Hallo zusammen, Ich habe eine Fotodiode, deren spektrale Empfindlichkeit ich kenne, und möchte einen I/V Wandler dazu bauen (idealerweise mit wenig Aufwand...). Die Anforderungen sind folgende: eingehendes Signal: Fotostrom typ. 1...500 nA Bandbreite: 20 Hz sind schon ok Ausgang: - lineare Verstärkung des eingehenden Stroms, zumindest in dem typischen Bereich, in eine Spannung zwischen 0 und 10V. (0...5V wären auch noch o.k.) - SNR: 20-30 dB wären o.k. Es kann auch zur Übersteuerung kommen (unsachgemäßer Gebrauch), dann können bis zu 1mA Fotostrom am Eingang liegen - in dem Fall soll weder die Schaltung zerhauen werden, noch die Ausgangsspannung außerhalb 0...10VDC landen. Als Spannungsquelle würde ich drei AA Zellen benutzen. Am bequemsten wäre es für mich, wenn es ICs gäbe, die diese Anforderungen - ich glaube, sie sind bescheiden - schon als standalone erfüllen. Es soll nix overengineered werden. VG!
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Bis auf die Begrenzung macht dir das erstmal so gut wie jeder OP mit ausreichend kleinem Eingangsstrom, hier also eher ein FET-Variante. Die Forderung nach einer Ausgangsspannung bis 5 oder besser 10V bei 3xAA ist ein bisschen blöd. Noch mal überdenken oder einen Aufwärtswandler dazu. Hat man aber nicht unbedingt gerne in empfindlichen Messschaltungen, geht aber zu machen. 4xAA und 5V Ausgangsspannung wäre perfekt, und die Begrenzung auf max. 6V ergibt sich von alleine :-)
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Begrenzung auf 5 oder 10V erreicht man, in dem der OpAmp eine so geringe Versorgungsspannung bekommt, dass er nicht mehr liefern kann. Z.B. ein R2R an 5V oder ein single supply an 12V für 10V.
Sind Alternativvorschläge zugelassen oder genau diese Fotodiode mit Verstärker? Hängt das letztlich an einem Controller? Ich frage lieber vorher, sonst gibt es wieder Belehrungen.
Nicolas L. schrieb: > einen I/V Wandler ... Du solltest dich entscheidenen: Entweder I/U-Wandler oder A/V-Wandler. Alles andere wäre inkonsequent.
Nicolas L. schrieb: > noch die Ausgangsspannung außerhalb > 0...10VDC landen. Das ist natürlich leicht machbar, aber messtechnisch keine gute Idee: wie willst du dann die Übersteuerung erkennen? Georg
Vermutlich begrenzt sich das für fast jeden OP selbst nach oben, weil der Strom dann einfach über die Clamp-Dioden am Eingang abfließt. 1mA ist ja nicht viel.
Danke für eure Antworten schonmal! Der Reihe nach. 1. Natürlich, irgendwie stand ich auf dem Schlauch. Obwohl ich selber vorgegeben hatte, dass mein IC schon durch die Batteriespannung limitiert ist... 2.Eine Alternative zu genau dieser Fotodiode gibt es nicht. 3.Ja, das ist im Deutschen formal inkonsistent: Ich meine natürlich einen I/U Wandler oder einen englischen I/V Wandler :p 4.Die Übersteuerung wird man schon erkennen: Diese hohen Fotoströme werden nur dann auftreten, wenn jemand das Messinstrument kurzzeitig an eine ganz andere Lichtquelle hält. Diese Ausnahme vom Regelfall wird für den Benutzer offensichtlich sein. Am allerliebsten wäre es mir, wie gesagt, wenn ich das ganze auf einem IC vorfände. Lochrasterplatinen habe ich noch, aber den Lötaufwand will ich auf ein Minimum reduzieren... Vorschläge sind gern gesehen!
Möchtest du denn den einen Widerstand, den der OP noch benötigt, auch schon drin haben?? Oder findest du keinen, der obige Anforderungen erfüllt? Es gibt Hunderte davon...
1. Mit drei AA Zellen wirst Du in keinem Fall 10 Volt Ausgangsspannung erreichen. 2. Ohne negative Versorgungsspannung wird es so bei unter 1 Volt mit normalen oder vielleicht 50 mV bei RRI OP mau.
