Hallo liebe Community, im Rahmen meiner Praxisarbeit soll ich laut der Schaltung im Bild einen Transimpedanzverstärker nachbauen. Ich habe den Verstärker von Texas Instruments OPA858. Als Photodiode habe ich mich für die s5971 Photodiode von Hamamatsu entschieden. Nach einigen Recherchen im Internet habe ich viele Schaltungen gesehen, wobei die Kathode mit dem Nichtinvertierten Eingang des OPs verschaltet ist. Jedoch ist bei diesem Beispiel die Anode damit verbunden. Ich bin mir unsicher, welcher Strom am Rückkopplungswiderstand fließen wird. Der Photonenstrom wohl eher nicht. Könnt Ihr mir bitte eine Erklärung geben, wie diese Schaltung funktionieren soll und welche Ströme fließen werden? Ich bin leider unerfahren in diesem Gebiet. Ich danke euch schon mal im Voraus!
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Ko C. schrieb: > Ich bin mir unsicher, welcher Strom am Rückkopplungswiderstand fließen > wird. Der Photonenstrom wohl eher nicht. Wo sollte er denn sonst hin fließen? (Die Opamp-Eingänge sind zu hochohmig.) Der nichtinvertierende Eingang des Opamps hat eine konstante Spannung. Durch die negative Rückkoppelung versucht der Opamp, den invertierenden Eingang auf der selben Spannung zu halten. Wenn der Strom der Photodiode durch R_F fließt, muss die Spannung am Ausgang also um I_photo × R_F verringert werden. > ... habe ich viele Schaltungen gesehen, wobei die Kathode mit dem > Nichtinvertierten Eingang des OPs verschaltet ist. Jedoch ist bei diesem > Beispiel die Anode damit verbunden. Dann ist das Ausgangssignal halt anders herum.
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Yalu X. schrieb: > Möchtest du Autofahren wirklich auf einem Formel-1-Rennwagen > lernen? Der OPA858 lässt den F-1 alt aussehen!
Wie bekommt man 82fF hin...??? Dead-Bug? Zusätzlich würd ich über eine Kaskode nachdenken um die Kapazität der Diode zu isolieren. Schreib mal wie schnell das ganze werden soll, und welche Photoströme zu welcher Ausgangsspannung werden soll.
muuuha... der Opamp ist wahscheinlich etwas schwer zu bändigen. (Schau Dir mal alleine das Eval-Board an) Ich würd was einfacheres probieren und Erfahrungen sammeln. Ach und Deine Ursprungsfrage VBias sollte wohl größer als die virtuelle Null am opamp (3.5V) sein.
michi42 schrieb: > Wie bekommt man 82fF hin...??? Dead-Bug? Wenn man Glück hat, dann hat der 0805 20kOhm SMT-Widerstand bereits die 82fF. Ansonsten noch einen hochohmigen WIderstand parallel schalten oder die Kapazitätim PCB-Layout machen. > Zusätzlich würd ich über eine Kaskode nachdenken um die Kapazität der > Diode zu isolieren. Mach das auf keinen Fall. Das macht man nur in 0,0001% der Fälle aber garntiert nicht in dieser Anwendung. In dem angegebenen Schaltplan muss die Biasspannung >=3,5V sein..
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Warum gefallen Dir Kaskode/Bootstrap Frontends nicht? Warten wir mal auf die Specs vom TO....
michi42 schrieb: > Warum gefallen Dir Kaskode/Bootstrap Frontends nicht? > > Warten wir mal auf die Specs vom TO.... Weil damit in Messanwendungen die Genauigkeit (z. B. Sperrstrom) verloren geht. Ich habe selber schon eien Menge Transimpedanzverstärker entwickelt. Aber macht nur, wenn euch das besser gefällt. Man sollte aber fairerweise andere nicht auf diesen Irrweg führen.
