Hallo,
anbei ist mein Schaltungsversuch aufgezeichnet. Es soll mit einem
Fotowiderstand(G9821) ein hochfrequentes Licht(20MHz) gemessen werden.
Dazu soll der geringe Strom des Fotowiderstandes mit dem
OPV(LT1190)verstärkt werden. Danach wird die verstärkte Spannung mit dem
Komparator(LT1011) in eine Rechteckspannung gewandelt.
Nun gibt es folgende Probleme:
1. Die Verstärkung von 0,1V auf 5V funktioniert nicht.
V= 1 + 49k/1k = 50
2. Das verstärkte Signal verschiebt sich langsam in den negativen
Bereich.
Liegt das Problem an meiner Schaltung oder an Parametern des realen OPV.
Im vorraus schonmal vielen Dank für eure Hilfe.
Gruß micha
Micha schrieb:> Es soll mit einem> Fotowiderstand(G9821) ein hochfrequentes Licht(20MHz) gemessen werden.
Geht wahrscheinlich überhaupt nicht.
Mir ist jedenfalls kein LDR bekannt, der so schnell wäre.
20MHz mit Fotowiderstand? Vergiß es.
Die schnellsten Fotowiderstände haben Ansprechzeiten im ms-Bereich.
Meines Wissens ist Cadmiumsulfid auf der Liste der verbotenen
Substanzen.
* In der Simulation sehe ich keine Verbindung zwischen der
OPV-Versorgung und der Signal-Masse.
* Wenn das zu verstärkende Sinus-Signal wirklich 20 MHz hat, dürfte
50MHZ GWB etwas zu wenig sein. Versuch mal in der Simu testweise eine
viel niedrigere Frequenz.
Micha schrieb:> Liegt das Problem an meiner Schaltung
Ja. Deine 15V Versorgung ist floating.
Aber sie funktioniert sowieso nicht: Ein Fotowiderstand ist nicht so
schnell. Du musst schon eine Photodiode verwenden.
Und warum verstärken wenn du sowieso ein Rechtecksignal haben willst ?
Und warum einen gleichspannungsgekoppelten Verstärker aufbauen, wenn du
nur 20Khz verstärken musst ?
Photodioden würde man mit Transimpedanzverstärkern verstärken, dann ist
das Signal exakt abhängig von der Menge dees lichteinfalls.
20MHz Signale würde man mit einem Filter verstärken, der nur 20MHz
durchlässt. Damit wird die Schaltung umgebungslichtunabhängig und
störfest und rauscht nicht.
Was dann als Komparatir folgt, ich denke ein sich selbst an den Pegel
anpassender wäre wohl besser als einer der nicht reagiert.
.. und G9821 könnte auch eine Photodiode sein, die bis in den
GHz-Bereich geht. Wenn es um die Verstärkung des Photodiodenstroms geht,
scheint häufig ein Transimpedanzverstärker benutzt zu werden. Vielleicht
solltest Du einmal diese Richtung einschlagen.
Hallo,
ich habe mal versucht die Hinweise umzusetzten, doch nun gibt es wieder
neue Probleme.
Die Schaltung und einen Auszug aus dem Datenblatt habe ich angehangen.
Folgendes soll mit der Schaltung umgesetzt werden:
Ein hochfrequentes Lichtsignal mittels einer Fotodiode vom Typ G9821-22
in ein elektrisches Signal zu wandeln. Da der Ausgangsstrom der
Fotodiode sehr klein ist, muss der Strom verstärkt werden. Dies
geschieht mit Hilfe eines CV-OPV (
Current-Voltage-Operationsverstärker). Um das Messsignal digital
auswerten zu können, wird aus der Eingangsspannung durch den Komparator
eine Ausgangsspannung von 5V Rechteckspannung generiert.
Nun ergeben sich folgende Probleme:
1.Der Strom aus der Fotodiode ist abhängig von der
Beleuchtungsstärke. Ist die Dimensionierung von Cf und Rf abhängig vom
Strom und der Frequenz des Stromes aus der Fotodiode? Welche Funktion
hat die RC-Schaltung und worauf ist sie auszulegen?
2.Auf welche Parameter ist bei der Auswahl des CV-OPV zu achten?
