Hallo zusammen,
ich möchte das Signal einer Photodiode mit einem OpAmp (LM358)
verstärken. Der OpAmp wird das TIV verwendet und mit 24V angesteuert.
Die Photodiode bekommt von einer LED kurze Lichtimpulse von 90us und
Pausenzeit von 110us.
Mein Signal am Ausgang zittert aber über zwischen 6V bis 8V so das ich
es nicht vernünftig auswerten kann.
In anderen Beiträgen hier habe ich gelesen (ich hoffe ich habe das
richtig verstanden), dass eine minimale Negative Vorspannung an der
Photodiode dieses Rauschen etwas minimieren kann.
Wie hoch darf diese Vorspannung sein? So hoch wie die im Datenblatt
angegebene Sperrspannung? Das wäre in diesem Fall 1V.
Negativspannung erzeuge ich nun mit einem Spannungsteiler (ich weiß,
nicht elegant aber Quick-and-Dirty). Wie berechne ich dazu jetzt den
Vorwiderstand?
R=U/I -> (12V-1V)/ ??? =...
Wie bekomme ich den dazugehörigen Strom heraus? Im Datenblatt werden
dazu keine Angaben gemacht. Nur ein Diagramm von Photocurrent zu
Incident light Level, aber woher weiß ich wie viel Licht eingestrahlt
wird? Und da sich die Lichtintensität ändern soll, würde sich ja auch
dementsprechend der Strom ändern was wiederum dazu führt, das ich den
Vorwiderstand nicht genau berechnen kann...
Vielleicht könnt ihr mir Helfen?
ManfredMustermann schrieb:> ich möchte das Signal einer Photodiode mit einem OpAmp (LM358)> verstärken.
Der LM358 ist dafür auch eine äußerst schlechte Wahl. Nimm lieber einen
AD820, das ist viel sinnvoller.
M. K. schrieb:> Der LM358 ist dafür auch eine äußerst schlechte Wahl. Nimm lieber einen> AD820, das ist viel sinnvoller.
Ja, das habe ich hier auch schon öfter gelesen. Leider habe ich hier nur
den LN358 (und optional den LF351) zur Verfügung. Diese Schaltung soll
nur zum Test sein, da mich eigentlich nur das Ausgangssignal
interessiert indem ich das von der LED einfallende "Licht" dämpfe...
Der LM358 hat laut Datenblatt eine "Unity-Gain Bandwidth of 1.2 MHz".
Die Photodiode liefert eine 5kHz-Rechteckschwingung mit beinahe
symmetrischem Tastverhältnis.
Bei der Frequenz ist also die Leerlaufverstärkung nur noch ca. (1200/5=)
240-fach, wenn davon noch ein großer Verstärkungsfaktor abgeht bleibt
nicht viel Reserve.
Der LF351 hat ein "Gain bandwidth product" GBW von typ. 4 MHz , das ist
auch nicht viel mehr.
@ManfredMustermann (Gast)
>ich möchte das Signal einer Photodiode mit einem OpAmp (LM358)>verstärken. Der OpAmp wird das TIV verwendet und mit 24V angesteuert.>Die Photodiode bekommt von einer LED kurze Lichtimpulse von 90us und>Pausenzeit von 110us.
Schaltplan? Wir wissen ja noch nicht mal, wie hoch die Transimpedanz
ist.
>Mein Signal am Ausgang zittert aber über zwischen 6V bis 8V so das ich>es nicht vernünftig auswerten kann.
Spätestens jetzt würde mich interessieren, wie konkret die Schaltung
aufgebaut ist. Denn TIAs sind, je nach Transimpedanz, am Eingang sehr
empfindlich (weil dort nur eine hochohmige PD dran hängt), so daß ich
mal ganz einfach auf eingekoppelte Störungen tippe (würde mich nicht
wundern, wenn Du das alles als fliegende Verdrahtung gemacht hast, die
alles mögliche "empfängt". Wenn Du mit der flachen Hand über die Stelle
der PD gehst, werden solche Störungen gern noch deutlich größer.
