5V Versorgungsspannung Abtastrate 100Hz danach digital ein 10Hz Low-Pass Filter. 20mA rote-LED durch den Finger, sollten so um die 20pA Strom an der Photodiode sein. Das interessante Signal auf den 20pA ist vermtl. um die ~1pA.
Wie immer, das Wichtigste kommt erst nach N Posts. Allenfalls muesste man das Licht modulieren, um den Hintergrund loszuwerden. Der Photostrom ist ewas auf der kleinen Seite. Da ist die Bandbreite Futsch. Weshalb kommt da nicht mehr ? Macht dass da mehr kommt.
Angehängte Dateien:
-
DS2_QuickPrint4.png
61 KB
Ich habe mir in zwischen einen Clip besorgt welcher eine LED und eine Photodiode perfekt um den Finger plaziert (NELLCOR A-100). Das hab ich jetzt mal an meinen bestehenden TIA mit (LM358P) gehängt und die Rote LED mit 15mA versorgt. Wie im Bild zu sehen kommen da schon halbwegs sinnvolle Signale raus, trotz schlechtem Op-Amp und keinem Filter.. Davor mit nur einer Photodiode mit Finger drauf ging das Nutzsignal im 50Hz brummen komplett unter, die Amplituden waren so 1:10 etwa. Ich denke der 50Hz Filter würde das Signal nochmal deutlich sauberer werden lassen, aktuell liegt da immer die 50Hz Netzbrummen drauf :( obwohl ich das alles über nen Linearregler mit Batterie versorge.. vermtl. koppelt das über mein Scope ein oder einfach per RF? Beleuchtung habe ich komplett abgeschaltet im Raum, kann also nicht über die Fotodiode sein. Macht auch kaum einen Unterschied ob die Beleuchtung an ist oder nicht. Der Clip scheint das ganz gut abzuschirmen. Die Amplitude des Nutzsignales ist ja jetz ~400mV nach dem OpAmp, jedoch mit ~5,5V Offset. Wie kriege ich denn das Offset weg? Mit einem Kondensator und noch einem OpAmp dahinter? Dann würde das Signal ja aber auch nach dem Kondensator < 0V gehen oder? Wie kriege ich das hin, dass das Signal 0-400mV sind?
Irgendwie glaube ich, dass ein Phototransistor bei den langsamen schwachen Signalen besser wäre, zumal man die Intensität der >Sende-LED so regeln kann, dass der Arbeitspunkt stimmt.
Angehängte Dateien:
-
schaltung.png
8,8 KB -
DS2_QuickPrint12.png
44 KB -
schaltung.png
8,8 KB
Habe jetzt die Schaltung nochmal etwas überarbeitet und direkt hinter die Photodiode einen 470pF Folienkondensator gepackt um das Offset weg zu kriegen. Allerdings liefert das ganze immer noch nicht so wirklich gute Signale... Ich habe mit einem OpAmp einen virtuellen Ground bei 5V erstellt (10V Eingansspannung) damit ich die positiven wie negativen Ausschläge mitbekomme. Allerdings kommen jetzt am Ende so im Mittel 9V raus und nicht 5 :( Sobald ich die Verstärkung des hinteren OpAmps erhöhe kommen einfach nur noch konstant 10V, da das Signal außerhalb des Bereichs liegt. Woran liegt das? Ist mein Spannungsteiler nicht 100% exakt? Oder sind das irgendwelche Toleranzen bei den OpAmps? Die Verstärkung müsste ja auch eigentlich ziemlich gut sein, der vordere OpAmp hat 2 Megaohm im Feedback und der hintere 6kOhm über 100Ohm (60x Verstärkung).. Trozdem sehe ich nur ca 400mV Signal am Ausgang :( Edit: 1. Bild der Schaltung ist falsch, es ist wie im 2. Bild..
:
Bearbeitet durch User
Timo W. schrieb: > Ich will sehr schwache Signale messen, Licht einer LED durch einen > Finger. Die LEDs packen max. 20mA nach dem Finger kommt da dann halt > kaum noch was an. Ist nicht so ganz neu. https://de.wikipedia.org/wiki/Pulsoxymetrie Wegen zahlreicher Fehlermöglichkeiten misst man heute aber nicht mehr mit nur einer einzigen LED, sondern auf bis zu 7 Wellenlängen.