3.Auf welche Parameter ist bei der Auswahl des Komparators zu achten?
4.R1 und R2 sind für die Hysterese des Komparators eingebaut. R2
beeinflusst wie breit die Hysterese wird. Muss bei hohen Frequenzen noch
etwas Zusätzliches beachtet werden?
5.Ua soll eine 5V TTL Spannung sein. Der High-Pegel liegt bei größer 2V
und der Low-Pegel bei kleiner 0,8 V. Um am Ausgang bei Ua einen
High-Pegel zu erzielen, wird Uref auf 2 V gesetzt. D.h. die Hysterese
1,2V groß sein muss, damit der Low-Pegel ab 0,8 V schaltet. Ist das
richtig? Denn das wird bedeutet, dass der High-Pegel dann bis 0,8 V
geht. Oder liege ich falsch?
Ich danke euch wieder im Vorraus für die vielen Hinweise.
@ Micha (Gast)
>Ein hochfrequentes Lichtsignal mittels einer Fotodiode vom Typ G9821-22
Das ist keine normale Photodiode sondern ein Photodiode + Verstärker!
Hat doch der Vorredner mit seinem Link gezeigt! Das Ding geht bis 2,5
Gbit/s und ist für 50 Ohm Technik gedacht, was bei der Geschwindigkeit
logisch ist!
>in ein elektrisches Signal zu wandeln. Da der Ausgangsstrom der>Fotodiode sehr klein ist,
Der Vorverstärker liefert ein Spannungssignal mit 1,5V/mW
Eingangsleistung.
Das ist schon recht viel.
> muss der Strom verstärkt werden.
Spannung, denn du hast keinen direkten Zugriff auf die Photodiode.
>Current-Voltage-Operationsverstärker). Um das Messsignal digital>auswerten zu können, wird aus der Eingangsspannung durch den Komparator>eine Ausgangsspannung von 5V Rechteckspannung generiert.
Ja. Aber da der Vorverstärker relativ gut ist, brauchst du
wahrscheinlich nur einen Komparator.
>1.Der Strom aus der Fotodiode ist abhängig von der>Beleuchtungsstärke. Ist die Dimensionierung von Cf und Rf abhängig vom>Strom und der Frequenz des Stromes aus der Fotodiode?
Rf legt die Verstärkung des Transimpedanzverstärkers fest. Cf muss so
gewählt werden, daß der Verstärker nicht schwingt.
https://www.mikrocontroller.net/articles/Lichtsensor_/_Helligkeitssensor#Konstantstromquelle_mit_Transimpedanzverst.C3.A4rker>2.Auf welche Parameter ist bei der Auswahl des CV-OPV zu achten?
Hohe Bandbreite, wenig Eingangsstrom, ggf. wenig Rauschen.
>3.Auf welche Parameter ist bei der Auswahl des Komparators zu achten?
Er muss schnell genug sein.
>4.R1 und R2 sind für die Hysterese des Komparators eingebaut. R2>beeinflusst wie breit die Hysterese wird. Muss bei hohen Frequenzen noch>etwas Zusätzliches beachtet werden?>5.Ua soll eine 5V TTL Spannung sein. Der High-Pegel liegt bei größer 2V>und der Low-Pegel bei kleiner 0,8 V.
Dein TTL ist praktisch eher CMOS, das nahe 0V und nahe 5V liegt. Echtes
TTL ist kaum noch in der Praxis vorhanden.
> Um am Ausgang bei Ua einen>High-Pegel zu erzielen, wird Uref auf 2 V gesetzt. D.h. die Hysterese>1,2V groß sein muss, damit der Low-Pegel ab 0,8 V schaltet.
NEIN! Dein Komparator arbeitet mit ganz anderen Schaltschwellen am
EINGANG!
Du braucht kein riesiges Signal, da reichen ca. 100mVpp. Die
Schaltschwelle legt man auf ca. 50mV mit vielleicht 10mV Hystese.
>geht. Oder liege ich falsch?
Ja. Du verwechselst die Pegel, welche von TTL gefordeert werden mit den
Eingangspegeln deines Komparators.
Du musst erstmal ein paar Parameter kären.
Wie groß ist die optische Eingangsleistung?