Oder aber der PV schwingt ganz einfach ...
>In anderen Beiträgen hier habe ich gelesen (ich hoffe ich habe das>richtig verstanden), dass eine minimale Negative Vorspannung an der>Photodiode dieses Rauschen etwas minimieren kann.
Ja, das hochfrequente Rauschen, was zurückgeht, wenn die PD aufgrund der
negativen Vorspannung eine kleiner Sperrschichtkapazität bekommt. Da
gehts aber nicht um minimale Spannungen, sondern eher so hoch wie
möglich.
>Wie hoch darf diese Vorspannung sein? So hoch wie die im Datenblatt>angegebene Sperrspannung? Das wäre in diesem Fall 1V.
Nur 1V? Üblicherweise eher einige 10V Aber wir kennen ja Deine PD nicht.
>Negativspannung erzeuge ich nun mit einem Spannungsteiler (ich weiß,>nicht elegant aber Quick-and-Dirty). Wie berechne ich dazu jetzt den>Vorwiderstand?>R=U/I -> (12V-1V)/ ??? =...
Negative Spannungen erzeugt man nicht einfach mit einem Teiler, sondern
nur eine Spannung, die zw. zwei bereits existierenten Punkten hast. Aber
wir wissen ja nicht, wie Du das gemeint hast - wir kennen Deinen
Schaltplan ja nicht.
Eigentlich könnte man die eine Seite der PD einfach an die neg.
Versorgungsspannung hängen (evtl. via RC-Glied zur Filterung von
Störungen von der Versorgung), falls Deine OPV-Schaltung mit einer
solchen versorgt wird.
Peter D. (peda) schrieb:
>Anbei mal ne Schaltung für eine Fotodiode als Stromquelle.
Ich denke, so ähnlich wird er es wohl gemacht haben (zumindest verstehe
ich seine Abkürzung TIV als TransimpedanzVerstärker).
>Es wird keine negative Spannung benötigt.
Nötig in dem Sinne nicht, aber zur Verbesserung der dynamischen
Eigenschaften schon von Vorteil.
Jens G. schrieb:> Spätestens jetzt würde mich interessieren, wie konkret die Schaltung> aufgebaut ist. Denn TIAs sind, je nach Transimpedanz, am Eingang sehr> empfindlich (weil dort nur eine hochohmige PD dran hängt), so daß ich> mal ganz einfach auf eingekoppelte Störungen tippe (würde mich nicht> wundern, wenn Du das alles als fliegende Verdrahtung gemacht hast, die> alles mögliche "empfängt". Wenn Du mit der flachen Hand über die Stelle> der PD gehst, werden solche Störungen gern noch deutlich größer.> Oder aber der PV schwingt ganz einfach ...
Danke!
Ähm, ja ich habe die Schaltung nur "fliegend" am Steckbrett
verdrahtet... Shame on me...
In Bild "Schaltung 1" findest du die Schaltung so wie sie jetzt
aufgebaut ist. In "Schaltung 2" ist abgebildet, wie ich mir das mit dem
Spannungsteiler gedacht habe, aber ich glaube hier ist der Widerstand
1,22k falsch, kann das sein? Ich vermute dieser Widerstand muss vom
Ausgang ebenfalls auf den Spannungsteiler?
Anbei habe ich noch das Datenblatt der Photodiode angehängt. Vllt wird
ja einer von euch daraus schlau...
> Hamamatsu_-_InAsSb_photovoltaic_Detector_P13243.pdf
Ach herje - und damit willst Du das Licht einer normalen LED
detektieren? Die PD ist ja für den etwas höheren IR-Bereich ab 2µm
gedacht. Leuchtet Deine LED auch in diesem Bereich?
Aber das mit der negativen Vorspannung laß mal lieber. Die kann ja
wirklich nur -1V vertragen. Aber bei diesem geringen Spannungshub ändert
sich deren Sperrschicht-C vermutlich ohnehin nicht wirklich viel (ist
diesbezüglich auch gar nix im DB angegeben).
