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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Photodioden-Frontend hohe Empfindlichkeit, mittlere Bandbreite?


Autor: Sven B. (scummos)
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Hi,

ich möchte ein Photodioden-Frontend bauen, um damit das Ausgangssignal 
eines Michelson-Interferometers aufzuzeichnen. Das Signal im 
Interferometer ist extrem schwach (sagen wir mal 1..10 pW optisch), mit 
der Bandbreite bin ich dafür relativ flexibel, aber ein paar kHz sollten 
es schon sein, sagen wir mal 5 kHz Bandbreite.

Als Physiker hätte ich die Rauschleistungsdichte natürlich gern 
möglichst nahe am Shot Noise des Eingangssignals, das liegt in dem Fall 
so in Richtung 1 fA / sqrt(Hz) rms.

Nun benutzt man ja als Photodioden-Frontend meist einen 
Transimpedanzverstärker. Das erscheint mir aber nach längerer Recherche 
und Simulation in dem Fall gar nicht zielführend. Die Idee des TIA ist 
ja, bei gleichem Feedback-Widerstand die Bandbreite zu erhöhen, indem 
der Swing über die Diodenkapazität reduziert wird. Nur, ich bekomme die 
Bandbreite die ich brauche sowieso durch Auswahl einer Diode mit sagen 
wir 2 pF Sperrschichtkapazität, auch bei 2 M Transimpedanz, auch ohne 
TIA; und in diesem Fall verursacht der TIA nur zusätzliches Rauschen, 
sogar bei Feedback-Widerständen größer 100 k oft mehr als das 
Johnson-Rauschen des Widerstands. Denkt ihr diese Überlegung ist 
richtig, oder habe ich da etwas übersehen?

Stattdessen würde ich einfach einen Serienwiderstand und einen Buffer 
nehmen. Damit kommt man in der Simulation auf 
Eingangs-Rauschleistungsdichten etwas unter 100 fA / sqrt(Hz) bei 2 M 
Widerstand. Nun frage ich mich, gibt es hier noch einen Trick, der 
tatsächlich was verbessert, insbesondere:

 - kann ich irgendwie einen Transistor mit Rauschtemperatur < 300 K 
verbauen (gibt es ja genug) und damit die effektive Temperatur des 
Widerstands senken auch ohne zu kühlen, und wenn ja, wie?

 - kann ich ein band-selektives Anpassungsnetzwerk bauen, oder einen 
Transformator benutzen oder so irgendetwas, das nochmal zu einer 
Verbesserung führt, und ist das realistisch machbar? Ein 4:1 
Transformator klingt erstmal clever, aber hat sicher in der Praxis 
irgendeinen Grund aus dem es schlecht ist ...

Vielen Dank und viele Grüße,
Sven

: Bearbeitet durch User
Autor: Falk B. (falk)
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@ Sven B. (scummos)

>Interferometer ist extrem schwach (sagen wir mal 1..10 pW optisch),

Autsch!

>der Bandbreite bin ich dafür relativ flexibel, aber ein paar kHz sollten
>es schon sein, sagen wir mal 5 kHz Bandbreite.

Bei den Leistungen braucht man verdammt viel Verstärkung, das ist nicht 
ganz trivial. Da muss man fast über Avalanchephotodioden oder gar echte 
Photomultiplier nachdenken.

>Als Physiker hätte ich die Rauschleistungsdichte natürlich gern
>möglichst nahe am Shot Noise des Eingangssignals, das liegt in dem Fall
>so in Richtung 1 fA / sqrt(Hz) rms.

Prost Mahlzeit!

>Nun benutzt man ja als Photodioden-Frontend meist einen
>Transimpedanzverstärker.

Sicher.

> Das erscheint mir aber nach längerer Recherche
>und Simulation in dem Fall gar nicht zielführend.

Wieso?

> Die Idee des TIA ist
>ja, bei gleichem Feedback-Widerstand die Bandbreite zu erhöhen, indem
>der Swing über die Diodenkapazität reduziert wird.

Nicht nur das. Man verbessert auch das SNR. Die herleitung kann ich aber 
nicht mal fix aufschreiben ;-)

> Nur, ich bekomme die
>Bandbreite die ich brauche sowieso durch Auswahl einer Diode mit sagen
>wir 2 pF Sperrschichtkapazität, auch bei 2 M Transimpedanz, auch ohne
>TIA;

Wie soll das gehen, wenn du keinen TIA hast? Wie sieht deine Schaltung 
aus?

> und in diesem Fall verursacht der TIA nur zusätzliches Rauschen,
>sogar bei Feedback-Widerständen größer 100 k oft mehr als das
>Johnson-Rauschen des Widerstands.

Hmmm.

> Denkt ihr diese Überlegung ist richtig,

Nö.

> oder habe ich da etwas übersehen?

Wahrscheinlich, wenng gleich ich dir nicht sagen kann, was es ist.

>Stattdessen würde ich einfach einen Serienwiderstand und einen Buffer
>nehmen. Damit kommt man in der Simulation auf

> - kann ich ein band-selektives Anpassungsnetzwerk bauen, oder einen
>Transformator benutzen oder so irgendetwas, das nochmal zu einer
>Verbesserung führt, und ist das realistisch machbar? Ein 4:1
>Transformator klingt erstmal clever, aber hat sicher in der Praxis
>irgendeinen Grund aus dem es schlecht ist ...

Trafos bei 5kHz? Eher nicht.

Pi mal Dauen gilt, daß die erste Verstärkerstufe den meisten Gewinn 
bringen oder den größten Mist machen kann. Bei so kleinen 
Eingangsströmen / Leistungen ist wohl das Stromrauschen des OPVs 
wichtiger als das Spannungsrauschen. Also muss es ein OPV mit 
FET-Eingangs sein, was bei den kleinen Strömen nur logisch ist.
Prinzipiell sollte die erste Stufe so viel Verstärkung wie möglich 
haben, um das SNR zu maximieren.

Und wenn man WIRKLICH bei solchen Leistungen sich an physikalische 
Grenzen ranwagen will, kann man das Frontend auch aktiv kühlen. Sowas 
hatten sie bei HP in ihren optischen Powermetern auch drin, da war die 
Photodiode + TIA + Gedöhns in einem hermetisch dichten Minigehäuse per 
Peltierelement auf  5°C runtergekühlt (oder waren es -5°C? Lange her)

Ich behaupte mal, sowas kann man fertig kaufen, wenn gleich das alles 
andere als billig ist. Aber ein Selbstbau mit vergleichbaren 
Spezifikationen wird es auch nicht!

: Bearbeitet durch User
Autor: Helmut S. (helmuts)
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> Stattdessen würde ich einfach einen Serienwiderstand und einen Buffer
nehmen.

Du glaubst die 99,999% die das mit TIA machen sind alle ahnungslos. Wohl 
eher nicht. Mach das mit TIA und 100MOhm bis 1GOhm 
"feedback"-Widerstand.
Dazu suchst du die paar wenigen Opamps die da überhaupt in Fage kommen 
und machst eine Noise- und Banbreite-Simulation mit LTspiceXVII. Mit 
erwartetetn 1 bis 10pW optischer Leistung bekommst du 0,5pA bis 5pA 
(maximal das doppelte je nach Wellenlänge) an Strom aus der Photodiode. 
Die Photodiode muss dabei mit 0V Spannung betrieben werden damit der 
Leckstrom möglichst klein bleibt.

: Bearbeitet durch User
Autor: Sven B. (scummos)
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Hi Falk, danke für deine Antwort.

Falk B. schrieb:
> Bei den Leistungen braucht man verdammt viel Verstärkung, das ist nicht
> ganz trivial. Da muss man fast über Avalanchephotodioden oder gar echte
> Photomultiplier nachdenken.

PMTs haben halt weniger Quanteneffizienz (20-25%). Die sind erst bei 
ganz ganz kleinen Leistungen besser als Photodioden.

>> Die Idee des TIA ist
>>ja, bei gleichem Feedback-Widerstand die Bandbreite zu erhöhen, indem
>>der Swing über die Diodenkapazität reduziert wird.
>
> Nicht nur das. Man verbessert auch das SNR. Die herleitung kann ich aber
> nicht mal fix aufschreiben ;-)

Hm, das leuchtet mir nicht ein. Herleitung brauche ich nicht, aber 
zumindest den Grundgedanken warum du denkst dass sich das SNR verbessert 
oder einen Link. Der TIA verbessert nur die Bandbreite -- und dadurch 
gegenüber dem einfachen Widerstand effektiv oft das SNR, weil man 
dadurch eine größere Transimpedanzverstärkung wählen kann.

> Wie soll das gehen, wenn du keinen TIA hast? Wie sieht deine Schaltung
> aus?

Naja, einfach die Photodiode in Reihe mit einem Widerstand. Der 
Photostrom erzeugt eine Spannung über den Widerstand. Die Spannung ist 
das Signal, was dann weiterverarbeitet wird.

> Trafos bei 5kHz? Eher nicht.

Joa, haste Recht.

> Pi mal Dauen gilt, daß die erste Verstärkerstufe den meisten Gewinn
> bringen oder den größten Mist machen kann. Bei so kleinen
> Eingangsströmen / Leistungen ist wohl das Stromrauschen des OPVs
> wichtiger als das Spannungsrauschen. Also muss es ein OPV mit
> FET-Eingangs sein, was bei den kleinen Strömen nur logisch ist.
> Prinzipiell sollte die erste Stufe so viel Verstärkung wie möglich
> haben, um das SNR zu maximieren.

Evtl. habe ich hier was missverstanden. Aber das Spannungsrauschen 
(sagen wir, 2 nV/sqrt(Hz)) wird doch auch durch den Gain verstärkt, 
oder? Und wenn der Gain 2 MOhm ist, ist das halt viel ...

> Und wenn man WIRKLICH bei solchen Leistungen sich an physikalische
> Grenzen ranwagen will, kann man das Frontend auch aktiv kühlen. Sowas
> hatten sie bei HP in ihren optischen Powermetern auch drin, da war die
> Photodiode + TIA + Gedöhns in einem hermetisch dichten Minigehäuse per
> Peltierelement auf  5°C runtergekühlt (oder waren es -5°C? Lange her)

Hmja, aber das sind die letzten paar Prozent. Eine Kühlung von 25° auf 
-5° verringert die thermische Rauschleistungsdichte um einen Faktor 
sqrt(290/260) = ~5%, das ist wirklich nicht viel.