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michi42 (Gast) schrieb: >Warum gefallen Dir Kaskode/Bootstrap Frontends nicht? Abgesehen von Helmuts Einwand, vielleicht auch, weil Kaskode/Bootstrap bei den wenigen pF Kapazität der genannten PD wohl nicht mehr so viel bringen? Wenn der TO wirklich einen OPA858 mit Rf=20kOhm bauen will, also Bandbreite etliche 10MHz bis richtung 100MHz, dann müsste die Kaskode schon einiges an Querstrom bekommen, um bandbreitenmäßig nicht behindernd zu wirken. Und viel Strom in der Kaskode (bzw. deren BAsis) bedeutet dann gerne auch viel Schrotrasuchen. Ich denke, Bootstrap+Kaskode machen wohl nur bei rel. großen PD (im Sinne von Kapazität) Sinn.
ok, beides begründete Einwände gegen die Kaskode, auch wenn ich das nicht so ausgeprägt sehe. Bei dem geplanten Geschütz wäre ich jetzt von - keine besondere DC-Genauigkeit - so viel Bandbreite wie irgendwie geht - reichlich verfügbarer Rauschabstand ausgegangen. andererseits: Bei "Praxisarbeit" habe ich eher die Assoziation von Labor/Ausbildung/Hands-On Training. Da nehm ich mal das coolste was der Produktfilter vom Distri so ausspuckt, auch wenn wir hinter nur was einfaches machen (so die Gewichtsklasse Fernbedienung - nicht böse gemeint). Die Frage nach dem Bias lässt mich auch in diese Richtung vermuten. Ohne die Specs kann ich halt auch nur Kristallkugeln. (alles meine Privatmeinung)
Clemens L. schrieb: > Ko C. schrieb: >> Ich bin mir unsicher, welcher Strom am Rückkopplungswiderstand fließen >> wird. Der Photonenstrom wohl eher nicht. > > Wo sollte er denn sonst hin fließen? (Die Opamp-Eingänge sind zu > hochohmig.) Was ich hierbei mich Frage ist, fließt denn hier kein Sperrstrom? Der Strom kann ja nicht in den Op fließen, da der wie gesagt hochohmig ist und ein virtueller Kurschluss die Eingänge des Ops mit fast derselben Spannung aufrecht hält.
> Was ich hierbei mich Frage ist, fließt denn hier kein Sperrstrom?
Ob Sperrstrom oder durch Photonen induzierter Strom ist der Schaltung
egal, da der Sperrstromseperator fehlt. Den gibt es nämlich genauso
wenig wie den Atomstromseperatur für die Steckdose.
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michi42 schrieb: > > Schreib mal wie schnell das ganze werden soll, und welche Photoströme zu > welcher Ausgangsspannung werden soll. Den Rückkopplungswiderstand und die Rückkopplungskapazität wird noch dementsprechend dimensioniert. Also die angegeben Werte muss ich nicht übernehmen. Also die Schaltung soll sehr schnell (im Ghz-bereich,in wenigen Nanosekunden) ein Laserlicht detektieren. Der Laser arbeitet auf einer Wellenlänge von 900nm und besitzt eine Lichtleistung von 1mW. Laut Datenblatt der Photodiode hat es eine Empfindlichkeit bei 0,64 A/W 0,64 A/W * 1mW = 640 uA
Hi, dann denk daran das im Datenblatt eine Mindestverstärkung gefordert ist. Das ganze wird wohl ein HF-Design mit angepassten Leitungen, Abschlusswiderständen usw. Auf jeden Fall eher nicht trivial. Anmerkungen: - Gigaherz und Nanosekunden passen für mich noch nicht so recht zusammen - musst Du Intensität linear messen, oder reicht threshold ja/nein - Glaubt Du, das bekommt man diskret überhaupt hin? Es gibt da Lösungen da ist der TIA bereits im Detektor on Chip integriert (aus gutem Grund)
> eine Lichtleistung von 1mW
Die Laserleistung sagt erstmal wenig aus wieviel Licht die Photodiode
erreicht.