>Schaltung_2.JPG
Könnte man eigentlich so machen, wenn die PD nicht nur -1V aushalten
würde (sieht in dem Falle 12V).
Der R in Reihe zur PD ist aber witzlos, da er nichts definiertes
bewirkt. Stattdessen könntest Du den Spannungsteiler (10k/10k) so
auslegen, daß er am Teilungspunkt eben die 1V (max.) hat (und nicht wie
jetzt 12V). Damit stellt der OPV die Spannung an der PD auf 1V gegen
Masse ein.
Du hast dann aber auch am OPV-Ausgang ebendiese 1V als Grundspannung.
Liese sich zwar mit einem sehr hochohmigen R von der PD gegen Plus
kompensieren, müsste aber bei Deiner Rf-Dimensionierung extrem hoch sein
(irgendwas um die 60MOhm ;-) Der Rf und dieser Kompensations-R müssten
zusammen daselbe Teilerverhältnis haben wie der Teiler links.
Also am besten lässte die neg. Vorspannung ganz weg, weil sie ohnehin
nicht viel bewirken würde.
ManfredMustermann schrieb:> ich möchte das Signal einer Photodiode mit einem OpAmp (LM358)> verstärken.
Vielleicht solltest Du mal 10 Cent mehr für einen "vernünftigen"
OPV ausgeben. Hast Du den LM358 in irgendeinem Museum ausgebaut?
Hallo,
> ich möchte das Signal einer Photodiode mit einem OpAmp (LM358)> verstärken. Der OpAmp wird das TIV verwendet und mit 24V angesteuert.
Damit das ganze funktioniert, solltest Du
- einen dafür geeigneten OPV verwenden (nicht: LM358),
- die Photodiode sollte für die Lichtwellenlänge empfindlich sein,
- die Spannungsversorgung sollte mit mit 47µF || 100nF Kerko entstört
sein und
- Du solltest eine ringförmige Masseversorgung, besser eine Massefläche,
verwenden.
Wenn Du das nicht hast, hast Du jetzt ein paar Punkte, die Du prüfen
kannst. Wenn das Problem dennoch weiter besteht, poste bitte mehr
Details (Schaltung, Transimpedanz, verwendeter OPV, Bild vom Aufbau).
Dann können wir sehen.
Viele Grüße
Michael
Bei fliegendem Aufbau und dem hohen Rf=2,5M ist das ein toller
Störstrahlungsempfänger, wofür eine Abschirmung sicherlich nötig wäre.
Also wickle Deinen Aufbau mal in Alufolie ein (mit Papier zwischendrin
als Isolation), und verbinde die mit Masse. Nur die PD und Zuleitungen
rausgucken lassen.
Irgendwelche getakteten Lichtquellen können natürlich auch zu
überlagerten Störungen führen (LED/ESL-Lampen?). Also auch mal die PD
für'n Test abdunkeln.
ManfredMustermann schrieb:> Anbei habe ich noch das Datenblatt der Photodiode angehängt.
Das Datenblatt behandelt eine ganze Sippe. Welche davon benutzt du und
bei welcher Wellenlänge hat deine LED ihr Maximum?
Der LF351 ist die deutlich bessere Wahl. Nicht die aller beste aber
schon gut.
Der LM358 ist einfach nicht für eine so hochohmige Quelle geeignet. Die
Verlinkte Photodiode passt auch gar nicht zur LED und dem billigen OP.
Warum machst Du nicht einfach aus der PD und nem, z.B. 4,7 K
(ausprobieren) einen Spannungsteiler. Das der Salat schwingt, wundert
mich nicht. die PD hat ja kein festes pos. Potential. Und paralell zur
PD ein kleines C.
>Warum machst Du nicht einfach aus der PD und nem, z.B. 4,7 K>(ausprobieren) einen Spannungsteiler.
Seit wann wird daraus ein Spannungsteiler? Und was soll der Quatsch
überhaupt bewirken?
>Das der Salat schwingt, wundert mich nicht. die PD hat ja kein festes pos. >Potential.
Wer hat denn inzwischen festgestellt, daß die Schaltung schwingt?