Du schriebst, 5V sind auch ok. Nimm also einen OPV wie den OP350, und baue daraus einen Standard-TIA, mit Rf=10MHz (-> 5V@500nA), PD mit Katode an inv. Eingang, und betreibe den mit 5V. Rf sollte ein Metallfilm-R o.ä. sein, zumindest kein Kohleschicht, denn bei den geforderten nur 20Hz rumpelts sonst recht stark. Und nicht vergesse - ordentlich abschirmen. Also Metallgehäuse drumherum, wo nur die PD rausguckt, und Gehäuse an Masse, sonst fängst Du Dir alles mögliche ein (wegen SNR), nur nicht den Photostrom. 1mA Photostrom sind kein Problem, und zerlegt auch nix. Der OPV geht einfach an den Anschlag (also Ua=5V), mehr passiert dabei nicht. Und natürlich Betriebsspannung ordentlich mit einem C abblocken (evtl. RC-Kombination). Ach ja: bei all den Betrachtungen wäre ja noch von Interesse, was für eine PD das überhaupt ist. Wenn das so ein Monster mit einem Haufen Sperrschichtkapazität wäre (womöglich bis weit in den nF-Bereich), dann müsste man sich sicherlich noch Gedanken zur Kompensationskapazität parallel zum Rf machen.
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Hallo, hier etwas Literatur Photodiode Front Ends https://electrooptical.net/static/oldsite/www/frontends/frontends.pdf Bob Pease, What's All This Transimpedance Amplifier Stuff, Anyhow? https://www.electronicdesign.com/analog/whats-all-transimpedance-amplifier-stuff-anyhow-part-1 oder Angebote von fertigen Verstärkern http://www.physimetron.de/transimpedanzverstaerker.html https://www.femto.de/de/produkte/stromverstaerker/feste-verstaerkung-bis-400-khz-lca.html Oder hier im Forum nach TIA oder Ph(F)otodiodenverstärker suchen.
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Nicolas L. schrieb: > Am bequemsten wäre es für mich, wenn es ICs gäbe, die diese > Anforderungen - ich glaube, sie sind bescheiden - schon als standalone > erfüllen. Es soll nix overengineered werden. Als Bausatz bietet die Ladesystemtechnik so etwas an. https://www.ladesystemtechnik.de/ev-plug-technologies/dc-verstaerker-mit-standby-funktion-187?c=20 Aber du kannst dir auch aus dem Downloadbereich einfach nur die Anleitung kostenlos runterladen und nur die Bauteile für den Transimpedanzverstärker (TIA) gezielt aus deiner Krabbelkiste entnehmen, dann wird es noch kostengünstiger.
Michael M. schrieb: > Als Bausatz bietet die Ladesystemtechnik so etwas an. > > https://www.ladesystemtechnik.de/ev-plug-technologies/dc-verstaerker-mit-standby-funktion-187?c=20 Ich vermute mal, beim LM358 ist der Offsetstrom zu hoch. Da sollte man schon einen moderneren OPV nehmen.
Und Bias... Ich nehme den ollen LM358 immer noch gerne und für viele Sachen ist der durchaus ausreichend (und gar nicht so schlecht wie ihn viele immer reden), hier ist der nicht geeignet.
H.Joachim S. schrieb: > Ich nehme den ollen LM358 immer noch gerne und für viele Sachen ist der > durchaus ausreichend. Das stimmt, zumal er so einigermaßen bis 0V runterkommt. Man sollte nicht immer Bauelemente nehmen, die so gut wie möglich sind, sondern nur welche, die so gut wie nötig sind. > hier ist der nicht geeignet. Ja, zur Messung von 1nA Fotostrom sicher nicht.
