Rauscharme Spannungsversorgung für OP

Richtig rauscharm sind Batterien oder Akkus mit Parallelkondensator.

Gruß   -   Werner

Hallo,
> joggl schrieb:
> ich hab einen Transimpedanzverstärker mit Photodiode aufgebaut.
Und welche Verstärkung? Welche Frequenz? Was soll es konkret werden?
Mit dem Konzept "5V-Single Supply" wird es wohl mit der Verstärkung 
nicht so wild sein, oder?

Rauschen kommt vom Schaltregler eh nicht, sondern systematische 
Störungen.
Da spielt viel mehr eine Rolle, wie Störfrequenzen im Verhältnis zu 
Nutzfrequenzen und Abtastfrequenzen stehen.

> Schaltung funktioniert soweit auch.
> Momentan hab ich den OPA380 mit einem LM2596 Modul versorgt.
Ja nach Aufbau werden die Störungen des Reglers auch induktiv als 
Streufeld der Drossel und kapazitiv über alle möglichen Leitungen in 
deine Schaltung ausgekoppelt. Wer weiß, ob da das bischen Störung über 
die Stromversorgung überhaupt noch relevant ist, zumal diese ja durch 
Befilterung eher gut beherrschbar sind.

> Eine Idee wäre ein LM317.
Ja gut, der braucht dann aber mind 3V Dropspannung, so dass du eh mind. 
ca. 9V davor bereitstellen müßtest.
Einen RLC-Tiefpass, über den bis ca. 3V abfallen dürften, wäre wohl viel 
wirksamer als der Regler, der gegen "scharfe" Schaltspitzen eher 
machtlos ist.

> Aber da gibt es bestimmt noch bessere Alternativen.
> Was verwendet Ihr/man so für gute Spannungsquellen.
Zuerst mal versorge ich OPVs eher aus eine 12V-Spannungsversorgung.
Da sind dann auch mind. einfache RC-Glieder mit 1...3V Spannungsabfall 
in den Zuleitungen der Betriebsspannung kein Problem.
Transimpedanzverstärker habe ich in fast jedem Gerät, das ich entwickelt 
habe. Teilweise mit doch sehr hoher Leistungsverstärkung bis ca. 
10Exp(12).
Auch mit Schaltreglern in der Hauptversorgung und Ladungspumpen z.B. für 
neg. Spannungen spielt die Störungen über die Stromzufuhr eine völlig 
untergeordnete Rolle.

Warum nutzt du speziell den OP380? Der braucht bis max. 10mA! Das ist 
für die Dimensionierung einen RC-Tiefpasses eher kontraproduktiv 
(Reihenwiderstand nur ca. 300 Ohm). Mit einem OPV, der nur 1mA oder 
weniger benötigt, kann man den RC-Tiefpass in der Grenzfrequenz um das 
10-fache niedriger auslegen. Mit z.B. 3kOhm und 100uF kommst du schon 
auf eine Grenzfrequenz ca. 0,5 Hz.

> Zur Info noch: OP wird Single-Supply versorgt.
Warum?

Ohne grundlegende Infos zu den konkreten Anforderungen und 
Randbedingungen kann man keinen guten Rat geben. Oft genug stellt sich 
hinterher raus, das der Fragesteller mit seinem Konzept schon tief in 
der Sackgasse steckt und nun das Mausloch sucht, wo er vermeintlich 
durchschlüpfen kann, anstatt sich mal umzudrehen und auf die Hauptstraße 
zurück zu gehen.
Gruß Öletronika

Ich würde analoge Spannungsregler mit geeigneten Kondensatoren
bzw. Elkos bevorzugen...

Da rauschen dann nur mehr die Widerstände und diverse Halbleiter in
der angeschlossenen Schaltung - meine Meinung...

So, ab jetzt bin ich unter diesem Namen im Forum unterwegs. Nicht mehr 
als joggl(Gast)....
Also stand der Dinge ist. Filter - - > linearregler - - > Filter. Oder 
kann ich den ersten Filter sparen. Genug Versorgungsspannung wäre da um 
Filter einzubauen.

joggl schrieb:
> Also das Konzept ist folgendes: Photodiode --> TIA --> OPV(zur
> Spannungsverstärkung).

Dann schau evtl. mal hier

    https://www.electrooptical.net/static/oldsite/www/frontends/frontends.pdf

Das Thema "Photodiode --> TIA --> OPV" wurde hier schon oft diskutiert.