Wie groß ist die minimale EIngangsfrequenz?
Und zu guter Letzt, was eigentlich Nr.1 ist.
Was willst du INSGESAMT erreichen? Siehe Netiquette.
Micha schrieb:> in hochfrequentes Lichtsignal mittels einer Fotodiode vom Typ G9821-22> in ein elektrisches Signal zu wandeln. Da der Ausgangsstrom der> Fotodiode sehr klein ist, muss der Strom verstärkt werden.
Der wesentliche Punkt wurde schon von Nachtmixt beschrieben: deine
Photodiode ist nicht eine einfache Photodiode, sondern sie hat schon
einen Verstärker integriert. Sie gibt also keinen kleinen Photostrom
aus. Sondern sie gibt bereits eine Spannung aus. Auch die Tatsache, dass
Sie eine Auto Gain Control besitzt solltest du bei deiner Anwendung
berücksichtigen (d.h. sie versucht, ihre Verstärkung jeweils an die
einfallende Lichtstärke anzupassen).
Dein gesamter Ansatz (Photostrom mit TIA verstärken) würde für eine
"normale" Photodiode passen. Für diesen Detektor ist er aber unsinnig.
Also nochmal deutlich: *Dein Schaltungskonzept taugt für diesen Sensor
überhaupt nicht*. Da bräuchtest du stattdessenen einen AC-gekoppelten
Spannungsverstärker.
Micha schrieb:> 3.Auf welche Parameter ist bei der Auswahl des Komparators zu achten?
dass er schnell genug ist für deine 20MHz
Micha schrieb:> 5.Ua soll eine 5V TTL Spannung sein. Der High-Pegel liegt bei größer 2V> und der Low-Pegel bei kleiner 0,8 V. Um am Ausgang bei Ua einen> High-Pegel zu erzielen, wird Uref auf 2 V gesetzt. D.h. die Hysterese> 1,2V groß sein muss, damit der Low-Pegel ab 0,8 V schaltet. Ist das> richtig? Denn das wird bedeutet, dass der High-Pegel dann bis 0,8 V> geht. Oder liege ich falsch?
Du vermischst hier die Pegelanforderungen an einem TTL-Input (den du mit
deinem Komparator treiben willst) mit den Pegeln, die dein Vorverstärker
ausgibt. Beides hat wenig miteinander zu tun. Dein Uref sollte dem
Mittelwert deines Vorverstärkerausgangs entsprechen. Und die Größe der
Hysterese sollte sich daran orientieren, wie groß die Amplitude des
Signals am Vorverstärkerausgang ist und wie viel "overdrive" dein
Komparator benötigt, um sicher und schnell umzuschalten.
Unabhängig von dem speziellen Empfangselement:
- für 20MHz Signalfrequenz kann ein LT1190 mit GBW 50MHz gerade mal noch
v=2.5, keine v=50!
- im handgezeichneten Bild vom Eröffnungspost liegt der 49k an falscher
Stelle
- der LT1011 Komparator dürfte auch schon bei 1MHz am Ende angelangt
sein.
- der Sensor hat eine Single Mode Faseranbindung. Hast du dein Licht auf
einem solchen LWL?
Hallo,
das Ziel ist aus dem analogen Signal von der Fotodiode ein digitales
Signal zu generieren.
Die Fotodiode mit Vorverstärker ist der Eingang meiner Schaltung und das
Rechtecksignal soll das Ausgangssignal sein.
Um die Schaltung zu dimensionieren muss ich das Eingangssignal genauer
kennen? Ich habe gedacht, dass ich für alle möglichen Frequnzen ein
Ausgangssignal generieren kann.
Dadurch das die Fotodiode einen Vorverstärker hat, kann ich meinen
Komparator direkt an die Fotodiode anschließen? Das bedeutet ich muss
einen Komparator finden der eine ausreichende Slewrate hat um Cutoff
Frequenz der Fotodiode zu schalten?
@ Micha (Gast)
>das Ziel ist aus dem analogen Signal von der Fotodiode ein digitales>Signal zu generieren.
Das ist nur ein Teilziel. Was soll dein GESAMTAUFBAU machen?