> Ich behaupte mal, sowas kann man fertig kaufen, wenn gleich das alles
> andere als billig ist. Aber ein Selbstbau mit vergleichbaren
> Spezifikationen wird es auch nicht!

Klar, das' aber langweilig. ;)
Und ich wüsste jetzt so erstmal nicht, warum mein Selbstbau prinzipiell 
schlechter sein muss. Ich habe ziemlich dieselben Möglichkeiten wie 
$firma, außer halt dem Wissen wie man es am besten macht.

Autor: Sven B. (scummos)
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Hmm, ja, eventuell ist mein Problem wirklich dass ich keine FET-Input 
Opamps genommen habe ... guter Hinweis ...

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Noch ein Tipp. Nimm eine Photodiode die groß genug ist um den gesmten 
Strahl aufzunehmen.
Strahldurchmesser?
Durchmesser deiner Diode?

Autor: Sven B. (scummos)
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Hmja, eine Linse ist eigentlich schlauer, oder? Große aktive Fläche 
führt zu großer parasitärer Kapazität. Die Linse kostet nichts, außer 
ein bisschen Geld.

Autor: Falk B. (falk)
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@Sven B. (scummos)

>> Nicht nur das. Man verbessert auch das SNR. Die herleitung kann ich aber
>> nicht mal fix aufschreiben ;-)

>Hm, das leuchtet mir nicht ein. Herleitung brauche ich nicht, aber
>zumindest den Grundgedanken warum du denkst dass sich das SNR verbessert
>oder einen Link.

Ist lange her, muss ich mal suchen.

> Der TIA verbessert nur die Bandbreite

Nein. Das Modell der Photodiode + TIA ist deutlich komplexer.

>Naja, einfach die Photodiode in Reihe mit einem Widerstand. Der
>Photostrom erzeugt eine Spannung über den Widerstand. Die Spannung ist
>das Signal, was dann weiterverarbeitet wird.

Dnn hast du aber keine Transimpedanz sondern einen schlichten 
Arbeitswiderstand.

>Evtl. habe ich hier was missverstanden. Aber das Spannungsrauschen
>(sagen wir, 2 nV/sqrt(Hz)) wird doch auch durch den Gain verstärkt,
>oder? Und wenn der Gain 2 MOhm ist, ist das halt viel ...

Sicher, da muss man ein Optimum aus vielen Randbedingungen finden.

>Hmja, aber das sind die letzten paar Prozent. Eine Kühlung von 25° auf
>-5° verringert die thermische Rauschleistungsdichte um einen Faktor
>sqrt(290/260) = ~5%, das ist wirklich nicht viel.

Es ging dabei nicht nur um die Rauschleistungsdichte, auch um den 
Leckstrom, der sich ca. alle 10°C verdoppelt.

>Klar, das' aber langweilig. ;)
>Und ich wüsste jetzt so erstmal nicht, warum mein Selbstbau prinzipiell
>schlechter sein muss.

Bist du schaltungstechnisch sooo fit? Das klingt nicht wirklich danach.

> Ich habe ziemlich dieselben Möglichkeiten wie
>$firma, außer halt dem Wissen wie man es am besten macht.

Ach so, na dann! 8-0

Such mal nach Datenblättern und App-Notes der großen Firmen zum Thema 
TIA und OPV, dort findest du auch welche mit exzessiven Herleitungen. 
Auf die Schnelle hab ich nur das im Anhang gefunden.

Autor: Uwe B. (Firma: TU Darmstadt) (uwebonnes)
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Muss die Bandbreite bei DC  beginnen? Wie genau brauchst Du den Wert? 
Selbst bei 1 GOhm geben 0.5 pA erst 500 uV. Damit das nicht nicht in den 
schaltungsinternen Offsets untergeht, muss Du Dich gewaltig anstrengen.

Und mit deinen 2 MOhm und den Buffer bist Du erst bei 1 uV. Welcher 
Buffer soll das stabil verstaerken?

Autor: Dünnwandtroll (Gast)
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Bei so wenig Licht verwendet man sinnvollerweise einen Lock-in 
Versterker hinter dem Transimpedanz.
Den Phil Hobbs gibt es auch als Buch. Falls man an abgehobenen 
photoempfaengern interessiert ist.

Autor: Uwe B. (Firma: TU Darmstadt) (uwebonnes)
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Bei 5 kHz geforderter Bandbreite heisst das > 10  kHz Chopperfrequenz...

Autor: Sven B. (scummos)
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@Falk, das PDF kenne ich natürlich und hab ich auch gelesen (sogar die 
ausführliche Version aus dem Buch des Autors, da steht mehr drin als in 
diesem Zusammenfassungs-Artikel) ;)

Was heißt schaltungstechnisch fit -- ich habe dieselben 
Fertigungsmöglichkeiten, angemessene Messtechnik und dieselben Bauteile 
zur Verfügung. Ich habe ein bisschen Erfahrung mit Elektronik und 
versuche mich ja gerade (u.A. in diesem Thread) zu informieren, wie 
komplex die Aufgabe genau ist. Vielleicht ist es zu schwierig für mich, 
aber meist heißt das ja hauptsächlich, dass es halt lange dauert und 
mehrere Versuche braucht. Und: die Fertig-Produkte sind in diesem 
Messtechnik-Bereich auch nicht immer die beste Wahl. Oft passen sie 
nicht genau zur Anwendung, sind fast immer schlecht dokumentiert, und 
auch nicht immer perfekt designt.

@Uwe
> Muss die Bandbreite bei DC  beginnen?

Nein, ich brauche kein DC.

> Wie genau brauchst Du den Wert?

Nicht sehr, es geht nur darum, dass das Signal nicht im Rauschen 
untergeht. Das Signal selbst ist ja auch noch rauschbehaftet. +3dB SNR 
sind schon super, ich kann auch mit < 0 dB leben.

> Selbst bei 1 GOhm geben 0.5 pA erst 500 uV. Damit das nicht nicht in den
> schaltungsinternen Offsets untergeht, muss Du Dich gewaltig anstrengen.

Ich möchte ja nicht notwendigerweise stationär zwischen 1pW und dunkel 
unterscheiden. Das Signal ist dynamisch (sagen wir, 1 kHz) und ein 
bisschen Drift oder so ist nicht so schlimm. Alles kleiner 100 Hz ist 
mir egal.

@Troll
> Bei so wenig Licht verwendet man sinnvollerweise einen Lock-in
> Versterker hinter dem Transimpedanz.

Naja, das geht nur, wenn das Signal sehr schmalbandig ist. Ist es aber a 
priori nicht in diesem Fall.

> Den Phil Hobbs gibt es auch als Buch. Falls man an abgehobenen
> photoempfaengern interessiert ist.

Ja danke, hab ich schon gefunden ;)


Das mit dem FET-Input Opamps war tatsächlich der Trick; zumindest im 
Simulator kann man sich sowas wie im Anhang bauen, aus einem FET-Buffer 
und dann einem Low-Noise-Opamp. Das hat dann sehr wenig Rauschen (~15 
fA/sqrt(Hz) mit 100 M Feedback). Die Frage ist, ob man das irgendwie 
realistisch aufbauen kann. Hmm.

: Bearbeitet durch User
Autor: Reihaus (Gast)
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Schau mal in die Elektronik 5/1999 s.101
in der Art haben wir das schon mal gemacht.

Autor: U. M. (oeletronika)
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Hallo,
> Sven B. schrieb:
> ich möchte ein Photodioden-Frontend bauen, um damit das Ausgangssignal
> eines Michelson-Interferometers aufzuzeichnen. Das Signal im
> Interferometer ist extrem schwach (sagen wir mal 1..10 pW optisch),
Warum ist das so?
Solch Aufbau arbeitet doch üblicherweise mit Lasern. Ich sehe da keinen 
Grund, dass am Empfänger so wenig Licht ankommt, dass man sich bei der 
Verstärkung am Rande des physikalsch machbaren bewegen müßte.

> mit
> der Bandbreite bin ich dafür relativ flexibel, aber ein paar kHz sollten
> es schon sein, sagen wir mal 5 kHz Bandbreite.
Und wo ist die unteres Grenzfrequenz?
Für so ein Verstärkerkonzept ist es schon sehr wesentlich, ob man DC 
verstärken muß oder AC.

> Als Physiker hätte ich die Rauschleistungsdichte natürlich gern
> möglichst nahe am Shot Noise des Eingangssignals, das liegt in dem Fall
> so in Richtung 1 fA / sqrt(Hz) rms.
Wunschträume kann man ja haben.

> Nun benutzt man ja als Photodioden-Frontend meist einen
> Transimpedanzverstärker. Das erscheint mir aber nach längerer Recherche
> und Simulation in dem Fall gar nicht zielführend.
> Die Idee des TIA ist
> ja, bei gleichem Feedback-Widerstand die Bandbreite zu erhöhen, indem
> der Swing über die Diodenkapazität reduziert wird.
Da eine Fotodiode in Sperrrichtung üblicherweise als Stromquelle 
fungiert, macht der Transimpedanzverstärker auch Sinn, weil man damit 
auf eine Spannung kommt, die man weiter verstärken, filtern und 
auswerten kann.

> Nur, ich bekomme die
> Bandbreite die ich brauche sowieso durch Auswahl einer Diode mit sagen
> wir 2 pF Sperrschichtkapazität, auch bei 2 M Transimpedanz, auch ohne
> TIA;
Und dann?
Da hast du paar uV über den Widerstand mit Stromrauschen der der 
Fotodiode und dazu dem Widerstandsrauschen, welche du noch ungefähr 1 
Mio mal verstärken mußt, was dann auch noch mind. das Rauschen der 
Eingangsstufe der ersten Verstärkerstufe voll mitverstärkt.
Wie schon geschrieben, ist es bei einem TIA üblich, die Verstärkung so 
hoch wie möglich auszulegen, weil da Rauschen des Verstärkerns nur mit 
Wurzel(2) eingeht, aber bei allen nachfolgenden Verstärkungen linear.