Ich benutze beim TIA oft einen AD820 oder aber OPA340 Timo W. schrieb: > Habe jetzt die Schaltung nochmal etwas überarbeitet und direkt hinter > die Photodiode einen 470pF Folienkondensator gepackt um das Offset weg > zu kriegen. Allerdings liefert das ganze immer noch nicht so wirklich > gute Signale... Bist du irre? Dir ist schon klar, dass damit die Dynamik im Keller liegt? Ist dir klar, dass man die Photodiode mit einer Sperrspannung betreibt um die Kapazität zu drücken und damit die Schaltung schneller zu machen? Und du schaltest einen 470 pF Kondensator dazu, das kann ja nur schief gehen.
Das mit der Sperrspannung weiß ich, aber ohne den Kondensator ist das Signal nach dem ersten opamp einfach 10V je nach Lichtstärke... Sollte ich eher eine niedrigere Verstärkung in der ersten Stufe wählen und dann den Kondensator hinter den 2. opamp packen? Irgendwie muss ich ja das Offset zu meinen 5v virtuellem ground wegkriegen...
Timo W. schrieb: > Das mit der Sperrspannung weiß ich, aber ohne den Kondensator ist das > Signal nach dem ersten opamp einfach 10V je nach Lichtstärke Ich nehme mal an, dass dein OPAmp auch dafür geeignet ist (du also keinen LM358 mehr benutzt). Um 10 V am Ausgang des TIAs zu bekommen muss bei deinem Feedback (2 MΩ) grad mal 5 µA Photostrom fließen. Also je nach Photodiode und Einstrahlung bekommt man 5 µA sehr schnell hin. Und wenn das Ganze nicht geschirmt ist misst du auch noch die Umgebung damit mit denn ein Störsignal bei solch einem großen Feedback koppelt sich sehr sehr schnell ein. Also Schirmen!
Die Diode vorspannen macht man doch um ihre kapazität zu verringern, wurde ja schon gesagt, die Frage ist ob das ist deinem langsamen Fall überhaupt notwendig ist. Wenn die nicht mehr vorgespannt ist, vielleicht bekommst ud dann ja mal vernünftige Ergebnisse nach der ersten Stufe, auch ohne KoppelC, welches dir natürlich alles verhaut, im Sinne von erst tust du was für die Bandbreite, anschließend arbeitest du mit dem C wieder dagegen, das macht wenig Sinn.
Eigentlich sollte man moduliertes Licht verwenden. Dann sind Brumm und Rauschen weg...
Jetzt N. schrieb: > Eigentlich sollte man moduliertes Licht verwenden. Dann sind Brumm und > Rauschen weg... Das ist ja nicht das Problem…zumindest noch nicht. Im Moment ist es ja so, dass er alle Segel gesetzt hat und jetzt wo er merkt dass er zu schnell ist hat er mal den Anker geworfen. So wie ich es verstehe erwartet er ein Nutzsignal von um die 20 pA. Und das will er mit einem OP auswerten der schon bei Raumtemperatur das 5000-fache (LM358 hat bis zu 100 nA Input Bias Current) an Bias hat. Völliger Quatsch so an die Aufgabe ran zu gehen. Ich selbst würde sogar den AD820, den ich vorschlug, als grenzwertig erachten. Der hat aber immerhin maximal nur 20 pA Input Bias Current bei Raumtemperatur. Der 50 Hz "Brumm" deutet auf mangelhafte Schirmung hin denn Timo sagte, die Schaltung wird aus einer Batterie gespeist, über die Versorgung kanns also nicht kommen. Bei dem Feedback, den er braucht um aus 20 pA, ich sag mal, 5 V zu machen braucht (entspricht also 250 MegΩ) man nur mal Husten bei schlechter Schirmung und schon hüpft der Ausgang fröhlich durch die Gegend. Vom Schaltungsdesign hab ich da noch gar nicht angefangen zu reden.
:
Bearbeitet durch User
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte 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
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.