Und doch - die PD hat sehr wohl ein festes Potential. Warum das
allerdings positiv sein soll, mußt Du nochmal in Bezug auf Schwingungen
erklären.
>Und paralell zur PD ein kleines C.
Um Gottes Willen ...
Wir hatten Dir im anderen Thread schon geraten, auf die hohe
Betriebsspannung zu verzichten und gehofft, dass Du den LM358
hoffentlich nur als Platzhalter im Schaltplan verwendet hast... der OPV
geht hierfür schlicht nicht.
Die PD ist zum detektieren von Wärmestrahlung im µm-Bereich hervorragend
geeigent, nicht für für LED-Lichtimpulse.
Funktioniert den nun die Antseuerung der LED mittlerweile? wie sieht es
mit den Impulsen aus, die die LED sendet?
>Wir hatten Dir im anderen Thread schon geraten, auf die hohe>Betriebsspannung zu verzichten und gehofft, dass Du den LM358>hoffentlich nur als Platzhalter im Schaltplan verwendet hast... der OPV>geht hierfür schlicht nicht.
Och - funktionieren tut das schon irgendwie, wird aber eben nix genaues.
Schon der Input-Biasstrom könnte bei diesem hohen Rf für paar 100mV
Output-Offset ins negative sorgen. Liese sich aber wieder weitgehend
kompensieren, wenn der Spannungsteiler am +Eingang effektiv =Rf ist.
Und warum er ausgerechnet solch eine PD nutzen muß, ist auch noch ein
Rätsel (ist vermutlich auch nicht gerade die billigste).
Jens G. schrieb:> Leuchtet Deine LED auch in diesem Bereich?
Ja natürlich, Hamamatsu hat auch die entsprechende LED dazu
Jens G. schrieb:> Also am besten lässte die neg. Vorspannung ganz weg, weil sie ohnehin> nicht viel bewirken würde.
Ja, ich glaube das lasse ich auch... Habe noch etwas weiter recherchiert
und gefunden das je 2 Hoch- und Tiefpassfilter helfen könnten, aber das
übersteigt meine Elektronikkenntnisse bei weitem.
Jens G. schrieb:> Bei fliegendem Aufbau und dem hohen Rf=2,5M ist das ein toller> Störstrahlungsempfänger, wofür eine Abschirmung sicherlich nötig wäre.> Also wickle Deinen Aufbau mal in Alufolie ein (mit Papier zwischendrin> als Isolation), und verbinde die mit Masse. Nur die PD und Zuleitungen> rausgucken lassen.
Okay, danke werde ich mal probieren
ÄXl schrieb:> Wir hatten Dir im anderen Thread schon geraten, auf die hohe> Betriebsspannung zu verzichten und gehofft, dass Du den LM358> hoffentlich nur als Platzhalter im Schaltplan verwendet hast... der OPV> geht hierfür schlicht nicht.> Die PD ist zum detektieren von Wärmestrahlung im µm-Bereich hervorragend> geeigent, nicht für für LED-Lichtimpulse.> Funktioniert den nun die Antseuerung der LED mittlerweile? wie sieht es> mit den Impulsen aus, die die LED sendet?
Diese Hohe Betriebsspannung ist aber in diesem Fall Vorgabe! Und ja, die
Taktung der LED funktioniert hervorragend! Danke dafür nochmals.
Ich hatte wegen dieser "Restspannung", die sich als Kapazität der grünen
LED herraus gestellt hat, halt Angst und die teure IR-LED, da diese laut
Herstellerangaben nur gepulst betrieben werden darf. Und noch
verblüffender war: die IR-LED hat scheinbar gar keine Eigenkapazität,
jedenfalls hat sie dieses "Abschwingen" nicht.
M. K. schrieb:> Der LM358 ist dafür auch eine äußerst schlechte Wahl. Nimm lieber einen> AD820, das ist viel sinnvoller.
Nach Rücksprache lasse ich jetzt den AD80 bestellen
Wolfgang schrieb:> Das Datenblatt behandelt eine ganze Sippe. Welche davon benutzt du und> bei welcher Wellenlänge hat deine LED ihr Maximum?