> und in diesem Fall verursacht der TIA nur zusätzliches Rauschen,
Bei jedem Verstärker wird das unvermeidlich sein.
> sogar bei Feedback-Widerständen größer 100 k oft mehr als das
> Johnson-Rauschen des Widerstands. Denkt ihr diese Überlegung ist
> richtig, oder habe ich da etwas übersehen?
Ich kann dir das alles auch nicht herleiten, aber die Erfahrung sagt 
mir, dass der klassiche TIA das beste Konzept für solche Aufgaben ist.
Je nach Randbedingungen kann man es modifizieren und mit diversen 
Maßnahmen ergänzen.

Ich würde aber dringend dazu raten, die alles dafür zu tun, dass die 
Empfangsleistung um den Faktor 100...1000 höher wird, z.B. indem man die 
Fotodiode größer macht (was bei der erforderlichen Dynamik unkritisch 
erscheint, eine passende Optik davor setzt, um viel Licht einzufangen 
und die Sendeleistung sinnvoll erhöht.
Dann wird der Verstärker ein einfaches Problem.

> - kann ich irgendwie einen Transistor mit Rauschtemperatur < 300 K
> verbauen (gibt es ja genug) und damit die effektive Temperatur des
> Widerstands senken auch ohne zu kühlen, und wenn ja, wie?
Nach meiner Erfahrung sind die verfügbaren OPV, welche spezielle für 
Transimpedanzverstärker an Fotodioden mit extrem kleinen Strömen 
konzipiert sind (DiFET-Technologie), kaum noch durch dolle 
Schaltungstrickts zu toppen.

>  - kann ich ein band-selektives Anpassungsnetzwerk bauen, oder einen
> Transformator benutzen oder so irgendetwas, das nochmal zu einer
> Verbesserung führt, und ist das realistisch machbar? Ein 4:1
> Transformator klingt erstmal clever, aber hat sicher in der Praxis
> irgendeinen Grund aus dem es schlecht ist ...
Ein Trafo übersetzt Spannungen, verheizt aber dabei immer Signalleistung 
und bringt in Bezug auf SNR IMHO nix, außer zusätzliches Rauschen, 
Nichtlinearitäten und unsinnigen Aufwand.
Ich halte es in dem Zusammenhang für ein Schnappsidee.
Gruß Öletronika

: Bearbeitet durch User
Autor: gaestchen (Gast)
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SuperThread.

Also mein Senf ist, ich glaube :) das Eingnagsspannungsrauschen wird 
nicht evrstärkt weitergegeben an den Ausgang, wobei das ja eigenlich 
nicht sein kann vielleicht revidiere ich mich hier gleich selber.

Bei TIAs ist eigentlich immer das Stromrauschen plus Biasströme real 
ausschlaggebend, da diese direkt mit dem Rfeedback multipliziert aus 
Ausgang auftreten, und FET OpAmps haben eben deutlich geringere von 
diesen Strömen also Bipolar typen.


Mit Phil Hobbs hast du wahrscheinlich schon die beste Quelle in den 
Händen die es dazu gibt, Burr Browns Jerald Graeme hat noch einige 
Bücher geschrieben, dazu eines zu TIAs, das hat dann auch Art Kay von 
Texas weitesgehend übernommen und mit dem TinaTI durchsimuliert.
Also die drei Quellen plus eben AppNotes dann kannst du nen Doktor auf 
dem Gebiet schreiben.

In der realen Schaltung sind dann eben kritische Leiterlängen von 
Photodiode und Leckströme zu beachten, das ist aber schwieirig zu 
simulieren, dafür braucht man dann einfach Erfahrung und elektrisches 
Geschick, plus Messgeräte des Vetrauens um überhaupt das Rauschen am 
Ausgang sehen zu können.

Ich les auf jedenfall weiterhin mit, klingt spannend.
Grüsse, bis 2018 dann :)

Autor: Uwe B. (Firma: TU Darmstadt) (uwebonnes)
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Wenn Du kein DC brauchst, schau Dir z.B. die Schaltung auf dem Deckblatt 
des Linear LT6200 Datenblatt an.

Kennst Du die Frequenz des Interferometers?

Autor: gaestchen (Gast)
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PS: wegen dem wieso man eben TIA und kein anderes Konzept benutzt:

steht im Graeme gut erklärt, bei Phil Hobbs dann nochmal, wenn ich mich 
recht entsinne ist der TIA das linearste, alles andere weicht mehr oder 
weniger davon ab, deine Photodiode ist ja keine ideale Stromquelle für 
egal welche LAsten, aber in den Büchern stehts sicher genauer :)

Um noch ein letztes einzuwerfen, Hobbs meint man solle wegen besserer 
Linearität unbedingt die Photodiiode vorspannen, bisher habe ich 
meistens Schaltung ohne Vorspannung aufgebaut, er meinte dazu dass das 
einer der großen Mythen ist , weil die Optiker meistens schlechte 
elektrotechniker sind und umgekehrt, kann ich aber weder bestätigen noch 
dementieren, vlt gibts ja hier Meinungen dazu. Im Neuen Jahr will ich 
dazu mal ein paar Evaluierungsschaltungen aufbauen und testen.

Autor: Sven B. (scummos)
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U. M. schrieb:
> Warum ist das so?
> Solch Aufbau arbeitet doch üblicherweise mit Lasern. Ich sehe da keinen
> Grund, dass am Empfänger so wenig Licht ankommt, dass man sich bei der
> Verstärkung am Rande des physikalsch machbaren bewegen müßte.

Das Interferometer soll als Spektrometer fungieren. Der Laser ist schon 
relativ hell, aber die Effizienz des Prozesses der das eigentliche 
Signallicht erzeugt ist schlecht und es bleibt wenig übrig. Mehr Licht 
gibt's nicht, sorry ;)
Das ist auch so kalkuliert, dass das Licht alles auf die Diode trifft, 
das versteht sich ja von selbst.

> Und wo ist die unteres Grenzfrequenz?
> Für so ein Verstärkerkonzept ist es schon sehr wesentlich, ob man DC
> verstärken muß oder AC.

Ich brauche kein DC. Wenn es 1 bis 5 kHz verstärkt ist das gut.

> Wunschträume kann man ja haben.

Jaja!

> Und dann?
> Da hast du paar uV über den Widerstand mit Stromrauschen der der
> Fotodiode und dazu dem Widerstandsrauschen, welche du noch ungefähr 1
> Mio mal verstärken mußt, was dann auch noch mind. das Rauschen der
> Eingangsstufe der ersten Verstärkerstufe voll mitverstärkt.

Hm ne, also ich denke immer noch dass das alles nicht der Punkt ist. Es 
geht nur um die Bandbreite. Mit meinem 2 M Serienwiderstand habe ich 
auch 10 pA * 2 M = 20 µV, ganz genau wie beim TIA mit 2 M Transimpedanz. 
Ok, beim TIA sind die am Ausgang niederimpedant, aber ein Buffer ist für 
20 µV vergleichsweise einfach (AD8244).

> Wie schon geschrieben, ist es bei einem TIA üblich, die Verstärkung so
> hoch wie möglich auszulegen, weil da Rauschen des Verstärkerns nur mit
> Wurzel(2) eingeht, aber bei allen nachfolgenden Verstärkungen linear.

Das ist richtig, aber beim Widerstand in Reihe auch nicht anders.

> Ich kann dir das alles auch nicht herleiten, aber die Erfahrung sagt
> mir, dass der klassiche TIA das beste Konzept für solche Aufgaben ist.

Hmja, nach diesem Thread komme ich auch zu dem Schluss, dass das wohl 
doch korrekt ist.

>> - kann ich irgendwie einen Transistor mit Rauschtemperatur < 300 K
>> verbauen (gibt es ja genug) und damit die effektive Temperatur des
>> Widerstands senken auch ohne zu kühlen, und wenn ja, wie?
> Nach meiner Erfahrung sind die verfügbaren OPV, welche spezielle für
> Transimpedanzverstärker an Fotodioden mit extrem kleinen Strömen
> konzipiert sind (DiFET-Technologie), kaum noch durch dolle
> Schaltungstrickts zu toppen.

Ok, danke für den Hinweis und den Tipp mit den DiFET-Opamps, da werde 
ich mich nochmal umschauen.

Viele Grüße,
Sven

Autor: Sven B. (scummos)
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@Uwe, Fringe-Frequenz kann ich festlegen. Für weniger als den unteren 
kHz-Bereich wird gibt es aber unangenehm lange Messzeiten und ich 
dachte, da hat man dann auch tendentiell Probleme mit Drift und 
1/f-Rauschen und so.

Stimmt, Linearität ist wohl ein Argument für den TIA. Das mit der 
Vorspannung ist für "hohe Empfindlichkeit"-Aufbauten glaub ich gegessen 
-- das erhöht den Leckstrom, was schlimmer ist als die dagegen 
getauschten Vorteile.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Sven B. schrieb:
> Hmja, eine Linse ist eigentlich schlauer, oder? Große aktive Fläche
> führt zu großer parasitärer Kapazität. Die Linse kostet nichts, außer
> ein bisschen Geld.

Ja eine Linse ist natürlich noch besser in diesem Fall.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Als Opamp werfe ich mal den OPA124 in die Runde.

Autor: Christian L. (cyan)
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Im Datenblatt des ADA4530-1 findest du eine gute Übersicht zur 
Berechnung eines TIAs. Auf Themen, wie Rauschen usw. wird auch 
eingegangen.
http://www.analog.com/media/en/technical-documenta...

Autor: Sven B. (scummos)
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Christian L. schrieb:
> Im Datenblatt des ADA4530-1 findest du eine gute Übersicht zur
> Berechnung eines TIAs. Auf Themen, wie Rauschen usw. wird auch
> eingegangen.
> http://www.analog.com/media/en/technical-documenta...

Sehr interessantes Bauteil! Vielen Dank.

Autor: Dünnwandtroll (Gast)
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Wenn Rauschen ein Problem ist, hat man bei Anwendungen mit Einfluss auf 
das Messkonzept immer eine sehr gute Chance mit einem Lock-in. Wenn man 
wuesste was denn genau gemessen werden soll ... wieder mal so ein Fall, 
wo man die Wuermeer einzeln rausziehen muss.

Ist das zu messende Phenomen mit einer Bandbreite von bis 5kHz, also 
Zerfallszeiten/Zeitkonstanten laenger als 200us ?
Allenfalls kann man das optische System mit 1MHz pulsen und mit 1kHz 
Filtern, das waere dann eine Rauschunterdrueckung von 30dB.

