Hallo zusammen, ich arbeite zurzeit an einem Projekt und bräuchte eure Hilfe. In einem kleinen, nahezu komplett lichtfreiem "Raum", soll gemessen werden ob Mikroorganismen vorhanden sind. Hierzu will man sich die Fluoreszenz eines in Mikroorganismen vorkommenden Stoffwechselprodukts zu nutze machen: Die Stelle, die untersucht werden soll, wird mit einem UV-Licht mit etwa 360 nm angestrahlt, und das Stoffwechselprodukt wird, falls vorhanden, mit etwa 460 nm fluoreszieren. Nun wollte ich das Ganze mit einer Photodiode als Detektor versuchen. Hierzu habe ich mir eine einfache Transimpedanzschaltung ausgesucht, die ihr im Anhang seht. Als OP habe ich den TL072 gewählt. (https://www.conrad.de/de/linear-ic-operationsverstaerker-texas-instruments-tl072bcp-j-fet-pdip-8-1011510.html) Die Photodiode is die SFH203 (https://www.conrad.de/de/fotodiode-5-mm-1100-nm-20-osram-sfh-203-154002.html) und als Widerstand habe ich es zunächst mit einem 1 Mega Ohm Widerstand versucht. Das Ganze habe ich nun zusammen gelötet und bei dem ganz "normalem" Licht mit dem Multimeter gemessen. Allerdings funktioniert es nicht, die Ausgangsspannung ist immer 0V. Als Versorgungsspannung habe ich eine 9V-Blockbatterie genommen. Hat jemand Ideen, was nicht stimmen könnte, oder irgendwelche Tipps ?? Wäre euch sehr dankbar.
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Kevin K. schrieb: > Hat jemand Ideen, was nicht stimmen könnte, oder irgendwelche Tipps ?? Komplette konkrete Schaltung mit Stromversorgung zeigen. Der TL072 ist kein Single-Supply-OPV, mit nur 9V (ohne künstliche Masse) geht der so nicht.
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ArnoR schrieb: > Kevin K. schrieb: >> Hat jemand Ideen, was nicht stimmen könnte, oder irgendwelche Tipps ?? > > Komplette konkrete Schaltung mit Stromversorgung zeigen. Der TL072 ist > kein Single-Supply-OPV, mit nur 9V (ohne künstliche Masse) geht der so > nicht. Sorry, kenne mich mit OPVs usw. leider nicht wirklich aus. Was genau bedeutet dies?
1 MOhm Gegenkopplung ist zu wenig. Bei 1 V Ausgangsspannung müsste die Diode 1 µA liefern können, und das kann sie an der Empfindlichkeitsgrenze nicht. Du brauchst eine empfindliche großflächige Diode, mindestens 10 MOhm Gegenkopplung (evtl. an einen Spannungsteiler 10:1 am Ausgang) und einen besseren OpV. Eventuell ist auch ein UV-Sperrfilter nötig. Versuche erst mal, die Gegenkopplung (1 oder 10 MOhm) an den Spannungsteiler zu legen und dann was im mV-Bereich am Ausgang zu messen. Vermutlich geht aber bei dem schwachen Fluoreszenzlicht doch nur ein Photomultiplier. Gruß - Werner
Der +Pol der Versorgung muss an Pin7, nicht Pin8. Der TL072 kann nicht mit Eingangsspannungen von 0... ca.+3V über der Versorgungsspannung an Pin4 betrieben werden. Die Spannungen an den Eingängen müssen größer als 3V und kleiner als 9V sein, sonst funktioniert der nicht. Das kann man mit einer künstlichen Masse erreichen, die die Versorgung z.B. in der Mitte teilt und so 2x4,5V erzeugt. Die Mitte ist dann das Bezugspotential (Masse).
>Vermutlich geht aber bei dem schwachen Fluoreszenzlicht doch nur ein >Photomultiplier. Oder vielleicht so was wie eine "Lichtmühle" davor?
ArnoR schrieb: > Der +Pol der Versorgung muss an Pin7, nicht Pin8. Ähh, falsch, war von einen einfachen OPV (TL071) ausgegangen. Pin8 ist richtig.
