Guten Tag und Moin Moin!
Erstmal möchte ich einen riesen Dank an alle raushauen, die hier im
Forum posten (habe schon sehr sehr viel gelernt hier!!). Nun zu meinem
Problem:
Ich möchte ein eindimensionales PSD-Element (OD3.5-6SMD von First
Sensor) über zwei Transimpedanzwandler (OPA2354 von TexasInstruments)
und die analoge Eingänge eines Arduino-Due (3.3V, 12BIT) auslesen.
C1,C2 = 18pF und R1,R2 sind ein 1MOhm Stereo-Poti.
Bei mittig auftreffendem Laserpunkt auf dem PSD-Element in Dunkelheit
oder (xor) bei einer Beleuchtung der ganzen PSD-Fläche mit einer LED
kann ich den Ausgang A0 bis auf 3.3V ausregeln, der andere Ausgang
hingegen bleib bei ca. 0.1V und steigt nur leicht an, obwohl die beiden
Verstärker-Kanäle über einen Stereo-Poti "gekoppelt" sind. Schalte ich
nun im Verstärker-Kanal von A1 einen Widerstand mit dem Poti in reihe,
um die Verstärkung für A1 zu erhöhen, so fängt jeh nach Widerstand:
a) die gesamte Schaltung an zu schwingen.
oder
b) A1 ist plötzlich bei 3.3V und A0 ist bei 0.1V (als würde der Strom an
den Opamp-Eingängen "kippen").
Schließe ich das PSD-Element verpolt an die Schaltung, so tritt der
gleiche Effekt in gleicher Reihenfolge auf (liegt also an der
Schaltung), habe auch schon den OP-Amp ausgetauscht und hat nichts
gebracht... Hat jemand eine Idee woran es liegen könnte?
Allerbesten Dank
Znerol
Mal ein paar Gedankengänge meinerseits:
Es fehlt definitiv ein Abblockkondensator für dieses 250MHz Geschoss von
einem OPV.
Der Rest der Schaltung ergibt auch wenig Sinn. Lead 1 und 5 werden
jeweils auf Masse gelegt. Der TIA versucht nun seinen invertierenden
Eingang auch auf Masse zu ziehen über die Rückkopplung und somit auch
Lead 4,8. Durch die unterschiedlichen Offsetspannungen versuchen beide
OPVs jeweils andere "virtuelle Massen" zu erzeugen und arbeiten somit
gegeneinander. Einer versucht also sein Potential an Xin- zu erhöhen,
und der andere dieses zu verringern. Logisch, dass somit einer gegen
Vout,max geht und der andere dann auf Vout,min. Je nachdem, wer beim
Einschalten in welche Richtung gegangen ist dreht sich dieser Zustand
dann mal um. Oder, wenn die Rahmenbedingungen dies ermöglichen. Zum
Beispiel, wenn der Photostrom ausreichend groß ist, um den initialen
Zustand zu verändern. Das wäre genau dieses "kippen".
Wäre es nicht sinnvoller Lead 4,8 auf Masse zu legen und die jeweiligen
Lead 1 und 5 auszuwerten? Wobei ich mir hier auch nicht sicher bin, wie
das genaue Ersatzschaltbild eines PSD aussieht und wo dann evtl.
Probleme auftreten.
Vielleicht hat hier jemand mehr Erfahrungen mit PSDs.
Was cyan geschrieben hat, ist richtig.
Probier's mal so wie im Anhang (ohne Garantie, da ich hier weder ein
echtes PSD noch ein Simulationsmodell dafür habe, um die Schaltung zu
testen).
Hi,
du hast das Prinzip eines Transimpedanzwandlers aber schon verstanden
oder?
Deine Schaltung hat ein undefiniertes Verhalten, weil die OPVs sich
gegenseitig belasten. Es fließen undefinierbare Ströme abhängig von den
Impedanzen.
Lösung: Neue Schaltung, bei dem jeder OPV nen eigenes PSD Element erhält
und dann abgleichen.
