very low noise Bufferstufe

[MAS (Gast)]

Hallo,

ich möchte einen Laserstromtreiber modifizieren. Da ein Erhöhen der 
Modulationssensivität [mA/V] und/oder wenn die Spannung am Laser steigt 
der benötigte Ausgangsstrom der Operationsverstärker bei und überstiegen 
werden kann, benötigen wir an dieser Stelle eine Änderung.

Meine Frage: wie kann ich 50 mA treiben, wenn very low Noise wichtig 
ist? Dachte an eine Bufferstufe mit NPN + PNP + Widerstand. Vielleicht 
gibt's da aber auch ein IC.

Currentlimiting wird hier nicht benötig.

Danke

[ArnoR (Gast)]

MAS schrieb:
> ich möchte einen Laserstromtreiber modifizieren.

Geht es um eine Laserdiode (LD)? Gut, daß du nicht zu konkret wirst, ist 
hier der Normalfall. Ich nehme mal LD an.

> Da ein Erhöhen der
> Modulationssensivität [mA/V] und/oder wenn die Spannung am Laser steigt
> der benötigte Ausgangsstrom der Operationsverstärker bei und überstiegen
> werden kann, benötigen wir an dieser Stelle eine Änderung.

Geht das auch im Klartext?

> Meine Frage: wie kann ich 50 mA treiben, wenn very low Noise wichtig
> ist?

Man kann einen rauscharmen OPV mit nachgeschaltetem Transistor nehmen.
Aber: Das Rauschen ist nicht das einzige Problem. Die Schaltung muss 
auch ohne Überschwingen dynamisch stabil sein, sonst stirbt die LD in 
ns. Und die Schaltung muss auch die dynamischen Forderungen (Anstiegs- 
/Fallzeit, Bandbreite) erfüllen. Natürlich sagst du dazu nichts.

> Dachte an eine Bufferstufe mit NPN + PNP + Widerstand.

Was willst du bei einer LD mit einer Gegentakt-Schaltung, die positiven 
und negativen Strom liefert? Die LD verträgt nur Strom einer Richtung.

[MAS (Gast)]

ArnoR schrieb:
> Laserdiode

Ja richtig

ArnoR schrieb:
> Die LD verträgt nur Strom einer Richtung.

Ist ein Laserstromtreiber, bei welchem die Polarität des Stroms über 
Jumper geändert werden kann

ArnoR schrieb:
> die dynamischen Forderungen (Anstiegs- /Fallzeit, Bandbreite)

Die Grenzfrequenz der Modulation geht in dieser Schaltung über die der 
OPVs hinaus, da das Modulationssignal über die Widerstände R75, R77 und 
R79 direkt Einfluß auf den Strom der Laserdiode nimmt.

ArnoR schrieb:
> Die Schaltung muss auch ohne Überschwingen dynamisch stabil sein

LTspice hab ich schon verwendet und das Spicemodell für den OPV gibts 
vom Hersteller. Aber wie testet man auf Stabilität? Möglicherweise: 
leicht anstupsen und beobachten ob es sich aufschwingt

Würden sich die BC850/BC860 gut eignen oder gibts bessere Transistoren?

[Klaus R. (klara)]

MAS schrieb:
>... wenn very low Noise wichtig ist?

Wie ArnoR schon sagte, ein paar Infos mehr wären hilfreich.

Der AD8671/AD8672 ist mit 2.8 nV/√Hz schon ziemlich rauscharm, aber der 
LT1115 aus selbigem Hause ist noch etwas besser.

    Voltage Noise:
        1.2nV/√Hz Max at 1kHz
        0.9nV/√Hz Typ at 1kHz
    Voltage and Current Noise 100% Tested
    Gain-Bandwidth Product: 40MHz Min
    Slew Rate: 10V/µs Min
    Voltage Gain: 2 Million Min
    Low THD at 10kHz, AV = –10, RL = 600Ω: 0.002%, VO = 7VRMS
    Low IMD, CCIF Method, AV = +10: 0.002%, RL = 600Ω, VO = 7VRMS

Die Bandbreite ist 4x besser und die Slew Rate ist 2,5 fach steiler.
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/lt1115fa.pdf

Dann nehmen wir doch als "Nachbrenner" den LT1010. So hätten wir das 
Pärchen auf Seite 1 des LT1115 Datenblattes.

[c]
20MHz Bandwidth
75V/μs Slew Rate
Drives ±10V Into 75Ω
5mA Quiescent Current
Drives Capacitive Loads > 1μF
Current and Thermal Limit
Very Low Distortion Operation
Continuous Output Current ±150mA
[/c}

Der Fet nach dem LT1115 ist vermutlich bei Dir nicht erforderlich. Es 
geht hier darum das der Ruhestrom um 2 mA einseitig belastet wird um den 
Klirrfaktor noch etwas zu verbessern. In der Simulation konnte dies aber 
nicht nachgewiesen werden. Ist vermutlich eher theoretisch zu sehen, 
Diskussionsstoff für "Goldohren". Die 100 Ohm am Input des LT1010 würde 
ich so belassen. R(boost) an Pin 2 mit 49,9 Ohm, bzw. 50 Ohm, natürlich 
auch. Über R(boost) wird der Bias des LT1010 erhöht. Er kann bei Bedarf 
bis auf 20 Ohm vermindert werden und verbessert insbesondere den 
Phasengang (Diagramm: Phase Lag).

Weil ja alles so Geheim ist solltest Du weiteres mit LTspice selber 
simulieren. Da LT von Analog übernommen wurde stehen unter LTspice gute 
Simulationsmodelle zur Verfügung.

https://www.analog.com/en/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html

Der RIAA Phonograph Preamplifier auf Seite 1 des LT1115 Datenblattes ist 
nur zur Inspiration gedacht. Die RIAA Gegenkopplung wird bei Dir 
natürlich entfallen und durch einen Widerstand ersetzt, bestenfalls um 
ein RC Glied zur Begrenzung der Bandbreite.

Es müssen auch nicht zwei OPs des Typs AD8671 eigesetzt werden. Der 
LT1115 schafft das auch sehr gut allein. Der LT1010 ist eben dabei die 
Boost-Stufe und mit 75V/μs Slew Rate bei hoher Leistung wirklich 
schnell.
mfg klaus

[Klaus R. (klara)]

MAS schrieb:
> Aber wie testet man auf Stabilität? Möglicherweise:
> leicht anstupsen und beobachten ob es sich aufschwingt

Das nennt man Sprungantwort. In der Transint-Analyse wählt man für die 
Spannungsquelle PULSE. Auch die AC Analysis bietet mit dem Bode-Diagramm 
gute Möglichkeiten.
mfg klaus

[Lurchi (Gast)]

Beim Testen in der Modulation sollte man auch ein paar parasitäre 
Effekte mit Aufnehmen: etwa Kapazität am Ausgang.
Einige der OP Modelle ignorieren wohl den open loop Ausgangswiderstand. 
Den kann man ggf noch hinzufügen. Gerade mit schnellen OPs kommt es ggf. 
auch auf parasitäre Effekte an. D.h. ein Test mit der weitgehend echter 
HW (ggf. LED statt Laser) wäre auch gut.