Autor: Sven B. (scummos)
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Dünnwandtroll schrieb:
> Wenn Rauschen ein Problem ist, hat man bei Anwendungen mit Einfluss auf
> das Messkonzept immer eine sehr gute Chance mit einem Lock-in. Wenn man
> wuesste was denn genau gemessen werden soll ... wieder mal so ein Fall,
> wo man die Wuermeer einzeln rausziehen muss.

Ja einerseits verstehe ich das Problem, andererseits kann ich auch im 
ersten Post keine 25 Seiten Kontext aufschreiben, das will ja auch 
keiner lesen. Und ebenfalls andererseits wird einem auch nie zugetraut, 
dass man sein Messkonzept so halbwegs durchdacht hat und tatsächlich nur 
nach dem ungeklärten Teil fragt ;)

> Ist das zu messende Phenomen mit einer Bandbreite von bis 5kHz, also
> Zerfallszeiten/Zeitkonstanten laenger als 200us ?
> Allenfalls kann man das optische System mit 1MHz pulsen und mit 1kHz
> Filtern, das waere dann eine Rauschunterdrueckung von 30dB.

Das Interferometer soll als Spektrometer verwendet werden, auf das 
Eingangssignal hast du also erstmal wenig Einfluss, außer eben auf die 
Bandbreite (durch die Scangeschwindigkeit).

Autor: Sven B. (scummos)
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So, Prototyp mit dem ADA4530 ist bestellt, mal schauen wie das so 
funktioniert mit 250 MOhm Transimpedanzverstärkung.

Autor: Hp M. (nachtmix)
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U. M. schrieb:
> Ein Trafo übersetzt Spannungen, verheizt aber dabei immer Signalleistung
> und bringt in Bezug auf SNR IMHO nix, außer zusätzliches Rauschen,
> Nichtlinearitäten und unsinnigen Aufwand.
> Ich halte es in dem Zusammenhang für ein Schnappsidee.

Ich nicht.
Es geht bei solchen Sachen ja primär immer um Leistungsverstärkung, hier 
sogar mit dem Zweitziel der Rauschanpassung. Dabei kann ein guter 
Übertrager sehr helfen.

gaestchen schrieb:
> Um noch ein letztes einzuwerfen, Hobbs meint man solle wegen besserer
> Linearität unbedingt die Photodiiode vorspannen, bisher habe ich
> meistens Schaltung ohne Vorspannung aufgebaut, er meinte dazu dass das
> einer der großen Mythen ist , weil die Optiker meistens schlechte
> elektrotechniker sind und umgekehrt,

Ich habe eher den Eindruck, dass dieser Hobbs ein schlechter Elektriker 
ist.
Wenn man mit derartig geringen Leistungen hantiert, kommt ja praktisch 
keine Spannung an der PD zustande, die die Linearität verschlechtern 
könnte.
Eine Vorspannung führt aber zu erhöhtem Rauschen.
Die dummen Optiker werden das einfach ausprobiert haben.

Sven B. schrieb:
> Eine Kühlung von 25° auf
> -5° verringert die thermische Rauschleistungsdichte um einen Faktor
> sqrt(290/260) = ~5%, das ist wirklich nicht viel.

Das ist ja auch lächerlich wenig. Dafür braucht man im Winter nur das 
Fenster auf zu machen. Die letzten Spektrometer, mit denen ich zu tun 
hatte, haben ihre Si-Detektoren auf -70°C gekühlt. Das ältere mittels 
Kompressorkühlung, das jüngere mittels Peltiers. Der Servicetechniker 
murmelte etwas von 35 Elektronen pro Sekunde.

Sven B. schrieb:
> Das Signal im
> Interferometer ist extrem schwach (sagen wir mal 1..10 pW optisch)

So furchtbar wenig ist das doch nicht. 10µV an 50 Ohm sind auch nur 2pW 
und damit funktionieren viele HF-Empfänger schon ganz prima. Sogar mit 
Bandbreite.

Der gravierenste Fehler bei deiner Konstruktion dürfte die Verwendung 
von nur einer PD sein. Die Lichtenergie in den Interferenzminima ist 
doch nicht weg, sie erscheint jetzt nur an einem anderen Ort.
Da bietet es sich doch an eine zweite PD an diesem Ort anzubringen und 
sie antiparallel zur ersten zu schalten. Auf diese Weise kann man auch 
auf rauschende Arbeitswiderstände verzichten.
Man kann das natürlich auch noch etwas weiter treiben und an Stelle von 
einigen wenigen PD gleich eine ganze Zeile, z.B. in Gestalt eines CCD, 
verwenden und das ganze Spektrum darauf abbilden.
Anstelle des präzise anzutreibenden Wackelspiegels steht dann ein Gitter 
oder ein Prisma, das dir auch noch die Mühsal der Fourieranalyse 
abnimmt.
Um einen mechanisch superstabilen Aufbau, evtl. auch thermostatisiert, 
wirst du so oder so nicht herum kommen.

: Bearbeitet durch User
Autor: Hp M. (nachtmix)
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Sven B. schrieb:
> Das Interferometer soll als Spektrometer fungieren. Der Laser ist schon
> relativ hell, aber die Effizienz des Prozesses der das eigentliche
> Signallicht erzeugt ist schlecht und es bleibt wenig übrig. Mehr Licht
> gibt's nicht, sorry ;)

Ich könnte mir vorstellen, dass du unter diesen Umständen ein Problem 
bei der Digitalisierung des Signals bekommst.
Deshalb weil das mickrige Meßsignal den starken Fringes des Laserlichts 
überlagert ist. Damit dürfte man an die Grenzen von Linearität und 
Auflösung des ADC kommen.

Evtl. kannst du das Laserlicht mit einem Interferenzfilter weitestgehend 
entfernen, aber völlig linear, ohne Quantisierungsrauschen und in 
weniger als 1ns erledigt die althergebrachte dispersive Optik die vielen 
vektoriellen Additionen ;-)

Autor: Wolfgang (Gast)
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Sven B. schrieb:
> Alles kleiner 100 Hz ist mir egal.

Sag das doch gleich und nicht erst nach einem Dutzend Postings.

Sven B. schrieb:
> Die Idee des TIA ist ja, bei gleichem Feedback-Widerstand die Bandbreite
> zu erhöhen, indem der Swing über die Diodenkapazität reduziert wird.

Der TIA sorgt dafür, dass der Diodenstrom im Kurzschlussbetieb und nicht 
bei irgendeiner Spannung gemessen wird, i.e. damit bekommst du 
Linearität. Die Diodenkapazität reduzierst du, indem du eine kräftige 
DC-Spannung in Sperrrichtung an die Diode legst. Ausgewertet wird dann 
nur der AC-Anteil.

Autor: Sven B. (scummos)
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Hp M. schrieb:
> Ich habe eher den Eindruck, dass dieser Hobbs ein schlechter Elektriker
> ist.
> Wenn man mit derartig geringen Leistungen hantiert, kommt ja praktisch
> keine Spannung an der PD zustande, die die Linearität verschlechtern
> könnte.
> Eine Vorspannung führt aber zu erhöhtem Rauschen.
> Die dummen Optiker werden das einfach ausprobiert haben.

Ich glaub es gibt einfach verschiedene Anwendungsfälle. Eine Vorspannung 
ist m.E. genau dann sinnvoll, wenn der Dunkelstrom nicht das 
Limitierende ist. Das ist hier nicht der Fall.

> Sven B. schrieb:
>> Eine Kühlung von 25° auf
>> -5° verringert die thermische Rauschleistungsdichte um einen Faktor
>> sqrt(290/260) = ~5%, das ist wirklich nicht viel.
>
> Das ist ja auch lächerlich wenig. Dafür braucht man im Winter nur das
> Fenster auf zu machen. Die letzten Spektrometer, mit denen ich zu tun
> hatte, haben ihre Si-Detektoren auf -70°C gekühlt. Das ältere mittels
> Kompressorkühlung, das jüngere mittels Peltiers. Der Servicetechniker
> murmelte etwas von 35 Elektronen pro Sekunde.

Ja Moment, für den Si-Detektor ist das was anderes. Da geht der 
Dunkelstrom exponentiell mit der Temperatur runter, statt mit der Wurzel 
wie beim Widerstand. Das bringt aber erst dann was, wenn der Schaltkreis 
so gut ist, dass der Dunkelstrom der Diode überwiegt, und eben nicht das 
Widerstandsrauschen. Den Widerstand kühlen bringt auch auf -70°C wenig. 
Aber das ist eine interessante Anekdote ;)

> Der gravierenste Fehler bei deiner Konstruktion dürfte die Verwendung
> von nur einer PD sein. Die Lichtenergie in den Interferenzminima ist
> doch nicht weg, sie erscheint jetzt nur an einem anderen Ort.

Darüber hab ich auch schon nachgedacht. Aber...

> Da bietet es sich doch an eine zweite PD an diesem Ort anzubringen und
> sie antiparallel zur ersten zu schalten.

wo? Es gibt prinzipbedingt keinen Platz, wo man die hinbauen kann ohne 
dass sie der anderen im Weg ist, oder?

> Man kann das natürlich auch noch etwas weiter treiben und an Stelle von
> einigen wenigen PD gleich eine ganze Zeile, z.B. in Gestalt eines CCD,
> verwenden und das ganze Spektrum darauf abbilden.
> Anstelle des präzise anzutreibenden Wackelspiegels steht dann ein Gitter
> oder ein Prisma, das dir auch noch die Mühsal der Fourieranalyse
> abnimmt.

Naja, dann hat man mein FT-Spektrometer eben in ein Gitterspektrometer 
umgebaut. Kann man natürlich machen :D hat aber andere Nachteile.
Den Spiegel musst du nicht präzise antreiben -- dafür hast du einen 
Referenzkanal, der zeitsynchron Fringes eines stabilen Lasers zählt. Der 
kann einfach irgendwie fahren.

> Ich könnte mir vorstellen, dass du unter diesen Umständen ein Problem
> bei der Digitalisierung des Signals bekommst.
> Deshalb weil das mickrige Meßsignal den starken Fringes des Laserlichts
> überlagert ist.

Deshalb ist da auch davor ein optisches Filter, was das Laserlicht 
großteils entfernt.