Ich benutze den P13243-011MA, also ohne Thermoelektrische Kühlung
Aus Erfahrung kann ich empfehlen alle Schaltungen bei solchen
Experimenten auf Platine aufzubauen ( 3D Igeltechnik oder auch
Manhattenstyle genannt ).
Das Ganze dann in ein Weissblechgehäuse einbauen.
Gute ( viele ) Masseverbindungen von der Platine zum Gehäuse herstellen.
Auch die Photodiode gehört ins Gehäuse. Sie sitzt hinter einem kleinen
Loch, durch das Licht einfallen kann.
Wenn es dann noch Probleme gibt, kann man mit dem Oszilloskop schauen ob
da irgendwas schwingt oder die Betriebsspannung evtl unsauber ist.
Offene Verdrahtung oder gar Steckbrett sind die Garantie für Probleme
wie rauschen, schwingen, Störeinstrahlungen...
ManfredMustermann (Gast) schrieb:
>LED herraus gestellt hat, halt Angst und die teure IR-LED, da diese laut>Herstellerangaben nur gepulst betrieben werden darf. Und noch
Gerade mal spaßenshalber das DB der L13201-Serie angeschaut (4,3µm LED).
Die dürfen scheinbar wirklich nur gepulst werden.
Aber nach Wirkungsgrad und Temperaturbeständigkeit darf man bei den
Dingern wohl nicht fragen ... ;-)
>verblüffender war: die IR-LED hat scheinbar gar keine Eigenkapazität,>jedenfalls hat sie dieses "Abschwingen" nicht.
Was für ein Anschwingen. Aber egal - eine parasitäre C hat die mit
Sicherheit auch.
Jens G. schrieb:> Gerade mal spaßenshalber das DB der L13201-Serie angeschaut (4,3µm LED).> Die dürfen scheinbar wirklich nur gepulst werden.
Hab auch mal nachgesehen:
https://www.hamamatsu.com/eu/en/product/type/L13201-0430M/index.html
Krass. Co2-Detektor... aha
Dann sieh mal zu, dass Du da keine Überschwinger auf dem Signal hast.
Mit welchem mximalstrom befeuerst Du die LED?
Du kannst Die Photodiode auch erstmal "einfach so" ans Oszi
anschliessen, um zu sehen, wie die "Rohdaten" aussehen.
Und: als OPV für den TIA würde ich tatsächlich einen solchen
verwenden!https://de.farnell.com/c/halbleiter-ics/verstarker-komparatoren/transimpedanzverstarker
Und da nicht rumbasteln mit dem Sch..., nur weil er gerade greifbar ist.
Ist doch schade um die Zeit.
Was wolltan baun? (Neugierig)
>Du kannst Die Photodiode auch erstmal "einfach so" ans Oszi>anschliessen, um zu sehen, wie die "Rohdaten" aussehen.
Wenn Du Pech hast, also die PD eine recht hohe Kapazität hat, dann
siehste bei 5kHz aber auch nur ein vermatschtes Dreieck, und kein
Rechteck (wegen der resultierenden RC-Zeitkonstanten)
Wenn schon, dann einen rel. niederohmigen R parallelschalten (paar
kOhm), und Oszi auf empfindlich(st)e Stufe stellen, und LED nah an die
PD (im Extremfall Auge an Auge ;-)
Jens G. schrieb:> Wenn schon, dann einen rel. niederohmigen R parallelschalten
Stimmt. Ich ging von einer 50R-Terminierung aus. Die meisten oszi haben
aber 1MOhm ...
Ich möcht mich hiermit bei all den anwesenden Doctoren, Professoren und
Göttern der Materie für meinen niederwertigen Beitrag entschuldigen.
Ich dachte dies wäre ein einfacher Phototransistor der eben die Imulse
der IR empfängt.
Dass dieser gleich:
Gas detection (CH4, CO2, CO, etc.)
...
mitmisst, wusste ich nicht.
Schande über mein Haupt. Werde nochmal zur Schule gehen müssen.