Okay also die Erkenntnis das der OPA380 nicht optimal ist hatte ich auch 
schon. Deswegen fokussier ich den Aufbau mit dem opa659. Schaltplan 
siehe oben. Ist in der simulation auch einwandfrei bis 60MHz. Mehr als 
ich brauch. Jetzt noch die Spannungsversorgung. Würde ein rcl Filter vor 
den Linearregler und danach nochmal ein rcl. Dann noch die Frage wie ich 
die Bauteile des Filters dimensioniere.

> Such einmal nach  "Capacitor multiplier" an, kostet nicht viel und kann
> - richtig eingesetzt - Wunder wirken.
>
> MiWi



Interessant. Aber ich hab keine Platzprobleme. Also kann ich auch große 
Kapazitäten verwenden. Und ich würde es gerne simpel halten. Also nur 
passive Filter.

Da du eh einen linearen Regler einplanst brauchst Du beim RLC Filter 
nicht übertreiben. Er muss ja nur das wegfiltern, was der Regler nicht 
schafft.

Meiner Erfahrung nach fährt man besser, wenn man die Filter nicht zu 
brutal dimensioniert. Ich nehme daher mal 10khz Grenzfrequenz als 
Ausgangspunkt.


Spule: 470µH. Geschirmte Bauform hilft gegen Einstreuung. Wähle eine 
Spule deren Innenwiderstand nicht zu niedrig ist. So um die 2-3 Ohm. Du 
willst ja einen Filter und kein Schwingkreis. Ansonsten sind die 
Ansprüche nicht sonderlich hoch. Strombelastbarkeit muss halt noch 
passen.


Für die Kondensatoren 1µF und 100nF parallel als Startwert.

Für den Widerstand würde ich mit 10 Ohm anfangen damit der Filter nur 
minimal überschwingt aber nicht zu viel Spannungsdrop hat.

Das ganze dann mal aufbauen und schauen ob es schon tut.

joggl schrieb:
> So sieht mein Plan momentan aus. Kritik/Anregungen gerne hervorbringen.
> Gibt bestimmt etwas was man besser machen kann.

1.) Erhöhe die Verstärkung der ersten Stufe und verzichte auf die 
zweite. Um das Rauschen beim TIA gering zu halten soll 100% der 
notwendigen Verstärkung schon vom TIA erledigt werden.

2.) Um das dann auftretende Problem mit dem Umgebungslicht zu 
eliminieren verwendest Du eine Schaltung wie hier: 
https://e2e.ti.com/support/amplifiers/precision_amplifiers/f/14/p/182579/659287#659287

3.) Dein Rauschen kommt nicht über die Versorgungsspannung, in diese 
Richtung musst Du also überhaupt nicht weiterforschen.

Bernd K. schrieb:
> joggl schrieb:
>> So sieht mein Plan momentan aus. Kritik/Anregungen gerne hervorbringen.
>> Gibt bestimmt etwas was man besser machen kann.
>
> 1.) Erhöhe die Verstärkung der ersten Stufe und verzichte auf die
> zweite. Um das Rauschen beim TIA gering zu halten soll 100% der
> notwendigen Verstärkung schon vom TIA erledigt werden.
>
> 2.) Um das dann auftretende Problem mit dem Umgebungslicht zu
> eliminieren verwendest Du eine Schaltung wie hier:
> 
https://e2e.ti.com/support/amplifiers/precision_amplifiers/f/14/p/182579/659287#659287
>
> 3.) Dein Rauschen kommt nicht über die Versorgungsspannung, in diese
> Richtung musst Du also überhaupt nicht weiterforschen.

Wenn ich die Verstärkung vom Tia weiter erhöhe sinkt meine 
Grenzfrequenz. Hab mit dem opa659 noch etwas Spielraum den ich dann 
durch Messen nach dem Aufbau möglichst gut noch zu nutzen versuch.

Sollte ich den Lastwiderstand am TIA Ausgang dann lieber weglassen. Und 
den Widerstand am nichtinvertierenden Eingang vorm Spannungverstärker 
dann auch. Den hab ich in der Simulation hinzugefügt, dass etwas 
sinnvolles raus kam.

Moment. Den Widerstand am nichtinvertierenden Eingang braucht man für 
den Offset. Muss also bleiben.

