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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Photodiode + TIA


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Autor: joggl (Gast)
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Hallo,
ich muss optische Signale am Oszi messen bis ca 40MHz. Hab gedacht das 
wäre zu lösen mit einer Photodiode + TIA. Hat da jemand konkrete 
vorschläge oder vlt. einen Link/Literatur dazu?
Danke schon mal :)

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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joggl schrieb:
> Literatur dazu?

In diesem Buch ist das Thema umfassend dargestellt:

Jerald G. Graeme
Photodiode Amplifiers, OP AMP Solutions

Autor: Jobst Q. (joquis)
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joggl schrieb:
> Photodiode + TIA

Was verstehst du unter TIA?

transitorische ischämische Attacke?

Oder Total Irritierende Applikation?

Mit letzerer bin ich als SPS-Programmierer gezwungen zu arbeiten, sehe 
aber keinen Zusammenhang zur Photodiode.

Autor: John D. (drake)
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Transimpedance amplifier natürlich.

Autor: Joggel E. (jetztnicht)
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Ja, diese Applikation ist Standard.

Solange es nicht auch noch Low Noise & Low Light sein soll ...

Autor: joggl (Gast)
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Okay, das Buch hab ich schon in einem anderen Post verlinkt gesehen. Ist 
das empfehlenswert?

Autor: Joggel E. (jetztnicht)
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Was ist denn die Anforderung neben den 40MHz ?

Autor: joggl (Gast)
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Signal kommt von einer LED und soll mit der Photodiode gemessen werden. 
Dann kann ich mit dem Oszi die Bandbreite von der LED bestimmen.

Autor: Olaf (Gast)
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> Okay, das Buch hab ich schon in einem anderen Post verlinkt gesehen. Ist
> das empfehlenswert?

Die Alternative bestuende darin etwas 10Applikationen, den Artikel von 
Robert Pease und 10% vom T&S zu lesen. :)

Das Buch ist schon sehr empfehlenswert wenn man etwas mit TIAs und Optik 
macht.

Olaf

Autor: Alexander S. (alesi)
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joggl schrieb:
> Hat da jemand konkrete
> vorschläge oder vlt. einen Link/Literatur dazu?

http://electrooptical.net/www/frontends/frontends.pdf

Beitrag "Re: Photodiode mit Transimpedanzverstärker"

Autor: Sven B. (scummos)
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joggl schrieb:
> Signal kommt von einer LED und soll mit der Photodiode gemessen werden.
> Dann kann ich mit dem Oszi die Bandbreite von der LED bestimmen.

Hm, theoretisch ja, aber in der Praxis ist es immer so ein bisschen 
fraglich, wie zuverlässig Messungen sind wenn die korrekte 
Funktionalität des Messgeräts nicht verifziert wurde, oder? Das hat ja 
auch eine Bandbreite ...

Autor: Joggel E. (jetztnicht)
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Ich wuerd den Transimpedanz mal weglassen und die Diode gleich an das 
Oszilloskop anschliessen, auf 50 Ohm, allenfalls mit Vorspannung. Und 
dann die Photodiode gleich auf die Photodiode. Vorausgesetzt die 
Photodiode bringt die Bandbreite.
Die Bandbreite der Photodiode kann man mit einem anlogen Oszilloskop 
messen, indem man die Photodiode an den Bildschirm des Oszilloskops 
haelt.

: Bearbeitet durch User
Autor: Joggl (Gast)
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Ja, direkt am oszilloskop werden ich testen. Aber sollte ich das 
oszilloskop nicht auf 1MOhm stellen statt 50Ohm?
Falls das nicht funktioniert nehmen ich den TIA. Habt ihr da 
Fischgerichte welcher gut zu verwenden ist?

Autor: Sven B. (scummos)
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Wenn du 1 MOhm dranhängst, ist die Zeitkonstante RC = 1M*C_pd, wobei 
C_pd die Kapazität der Photodiode ist. Egal wie die ist, auf 
irgendwelche MHz kommst du damit auf keinen Fall.

Autor: John D. (drake)
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Joggl schrieb:
> Ja, direkt am oszilloskop werden ich testen. Aber sollte ich das
> oszilloskop nicht auf 1MOhm stellen statt 50Ohm?

Ähem. Für eine Bandbreite von 40MHz darf bei einem Lastwiderstand von 
50Ohm die Fotodiodenkapazität maximal 80pF betragen. Das ist leicht 
erreichbar.

