Hallo zusammen, ich habe hier eine Transimpedanzverstärker-Schaltung mit der zwei um 180° phasenverschobene Photodiodenströme verstärkt bzw. zu Spannungen umgewandelt werden sollen. Als OP möchte ich den LT1013 verwenden, da ich den auch als Rad-Hard-Version habe. Da ich den LT1013 mit 5V Single-Supply betreibe, gebe ich eine Gleichtaktspannung auf den nichtinvertierenden Eingang von 2,5V drauf. Ich brauche hier nur mal allgemein die Meinung zur Schaltung. Kann die Schaltung so in Realität klappen, die Simulation scheint zu funktionieren. Ich möchte damit dann eine Last von etwa 200 Ohm treiben. Stoße ich da an die Grenzen des Bauteils? Schöne Grüße
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Im Bezug auf den nicht-invertierenden Eingang handelt es sich nicht um einen Transimpedanzverstärker. Weiter sieht die Photodiode am invert. Eingang eine Spannung die vom Signal der nicht-inv. Diode abhängt (unschön). Die beiden Eingänge weisen sehr verschiedenes Verhalten auf. Besser 2 getrennte Transimp. Verst. und dann getrennte Subtraktion.
Martin O. schrieb: > Im Bezug auf den nicht-invertierenden Eingang handelt es sich > nicht um > einen Transimpedanzverstärker. Verstehe nicht warum es sich im Bezug auf den invertierenden Eingang nicht um einen TIA handelt? Ich habe die Transimpedanz hergeleitet, dabei kriege ich eine Verstärkung aus der Differenz der beiden Eingangsströme. Martin O. schrieb: > Eingang eine Spannung die vom Signal der nicht-inv. Diode abhängt > (unschön). Die > beiden Eingänge weisen sehr verschiedenes Verhalten auf. > > Besser 2 getrennte Transimp. Verst. und dann getrennte Subtraktion. Okay verstehe. Kann das ein Problem deswegen sein, weil die Photodiode dann ein Forward-Bias hat? Danke
gibbsi schrieb: > Verstehe nicht warum es sich im Bezug auf den invertierenden Eingang > nicht um einen TIA handelt? Andersrum: bezogen auf den invertierenden ist es ein TIA (egal wie viel Strom fließt, die Spannung bleib gleich). Bezogen auf den nicht-invertierenden ist es kein TIA (bei Stromfluss verschiebt sich die Spannung um I*R88). So hatte Martin es auch geschrieben.
Okay so ist es gemeint, in Ordnung. Wie ist es mit der zweiten Frage: Martin O. schrieb: > Eingang eine Spannung die vom Signal der nicht-inv. Diode abhängt > (unschön). Die > beiden Eingänge weisen sehr verschiedenes Verhalten auf. > > Besser 2 getrennte Transimp. Verst. und dann getrennte Subtraktion. Warum unschön? Kann das ein Problem deswegen sein, weil die Photodiode dann ein Forward-Bias hat?
gibbsi schrieb: > Warum unschön? Kann das ein Problem deswegen sein, weil die Photodiode > dann ein Forward-Bias hat? können wir nicht beurteilen, weil wir nicht wissen, gegen welches Potential du das andere Ende der Fotodioden schalten willst. Forward-Bias wäre auf jeden Fall eine schlechte Idee. Differentielle Verstärker nimmt man üblicherweise, weil man nur die Differenz zweier Signale betrachten will und unabhängig sein vom Gleichtakt. Das erreichst du mit der nicht symmetrischen Behandlung der beiden Eingänge nicht. TIAs nimmt man üblicherweise, um eine konstante (Sperr)Spannung an den Fotodioden zu haben. Das erreichst du mit deiner Schaltung nicht. Ob das für deine Anwendung wichtig ist oder nicht, ist schwer zu beurteilen, da wenig über deine Anwendung bekannt ist. Ich bin mir noch nicht mal wirklich sicher, ob du tatsächlich zwei Fotodioden an die Eingänge schalten willst oder in Wirklichkeit nur eine Fotodiode zwischen die beiden Eingänge.
Ich habe tatsächlich zwei Photodioden, die ein Sinusstrom mit etwa 2uA DC und 0,4u AC ausgeben. (Optischer Inkrementalgeber). Der Vorteil dieser Beschaltung ist, dass der DC-Anteil am Ausgang dann weg ist und ich nur das AC-Signal hab. Und genau dieses brauche ich.
gibbsi schrieb: > Der Vorteil > dieser Beschaltung ist, dass der DC-Anteil am Ausgang dann weg ist und > ich nur das AC-Signal hab. Ok, dann passt es ja für dich. Deine Widerstände (R87 und R88) sind jeweils ~600k, oder? Dann sollte dir bewusst sein, dass die tatsächliche Gleichtaktspannung am OPV-Eingang um 2uA*600kOhm=1,2V über den 2,5V liegt, die du "rechts unten" als CM-Spannung vorgibst. Damit bist du gerade an der Oberkante dessen, was der LT1013 laut Spec typisch verträgt (3,8V).