@Wolfgang
> Der TIA sorgt dafür, dass der Diodenstrom im Kurzschlussbetieb und nicht
> bei irgendeiner Spannung gemessen wird, i.e. damit bekommst du
> Linearität. Die Diodenkapazität reduzierst du, indem du eine kräftige
> DC-Spannung in Sperrrichtung an die Diode legst.

Für den Hinweis war das mit dem DC natürlich absolut zentral. ...
Ok, das mit der Linearität macht Sinn, das habe ich inzwischen 
verstanden. Die Rückwärtsspannung halte ich immer noch für 
kontraproduktiv, das erhöht den Dunkelstrom stark, das kann man sich für 
eine auf Empfindlichkeit optimierte Anwendung nicht leisten.

Autor: Jens G. (jensig)
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@ Uwe Bonnes (Firma: TU Darmstadt) (uwebonnes)

>Wenn Du kein DC brauchst, schau Dir z.B. die Schaltung auf dem Deckblatt
>des Linear LT6200 Datenblatt an.

Das sind alles noch solche Tricks aus der Vergangenheit, als es noch 
keine rauscharmen FET-OPV mit hoher Grenzfrequenz gab.

@Helmut S. (helmuts)

>Als Opamp werfe ich mal den OPA124 in die Runde.

Und ich den OPA657 (bzw. sein f-kompensierter Bruder OPA656).

Der OPA124 hat ja gerade mal eine GBW von 1,5MHz. Bei den open 
angesprochenen 250MOhm glaube ich nicht so richtig, daß der noch einige 
kHz mitmacht.
Ansonsten sind die Rauschwerte des OPA124 nicht schlecht 
(Spannungsrauschen des OPV ist ohnehin bei solch hohen Transimpedanzen 
eher egal, solange man nicht in höhere Frequenzbereiche muß).

Autor: U. M. (oeletronika)
Datum:

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Hallo,
> Sven B. schrieb:
> Die Rückwärtsspannung halte ich immer noch für
> kontraproduktiv, das erhöht den Dunkelstrom stark, das kann man sich für
> eine auf Empfindlichkeit optimierte Anwendung nicht leisten.
Da bin ich ja mal gespannt, wie du die Physik austricksen wirst ;-)
Du willst ja auch eine gewissen Dynamik haben. Da wirst du zumindest 
etwas Vorspannung wahrscheinlich gerade wegen der sehr hohen 
Empfindlichkeit brauchen, sonst macht dir die lästige Kapazität der 
Didoe einen Strich durch die Rechnung.
Ist natürlich auch wieder von der Größe der PD agnhängig, aber je 
kleiner die ist, desto weniger Licht wirst du bekommen.
Da beißt sich dann die Katze in den Schwanz.

Die Frage der Linearität halte ich dann auch für nebensächlich, eine PD 
in Sperrrichtung am TIA ist schon ziemlich gut linear.
Gruß Öletronika

Autor: Jens G. (jensig)
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@ U. M. (oeletronika)

>Hallo,
>> Sven B. schrieb:
>> Die Rückwärtsspannung halte ich immer noch für
>> kontraproduktiv, das erhöht den Dunkelstrom stark, das kann man sich für
>> eine auf Empfindlichkeit optimierte Anwendung nicht leisten.
>Da bin ich ja mal gespannt, wie du die Physik austricksen wirst ;-)
>Du willst ja auch eine gewissen Dynamik haben. Da wirst du zumindest
>etwas Vorspannung wahrscheinlich gerade wegen der sehr hohen
>Empfindlichkeit brauchen, sonst macht dir die lästige Kapazität der
>Didoe einen Strich durch die Rechnung.

Das hat aber nichts mit Empfindlichkeit schlechthin zu tun, sondern 
erstmal mit den Frequenzeigenschaften.
Wenn man keine hohe Frequenzen verarbeiten will, reicht eine PD im 
Kurzschlußbetrieb. Dafür hat man praktisch keinen Dunkelrauschstrom -> 
empfindlich.
Will man höhere Frequenzen erreichen, kann man (nicht muß) mit 
Vorspannung zur C-Erniedrigung arbeiten. Alternativ kann man auch mit 
den zahlreichen Bootstrap-Schaltungen herumtricksen, die die wirksam 
werdende parasitäre C der Diode+angrenzenden Schaltung erniedrigen 
können.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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> Da wirst du zumindest etwas Vorspannung wahrscheinlich gerade wegen der sehr 
hohen Empfindlichkeit brauchen, sonst macht dir die lästige Kapazität der Didoe 
einen Strich durch die Rechnung.

Wer mit pA hantiert, der nimmt besser keine Vorspannung, weil damit ein 
hoher Leckstrom eingehrgeht der die Empfindlichkeit kaputt macht.

Autor: Lurchi (Gast)
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Die Vorspannung ist vor allem bei höheren Frequenzen relevant - 
allerdings kann abei 250 MOhm in der Rückkopplung der Übergang zu den 
höheren Frequenzen bereits im unteren kHz Bereich liegen und damit schon 
relevant sein. Wo die Grenze liegt hängt auch von der Detektorkapazität 
ab. Eine kleine PD kann noch ohne Vorspannung auskommen, eine große wird 
wohl eine benötigen.

Schon eine moderate Vorspannung (z.B. 2 V) kann die Kapazität deutlich 
reduzieren. Man muss nicht gleich in den Bereich hoher Vorspannung 
gehen.

Wenn man zu wirklich kleinem Rauschen kommen will, kann man ggf. auch 
statt TIA einen Ladungsverstärker nutzen, also mit Kondensator im FB und 
dann einem gelegentlichen FB. Es hängt von der Anwendung ab, ob es 
passt. Im Prinzip kann man damit das Rauschen der Widerstandes los 
werden, bekommt aber dafür eine andere Rauschquelle, bzw. Reset Pausen 
in der Messzeit. Es gibt auch gleich fertige Integrator ICs mit eine 
Reset Schaltung.

Autor: Sven B. (scummos)
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U. M. schrieb:
> Hallo,
>> Sven B. schrieb:
>> Die Rückwärtsspannung halte ich immer noch für
>> kontraproduktiv, das erhöht den Dunkelstrom stark, das kann man sich für
>> eine auf Empfindlichkeit optimierte Anwendung nicht leisten.
> Da bin ich ja mal gespannt, wie du die Physik austricksen wirst ;-)
> Du willst ja auch eine gewissen Dynamik haben. Da wirst du zumindest
> etwas Vorspannung wahrscheinlich gerade wegen der sehr hohen
> Empfindlichkeit brauchen, sonst macht dir die lästige Kapazität der
> Didoe einen Strich durch die Rechnung.
> Ist natürlich auch wieder von der Größe der PD agnhängig, aber je
> kleiner die ist, desto weniger Licht wirst du bekommen.
> Da beißt sich dann die Katze in den Schwanz.

Naja, es gibt viele Dioden mit < 2 pF Kapazität ohne Vorspannung. Für 
ein paar kHz ist die Diodenkapazität einfach nicht limitierend, sondern 
eher, wie viel Transimpedance Gain man sich noch zutraut. So sieht das 
zumindest in meinen Simulationen für mich gerade aus. Außerdem Dynamik 
...? Das verschlechtert die Frequenzeigenschaften, nicht die Dynamik, 
oder übersehe ich da was?

Ich weiß was du meinst, ich habe viele Schaltungen mit Bootstrap und 
Vorspannung und blabla angeschaut, aber die haben immer sowas wie 100 pF 
Diodenkapazität, ich sehe einfach nicht, warum ich das heutzutage bzw. 
in der Anwendung erdulden sollte.

Das mit der Größe der Photodiode ist kein Argument, du kannst mit einer 
Linse die effektive Fläche beliebig vergrößern. Bei passendem Aufbau 
trifft dann immer alles verfügbare Licht auf die PD, egal wie klein die 
ist. Naja, gibt natürlich Grenzen, < 100µ wird dann schon wieder 
anstrengend, aber 300µ oder 500µ ist sicherlich kein Problem.

: Bearbeitet durch User
Autor: Sven B. (scummos)
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Lurchi schrieb:
> Wenn man zu wirklich kleinem Rauschen kommen will, kann man ggf. auch
> statt TIA einen Ladungsverstärker nutzen, also mit Kondensator im FB und
> dann einem gelegentlichen FB. Es hängt von der Anwendung ab, ob es
> passt. Im Prinzip kann man damit das Rauschen der Widerstandes los
> werden, bekommt aber dafür eine andere Rauschquelle, bzw. Reset Pausen
> in der Messzeit. Es gibt auch gleich fertige Integrator ICs mit eine
> Reset Schaltung.

Hmm, die integrieren aber, oder? Also effektiv wirst du da das Rauschen 
des Widerstands nicht los, du reduzierst nur die Bandbreite so weit dass 
das Integral über die Rauschleistungsdichte dieser sehr kleinen 
Bandbreite sehr klein ist ...?

Autor: Hp M. (nachtmix)
Datum:

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Sven B. schrieb:
> du kannst mit einer
> Linse die effektive Fläche beliebig vergrößern.

Weiss ich nicht. Linsen verwendet man bei solchen Maschinen ja eher 
ungern, weil sie chromatische Fehler und Absorptionsbereiche haben.
Falls es sich doch nicht vermeiden lässt, kommen z.T. exotische 
Materialien zum Einsatz. *)
Deshalb besteht die Optik von Spektrometern eher aus Spiegeln.

Un welche Wellenlängen geht es eigentlich bei diesem Experiment?





*) Ich habe mal aus Versehen die Eingangsoptik eines 2m UV-VIS 
Polychromators aufgelöst. Nach einigen Minuten im Wasser sah die Linse 
aus wie ein abgelutschter Drops ;-)

Autor: ArnoR (Gast)
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Sven B. schrieb:
> ich habe viele Schaltungen mit Bootstrap und
> Vorspannung und blabla angeschaut, aber die haben immer sowas wie 100 pF
> Diodenkapazität, ich sehe einfach nicht, warum ich das heutzutage bzw.
> in der Anwendung erdulden sollte.

Na dann bau mal deinen 250MOhm-TIA auf... Du musst da schon mit 
Kompensationskapazitäten im Bereich <100fF hantieren, um auf deine 
gewünschte Bandbreite zu kommen. Das kannst du doch nur noch durch die 
Reihenschaltung von mehr oder weniger vielen Gegenkopplungswiderständen 
und der Nutzung ihrer parasitären Parallelkapazitäten machen.