Bei 1MOhm wären es maximal 4fF...

Autor: Dieter W. (dds5)
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Joggl schrieb:
> Falls das nicht funktioniert nehmen ich den TIA. Habt ihr da
> Fischgerichte welcher gut zu verwenden ist?
  ^^^^^^^^^^^^^

Was muss man denn eintippen dass "auto-vervollständigen" da so einen 
Schmarrn draus macht?

Autor: Gustl B. (-gb-)
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Serviervorschlag?

Ich hatte mal einen TIA gebaut. Hier ein Video:
Youtube-Video "TIA"

Autor: podom (Gast)
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Hallo Joggl,

mit nem LT6230 hab ich sowas mal gemacht. Mit einer BPW34 bin ich auf 
40MHz gekommen.

http://www.farnell.com/datasheets/1599634.pdf?_ga=2.5443834.815314303.1523980802-69749553.1523980802
Schaltbild ganz am Ende des Datenblatts.
Ich hatte 12V Bias anstatt 200V.
R2 hatte ich auf +2V gelegt, dann konnte ich den mit 10V anstatt +-5V 
versorgen.

Autor: Wolfgang (Gast)
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Zitronen F. schrieb:
> Ich wuerd den Transimpedanz mal weglassen und die Diode gleich an das
> Oszilloskop anschliessen, auf 50 Ohm, allenfalls mit Vorspannung. Und
> dann die Photodiode gleich auf die Photodiode. Vorausgesetzt die
> Photodiode bringt die Bandbreite.

Als erstes würde ich der Diode eine satte Spannung in Sperrrichtung 
verpassen, um die Kapazität zu verringern.

Autor: podom (Gast)
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oder fertig kaufen:
https://www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=DET10A2

>ich muss
Klingt nicht nach Hobbyprojekt. Da sind 144€ fast geschenkt.

Autor: John D. (drake)
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podom schrieb:
> oder fertig kaufen:
> https://www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=DET10A2

Das ist doch auch nur eine Fotodiode mit Batterie und Bias-Netzwerk.

Autor: joggl (Gast)
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Herrlich, Fischgerichte. Eigentlich sollte da Vorschläge stehen. Ja, 
also ich besorg mir verschiedene Dioden und dann werden die direkt mal 
ans oszi gehängt. Außerdem bestll ich gleich noch ein zwei TIAs mit. 
Kostet  ja fast nix :)  Bisher steht der LT6230 im Raum. Hat sonst noch 
jemand einen den er empfehlen kann?

Autor: M. K. (sylaina)
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joggl schrieb:
> Bisher steht der LT6230 im Raum. Hat sonst noch
> jemand einen den er empfehlen kann?

OPA380 und wenn der zu langsam ist dann den OPA657

Autor: Gustl B. (-gb-)
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Den hatte ich verwendet in obigem Video.

Autor: Lurchi (Gast)
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Wenn es von der Empfindlichkeit ausreicht, ist der Weg direkt auf 50 Ohm 
schon gut. Ein TIA bei 40 MHz ist alles andere als trivial, und dann 
weiß man immer noch nicht wie er sich verhält. Bei 50 Ohm Widerständen 
ist das HF verhalten dagegen eher einfach zu testen und ggf. bekannt.

Mit einer genügend kräftigen LED kann die Intensität ausreichen.

Viele blaue LEDs sind sehr schnell und man könnte ggf. ein solche 
schnelle LED als Referenz, bzw. Test für den Empfänger nutzen.

Autor: Wolfgang (Gast)
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joggl schrieb:
> Ja, also ich besorg mir verschiedene Dioden ...
Du könntest deine Besorgungsrunde vielleicht auf Pin Photodioden 
fokussieren. Ausreichende spektrale Überschneidung zwischen deiner 
Sende-LED und der Detektordiode kann die Suche noch gezielter ablaufen 
lassen.

Autor: joggl (Gast)
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Ja, PIN Dioden sind im Fokus bei der Auswahl. Suche gerade noch weiße 
LEDs. Da gibt es ja zwei arten das weiße Licht zu erzeugen:
1. Blaue LED + Phosphor schicht
2. RGB LED in einem Gehäuse

In frage kommt bei mir nur Variante zwei, da Variante eins eine zu 
geringe Grenzfrequenz hat. Ich kann aber keine LEDs finden die weißes 
Licht haben und drei Dioden in einem Gehäuse haben mit nur zwei 
Anschlüssen. Gibt es da eine Spezielle Bezeichnung dafür oder bleibt mir 
nur die Option RGB LEDs zu benutzen und einzeln anzusteuern?

