Jörg schrieb:> So wie ich es aus den Datenblätter herauslese müsste das ein guter> Transimpedanzverstärker sein.
Na ja, hohe Offsetspannung, keineswegs kleiner Eingangsfehlerstrom.
Selbst ein TLC279 wäre besser...
Aber es kommt auch immer drauf an, was man damit machen will. Wenn der
Rückkopplungswiderstand zum Transimpedanzverstärker 1 GigaOhm betragen
muss, muss man sich jedenfalls mehr Gedanken machen.
Auch ist ein Unterschied, ob man die aktuelle Helligkeit messen will,
oder über lange Zeit wenig Licht aufintegrieren muss.
OPA665 (TI) AD9617/9618 (Analog) SA5211/5212/5214/5217/5225 (Philips)
TZA3023/3033/3034/3043/3044
Ja mein Problem ist ich arbeite mich erst in das Thema ein,
es soll im Bereich bis 0,002 Lux messen können.
Deswegen wird der Rückkopplungswiderstand aufjedenfall groß.
Was muss ich beachten bzw. was ändert sich an den Bauteileigenschaften
bzw. was brauche ich anderes, wenn ich den aktuellen Wert messen will
oder über eine längere Zeit?
OPA665 (TI) AD9617/9618 (Analog) SA5211/5212/5214/5217/5225 (Philips)
TZA3023/3033/3034/3043/3044
für welche Eigenschaften sind diese besser geeignet ?
Vielen Dank für die Hilfe:)
Jörg schrieb:> Ja mein Problem ist ich arbeite mich erst in das Thema ein,> es soll im Bereich bis 0,002 Lux messen können.>> Deswegen wird der Rückkopplungswiderstand aufjedenfall groß.
Da sollte man dann wirklich keinen Billig-OPV nehmen.
Jörg schrieb:> Ja mein Problem ist ich arbeite mich erst in das Thema ein,> es soll im Bereich bis 0,002 Lux messen können.
OSRAM BPW 21:
10 µA @ 1000 lx
d.h.
20 pA @ 0.002 lx
Und was ist mit dem Dunkelstrom?
Wichtig zu wissen wäre auf jeden Fall:
1) steht die Messung relativer Änderungen im Vordergrund (d.h eine
Hochpassfilterung des Signals wäre OK) oder geht es um quantitative
Absolutmessungen und definierte Schwellen?
2) Falls es absolut sein soll: In welcher Umgebung wird die Schaltung
eingesetzt? Temperaturschwankungen sind einer der wichtigsten
Einflussfaktoren für Offset und Drift einer solchen Schaltung.
Je nachdem sind schnell mal recht spezialisierte (nicht unbedingt seht
teure) Bauteile nötig, damit die Schaltung zufriedenstellende Ergebnisse
liefert...
Ohne konkrete Kennwerte empfehle ich den OPA340 (bzw. OPA380) oder
AD820. Die können recht gut kleinste Ströme (im pA-Bereich) zuverlässig
als TIA messen und verstärken. Mit ihren recht überschaubaren
Eingangsströmen und Eingangsimpedanzen sind sie zudem recht zügig mit
sehr kleinem Fehler unterwegs.
Jörg schrieb:> Die restlichen Eingänge benötige ich für Batterieüberwachung usw.> (TLC274)
Der ist völlig ungeeignet. Für solche Lux-Werte kommt nur ein OPV
infrage mit wenigen pA Biasstrom. Auch wenn der etwas mehr kostet als
solche Uralt-Verstärker.
Ausserdem ist es auch nicht trivial mit Rückkopplungswiderständen im
hohen MOhm oder GOhm-Bereich zu arbeiten, da stören schon Kriechströme
von ein paar Elektronen.
Ich habe meine Verstärker mal getestet in einem völlig dunklen Raum mit
einer glühenden Zigarette am andern Ende, das gab Vollausschlag. Aber
wieviel Lux das genau waren weiss ich auch nicht. Neumond sind etwa
0,001 Lux.