Kevin K. schrieb: > Die Stelle, die untersucht werden soll, wird mit einem UV-Licht > mit etwa 360 nm angestrahlt, und das Stoffwechselprodukt wird, falls > vorhanden, mit etwa 460 nm fluoreszieren. Falls du es vermeiden möchtest, dich mit irgendwelchen Driftereien des Verstärkers rumzuärgern, verwendest du moduliertes Licht. Dann kannst du notfalls sogar eine Lock-In-Verstärker verwenden. Es stellt sich natürlich die Frage, was du für eine Lichtquelle verwendest und ob sich damit eine Modulation problemlos realisieren läßt. Außerdem musst du für eine gute optische Trennung von Anregungs- und Fluoreszenlicht sorgen, also bspw. ein Interferenzfilter für deinen Detektionsbereich. Meist ist das mit einem Kantenfilter kombiniert, sonst zusätzlich ein GG435 o.ä. http://www.sydor.com/wp-content/uploads/SCHOTT-GG435-Longpass-Filter.pdf
Erstmal vielen Dank für eure Antworten. Da dies aber wie gesagt nicht ganz mein Fachgebiet ist, hätte ich noch ein paar Fragen: Werner H. schrieb: > 1 MOhm Gegenkopplung ist zu wenig. Bei 1 V Ausgangsspannung müsste > die > Diode > 1 µA liefern können, und das kann sie an der Empfindlichkeitsgrenze > nicht. > > Du brauchst eine empfindliche großflächige Diode, mindestens 10 MOhm > Gegenkopplung (evtl. an einen Spannungsteiler 10:1 am Ausgang) und einen > besseren OpV. > Eventuell ist auch ein UV-Sperrfilter nötig. > > Versuche erst mal, die Gegenkopplung (1 oder 10 MOhm) an den > Spannungsteiler zu legen und dann was im mV-Bereich am Ausgang zu > messen. > > Vermutlich geht aber bei dem schwachen Fluoreszenzlicht doch nur ein > Photomultiplier. > > Gruß - Werner was genau meinst du mit Gegenkopplung an den Spannungsteiler legen?? Noch einen zusätzlichen Widerstand bei der Photodiode?? Und wie genau erkenn ich wie empfindlich eine Diode ist? ArnoR schrieb: > Der +Pol der Versorgung muss an Pin7, nicht Pin8. > > Der TL072 kann nicht mit Eingangsspannungen von 0... ca.+3V über der > Versorgungsspannung an Pin4 betrieben werden. Die Spannungen an den > Eingängen müssen größer als 3V und kleiner als 9V sein, sonst > funktioniert der nicht. Das kann man mit einer künstlichen Masse > erreichen, die die Versorgung z.B. in der Mitte teilt und so 2x4,5V > erzeugt. Die Mitte ist dann das Bezugspotential (Masse). was genau bedeutet eine künstliche Masse und wie funktioniert das genau?? Viele Dank für eure Hilfe!
Kevin K. schrieb: > was genau meinst du mit Gegenkopplung an den Spannungsteiler legen?? > Noch einen zusätzlichen Widerstand bei der Photodiode?? Wenn du vom Ausgang des OPV z.B. einen 10:1 Spannungsteiler gegen Masse schaltest und an den Verbindungspunkt der beiden Spannungsteilerwiderstände den 1M Widerstand schaltest, dann wirkt dieser wie ein 10M Widerstand. D. h. die Verstärkung der Schaltung wird 10 mal größer. Ob das hier tatsächlich nötig ist, kann ich so nicht sagen. > was genau bedeutet eine künstliche Masse und wie funktioniert das > genau?? Nur kurz. Eine künstliche Masse wird benötigt, wenn du einen OPV, der eine symmetrische Spannungsversorgung braucht, mit einer einzelnen Spannungsquelle betreiben willst. Da du aber eine 2. 9V Batterie verwenden kannst, ist die künstliche Masse hier irrelevant. Die 2. Batterie muss an Pin4 des TL072 und an Masse angeschlossen werden. Achte dabei auf die Polarität. Hast du eventuell Zugang zu einem Fluoreszenzspektrometer? Das verwenden die Biophysiker, die ich kenne, für derlei Aufgaben ganz gerne. Gruß, Isar
@Kevin Kont (kevin_ko)
>Kann mir da niemand kurz weiterhelfen?