Autor: Sven B. (scummos)
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Warum genau brauchst du dafür jetzt weiße LEDs?

Autor: joggl (Gast)
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Dafür, wofür ich das später verwende, kommen nur weiße LEDs in Frage.

Autor: joggl (Gast)
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Ich bin gerade dabei die Schaltung für den Empfänger zu bauen. Bin mir 
aber noch ein wenig unsicher bezüglich Einbaurichtung von der Diode und 
der Vorspannung dafür. Außerdem frag ich mich noch ob ich mit dem 
Ausgang vom OPA380 direkt in den Übertrager rein kann oder ob der OPA380 
eine 2kOhm Last braucht.
Was meint ihr?
Gerne dürfen auch noch andere Sachen/Anregungen geäußert werden :)

Autor: r20 third (Gast)
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Sapalott, ist das ein wirres Schaltbild.
Ist V_reverse eine positive oder eine negative Spannung?
Gegenüber dem Datenblatt des Opa380 (ein schneller OpAmp mit
integriertem Auto-Zero) ist Deine Diode umgekehrt polarisiert.

Falls V_reverse positiv ist, bewirkt eine Beleuchtung der Diode
einen zunehmenden Stromfluß in Sperrichtung durch diese, dem der
OpAmp mit einer Ausregelung in negative Richtung begegnen möchte,
was er (aufgrund der einseitigen Versorgung) nur kann, wenn Deine
Bias-Spannung entsprechend hoch eingestellt ist. Der Hersteller
schlägt vor, den OpAmp-Ausgang mit einem R nach GND zu ziehen,
damit der Ausgang näher ans Rail kommen kann.

Ist V_reverse dagegen negativ, ist die Diode in Vorwärtsrichtung
geschaltet. Was dann geschieht ist maßgeblich abhängig von
der Höhe von V_reverse, würde vermutlich aber eine Sättigung des
OpAmp bewirken, da er nicht genügend Strom liefern kann, um die
über die Diode abfallende Spannung signifikant zu ändern und damit
die Spannung am positiven Eingang (mind. 0V) des OpAmp immer über
der Spannung des negativen Eingangs (V_reverse + Vorwärtsspannung
der Diode) liegt. Der Ruhestrom durch das Poti für die Biaseinstellung
ist gigantisch (ca. 8 mA oder so - das ist schon an der Grenze für
den dauerhaften Strom durch ein Standard-Poti).
Die Sache mit dem Doppeltransformator (TG42-1406N1), zweimal 1CT:1CT,
gedacht für 10Base-T, und den SMA-Anschlüssen kapiere ich nicht.

Ist das auf 50 Ohm ausgelegt? Willst Du an beiden Seiten eine Last
anschließen können und der OpAmp soll gleichzeitig eine Seite treiben?
Ein Gleichstrom durch den Trafo, so wie im Schaltbild gezeigt, geht 
nicht.
In diesem Fall verliert der OpAmp-Ausgang, der durch die Trafowicklung
(R = 0.3 Ohm) nach GND gezogen wird.
Warum besitzt Dein Opa380 Symbol die NC Pins 1 und 8, aber nicht NC Pin 
5?

Autor: Joggl (Gast)
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Ja da Schaltbild ist noch wirr. Ich bemüh mich, dass das noch besser zu 
gestalten.
V-reverse ist positiv. Macht es einen Unterschied ob ich die Diode drehe 
und damit auch v-reverse negativ mache(was mit den Spannungsquellen die 
ich hab nicht so gut umsetzbar wäre) oder ist das egal?
Im Datenblatt ist sie anders herum drinnen.
Was wäre ein angebrachten Ruhestrom durch das Poti? 1mA?
Der Übertrager wird benötigt um das Signal an eine andere Schaltung die 
schon existiert anzukoppeln. Doppelt deswegen weil es auch noch einen 
Sender gibt der hier auf der Platine mit an die Hauptplatine angekoppelt 
wird. Die sma Buchsen sind da weil es einzelne Platinen sind die so 
verbunden werden können.

Autor: joggl (Gast)
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Ich hab die wichtigsten Komponenten hier mal mit LTSpice  simuliert und 
den Übertrager mit einem Kondensator gekoppelt. Das sollte soweit passen 
oder ?

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