Georg
20 pA sind zwar nicht gerade viel, aber auch noch nicht so wenig. Für
ein Einzelstück sollte man überlegen die Empfindlichen Pins nicht
unnötig auf die Platine zu führen um Leckströme zu reduzieren. Der
TLC274 dürfte im schon ausreichen ist aber nicht wirklich gut. Ein FB
Widerstand im Bereich 20 MOhms gibt einem 20 µV pro pA. Das sollte man
auch mit diesem eher einfachen OP noch auflösen können.
Um mit dem Rauschen des Widerstandes unter das Schrotrauschen zu kommen
braucht man etwa 50 mV am Widerstand und damit einen Widerstand im
Bereich 2 GOhm. Da muss man ggf. schon etwas suchen - es gibt solchen
Widerstände aber noch zu kaufen.
Beim OP geht es dann vor allem noch um den Bias-Strom und das
Spannungsrauschen und der Offset wird weniger wichtig.
Gute Kandidaten wären etwa die LMC6xxx Serie. Auch ein OPA377 oder
MCP6286 wäre nicht schlecht und mit wenig Spannungsrauschen auch für
etwas kleinere Widerstände (z.B. 20 M) geeignet.
Für so kleine Intensität sollte man die Photodiode ohne Vorspannung
betreiben, so dass der Dunkelstrom direkt nicht auftritt. Es bleibt aber
das Rauschen auf Grund des parasitären effektive Parallelwiderstandes.
Hp M. schrieb:> Im Prinzip ist die Bauteilewahl aber für ein Luxmeter geeignet.
Mmmh
Bei 0,002 Lux befindet man sich IMHO sicher im Bereich des skotopischen
Sehens. Dafür ist die BPW21 wegen falscher Spektralcharakteristik nicht
geeignet. Eine photopische Messung bei der Beleuchtungsstärke ist
irgendwie sinnfrei.
Die Sonne schrieb:> Andere Sensor?>> Z.B.: Photoelektronenvervielfacher
Auch dem müsstest du erstmal beibringen, dass er skotopisch misst, d.h.
du brauchst ein Filter, dass die spektrale Empfindlichkeit richtig
hinbiegt.
Lurchi schrieb:> Gute Kandidaten wären etwa die LMC6xxx Serie. Auch ein OPA377 oder> MCP6286 wäre nicht schlecht und mit wenig Spannungsrauschen auch für> etwas kleinere Widerstände (z.B. 20 M) geeignet.
Danke für die Information ich werden mir diese mal zulegen und etwas
experimentieren ob ich mit diesen besser verfahre.
Lurchi schrieb:> Für so kleine Intensität sollte man die Photodiode ohne Vorspannung> betreiben, so dass der Dunkelstrom direkt nicht auftritt. Es bleibt aber> das Rauschen auf Grund des parasitären effektive Parallelwiderstandes.
Das war bisher auch so geplant trotzdem Danke für die Information:)
M. K. schrieb:> Ohne konkrete Kennwerte empfehle ich den OPA340 (bzw. OPA380) oder> AD820.
Auch mit diesen werde ich ein paar Tests durchführen, Danke. :)
Aber an sich spricht mit einem besseren OP nichts dagegen mit der BPW21
in einem solchen Bereich zu messen `?
Ich werfe mal noch den SiPM in die Runde:
https://www.onsemi.com/pub/Collateral/AND9770-D.PDF
Kürzlich habe ich den MICROFJ-30035-TSV-TR - der günstigste SiPM, den
ich finden konnte da Hobby, auf einen NaI-Szintillator geklebt -
verwendet.
Achja, und zum Löten musste ich mein eingestaubtes 10x/20x-Mikroskop zum
Einsatz bringen :D
Jörg schrieb:> Aber an sich spricht mit einem besseren OP nichts dagegen mit der BPW21> in einem solchen Bereich zu messen `?
Photodioden unterscheiden sich sehr wenig in den technischen Daten
ausser in der Fläche - die Stromausbeute ist physikalisch bedingt, und
am Dunkelstrom lässt sich auch nicht allzuviel machen. Bei
entsprechendem Lichteinfall ist es natürlich leichter den Strom einer
10mal grösseren Diode zu verstärken, das hat aber seine Grenzen.