Mit einer einfachen Bootstrap-Schaltung ist der Abgleich dagegen gar 
kein Problem, weil er mit einem Widerstand erfolgt. Wenn man beide 
Schaltungen dynamisch gleich einstellt, dann ist auch das 
Rauschverhalten beider Schaltungen genau gleich.

Und die Bootstrap-Schaltung hat noch mehr Vorteile, sie kann nämlich 
auch gleich noch verstärken (falls man noch Bandbreite "übrig" hat), der 
TIA kann das nur über noch größere Gegenkopplungswiderstände oder mit 
einem zweiten Verstärker hintendran.

Autor: Sven B. (scummos)
Datum:

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Hp M. schrieb:
> Sven B. schrieb:
>> du kannst mit einer
>> Linse die effektive Fläche beliebig vergrößern.
>
> Weiss ich nicht. Linsen verwendet man bei solchen Maschinen ja eher
> ungern, weil sie chromatische Fehler und Absorptionsbereiche haben.
> Falls es sich doch nicht vermeiden lässt, kommen z.T. exotische
> Materialien zum Einsatz. *)
> Deshalb besteht die Optik von Spektrometern eher aus Spiegeln.

Hmja, naja, es geht so um den 500-600nm-Bereich, da gibt es ziemlich 
gute Linsen ... und chromatische Aberration ist mir ja ziemlich egal, es 
soll ja nur alles auf die Photodiode fallen. 300µ Fokus sollte man 
selbst mit der unkorrigierten Gammellinse hinbekommen für die Bandbreite 
;)

Autor: Jens G. (jensig)
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@ ArnoR (Gast)

>Mit einer einfachen Bootstrap-Schaltung ist der Abgleich dagegen gar
>kein Problem, weil er mit einem Widerstand erfolgt. Wenn man beide

An Pin 3 (nicht-inv. Eingang) haben wir ja volle Signalspannung 
entsprechend dem Photostrom über dem 250MOhm. Berücksichtigt denn da 
Deine Simulation auch die restlichen parasitären Cs an Pin 3?
Wie sieht es denn aus, wenn Du mal paar pF parallel zum 250MOhm 
schaltest?
Ein bißchen wundert es mich nämlich, daß diese recht simple Schaltung 
scheinbar keine größere Verbreitung gefunden hat (scheint mir 
zumindest).

: Bearbeitet durch User
Autor: ArnoR (Gast)
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Jens G. schrieb:
> An Pin 3 (nicht-inv. Eingang) haben wir ja volle Signalspannung
> entsprechend dem Photostrom über dem 250MOhm.

Ja, aber am anderen Ende der Photodiode auch, über ihr liegt somit 
(fast) kein Signal, genau wie beim TIA.

Jens G. schrieb:
> Wie sieht es denn aus, wenn Du mal paar pF parallel zum 250MOhm
> schaltest?

Ist doch schon dran, nämlich die Eingangskapazität des OPV.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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@ArnoR
Ich glaube ich habe einen Fehler in deiner Simulation mit TINA-TI 
gefunden. Die Ausgänge deiner beiden Opamps sind kurzgeschlossen da 
vermutlich beim kopieren der Netzname "6" am Ausgangsknoten mitkopiert 
wurde.

Ich habe mich nämlich gewundert warum ich deine Ergebnisse in 
LTspiceXVII nicht nachvollziehen konnte. Inzwischen ist mir klar warum 
deine zweite Schaltung in Wirklichkeit eine viel kleinere Bandbreite hat 
-  die 5pF "common mode" Eingangskapzität liegt parallel zu den 250MOhm. 
Damit hat deine zweite Schaltung einen entscheidenden Nachteil.

Gruß
Helmut

: Bearbeitet durch User
Autor: ArnoR (Gast)
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Helmut S. schrieb:
> Ich glaube ich habe einen Fehler in deiner Simulation mit TINA-TI
> gefunden. Die Ausgänge deiner beiden Opamps sind kurzgeschlossen da
> vermutlich beim kopieren der Netzname "6" am Ausgangsknoten mitkopiert
> wurde.

Nein, da ist nichts kurzgeschlossen, Tina hat da nur die Anschlußnummern 
rangeschrieben, die OPVs wurden auch nicht kopiert, sondern nacheinander 
aus der Datenbank eingefügt. Ich hab nochmal die Simulation mit der 
Bootstrapschaltung allein gemacht. Ergebnis wie vorher.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Kannst du mir mal die Datei .tsc anhängen damit ich die nicht eingeben 
muss.

Autor: Jens G. (jensig)
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>Ich habe mich nämlich gewundert warum ich deine Ergebnisse in
>LTspiceXVII nicht nachvollziehen konnte. Inzwischen ist mir klar warum
>deine zweite Schaltung in Wirklichkeit eine viel kleinere Bandbreite hat
>-  die 5pF "common mode" Eingangskapzität liegt parallel zu den 250MOhm.
>Damit hat deine zweite Schaltung einen entscheidenden Nachteil.

Deswegen fragte ich wegen den restlichen parasitären Cs. Denn so richtig 
glaube ich nämlich auch noch nicht, daß die volle Signalspannung am 
250MOhm mitsamt den parasitären Cs dort nicht irgendwie nachteilig wäre.

Autor: ArnoR (Gast)
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Helmut, ich habe jetzt nochmal eine Simu mit deinen Werten gemacht, das 
Ergebnis ist genau umgekehrt wie bei dir. Sehe im Moment nicht wo da was 
nicht stimmt.

Die Datei meiner ersten Simu hängt dran.

Autor: ArnoR (Gast)
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Aha, es scheint so, als stimmt mit den Eingangskapazitäten des 
OPV-Modells was nicht. Hab jetzt mal 5p parallel zu den 250M eingebaut. 
Dann muss man einfach nur den Bootstrapfaktor etwas größer als 1 machen, 
um die gleiche  Kompensation wie beim TIA zu erreichen. Das ist aber 
kein Nachteil, da eh nachverstärkt werden muss.

Autor: Sven B. (scummos)
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Heh, danke für's Rumspielen und Ergebnisse präsentieren! Ja, das mit der 
kleinen Feedback-Kapazität ist mir schon als potentielles Problem 
aufgefallen, ich glaube das muss ich mir einfach mal in der Praxis 
anschauen. Ich unterliege noch der Illusion, dass ich da 100 fF 0603 
reinlöten kann und es tut halbwegs wie simuliert. Falls nicht, komme ich 
gern auf die vorgeschlagene Topologie zurück, danke für den Hinweis!

Autor: Helmut S. (helmuts)
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@Arno,
Das Modell das du verwendet hast hat 0pF Eingangskapaziät.

Ich habe das Modell von der TI-Webseite verwendet. Da ist sowohl eine 
common mode (jeweils 5pF) als auch eine differential (2p) Kapazität 
drin.

Wenn die Photodiode nur 3pF Kapazität hat lässt sich kein 
Kompensationsnetzwerk in deiner Schaltung finden. Ich hatte 3pF 
verwendet, weil etwas in einem Beitrag nur 2pF gelesen habe.

Autor: ArnoR (Gast)
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Helmut S. schrieb:
> Das Modell das du verwendet hast hat 0pF Eingangskapaziät.

Naja, das hab ich mir ja nicht extra ausgesucht oder manipuliert, das 
ist das Modell, was in TINA-TI enthalten ist und von Texas Instruments 
2011 herausgegeben wurde, das steht doch im Modell drin. Da bin ich mal 
vertrauensvoll davon ausgegangen, dass es auch stimmt, zumal gleich am 
Anfang auch 3 Kapazitäten definiert sind, 2 davon in genau der passenden 
Größe.

Sven B. schrieb:
> Ich unterliege noch der Illusion, dass ich da 100 fF 0603
> reinlöten kann und es tut halbwegs wie simuliert.

Für 5kHz sind 100fF wohl schon zu viel. Und du musst berücksichtigen, 
dass da auch noch Streukapazitäten in der Größenordnung parallel sind.

Autor: Sven B. (scummos)
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ArnoR schrieb:
> Für 5kHz sind 100fF wohl schon zu viel. Und du musst berücksichtigen,
> dass da auch noch Streukapazitäten in der Größenordnung parallel sind.

Sah in meiner Simulation nicht so aus, ich bin irgendwie auf 170 fF 
gekommen. Dann dachte ich naja, 100 fF diskret plus die Streukapazitäten 
könnte ungefähr hinkommen, also schaue ich mal.

Autor: ArnoR (Gast)
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Sven B. schrieb:
> Sah in meiner Simulation nicht so aus, ich bin irgendwie auf 170 fF
> gekommen. Dann dachte ich naja, 100 fF diskret plus die Streukapazitäten
> könnte ungefähr hinkommen, also schaue ich mal.

Im Anhang nochmal eine Simu mit dem aktuellen (Monster-) Modell von der 
TI-Seite. Mit 100fF hat man beim TIA bei 5kHz einen Abfall von 1,63dB, 
etwa -20%. Die Kurven sind wieder grün für TIA und rot für Bootstrap.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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@Arno
Warum nimmst du 11pF?
Hat die Photodiode nicht 2pF?


@Sven
Welche Kapazität hat die Photodiode bei 0V?

Autor: ArnoR (Gast)
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Helmut S. schrieb:
> Warum nimmst du 11pF?

Weil Sven B. (scummos) diesen Wert in seiner Simu hier:

Beitrag "Re: Photodioden-Frontend hohe Empfindlichkeit, mittlere Bandbreite?"

verwendet hat. Ich nehme mal an, das hat seinen Grund.

Autor: Bullenrassler (Gast)
Datum:
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    Rf.png
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Hi,
warum quält ihr euch mit dem 250 Mohm? Ein Spannungsteiler davor und man 
kann dem Rf stark verkleinern.

Autor: Werner H. (werner45)
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Das Rauschen steigt an, da vom OpV-Ausgang auch nur ein Teil des 
Gesamtsignals gegengekoppelt wird.
Mußte ich auch schon erfahren, allerdings mit einem Ausgangsteiler 
1000:1.

Gruß   -   Werner

Autor: Sven B. (scummos)
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Ich wollte wegen dem Dunkelstrom sowas wie die S5973 verwenden, die hat 
nur so 1.6 pF. Ursprünglich dachte ich, man könnte auch so einen 
SFH203-Serien-Diode nehmen, aber da ist der Dunkelstrom zu groß, da 
kommen die 11 pF her.