>Die Fotodiode mit Vorverstärker ist der Eingang meiner Schaltung und das>Rechtecksignal soll das Ausgangssignal sein.
Schon klar.
>Um die Schaltung zu dimensionieren muss ich das Eingangssignal genauer>kennen?
Das wäre von Vorteil.
> Ich habe gedacht, dass ich für alle möglichen Frequnzen ein> Ausgangssignal generieren kann.
Nö, nur in einem bestimmten Bereich. Unterhalb von 3kHz macht der
Vorverstärker langsam zu, denn der ist wechselspannungsgekoppelt bzw.
die AGC arbeitet dort. Über 2,5 Gbit/s wird auch irgendwann mal
Feierabend sein. Dazwischen ist viel möglich.
>Dadurch das die Fotodiode einen Vorverstärker hat, kann ich meinen>Komparator direkt an die Fotodiode anschließen?
Wenn das optische Eingangssignal stark genug ist. Aber Vorsicht, das
ding hat einen differentiellen Ausgang, also braucht man einen
differentiellen Komparator oder einen Wandler von differentiell auf
single ended.
> Das bedeutet ich muss>einen Komparator finden der eine ausreichende Slewrate hat um Cutoff>Frequenz der Fotodiode zu schalten?
Klingt sinnvoll. Ein 1 MHz Komparator hat bei 20 MHz schlechte Karten.
Hallo,
ich habe nochmal eine ganze Menge verändert.
1. Es handelt sich nun um die Fotodiode FGA01
2. Es soll eine Teilentladung detektiert werden, aber mein Teil der
Aufgabe ist es, das ankommende Licht zu verstärken und daraus ein
digitales Signal zu machen. Dafür habe ich eine Transimpedanzverstärker
Schaltung mit einem LMH6629 und eine Komparator-Schaltung mit einem
LTC6752 gezeichnet.
Der Schaltplan ist im Anhang.
Kann die Schaltung so funktionieren? Was kann ich im Vorfeld noch
überprüfen.Um zu wissen, ob die Schaltung anfängt zu schwingen oder ob
andere Störgrößen einwirken.
Ansonsten würde ich das Layout der Schaltung in die Werkstatt geben und
danach testen.
Vielen Dank für eure Unterstützung.
Micha schrieb:> Kann die Schaltung so funktionieren?
Nein.
Der + Eingang deines Transimpedanzverstärkers liegt auf 2,5V. Der OPV
wird daher über die Rückkopplung versuchen, auch den - Eingang aufs
+2,5V zu bringen.
Das schafft er aber nicht, weil die Fotodiode schon bei kleineren
Vorwärtsspannungen zu leiten beginnt. Der OPV-Ausgang wird also fest an
den "oberen Anschlag" gehen, der Lichteinfall hat keinen Einfluss.
Achim S. schrieb:> Micha schrieb:>> Kann die Schaltung so funktionieren?>> Nein.>> Der + Eingang deines Transimpedanzverstärkers liegt auf 2,5V. Der OPV> wird daher über die Rückkopplung versuchen, auch den - Eingang aufs> +2,5V zu bringen.>> Das schafft er aber nicht, weil die Fotodiode schon bei kleineren> Vorwärtsspannungen zu leiten beginnt. Der OPV-Ausgang wird also fest an> den "oberen Anschlag" gehen, der Lichteinfall hat keinen Einfluss.
Ok, ich habe auch nicht so ganz verstanden warum der positive Eingang
nicht direkt an die Masse geht. Aber die Schaltung habe ich aus dem
Datenblatt vom LMH6629 entnommen.
Die Schaltung ist im Anhang. Außer dass die Fotodiode in meiner
Schaltung umgedreht ist, müsste es doch der Schaltung aus dem Datenblatt
entsprechen?
>Die Schaltung ist im Anhang. Außer dass die Fotodiode in meiner>Schaltung umgedreht ist, müsste es doch der Schaltung aus dem Datenblatt>entsprechen?
Wie das? Die Diode haste auf Masse geklemmt - damit ist es nicht
daselbe.
Also entweder ebenfalls auf +Ub klemmen, oder, wenn an Masse, dann die
PD andersherum polen (in letzterem Falle haste dann aber auch
anderherumgepolte Ausgangsspannung).