Hallo zusammen, nach einem verlängerten Wochenende sind nun meine Teile für das Gehäuse bald da, und ich habe auch die techn Daten der Photodiode ermitteln können. Es ist dieses 'Monster': http://www.light-flyingtech.com/upfile/201407/53cf181b995f4.pdf mit 900 pF Sperrschichtkapazität. Ich habe mir den OP-Amp 'TL082' von Texas Instruments besorgt. Metallschichtwiderstände hatte ich auch noch, 10 MOhm sollten gerade so für eine hohe Verstärkung in meinem Anwendungsfall reichen. Insgesamt muss ich sagen, dass es doch einfacher als gedacht war. Mit einem breadboard hatte ich ruckzuck einen funktionierenden Schaltkreis - hab's lang nicht mehr gemacht! Jetzt also noch die Frage nach dem passenden Kondensator. Die Störungstheorie und den Bode-Plot habe ich noch nicht so ganz verstanden. Ich werde vermutlich nicht nur einen multiswitch für den gain, sondern auch eine Option für verschiedene Kompensationskapazitäten umsetzen. lg
TL082? Der ist ohne negative Versorgung dafür kaum brauchbar. Kann mir nicht vorstellen, das funktioniert hat.
Genau - der TL082 taugt nix, wenn die Versorgung nur paar Volt sind. Deswegen hatte ich ja extra sowas wie den OP350 vorgeschlagen, welcher ein Rail-to-Rail ist. Zumal der TL082 ein Dual-OPV ist. Zum Feedback-C findest Du die Formel auf der bereits genannten Seite https://www.electronicdesign.com/analog/whats-all-transimpedance-amplifier-stuff-anyhow-part-1
Hallo, > Nicolas L. schrieb: > Es ist dieses 'Monster': > http://www.light-flyingtech.com/upfile/201407/53cf181b995f4.pdf solche 100mm²-FD habe ich auch schon benutzt. > mit 900 pF Sperrschichtkapazität. Wenn die Dynamik in deiner Anwendung nicht ganz ausreicht, müßtest du die FD in Sperrichtung etwas vorspannen. Mit etwas weniger Verstärkung (1...2MOhm) und einer leichten Nachverstärkung kannst du die Dynamik auch verbessern. > Ich habe mir den OP-Amp 'TL082' von Texas Instruments besorgt. Der ist dafür bezüglich der notwendigerweise geringen Biasströme ausreichend, aber er sollte mit mind. ca. 10...12V versorgt werden. Da gibt es bessere. > 10 MOhm sollten gerade so für eine hohe Verstärkung in meinem > Anwendungsfall reichen. Ja, passt ungefähr. > Jetzt also noch die Frage nach dem passenden Kondensator. Schwingt die Schaltung denn? Vermutlich wird der TIA so schon stabil sein. Nach meiner Erfahrung braucht es max. noch wenige pF über den Rückkoppel-R für stabilen Betrieb (einfach ausprobieren!). Bandbreite nur so hoch wie nötig einstellen. > Ich werde vermutlich nicht nur einen multiswitch für den > gain, sondern auch eine Option für verschiedene Kompensationskapazitäten > umsetzen. Wofür dient das? Wird das Signal am Ende von einem uC eingelesen? Dann wäre es evtl eine einfachere Lösung, die Nachverstärkung über 2 Kanäle zu führen (z.B. 10-fach, 1-fach)und getrennt einzulesen. Gruß Öletronika
Ich werfe mal den ADA4350 in den Raum, bin ich neulich bei einer ähnlichen Recherche drüber gestolpert. Evtl. ist das ja hier interessant.
Angehängte Dateien:
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TIA_TL072_PC100-6.GIF
74 KB
Jetzt mal für alle die Schaltung zum experimentieren mit LTspiceXVII. Einfach den zip-file entpacken und loslegen. Für die die LTspiceXVII nicht kennen, hier der Link zum Download. https://www.analog.com/en/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html Nachtrag: Ich hatte im Diodenmodell den Wert M für die Spannungsabhängigkeit der Diode nicht angepasst. Deshalb habe ich die korrigierte Schaltung "TIA_TL072_PC100-6m.asc" noch angehängt. Bitte diese verwenden. .model PC100-6 D(Is=0.05n Cjo=900p Rs=1 N=1.5 M=0.75)
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> Ich hatte im Diodenmodell den Wert M für die Spannungsabhängigkeit der
Diode nicht angepasst.
Ich hatte im Diodenmodell den Wert M für die Spannungsabhängigkeit der
Kapazität nicht angepasst.
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