Ausserdem hat die wahrscheinlich auch einen 10mal grösseren Dunkelstrom.
Natürlich muss man je nach Aufgabe wählen, ob man die direkte Leistung
messen will oder bewertet nach der Augenempfindlichkeit, dann hat die
Diode einen entsprechenden Filter. Logischerweise verringert der die
Empfindlichkeit.
Georg
georg schrieb:> am Dunkelstrom lässt sich auch nicht allzuviel machen.
Doch, ich denke, der TE bewegt sich in Dimensionen, bei denen man
auf jeden Fall die Photodioden kühlen muss.
Also ich hab meinen letzten TIA mit einem TSV731 gebaut. Optimal waere
vermutlich ein moderner OP in TO99 damit man einen Pin auf Teflon setzen
kann. Wenn das nicht geht dann halt mit Guardring.
Widerstaende von mehreren G-Ohm sind ja ganz nett, aber auch irgendwie
doof weil so fett und nicht immer einfach zu beschaffen. Ich empfehle
daher mal ueber die T-Schaltung nachzudenken. Klar, vergroessert die
schlechten Eigenschaften eines OPs, aber die sind ja heute besser wie
1990. .-)
Dadurch das man die Schaltung so komplett in 2x3cm unterbringen kann ist
es einfach die schoen einzudosen. Damit holt man dann wider was raus.
Ansonsten mal "Photodiode Amplifiers" von Jerald Graeme lesen.
Ich konnte einen Peak sehen wenn in 30m Entfernung nachts ein Auto
seitlich an meinem Haus vorbeifuhr ohne das die Scheinwerfer direkt das
Haus beleuchtet haben. Das macht es also notwendig Probeaufbauten in
einer komplett lichtdichten Dose zu haben. .-)
Olaf
p.s: Und Platinen gut sauber machen!
Die BPW21 Photodiode ist schon nicht so schlecht für den Preis. Die
Fläche ist schon relativ groß und man hat ein Filter für die
Augenempfindlichkeit (vor allem IR blocken und rot abschwächen). Das
Filter ist zwar für das hell adaptierte Auge, aber immer noch besser als
ohne. Es kommt aber darauf an was man genau messen will und wie genau es
sein muss.
GOhm Widerstände gibt auch in relativ kleiner Bauform (SMD ggf. auch
noch als 0805, ggf. 1206). Viel kleiner ist für Luftverdrahtung auch
unpraktisch.
Wolfgang schrieb:> Guck mal, was beim dunkeladaptieren Auge mit roten Licht passiert -> nichts mehr. Beim Nachtsehen liegt das Maximum der Empfindlichkeit bei> blaugrünem Licht (500nm).
Warum nimmt man dann aber in abgedunkelten Räumen gern eine Beleuchtung
per Rotlicht (sieht man z.B. in alten U-Boot-Filmen)?
Sehr kleine Luxwerte kann man relativ problemlos ohne großen
elektronischen Aufwand mit Fotowiderständen messen.
Cadmium-Sulfid-Selenid ist sogar der Augenkurve sehr ähnlich.
Man kann die Widerstände immer noch kaufen oder findet sie in alten
Belichtungsmesser (mit Batterie) oder in alten Analogkameras.
Der Nachteil ist die Trägheit und die Dauer, bis der Photowiderstand
konstant ist, besonders beim Verdunkeln.
Aber in der Lichtempfindlichkeit sind die fast unschlagbar, nur die
aufwändigen Photonencounter sind empfindlicher.
Werner H. schrieb:> Cadmium-Sulfid-Selenid ist sogar der Augenkurve sehr ähnlich.
Es gibt nicht "die" Augenkurve.
Bei manchen Leuten hat man den Eindruck, dass sie es nicht begreifen
wollen
Es existieren zwei Kurven in unterschiedlichen Helligkeitsbereichen. Und
dazwischen gibt es noch einen Übergangsbereich, d.h. eine Überlagerung
der beiden Kurve, die üblicherweise mit V(λ) und V'(λ) bezeichnet
werden.