Wozu musst du überhaupt das gleiche Signal zwei mal aufbereiten?
Gruß.
Moin vielen Dank für die schnellen Antworten!
Ich möchte mit dem Verhältnis der Einzelströme die Position des
Laserpunkts auf dem PSD-Element herausfinden. Deswegen gehen zwei
separate PSD-Elemente wohl nicht... Ich habe mich an folgender Schaltung
orientiert: http://i.stack.imgur.com/jpgEv.gif
Da man diese vom Grundaufbau her recht häufig findet, bin ich recht
verblüfft, dass das so nicht gehen soll ?!
Beste Grüße
Znerol
Znerol schrieb:> Ich habe mich an folgender Schaltung> orientiert: http://i.stack.imgur.com/jpgEv.gif> Da man diese vom Grundaufbau her recht häufig findet, bin ich recht> verblüfft, dass das so nicht gehen soll ?!
Diese Schaltung würde gehen (sofern die OpAmps eine Bipolare Versorgung
haben). Deine Schaltung sieht aber anders aus.
Deine Schaltung geht nicht aus den oben schon beschriebenen Gründen:
a) du hast die Ausgänge deines PSDs kurzgeschlossen
b) wäre die Schaltung richtig, dann müssten die Ausgänge deiner OPV
negative Spannungen ausgeben, das können sie mit unipolarer Versorgung
aber nicht.
Moin Moin,
ich habe mir die Schaltung von Yalu X. nun zusammengebaut und diese
liefert konstant 3.3V auf beiden Ausgängen, egal ob Licht/kein
Licht/Widerstand/ kein Widerstand... Hat da sonst noch jemand eine Idee?
Ich sitze seit 4 Tagen an der Schaltung und bin langsam am verzweifeln
;P
Beste Grüße
Lorenz
Znerol schrieb:> diese> liefert konstant 3.3V auf beiden Ausgängen
Ist es wirklich konstant 3,3V (mit dem Oszi gemessen)? Oder oszilliert
der OPV und du siehst mit dem Multimeter nur den Mittelwert (3,3V). Im
zweiten Fall solltest du
a) sicher stellen, dass die Versorgungsspannung der OPV gut gepuffert
ist
b) die Rückkoppelkapazitäten variieren (die Kapazität des PSD dürfte
einigermaßen groß sein, und parasitäre Kapazitäten am inv-Eingang machen
OPV schon mal instabil)
Znerol schrieb:> Ich sitze seit 4 Tagen an der Schaltung und bin langsam am verzweifeln
Dann mach dir das Leben doch erst mal leicht statt schwer: nimm eine
bipolare Versorgung, und nimm einen "gutmütigen" OPV (nicht so einen
250MHz-Typen, wie du derzeit verbaut hast).
So ein schneller OP braucht unbedingt den Kondensator an der Versorgung.
Auch das Layout kann schon kritisch sein. Auch sollten zwischen den OP
und den Arduino Widerstände, denn schnelle OPs mögen i.A. keine
kapazitive Last am Ausgang, vor allem nicht in einer Schaltung wie den
TIA, die sowieso schon zum schwingen neigt.
Am TIA direkt sollte man keinen Poti nehmen, weil man damit mehr
Kapazität nach Masse hat und auch leicht Störungen einfängt, sondern
feste Widerstände - 140 K sind da auch schon eher recht groß.
Die 2 TIAs am PSD passen schon. In der Ersatzschaltung halt man einen
Widerstand so in der Größenordnung 10 K zwischen den beiden Ausgängen
des PSDs. Über Offsets am OP kann da also schon ein Strom zwischen den
beiden TIAs fließen, aber nur begrenzt viel. Entsprechend macht es aber
auch keinen großen Sinn die Widerstände am TIA sehr viel größer als 100
K zu machen. Vor allem mit nur single-supply kommt so einer der TIA
leicht an die Grenze. Da solle man also den Nullpunkt (+ Eingänge der
OPs) nicht auf GND legen, sondern etwas höher.