Kann man, wird dir aber nur bedingt helfen.
Zuerst braucht du mal eine Vorstellung von der Lichtleitung deiner
Mikroben. Da wirst du GANZ schnell blaß werden, wie gering die sind.
Wie hier schon mehrfach bemerkt, wirst du mindestens eine SEHR
großflächige Photodiode benötigen, BPW34 wäre so ein Kandidat und einen
SEHR empfindlichen Verstärker.
Aber selbst dann bleibt es zweifelhaft, ob du damit das Licht
detektieren kannst. Wahrscheinlich wird es auf einen Photomultiplier
hinauslaufen, der kann einzelne Photonen detektieren.
Eine Photodiode kann das im Normalfall nicht.
Aber sei's drum, probier es mit einer Diode aus. Nimm die BPW34. Den +
Eingang vom OPV legst du auf einen Spannungsteiler von 10K + 10k
zwischen +9V und GND, das ist die virtuelle Masse.
Dann muss man aber aufpassen! Denn der OPV gibt dann eine Spannung
relativ zu dieser virtuellen Masse aus, nicht zum -Anschluß des OPVs!
D.h. Du musst dein Multimeter zur Spannungsmessung zwischen OPV-Ausgang
und virtuelle Masse anklemmen.
Bei 1MOhm Rückkopplung am OPV hat man eine Empfindlichkeit von 1V/uA. Du
wirst aber eher Ströme im Bereich von 1-10nA haben, sprich, den OPV wird
nur 1-10mV ausspucken! Das liegt schon im Bereich der Offsetspannung!
Ansonsten kann man solche Detektoren mit Verstärker auch kaufen: https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=946 Kosten halt "nur" kannpe 400€.
Kevin K. schrieb: > Und wie genau erkenn ich wie empfindlich eine Diode ist? Durch Blick ins Datenblatt: http://www.osram-os.com/Graphics/XPic9/00101656_0.pdf/SFH%20203,%20SFH%20203%20FA,%20Lead%20(Pb)%20Free%20Product%20-%20RoHS%20Compliant.pdf
Falk B. schrieb: > Zuerst braucht du mal eine Vorstellung von der Lichtleitung deiner > Mikroben. Da wirst du GANZ schnell blaß werden, wie gering die sind. > Wie hier schon mehrfach bemerkt, wirst du mindestens eine SEHR > großflächige Photodiode benötigen, ... > Wahrscheinlich wird es auf einen Photomultiplier > hinauslaufen, der kann einzelne Photonen detektieren. > Eine Photodiode kann das im Normalfall nicht. http://www.hamamatsu.com/eu/en/product/category/3100/3003/3045/H7827-001/index.html Das wäre auch mein Vorschlag. Ggf. solltest du dir auch überlegen die ganze Detektion mit einem Lock-in Verstärker zu machen. Bei Phosporeszenz-Messungen kann man über die Phasenlage schon viel berechnen. Bei Fluoreszenz ist das Signal nochmal Größenordnungen kürzer. Dann hättest du jedoch immernoch den Vorteil der Rauschunterdrückung durch den schmalbandigen Filter
Werner H. schrieb: > 1 MOhm Gegenkopplung ist zu wenig. Bei 1 V Ausgangsspannung müsste > die > Diode > 1 µA liefern können, und das kann sie an der Empfindlichkeitsgrenze > nicht. > > Du brauchst eine empfindliche großflächige Diode, mindestens 10 MOhm > Gegenkopplung (evtl. an einen Spannungsteiler 10:1 am Ausgang) und einen > besseren OpV. > Eventuell ist auch ein UV-Sperrfilter nötig. > > Versuche erst mal, die Gegenkopplung (1 oder 10 MOhm) an den > Spannungsteiler zu legen und dann was im mV-Bereich am Ausgang zu > messen. > > Vermutlich geht aber bei dem schwachen Fluoreszenzlicht doch nur ein > Photomultiplier. > > Gruß - Werner Es könnte aber auch funktionieren, wenn ich den 1 MOhm Widerstand durch einen 10 MOhm Widerstand ersetze und die aktuelle Photodiode z.B. durch