Autor: ArnoR (Gast)
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Werner H. schrieb:
> Das Rauschen steigt an, da vom OpV-Ausgang auch nur ein Teil des
> Gesamtsignals gegengekoppelt wird.
> Mußte ich auch schon erfahren, allerdings mit einem Ausgangsteiler
> 1000:1.

Genau. Mit einem 100:1 Teiler steigt das Rauschen etwa um den Faktor 5 
und die Ausgangsoffsetspannung um den Faktor 100 an.

Autor: Reihaus (Gast)
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wie ich oben schon mal angemerkt habe gibt es neben dem TIA noch andere 
Konzept. Im Anhang ist eine 2 stufige Anordnung.
R5 und C2 muss durch die PD ersetzt werden.
C4 simuliert die Streukapazität am Messeingang.
U3 entkoppelt den kritschen Punkt der Schaltung vom Rest.
U1 ist ein PI-Regler der den +Eingang von U3 aus 0 Potential regelt.
Am +Eingang von U1 stellt man den Offset ein.
Der Vorteil ist, man muß nicht mit fF rumspielen.
Wenn doch 2 paralle Leitungen und zum Abgleich abschneiden.

Autor: Jens G. (jensig)
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>C4 simuliert die Streukapazität am Messeingang.

Meinst Du nicht, daß 100p etwas übertrieben für eine Streu-C ist?

Ansonsten hat das Ding ganz einfach einen Frequenzgang, der im 
wesentlichen aus den R's und C's am non-inv. Eingang des U3 gebildet 
wird.
Das ist schlechter als bei einem TIA, und auch schlechter als bei Arnos 
Bootstrap-Variante.

Arnos Bootstrap-Variante dürfte aber nur bei größeren PD-Kapazitäten 
(gegenüber den Streu-C's non-inv. Eingang) so richtig was bringen, da 
sich erst dadurch die Bootstrap-Wirkung auch auf den non-inv. Eingang 
auswirkt.
Bei kleinen PD-C's hat man eine zu große kapazitive Spannungsteilung. 
Bei 2pF sieht man also vermutlich nicht mehr einen solchen großen Effekt 
(zumal es bei 2pF ohnehin nicht mehr viel zu kompensieren gibt).
Ist zumindest bis jetzt so meine Annahme ;-)

Autor: Lurchi (Gast)
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Bei einem sehr kleinen Detektor muss man auch die Eingangskapazität des 
OPs mit berücksichtigen. Auch da können noch einmal ein paar pF 
zusammenkommen.
Auch die Leitungen zur PD sind da wesentlich.

Für 100 oder 170 fF Kapazität parallel zum 250 M Widerstand muss man 
vermutlich schon auf das Layout und die Bauform des Widerstandes achten 
dass man nicht mehr parasitäre Kapazität hat.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Bullenrassler schrieb:
> Hi,
> warum quält ihr euch mit dem 250 Mohm? Ein Spannungsteiler davor und man
> kann dem Rf stark verkleinern.

Mit der von dir voegeschlagenen Lösung bekommt man leider eine höhere 
Rauschspannung und eine höhere Offsetdrift.

Nachtrag:
Ich sehe gerade dass einige Vorredner das mit dem erhöhten Rauschen 
schon erwähnt haben.

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Autor: Reihaus (Gast)
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Jens G. schrieb:
> Meinst Du nicht, daß 100p etwas übertrieben für eine Streu-C ist?

Ja aber 1m RG58 hat halt eine so große Kapazität:-(
Der Vorteil der Schaltung ist halt, das man von den extremen 
Bauteilwerten wegkommt.
Steht auch in der Litteraturstelle (Elektronik 5/1999 S.101)

Autor: Sven B. (scummos)
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Aber warum sollte da 1m RG58 sein? Die Photodiode ist direkt am 
Verstärker ...

Autor: Reihaus (Gast)
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Bei meiner Anwendung war das so.
Man kann auch mit 2pF simulieren.

Autor: Jens G. (jensig)
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@ Reihaus (Gast)

>Bei meiner Anwendung war das so.
>Man kann auch mit 2pF simulieren.

Es geht aber um die Anwendung des TO. Und da will er bei 250MOhm ein 
paar kHz erreichen. Da sollte man mit den pF geizen, und nicht noch ein 
RG58 an die PD klemmen wollen.

Autor: Lurchi (Gast)
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Die Schaltung mit den 2 Ops ist auch nicht so anders als ein TIA mit dem 
Teiler im Feedback um den Widerstand kleiner zu halten auf Kosten von 
mehr Rauschen. Es ist nur der eine OP als Impedanzwandler vor dem 2. OP 
und dann mit extra Beschaltung am Invertierenden Verstärker um den 
langsam zu machen - für die vorgesehenen 5 kHz ggf. schon zu langsam.

Der Kondensator im 100-200 fF Bereich ist nicht so dramatisch - das ist 
im Bereich der Parasitären Kapazitäten, bzw. ein paar mm mehr Draht oder 
weniger Abschirmung.

Autor: Sven B. (scummos)
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Hier ist mal ein Spektrum vom Output mit 250 MOhm Transimpedanz, und 
einer Laserdiode daneben die mit einem 2.5 kHz Rechteck moduliert wird. 
Scheint soweit ganz okay zu funktionieren. An ein paar Stellen ist noch 
ein bisschen Dreck, bin nicht sicher wo der herkommt ... das Rauschen 
müsste eigentlich im niedrigen Frequenzbereich höher sein (ca. 6 dB 
mehr), ich vermute, dass der Spectrum Analyzer da falsch misst, der ist 
erst ab 9 kHz spezifiziert und ich vermute dass die Amplitude bei 11 kHz 
mit Preamplifier auch nicht wahnsinnig genau ist.

Das Gehäuse der Photodiode auf Masse zu legen scheint wichtig zu sein, 
das reduziert Einkopplung von z.B. 50 Hz-Kram erheblich. Funktioniert 
auch mit dem Plastikgehäuse, wenn man einen Draht drumwickelt, nur 
weniger gut :D

Autor: Ucdotnet@fyii.de P. (afafaf)
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> Nun benutzt man ja als Photodioden-Frontend meist einen
> Transimpedanzverstärker. Das erscheint mir aber nach längerer Recherche
> und Simulation in dem Fall gar nicht zielführend. Die Idee des TIA ist
> ja, bei gleichem Feedback-Widerstand die Bandbreite zu erhöhen, indem
> der Swing über die Diodenkapazität reduziert wird. Nur, ich bekomme die
> Bandbreite die ich brauche sowieso durch Auswahl einer Diode mit sagen
> wir 2 pF Sperrschichtkapazität, auch bei 2 M Transimpedanz, auch ohne
> TIA; und in diesem Fall verursacht der TIA nur zusätzliches Rauschen [...]

Können wir nochmal auf diese Ausgangsüberlegung zurückkommen?
2MOhm mit 2pF macht 40kHz Bandbreite.
Wenn man jetzt einen TIA mit 40kHz Bandbreite simuliert, müsste mehr 
Rauschen am Ausgang zu messen sein, dafür wird die Verstärkung höher 
ausfallen (oder man macht den TIA mit nem Feedback C lahm..)

Wie verhält sich das S/N in beiden Fällen?

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Autor: Sven B. (scummos)
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Warum sollte die Verstärkung höher ausfallen?

Das Argument, was mich von diesem Konzept abgebracht hat, ist die 
Linearität der Schaltung. Die ist beim TIA offensichtlich besser.

Autor: Jens G. (jensig)
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@ Ucdotnet@fyii.de PW:Bug13yti (afafaf)

>> Nun benutzt man ja als Photodioden-Frontend meist einen
>> Transimpedanzverstärker. Das erscheint mir aber nach längerer Recherche
>> und Simulation in dem Fall gar nicht zielführend. Die Idee des TIA ist
>> ja, bei gleichem Feedback-Widerstand die Bandbreite zu erhöhen, indem
>> der Swing über die Diodenkapazität reduziert wird. Nur, ich bekomme die
>> Bandbreite die ich brauche sowieso durch Auswahl einer Diode mit sagen
>> wir 2 pF Sperrschichtkapazität, auch bei 2 M Transimpedanz, auch ohne
>> TIA; und in diesem Fall verursacht der TIA nur zusätzliches Rauschen [...]

>Können wir nochmal auf diese Ausgangsüberlegung zurückkommen?
>2MOhm mit 2pF macht 40kHz Bandbreite.

Ich würde eher 150-200kHz schätzen.

>Wenn man jetzt einen TIA mit 40kHz Bandbreite simuliert, müsste mehr
>Rauschen am Ausgang zu messen sein,

Warum mehr Rauschen? Klar, der OPV produziert auch so sein Rauschen, 
aber wenn man bei 1MOOhm einen OPF mit FET-Eingängen mit wenig 
Stromrauschen nimmt, dann fällt dessen Beitrag zum Gesamtrauschen im 
Vergleich zum Rf-Rauschen schon recht bescheiden aus.

>dafür wird die Verstärkung höher
>ausfallen (oder man macht den TIA mit nem Feedback C lahm..)

Warum höher? Die Verstärkung wird in beiden Fällen vom R bestimmt.

>Wie verhält sich das S/N in beiden Fällen?

Bis auf 1 Promille mehr Rauschen beim TIA (wenn es um höhere 
Transimpedanzen geht) haben beide dasselbe Rauschen, der TIA hat aber 
eine deutlich höhere Bandbreite (was ja der Sinn eines solchen ist).

Autor: Lurchi (Gast)
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Mit einem kleineren Widerstand im Feedback und dafür mehr Verstärkung 
hinter dem TIA (oder die T-Glied Schaltung) vergrößert das Stromrauschen 
des FB Widerstandes mit der Wurzel des Widerstandes. D.h. mit 2 M statt 
200 M hätte man das etwa 10 fache Rauschen vom Widerstand.

Je nach Auslegung der Schaltung kann auch eine andere Rauschquelle 
dominieren. Das ist vor allem das Schrotrauschen von der Photodiode / 
Lichtquelle. Sonst ist das Rauschen des Widerstandes schon oft die 
dominierende Quelle.