Wieviel Prozent von dem Licht trifft denn überhaupt auf Diode?
Ko C. (ktoc) schrieb: >Den Rückkopplungswiderstand und die Rückkopplungskapazität wird noch >dementsprechend dimensioniert. Also die angegeben Werte muss ich nicht >übernehmen. Tja, davon hängt aber ab, wie schnell der TIA überhaupt werden kann. >Also die Schaltung soll sehr schnell (im Ghz-bereich,in wenigen >Nanosekunden) ein Laserlicht detektieren. Der Laser arbeitet auf einer >Wellenlänge von 900nm und besitzt eine Lichtleistung von 1mW. GHz wird dann schon mal sehr sportlich (wobei "wenige Nanosekunden" noch nicht so richtig in den GHz-Bereich geht). Jedenfalls kannste den Rückkopplungswiderstand wohl eher im unteren kOhm-Bereich, vielleicht sogar eher nur Ohm-Bereich ansiedeln, sonst kommste wohl kaum an das GHz auch nur annähernd ran. Und wenn die Verstärkung nicht reicht, dann musste eben mit einer zweiten Stufe nachverstärken. Auserdem sollte die PD auch wenig C haben. Warum also so auf die S5971 versteifen. Die verwandte S5973 ist doch da viel besser, nur halbes C, und sogar extra für bis zu 1GHz spezifiziert - ok, ist dafür ein bißchen blinder. Musste eben mehr nachverstärken.
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Helmut S. schrieb: >> eine Lichtleistung von 1mW > > Die Laserleistung sagt erstmal wenig aus wieviel Licht die Photodiode > erreicht. > Wieviel Prozent von dem Licht trifft denn überhaupt auf Diode? Das Problem ist, das wissen wir nicht genau. Der Laser hat eine Leistung von 70 mW. Mit einem Glasfaserkabel sollen Photonen vom Laser abgekoppelt werden. Von daher wird vermutet, dass wir eine Leistung von 1mW abkoppeln werden. Es wird wirklich ein experienteller Spaß. Ob es klappen wird, wie man es sich vorstellt, werden wir noch herausfinden.
Aufgrund der Wellenlänge versteife ich mich bei der PD s5791. Außerdem hat die PD eine geringe Kapazität, damit diese auch schnell genug reagieren kann. Ich werde die Schaltung mit der Software Cadence noch simulieren und auf Stabilität und Rauschverhalten untersuchen. Ja, ich werde dies Diskret aufbauen und schauen ob es funktionieren wird. Die Hauptaufgabe besteht daraus, dass die Laserdiode einer ToF Kamera mit einem Photodiodenverstärkerschaltung schnell genug detektiert wird. Es soll nur die Information ausgeben, ob der Laser aktiv ist oder nicht.
Bandbreite des TIA Cin = Cdiode +Czuleitung +Cpcbleitung + Cinopamp Cf Kondnenator parallel Rf Cf = sqrt(Cin/(2*pi*Rf*GBW)) f3dB = sqrt(GBW/(2*pi*Rf*Cin)) Seite 36 http://quantum-technologies.iap.uni-bonn.de/de/diplom-theses.html?task=download&file=281&token=3503f1fbe5aa860b672254bbd7721b88 Mach am besten mal eine Simulation mit LTspiceXVII. Da gibt es einen UniversalOpamp2. Bei dem kannst du die Bandbreite GBW und die slew rate einstellen. Dazu einen Rechtsklick auf das Symbol im Schaltplan machen.
Ko C. schrieb: > Es soll nur die Information ausgeben, ob der Laser aktiv ist oder nicht. Hallo, jetzt mal abgesehen von eurer Aufgabe...der Laser wird ja wohl irgendwie eingeschaltet und da ist doch die Info schon, ob "an" oder "aus" :-) Gruß Rainer
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