die BPW21 tausche, oder?? Isar58 schrieb: > Kevin K. schrieb: >> was genau meinst du mit Gegenkopplung an den Spannungsteiler legen?? >> Noch einen zusätzlichen Widerstand bei der Photodiode?? > > Wenn du vom Ausgang des OPV z.B. einen 10:1 Spannungsteiler gegen Masse > schaltest und an den Verbindungspunkt der beiden > Spannungsteilerwiderstände den 1M Widerstand schaltest, dann wirkt > dieser wie ein 10M Widerstand. D. h. die Verstärkung der Schaltung wird > 10 mal größer. Ob das hier tatsächlich nötig ist, kann ich so nicht > sagen. ich verstehe nur leider nicht was ein 10:1 Spannungsteiler ist. Also besonders dieses "10:1" irritiert mich. Isar58 schrieb: >> was genau bedeutet eine künstliche Masse und wie funktioniert das >> genau?? > > Nur kurz. Eine künstliche Masse wird benötigt, wenn du einen OPV, der > eine symmetrische Spannungsversorgung braucht, mit einer einzelnen > Spannungsquelle betreiben willst. Da du aber eine 2. 9V Batterie > verwenden kannst, ist die künstliche Masse hier irrelevant. Die 2. > Batterie muss an Pin4 des TL072 und an Masse angeschlossen werden. Achte > dabei auf die Polarität. Also das würde bedeuten der +Pol der zweiten 9V-Batterie wird auch an Pin 4 angeschlossen und der -Pol an meinen Strang "unten" (GND)?? M.A. S. schrieb: > Kevin K. schrieb: >> Und wie genau erkenn ich wie empfindlich eine Diode ist? > Durch Blick ins Datenblatt: > > http://www.osram-os.com/Graphics/XPic9/00101656_0.pdf/SFH%20203,%20SFH%20203%20FA,%20Lead%20(Pb)%20Free%20Product%20-%20RoHS%20Compliant.pdf ich meinte eher welcher Wert da entscheidend ist. Die Bestrahlungsempfindliche Fläche?? Viele Grüße
Werner H. schrieb: > Du brauchst eine empfindliche großflächige Diode, mindestens 10 MOhm > Gegenkopplung (evtl. an einen Spannungsteiler 10:1 am Ausgang) und einen > besseren OpV. und inwiefern einen besseren OpV??
hier ist ein Plan für einen empfindlichen Fotodioden Verstärker: https://github.com/devttys0/IRis Da gibt es auch ein ausführliches Erklärvideo zu. Der Ausgang ist zwar digital, aber für deinen Zweck müssen doch auch nur Blitze gezählt werden? Und die Diode muss für UV evtl. anders gewählt werden.
Der hat aber Wechselspannungskopplung, die Schaltung kann nur Impulse anzeigen. Was machen die drei FET hintereinander parallel zum 10 MOhm-Widerstand? Noch ein Vorschlag, die negative Spannung könnte man einfach mit drei Bauteilen erzeugen, ein ICL7660 und zwei Elkos.
Kevin K. schrieb: > ich verstehe nur leider nicht was ein 10:1 Spannungsteiler ist. Also > besonders dieses "10:1" irritiert mich. > Also das würde bedeuten der +Pol der zweiten 9V-Batterie wird auch an > Pin 4 angeschlossen und der -Pol an meinen Strang "unten" (GND)?? Mit Verlaub Kevin, so wird das nichts. Lass die Finger vom Selbstbau, kaufe bei Thorlabs einen PDA 100 A und das dazu gehörige Netzteil LDS1212 und konzentriere dich auf die Messungen, die du machen willst. Der PDA 100 A verfügt über einen großflächigen Detektor (100mm²), der im gewünschten Wellenlängen Bereich empfindlich ist. Die Verstärkung läßt sich in gewissen Grenzen einstellen, damit du die notwendige Empfindlichkeit erhältst. Zusätzlich brauchst du noch einen optischen Tiefpass, der die Anregewellenlänge unterdrückt. Gruß, Isar
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