Bei höheren Frequenzen kommt noch das Spannungsrauschen des OPs zusammen 
mit der Detektorkapazität als eine ggf. wesentliche Rauschquelle dazu. 
Deshalb kann es trotz höherem Dunkelstrom ggf. doch sinnvoll sein schon 
mit Vorspannung zu arbeiten.

Autor: Sven B. (scummos)
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Lurchi schrieb:
> Mit einem kleineren Widerstand im Feedback und dafür mehr Verstärkung
> hinter dem TIA (oder die T-Glied Schaltung) vergrößert das Stromrauschen
> des FB Widerstandes mit der Wurzel des Widerstandes. D.h. mit 2 M statt
> 200 M hätte man das etwa 10 fache Rauschen vom Widerstand.

Ja, output-referred voltage noise. Wenn du das input-referred current 
noise ankuckst, also das zu dem gemessenen Rauschen am Ausgang 
äquivalente Eingangssignal, dann ist es um einen Faktor 10 kleiner 
wenn du den Widerstand von 2M auf 200M größer machst. Und das ist das 
Wesentliche. Also größerer Widerstand, weniger Rauschen.

: Bearbeitet durch User
Autor: Sven B. (scummos)
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Den wesentlichen Teil des Digitalisierers hab ich jetzt auch in Betrieb, 
jetzt kann man mal ein bisschen testen ...

Im Foto rechts ist das Board mit der Photodiode (blaue Status-LED), die 
Photodiode ist unter dem Shield und schaut nach unten auf den Tisch. In 
der Mitte ist das Digitizer-Board, und links der rote Punkt ist eine 
Laserdiode, die mit ~10 kHz moduliert wird und gegen die Decke leuchtet. 
Das Signal ist im Spektrum (anderes Bild) gut zu erkennen. Der für mich 
interessante Frequenzbereich zwischen sagen wir 5 kHz und 15 kHz sieht 
auch sehr sauber aus, ich frage mich allerdings was das um 45 kHz herum 
ist? Sieht das nach Funkkanal aus oder ist das was anderes?

Das Bild ist allerdings auch eine Weile (mehrere Minuten) integriert.

Autor: Jens G. (jensig)
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>ist? Sieht das nach Funkkanal aus oder ist das was anderes?

Funkkanal bei 45kHz - kaum. Wird irgendeine Störung von Deinen Geräten 
sein.
Auserdem scheinen Sender und Empfänger miteinander verbunden zu sein - 
schlechte Voraussetzungen für einen störungsfreien "Lichtempfang".
Ich sehe da auch noch USB - vielleicht auch noch mit dem Rechner 
verbunden. Also genügend bedrohlicher Digital-Krimskrams drumherum. Also 
ich sehe da reichlich Störpotential.

Man muß ja nur mal mit dem Finger in die Nähe der PD oder TIA kommen, da 
sieht man auf dem Oszi sehr schön, was man damit schon einkoppelt.
Das beste ist sicherlich, beide Seiten separat via Batterie zu versorgen 
(zumindest Empfangsseite), damit es keinerlei drahtgebundene 
Einstreuungen gibt.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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> ich frage mich allerdings was das um 45 kHz herum ist?

Als erstes würde ich mal die LEDs und das Display des Oszi abschalten.

Autor: Sven B. (scummos)
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Jens G. schrieb:
>>ist? Sieht das nach Funkkanal aus oder ist das was anderes?
>
> Funkkanal bei 45kHz - kaum. Wird irgendeine Störung von Deinen Geräten
> sein.
> Auserdem scheinen Sender und Empfänger miteinander verbunden zu sein -
> schlechte Voraussetzungen für einen störungsfreien "Lichtempfang".

Sind sie nicht, der Funktionsgenerator an der LD ist komplett getrennt.

> Ich sehe da auch noch USB - vielleicht auch noch mit dem Rechner
> verbunden. Also genügend bedrohlicher Digital-Krimskrams drumherum. Also
> ich sehe da reichlich Störpotential.

Ja klar. Die Frage ist, wo's konkret herkommt. Evtl. ist es sogar das 
Labornetzteil, muss ich nacher mal schauen.

Display vom Oszi und die LEDs sind es nicht, das hab ich getestet.

Autor: nachtmix (Gast)
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Sven B. schrieb:
> ich frage mich allerdings was das um 45 kHz herum
> ist? Sieht das nach Funkkanal aus oder ist das was anderes?

Irgend eine Energiesparlampe vermutlich.
Die Störung wird mit 100Hz Amplituden- und Frequenzmoduliert sein.
Wahrscheinlich kannst du die Oberwellen davon mit einem Langwellenradio 
auch hören.

Autor: Sven B. (scummos)
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Hm, aber wenn du in's Spektrum kuckst ist das doch viel breiter als 100 
Hz. Es ist auch im Umkreis von wahrscheinlich 50 Metern keine 
Energiesparlampe an, jedenfalls nicht in dem Zimmer ...

Autor: Lurchi (Gast)
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Die 45 kHz sind ein üblicher Frequenzbereich für Schaltnetzteile und 
ähnliches. Das können heute auch Lampen (ESL, LED, Leuchtstoff) sein. 
Das muss nicht einmal direkt im Zimmer sein - die Störungen gehen ggf. 
auch leitungsgebunden in der Nachbarschaft umher.

Autor: Martin Meier (Gast)
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Oszi und Frequenzgenerator haben auch eine Beleuchtung! Das geht 
natürlich nicht gut.

Autor: Sven B. (scummos)
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Martin Meier schrieb:
> Oszi und Frequenzgenerator haben auch eine Beleuchtung! Das geht
> natürlich nicht gut.

Das ist es nicht, ich hab's abgehängt, ändert nichts. Je nach dem wie 
die Hintergrundbeleuchtung erzeugt wird, flackert das ja nicht, und dann 
ist es egal. Das Display vom Notebook sieht man auch nur, wenn man es 
auf weniger als volle Helligkeit stellt ;)

Autor: Beitragsschreibibus (Gast)
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Sven du geile sau.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Lurchi hat bestimmt recht. Die Kurvenform zeigt klar eine Modulation. 
Ich würde auch erstmal die Netzteile prüfen bzw. möglichst auf 
Batteriebetrieb gehen. Andererseits ist die Störung nicht so groß, daß 
man jetzt das Hauptaugenmerk drauflegen muß. In folgenden 
Versuchsstadien kann es wieder ganz anders aussehen. Könnte übrigens 
auch Powerline irgendwas sein.

Ist das eine FFT des Scopes oder in deiner Spezialsoftware auf dem PC?

Autor: Sven B. (scummos)
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Abdul K. schrieb:
> Lurchi hat bestimmt recht. Die Kurvenform zeigt klar eine Modulation.
> Ich würde auch erstmal die Netzteile prüfen bzw. möglichst auf
> Batteriebetrieb gehen.

Ich hab mal das Labornetzteil an den Spectrum Analyzer gehängt, das 
macht ganz schön Dreck, aber ausgerechnet da eigentlich nicht, auch 
nicht mit Last oder bei anderen Spannungen. In der Luft scheint an der 
Stelle auch nichts zu sein. Also hm, entweder ich produziere das selbst 
irgendwie (ich schaue nacher mal hinter den Linearreglern), oder es ist 
doch was optisches ...

> Andererseits ist die Störung nicht so groß, daß
> man jetzt das Hauptaugenmerk drauflegen muß. In folgenden
> Versuchsstadien kann es wieder ganz anders aussehen. Könnte übrigens
> auch Powerline irgendwas sein.

Das stimmt, insb. weil sie nicht in dem Frequenzbereich liegt den ich 
haben will.

> Ist das eine FFT des Scopes oder in deiner Spezialsoftware auf dem PC?

Ich hab ja den Digitalisierer selbst gebaut, das ist meine Software für 
den Digitalisierer. Im Gegensatz zum Oszi sampelt der halt 
kontinuierlich und benutzt alle Daten für die FFT und nicht immer nur 
ein paar µs. :)

Autor: nachtmix (Gast)
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Sven B. schrieb:
> wenn du in's Spektrum kuckst ist das doch viel breiter als 100
> Hz.

Deshalb schrieb ich ja amplituden und- frequenzmoduliert.
Dass so ein billiger Leistungsoszillator bei der sich ständig 
verändernden Betriebsspannung auch noch frequenzstabil sein soll, ist 
wohl ein bischen viel verlangt.
Schnapp dir ein AM-Transistorradio, auf Mittelwelle gibt es ja praktisch 
auch keine empfangswürdigen Sender mehr, und geht damit den Störer 
suchen.

Autor: nachtmix (Gast)
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Sven B. schrieb:
> Das ist es nicht, ich hab's abgehängt, ändert nichts. Je nach dem wie
> die Hintergrundbeleuchtung erzeugt wird, flackert das ja nicht, und dann
> ist es egal. Das Display vom Notebook sieht man auch nur, wenn man es
> auf weniger als volle Helligkeit stellt

...  und Ladegeräte vom Handy, Fritzbox, und 100 andere derartige Dinge.
Die lauern heute doch überall.

Autor: Sven B. (scummos)
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Heh, lustig, ich glaube der Untergrund der bei so 10 kHz noch zu sehen 
ist, ist tatsächlich Quantisierungsrauschen vom ADC. Das ist insofern 
bemerkenswert, als dass der Rauschpegel deutlich runtergeht, wenn man 
den Eingang wegnimmt -- wodurch es ja eigentlich so klingt, als ob der 
Rauschpegel durch die Quantisierung kleiner ist. Stimmt aber denke ich 
gar nicht, weil durch das 50 Hz-Hintergrundgewabbel, was auf dem Signal 
mit einigen zehn mV Amplitude drauf ist, eine Art "Dithering"-Effekt 
auftritt. Muss ich mal noch genauer schauen, wahrscheinlich kriegt man 
das noch deutlich runter durch mehr Vorverstärkung.

: Bearbeitet durch User
Autor: Sven B. (scummos)
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Hier mal ein Spektrum vom ersten Testaufbau des Interferometers. Links 
ist das Streulicht von den Fringes des grünen Referenzlasers für die 
Bestimmung der Spiegelposition, rechts das Testsignal aus so einem 
50-Cent roten Laser mit 10^5 Dämpfungsfilter davor. Die Integrationszeit 
ist sowas wie 2 Sekunden bei ein paar mm Verfahrweg.

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