Olaf schrieb:> Also ich hab meinen letzten TIA mit einem TSV731 gebaut.
Könntest du mir evtl. mal den Schaltplan bzw. Aufbau deines Messgerätes
reinstellen Olaf ?
Würde mir evtl. sehr weiterhelfen :).
Danke schonmal.
Harald W. schrieb:> Warum nimmt man dann aber in abgedunkelten Räumen gern eine Beleuchtung> per Rotlicht (sieht man z.B. in alten U-Boot-Filmen)?
Das hat nichts mit der höheren Dunkelempfindung bei 550 nm (grün) zu tun
sondern damit, daß das Auge bei 650 nn (rot) besser an das Sehen bei
Dunkelheit (Sehrohr) angepasst ist.
https://de.wikipedia.org/wiki/Purkinje-Effekt
Werner H. schrieb:> Sehr kleine Luxwerte kann man relativ problemlos ohne großen> elektronischen Aufwand mit Fotowiderständen messen.> Cadmium-Sulfid-Selenid ist sogar der Augenkurve sehr ähnlich.> Man kann die Widerstände immer noch kaufen oder findet sie in alten> Belichtungsmesser (mit Batterie) oder in alten Analogkameras.> Der Nachteil ist die Trägheit und die Dauer, bis der Photowiderstand> konstant ist, besonders beim Verdunkeln.> Aber in der Lichtempfindlichkeit sind die fast unschlagbar, nur die> aufwändigen Photonencounter sind empfindlicher.
Die Photowiderstände geben nur eine relativ großes Signal. Das Rauschen
und Drift wird aber auch größer. Eine Photodiode ist den LDRs in aller
Regel überlegen. Die BPW21 (auch mit dem TLC274 vom ursprünglichen
Vorschlag) dürfte im sichtbarem um wenigstens einen Faktor 10 besser
sein als ein guter LDR.
LDRs erlauben eine einfachere Auswerteschaltung. Ein GOhm Widerstand und
CMOS OP sind aber auch nicht mehr so Aufwändig - das war einmal vor 50
Jahren, dass es darauf ankam .
Mohandes H. schrieb:> Harald W. schrieb:>> Warum nimmt man dann aber in abgedunkelten Räumen gern eine Beleuchtung>> per Rotlicht (sieht man z.B. in alten U-Boot-Filmen)?>> Das hat nichts mit der höheren Dunkelempfindung bei 550 nm (grün) zu tun> sondern damit, daß das Auge bei 650 nn (rot) besser an das Sehen bei> Dunkelheit (Sehrohr) angepasst ist.>> https://de.wikipedia.org/wiki/Purkinje-Effekt
Das ist aber nicht auf U-Boote beschränkt, die Karten der tollkühnen
Männer in ihren fliegenden Kisten waren auch bei Rotlicht noch lesbar.
Arno
> Könntest du mir evtl. mal den Schaltplan bzw. Aufbau deines Messgerätes> reinstellen Olaf ?
Nein, das wuerde dich um das Vergnuegen bringen selbst etwas zu lernen.
:-)
Ausserdem hab ich dir doch ein sehr gutes Buch genannt das du dir
besorgen solltest. Das erklaert den TIA wirklich in aller epischer
Breite.
Ausserdem wuerden dir andere Schaltungen nix nuetzen weil du sie sowieso
nach deinen Anspruechen (Verstaerkung, Bandbreite, Kapazitaet deiner
Diode) dimensionieren musst.
Mir faellt gerade ein, Bop Pease hat sich da auch in einem zweiteiligen
Artikel drueber ausgelassen:
https://www.electronicdesign.com/technologies/analog/article/21801223/whats-all-this-transimpedance-amplifier-stuff-anyhow-part-1
Er redet sogar ueber das TIA-Buch:
Jerry's book is well written, and for just $55, it's pretty much a
bargain. I recommend it: ISBN = 0-07-024237-X.