Achim S. schrieb: > gibbsi schrieb: >> Der Vorteil >> dieser Beschaltung ist, dass der DC-Anteil am Ausgang dann weg ist und >> ich nur das AC-Signal hab. > > Ok, dann passt es ja für dich. > > Deine Widerstände (R87 und R88) sind jeweils ~600k, oder? > > Dann sollte dir bewusst sein, dass die tatsächliche Gleichtaktspannung > am OPV-Eingang um 2uA*600kOhm=1,2V über den 2,5V liegt, die du "rechts > unten" als CM-Spannung vorgibst. Damit bist du gerade an der Oberkante > dessen, was der LT1013 laut Spec typisch verträgt (3,8V). Ja die Widerstände werden mind. 600k sein. Danke für den Hinweiß, ich habe da erstmal die halbe Versorgungsspannung genommen. Ist das der Parameter Input Voltage Range im Datenblatt: min. 3,5V typ. 3,8V. Warum wird der nicht als max. bezeichnet? Ich kann ja dann einfach den CM runtersetzen, dann bin ich gut im spec-Bereich. Die Photodioden werden mit ihren jeweiligen Anoden an den OP angeschlossen. Das heißt doch, dass ich dann an der Anode diese 3,5V bzw. eine kleinere (wenn ich CM-Spannung anpasse) Spannung habe und bei Kathoden an Masse einen Forward Bias verursache!? Ich muss also schauen, dass an der Kathode eine positive Bias-Spannung angelegt wird, um die Photodioden im reverse-bias zu betreiben. Stimmt das so? Danke
gibbsi schrieb: > Ich muss also schauen, > dass an der Kathode eine positive Bias-Spannung angelegt wird, um die > Photodioden im reverse-bias zu betreiben. Stimmt das so? Ja, stimmt so. Hänge die Kathode an deine Versorgung (5V), dann sperren sie immer. gibbsi schrieb: > Ist das der Parameter Input Voltage Range im Datenblatt: min. 3,5V typ. > 3,8V. Warum wird der nicht als max. bezeichnet? weil hier der min-Wert den Worst case darstellt (d.h. er bildet die eigentliche Grenze, wenn du dein Design auf Nummer sicher gestalten willst). Der typische Werte ist derjenige, der (mit ein bisschen Glück) meistens noch klappt. Ein max-Wert würde angeben, ab wann es garantiert nicht mehr klappt (aber der Wert ist nicht besonders interessant).
Danke für die Antworten. Achim S. schrieb: > Ja, stimmt so. Hänge die Kathode an deine Versorgung (5V), dann sperren > sie immer. Damit verbessere ich ja die Linearität und auch das Frequenzverhalten der Photodiode, erhöhe aber gleichzeitig den Dunkelstrom. Der Dunkelstrom sollte doch aber kein Problem sein, da er sich ja als DC einprägt under die differenz-Beschaltung eine Unterdrückung bewirkt, oder? Achim S. schrieb: > gibbsi schrieb: >> Ist das der Parameter Input Voltage Range im Datenblatt: min. 3,5V typ. >> 3,8V. Warum wird der nicht als max. bezeichnet? > > weil hier der min-Wert den Worst case darstellt (d.h. er bildet die > eigentliche Grenze, wenn du dein Design auf Nummer sicher gestalten > willst). > > Der typische Werte ist derjenige, der (mit ein bisschen Glück) meistens > noch klappt. Ein max-Wert würde angeben, ab wann es garantiert nicht > mehr klappt (aber der Wert ist nicht besonders interessant). Okay verstehe jetzt wie es gemeint ist. Das Datenblatt garantiert praktisch, dass der Range mind. 3,5V ist, er kann aber auch höher sein.