Hallo,
> joggl schrieb:
> Also das Konzept ist folgendes: Photodiode --> TIA --> OPV(zur
> Spannungsverstärkung). Bandbreite 2MHz bis 30MHz.
Was das nun werden soll, ist weiterhin etwas unklar.
Wie sieht es mit Umgebungslichtempfindlichkeit aus?
Bei der geringen Verstärkung wohl eh kein so ernstes Problem und 
offenbar brauchst du auch nur das AC-Signal.

> Rückkopelwiderstand vom TIA ist 1k um die hohe Bandbreite zu erreichen.
Aha, die Bandbreite ist ja nicht ganz harmlos.

Es ist wohl so, dass viele Bastler beim Stickwort TIA (was ja nur eine 
Schaltungsvariante für OPV ist), zwanghaft nach OPV suchen, die dann 
explizit mit dem Begriff "Transimpedanz" oder "TIA" beworben werden, 
ohne die Hintergründe zu issen. Das mußt du nicht. Suche den OPV nach 
den Parametern aus, die für deine Anwendung gut sind, also erstmal 
ziemlich hohe Bandbreite, dann ausreichend kleiner Biasstrom (kann bis 
in Bereich von nA gehen), Rauschen, Bauform und natürlich auch 
Betriebsspannungsbereich.

> Diodenkapazität ca.
> 10pF. wird noch vorgespannt und somit geringer.
Das bringt erhebliche Vorteile bei der Dynamik.
Auch hier ist eine neg. Hilfsspannung sinnvoll. Mit höherer Dynamik 
kannst du aber auch die Verstärkung der ersten Stufe deutlich erhöhen 
und bekommst damit schon mal weniger Rauschen.

> Ziel ist es ein
> Photostrom von min. 1uA zu verstärken auf ca 1V.
Da sollte die Rückkopplung möglichst schon eher im Bereich von 10 kOhm 
... 100 kOhm liegen.

> Singel-Suply deswegen weil ich mir die neg. Versorgungsspannung sparen
> will. Relaisierbar wäre die mit einer Ladungspumpe. Aber ob das sinnvoll
> ist?
Warum nicht? Mache ich regelmäßig. Man muß aber natürlich auch hier 
aufpasssen, dass man sich keine Störungen einfängt -> gut befiltern!

> Versorgungsspannung für den Spannungsregler ist ausreichend vorhanden
> (ca. 30V).
> Ich hab in der Simulation auch noch mit dem OPA659 gearbeitet statt dem
> OPA380. Aber das macht ja für die Versorgung kaum einen Unterschied beim
> Aufbau.
Ich denka auch, dass das ursprüngliche Thema wohl eher das geringste 
ist, das du zu lösen hast.
Gruß Öletronika

U. M. schrieb:
> Was das nun werden soll, ist weiterhin etwas unklar.
> Wie sieht es mit Umgebungslichtempfindlichkeit aus?
> Bei der geringen Verstärkung wohl eh kein so ernstes Problem und
> offenbar brauchst du auch nur das AC-Signal.
Empfängerschaltung die Lichtsignale bis 30Mhz empfangen soll. Es geht 
dabei nur um den AC Anteil wie du schon erkannt hast. 
Umgebungslichtempfindlichkeit hätte ich einfach durch den 
Koppelkondensator gelöst zwischen den beiden OPVs. Hab ich momentan mal 
mit 1uF vorgesehen. Ob das passt wird sich zeigen. Oder gibts da eine 
Dimensionierungsregel/hilfe?

>> Rückkopelwiderstand vom TIA ist 1k um die hohe Bandbreite zu erreichen.
> Aha, die Bandbreite ist ja nicht ganz harmlos.
Mit dem OPA659 hab ich den Widerstand auf 4k erhöht. 1pF parallel dazu 
um das Peaking zu dämpfen.

> Suche den OPV nach
> den Parametern aus, die für deine Anwendung gut sind, also erstmal
> ziemlich hohe Bandbreite, dann ausreichend kleiner Biasstrom (kann bis
> in Bereich von nA gehen), Rauschen, Bauform und natürlich auch
> Betriebsspannungsbereich.
Da sollte ja der mitlerweile fokusierte OPA659 gut geiegnet sein.


>> Ziel ist es ein
>> Photostrom von min. 1uA zu verstärken auf ca 1V.
> Da sollte die Rückkopplung möglichst schon eher im Bereich von 10 kOhm
> ... 100 kOhm liegen.

werd ich nur erreichen wenn ich auf Bandbreite verzichte. Das ist leider 
keine Option.