Znerol schrieb:> ich habe mir die Schaltung von Yalu X. nun zusammengebaut und diese> liefert konstant 3.3V auf beiden Ausgängen, egal ob Licht/kein> Licht/Widerstand/ kein Widerstand... Hat da sonst noch jemand eine Idee?
Meine Schaltung entpricht aber doch fast genau der linken Hälfte der von
dir verlinkten:
http://i.stack.imgur.com/jpgEv.gif
nur dass die nichtinvertierenden Eingänge der beiden Opamps bei mir auf
+5V statt auf GND liegen, wodurch man ohne negative Versorgungsspannung
auskommt.
Dass die Schaltung schwingen könnte und du nur den Mittelwert des
Ausgangsignals misst, wurde ja schon geschrieben.
Wichtig bei meiner Schaltung ist aber auch, dass der der verwendete
Opamp ein- und ausgangsseitig rail-to-rail-fähig ist. Für den OPA2354
trifft das zu, aber steckt der auch wirklich in deinem Aufbau?
Was ist bei dir an den Ausgängen A0 und A1 angeschlossen? Eine zu hohe
Belastung kann die Ausgangsspannung herunterziehen. Diese sollte bei
völliger Dunkelheit nahe bei +5V liegen und bei Beleuchtung kleiner
werden.
Welche Spannungen misst du an den invertierenden Eingängen der beiden
Opamps? Solange die Beleuchtung nur so stark ist, dass die
Ausgangsspannungen an A0 und A1 deutlich über 0V sind (die Opamps also
nicht übersteuern), sollten an den invertierenden Eingängen immer genau
5V anliegen.
Was passiert, wenn du die Anschlüsse 1 und 5 von der Opamp-Schaltung
abtrennst? Sind dann die Ausgangsspannungen immer noch nicht +5V, dann
schwingt die Schaltung entweder tatsächlich, oder sie ist falsch
aufgebaut, oder die Opamps sind defekt.
Moin Yalu,
ich habe mit den analogen Eingängen eines Arduinos gemessen -> schwingt
nicht. An A0 und A1 hängen normalerweise die analogen Eingänge eines
Arduino-Due (Cortex M3), diese habe ich allerdings abgetrennt. Folgende
Messungen habe ich durchgeführt:
Unbelichtetet mit 0 Ohm am Poti:
UA0 = 4,89V UA1 = 4,49V Konstant
Unbelichtet mit 1Mohm am Poti:
UA0 = 4,97V UA1 = 3,95V Konstant
Belichtet und mit 1Mohm am Poti die invertierenden Eingänge:
Uinv0 = 4,97V Uinv1 = 4,93V
Unbelichtet mit 1Mohm am Poti die invertierenden Eingänge:
Uinv0 = 4,92V Uinv1 = 4,93V
Mit Abgeschlossenem PSD-Element sind die Werte in einem ähnlichem
Bereich.
Die Spannungsversorgung ist auch entkoppelt, so wie es im Datenblatt
beschrieben wird!
Irgendwelche Ideen?
Bei einer Spannung von 4,9x V dürften die OPs in der Sättigung sein.
Vermutlich liegen die nicht invertierenden Eingänge auf +5 V. Es dürfte
besser werden wenn die + Eingänge etwa in der Mitte des
Spannungsbereichs liegen, so dass die OP Ausgänge zwischen 0,5 und 4,5 V
(ggf. weniger wegen µC) bleiben.
Wenn man am µC keine Schwingungen erkennt heißt das noch nicht das der
OP nicht schwingt. Die OPs können durchaus im 100 MHz Bereich schwingen
- das sieht man nicht so einfach am µC - selbst ein langsame Oszilloskop
könnte trügen.
@Lurche danke für den Tipp! Ich habe nun 3.3V an den +Eingängen und 5V
an dem PSD-Element. Die Ausgangsspannungen sind nun proportional zu dem
Stereo-Poti, allerdings tut sich bei unterschiedlicher Beleuchtung
leider nichts an den Ausgängen...
002_PSD-Grundschaltungpng.png
(280 KB)