Achim S. schrieb: > Ein max-Wert würde angeben, ab wann es garantiert nicht mehr klappt > (aber der Wert ist nicht besonders interessant Ein max-Wert gibt doch an, ab wann nicht mehr garantiert ist, dass es noch funktioniert? Und nicht der Wert, ab dem nicht-funktionieren garantiert ist? MfG Chaos
J. T. schrieb: > Ein max-Wert gibt doch an, ab wann nicht mehr garantiert ist, dass es > noch funktioniert? Und nicht der Wert, ab dem nicht-funktionieren > garantiert ist? Nein: der Grenzwert im Datenblatt (min 3,5V und typ. 3,8V) ist ja eine Obergrenze. Der min-Wert ist also die Grenze, bis zu der die Funktion garantiert ist. Wenn du sicher sein willst, dass deine Schaltung unter allen Umständen funktioniert, musst du unter dem min-Wert 3,5V bleiben. Wenn du über den 3,5V bist, kann sie funktionieren oder auch nicht (bei 3,8V wird sie unter typischen Bediungen oft noch funktionieren.) Ein max-Wert würde bedeuten, dass einzelne Exemplare dieses OPV mit viel Glück grade noch beim max-Wert funktionieren können (während die meisten schon nicht mehr funktionieren)). Das könnte nur interessant sein, wenn du wissen willst, ab wann die Schaltung unter keinen Umständen funktionieren wird (z.B. "wenn ich die Eingangsspannung über 4,2V lege, kann der OPV nicht mehr die gewünschte Funktion erfüllen"). Ist aber eher selten, dass man das so bauen will. gibbsi schrieb: > Der > Dunkelstrom sollte doch aber kein Problem sein, da er sich ja als DC > einprägt under die differenz-Beschaltung eine Unterdrückung bewirkt, > oder? Der Dunkelstrom bestimmt bei deiner Schaltung die Gleichtaktverschiebung über die 2,5V hinaus. Mit 5µA an 600kOhm würde die Gleichtaktspannung am OPV-Eingang schon um 3V nach oben gehen (was für deren Funkton gar nicht gut wäre). Der Dunkelstrom hängt übrigens recht stark von der Temperatur ab. Und in deinem Fall (2µA Dunkelstrom, nur +-0,2µA Signalstrom) wäre ich mir auch nicht so sicher, ob es sich wirklich um Dunkelstrom oder um unerwünschten Fotostrom handelt (durch Licht, das nicht vom Inkrementalgeber moduliert wird). Wie wäre es mit dem oben von Martin angerissenen Vorschlag: - zwei unabhängige TIA für die beiden Fotodioden - den Rückkoppelwiderstand der beiden TIA deutlich kleiner gewählt als bisher, damit auch der verstärkte Dunkelstrom noch im vernünftigen Spannungsrahmen bleibt. - danach ein (echter) Differenzverstärker, der die Gleichtaktspannung sauber wegnimmt und den Bezugspunkt für die Ausgangsspannung auf 2,5V verschiebt
gibbsi schrieb: > da er sich ja als DC > einprägt Ach ja, nochwas: denke nicht in "DC" und "AC", das sind hier die falschen Kategorien. Denn auch dein Nutzsignal ist halbwegs DC, wenn du den Drehgeber entsprechend langsam bewegst. Du nutzt keine Frequenzfilterung (Abtrennen des DC vom AC), sonder du brauchst eine Unterscheidung zwischen Gleichtaktsignal und Differenzsignal.
Achim S. schrieb: > Der Dunkelstrom bestimmt bei deiner Schaltung die Gleichtaktverschiebung > über die 2,5V hinaus. Mit 5µA an 600kOhm würde die Gleichtaktspannung am > OPV-Eingang schon um 3V nach oben gehen (was für deren Funkton gar nicht > gut wäre). > Der Dunkelstrom hängt übrigens recht stark von der Temperatur ab. Und in > deinem Fall (2µA Dunkelstrom, nur +-0,2µA Signalstrom) wäre ich mir auch > nicht so sicher, ob es sich wirklich um Dunkelstrom oder um > unerwünschten Fotostrom handelt (durch Licht, das nicht vom > Inkrementalgeber moduliert wird). Den Dunkelstrom der Photodioden kenne ich noch nicht, muss ich mal nachschauen. Der Strom von 2uA ist wie du vermutet hast, ein unerwünschter Fotostrom. Ich vermute der Dunkelstrom sollte viel kleiner sein. Das CM-Signal werde ich auf jeden Fall reduzieren, denn der LT1013 kann ja recht gut nahe an Ground swingen. > Wie wäre es mit dem oben von Martin angerissenen Vorschlag: > - zwei unabhängige TIA für die beiden Fotodioden > - den Rückkoppelwiderstand der beiden TIA deutlich kleiner gewählt als > bisher, damit auch der verstärkte Dunkelstrom noch im vernünftigen > Spannungsrahmen bleibt. > - danach ein (echter) Differenzverstärker, der die Gleichtaktspannung > sauber wegnimmt und den Bezugspunkt für die Ausgangsspannung auf 2,5V > verschiebt Ich will das aus Platzgründen so machen wie ich es beschrieben habe, ansonsten hätte ich tatsächlich den vorgeschlagenen Weg verfolgt. Denn das Bauteil soll als Dice verwendet und gebondet werden. Weiterhin will ich das Ausgangssignal des TIA mit einem weiteren OP invertieren und ein differentielles Signal zur Übertragung bilden. (Bei einer nötigen Bandbreite von etwa 4kHz sollte das gut klappen).
Achim S. schrieb: > gibbsi schrieb: > da er sich ja als DC > einprägt > > Ach ja, nochwas: denke nicht in "DC" und "AC", das sind hier die > falschen Kategorien. Denn auch dein Nutzsignal ist halbwegs DC, wenn du > den Drehgeber entsprechend langsam bewegst. > Du nutzt keine Frequenzfilterung (Abtrennen des DC vom AC), sonder du > brauchst eine Unterscheidung zwischen Gleichtaktsignal und > Differenzsignal. Stimmt, danke. Wenn ich ganz langsam drehe/fahre oder stehen bleibe, dann habe ich ja praktisch auch ein DC-Signal bzw. es ist dann ein langsames oder stehendes Differenzsignal das für die Position ausgewertet wird. Das Gleichtaktsignal ist das was unerwünscht ist, das entweder durch den Dunkelstrom oder den unerwünschten Fotostrom entsteht.
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