>> Singel-Suply deswegen weil ich mir die neg. Versorgungsspannung sparen
>> will. Relaisierbar wäre die mit einer Ladungspumpe. Aber ob das sinnvoll
>> ist?
> Warum nicht? Mache ich regelmäßig. Man muß aber natürlich auch hier
> aufpasssen, dass man sich keine Störungen einfängt -> gut befiltern!
>
Ich denke ich teste das erst mal mit Single-Supply. Vorteilhaft bei dem 
Aufbau mit neg. Versorgungsspannung wäre die Einsparung der 
Offsetspannung. Was hätte ich noch für Vorteile? Möglich wäre der Aufbau 
mit den Integriere zur Kompensation des Gleichanteils. Aber den will ich 
auch nicht so gern aufbauen. Zumal ja mein TIA nicht in den Bereich 
kommt, wo er am Limit ist wegen dem DC Offset(Aufgrund des eher geringen 
Rückkoppelwiderstandes).

Hallo,
Schaltung ist aufgebaut und funktioniert gut. Nur der OPA659 wird warm. 
Hat jemand eine Idee woran das liegen kann? Im Anhang nochmal ein 
aktueller Schaltplan, wie es verschalten ist.

Vielleicht ist in Deinem Layout die thermische Anbindung an die 
Kühlfläche etwas suboptimal ausgefallen und führt die 400mW Ruheleistung 
nur teilweise ab?
Je nach Layout hat der Die in der Betriebsart 20..80K über Ambient...

;)

Layout sieht so aus. Nicht optimal hinsichtlich der Wärmeabfuhr.

Johannes W. schrieb:
> Layout sieht so aus. Nicht optimal hinsichtlich der Wärmeabfuhr.

Das nenne ich mal Understatement. ;)

Scherz beiseite:
Du hast da einen flotten OPAMP ausgesucht. Geschwindigkeit geht meistens 
über Strom.
Das Datenblatt nennt einen Ruhestrom von ca. 35mA, Du hast eine 
Versorgungsspannung von 12V. Außerdem wird ein Beispiellayout gezeigt.
Spätestens das Wärmepad am Gehäuse sollte einen Designer stutzig machen.

Zum Glück hast Du eines der großen Gehäuse gewählt, in Deiner Anwendung 
wird das wohl funktionieren. Und bei der nächsten Bauteileauswahl wirst 
Du bestimmt das Datenblatt gründlicher lesen.

Marcus H. schrieb:
>...
> Zum Glück hast Du eines der großen Gehäuse gewählt, in Deiner Anwendung
> wird das wohl funktionieren. Und bei der nächsten Bauteileauswahl wirst
> Du bestimmt das Datenblatt gründlicher lesen.

Das große SO08-Gehäuse ist der OPA847, der OPA659 ist im unsichtbaren 
SOT25 links davon.
TI erwähnt im Datenblatt kapazitive Lasten im pF-Bereich schon als 
bedenklich, vielleicht schwingt deine Schaltung fröhlich vor sich hin.
Deine Spannungsteiler für die Mittenspannung ruinieren die PSSR.

Arno

Okay. Und wie kann ich die Probleme am besten lösen? Das mit dem 
Schwingen werde ich überprüfen. Den Koppelkondensator dazu auslöten und 
dann mal sehen wie es ist. Aber wie löse ich das mit dem 
Spannungsteiler?

Arno H. schrieb:
> Marcus H. schrieb:
>>...
>> Zum Glück hast Du eines der großen Gehäuse gewählt, in Deiner Anwendung
>> wird das wohl funktionieren. Und bei der nächsten Bauteileauswahl wirst
>> Du bestimmt das Datenblatt gründlicher lesen.
>
> Das große SO08-Gehäuse ist der OPA847, der OPA659 ist im unsichtbaren
> SOT25 links davon.

Ah, danke. Hab nur mit halbem Auge auf das Layout geschaut.
In dem Fall wird das Teil natürlich deutlich wärmer.

Hier noch der Hinweis auf Walt Jungs Artikel "Regulators for High 
Performance Audio", ein Klassiker.
http://www.audioxpress.com/article/Sources-101-Audio-Current-Regulator-Tests-for-High-Performance-Full-Article

Wenn du so tief gräbst, will ich auch noch einige auf den Markt werfen.
Die Site waltjung.org scheint momentan nicht erreichbar zu sein, dort 
gibt es jede Menge Lesestoff von ihm.

Arno