Hallo,
die oben gezeigte Verstärker (LTC 6268
http://www.linear.com/product/LTC6268) + Komparatorschaltung (LTC 6752
http://www.linear.com/product/LTC6752) (Bild Schaltplan) hat folgendes
Problem. Der Schaltzustand von Low nach High funktioniert ohne
Schwingen, doch beim schalten von High nach Low fängt der Komparator an
zu schwingen (Bild SCR04). Sobald die Messspitze kurz angehoben und
wieder auf die Platine gesetzte wird, ist keine Schwingung mehr zu
erkennen.
Nun habe ich verschiedene Ideen woran es liegen kann, aber bevor ich
eine neue Platine fertigen lasse hätte ich gerne einen Rat zu meinem
Problem.
1. Es könnt daran liegen, dass die Fotodiode nicht auf der Platine
angelötet ist, sondern gesteckt. Dadurch eventuell Einkopplungen? Aber
auch bei niedriger Frequenz (1 Hz) tritt das Problem auf. Außerdem
schwingt der Verstärker nicht.
2. Es könnt an der zu geringen Massefläche am Komparator liegen? Die
Leiterbahn hat eine Breite von 20 mil.
3. Es könnte an der fehlenden Hysterese liegen? Aber dann sollte es
auch beim Übergang von Low nach High schwingen?
4. Es könnte daran liegen, dass der Ausgang vom Komparator wird nicht
abgeschlossen ist? Um das zu testen habe ich einen SMA Stecker an den
Ausgang gehangen und mit einem Koaxialkabel an das Oszilloskop gehangen.
Der Eingang am Oszilloskop ist auf 50 Ohm eingestellt. Doch jetzt ist
beim Umschalten von Low auf High der High Wert nur noch bei 2,7V statt
2,3V. Und beim Umschalten von High nach Low schwingt der Komparator
wieder.
5. Beim Layout der Platine ist mir ein Fehler unterlaufen. Zur
Entkopplung der positiven Versorgungsspannung geht die Leiterbahn an den
Ferrit und von dort direkt an den Pin des Komparators. (siehe Layout der
Platine) Die Kondensatoren sind hinter dem Ferrit, aber eigentlich sind
sie trotzdem parallelgeschaltet und müssten die Versorgungsspannung
puffern. Oder wirkt sich das doch aus?
6. Liegt das Problem vielleicht gar nicht am Komparator, sondern an der
Schaltung allgemein?
Vielen Dank für eurer Unterstützung.
Manfred schrieb:> Micha schrieb:>> fängt der Komparator an zu schwingen>> Suchwort: Hysterese
Warum tritt das Problem, dann nur von High zu Low und nicht von Low zu
High auf? Und warum ist das Problem behoben, wenn die Messspitze kurz
angehoben und wieder angesetzt wird?
Micha schrieb:> Warum tritt das Problem, dann nur von High zu Low und nicht von Low zu> High auf? Und warum ist das Problem behoben, wenn die Messspitze kurz> angehoben und wieder angesetzt wird?
"Hyterese" ist das Stichwort, wie du das Problem sehr wahrscheinlich
löst. Es ist nicht die detaillierte Analyse, warum es genau bei
bestimmten Bedingungen zum Schwingen kommt.
Dein Komparator ist sehr schnell, der kann tatsächlich eine gewisse
Schwingneigung haben. Eventuell läuft das sogar über eine Rückwirkung
deines Komparators auf den TIA (d.h. auch der TIA gehört vielleicht mit
zum schwingenden System).
> Warum tritt das Problem, dann nur von High zu Low und nicht von Low zu> High auf?
Asymmetrien im internen Aufbau des Komparators, unterschiedlich kräftige
Flanken, ....
> Und warum ist das Problem behoben, wenn die Messspitze kurz> angehoben und wieder angesetzt wird?
Wahrscheinlich ist die Messspitze (bzw. deren Kapazität) notwendig, um
die Schwingbedingung beim Umschaltpunkt zu erfüllen. Wenn du mal über
den kritischen Punkt raus bist, ist das System wieder stabil und macht
sich auch nichts mehr aus der Kapazität am Ausgang.
Komparatorschaltung.png
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Komparatorschaltung_plot.jpg
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