Olaf
Olaf schrieb:> Ausserdem hab ich dir doch ein sehr gutes Buch genannt
Aber das ist ja nicht umsonst!! Was für eine Unverschämtheit.
Olaf schrieb:> weil du sie sowieso> nach deinen Anspruechen (Verstaerkung, Bandbreite, Kapazitaet deiner> Diode) dimensionieren musst.
Natürlich wird das von dir erwartet.
Georg
Jörg schrieb:> Aber an sich spricht mit einem besseren OP nichts dagegen mit der BPW21> in einem solchen Bereich zu messen `?
Aktuell sehe ich da eigentlich keine Probleme bei.
Olaf schrieb:> Ansonsten mal "Photodiode Amplifiers" von Jerald Graeme lesen.
Das kann ich auch empfehlen, eines der wenigen Bücher, die in meiner
Sammlung vorhanden sind ;)
Jörg schrieb:> Könntest du mir evtl. mal den Schaltplan bzw. Aufbau deines Messgerätes> reinstellen Olaf ?
Ich hätte hier den angehangenen anzubieten. Hab damit eine Photodiode
ausgewertet, die mir so rund 400 pA maximal lieferte. OPA380 mit
R11=1MΩ, R12=100kΩ und R13=1kΩ kamen da zu Einsatz. War zum Auswerten
eines maximal 20kHz-Signals gedacht und funktionierte hervorragend.
georg schrieb:>> Ausserdem hab ich dir doch ein sehr gutes Buch genannt>> Aber das ist ja nicht umsonst!! Was für eine Unverschämtheit.
Doch, in der nächsten Leihbücherei schon.
Mohandes H. schrieb:> Harald W. schrieb:>> Warum nimmt man dann aber in abgedunkelten Räumen gern eine Beleuchtung>> per Rotlicht (sieht man z.B. in alten U-Boot-Filmen)?>> Das hat nichts mit der höheren Dunkelempfindung bei 550 nm (grün) zu tun> sondern damit, daß das Auge bei 650 nn (rot) besser an das Sehen bei> Dunkelheit (Sehrohr) angepasst ist.>> https://de.wikipedia.org/wiki/Purkinje-Effekt
Jein, das steht ja auch im Wikipedia-Artikel drin: Man nimmt eben
Rotlicht, weil die Stäbchen da unempfindlich sind und dadurch nicht
gestört werden, wenn man danach aus dem Fahrzeug (egal ob U-Boot,
Flugzeug etc.) herausschaut. Es geht also gerade darum, dass das Auge
für Nachtsehen nicht an rotes Licht angepasst ist, und daher vorherige
Beleuchtung mit rotem Licht nicht so stört.
Ganz einfache Faustregel: wenn man Farben sieht ist das Tagsehen
(photopisch), wenn man keine Farben mehr sieht, dann ist das Nachtsehen
(skotopisch).
MaWin schrieb:> Auch ist ein Unterschied, ob man die aktuelle Helligkeit messen will,> oder über lange Zeit wenig Licht aufintegrieren muss.
Ist zwar schon ne Weile her, aber was muss ich bei der Bauteilauswahl
beachten, wenn ich zum einen den aktuellen Wert messen will und zum
anderen über einen längeren Zeitraum die "Menge" (falscher Ausdruck) an
Licht messen will(Zum Beispiel über eine Nacht hinweg bei Vollmond). Das
hat doch normal nichts mit der Bauteilauswahl zu tun oder?
Danke für eure Hilfe :)
> Licht messen will(Zum Beispiel über eine Nacht hinweg bei Vollmond). Das> hat doch normal nichts mit der Bauteilauswahl zu tun oder?
Wenn du die Spannung analog in einem Kondensator aufintegrieren willst
dann hat das eine Menge mit der Bauteileauswahl zutun. :-)
Allerdings waere heute wohl dringendst angesagt das im Mikrocontroller
zu machen.
Olaf
Olaf schrieb:> Allerdings waere heute wohl dringendst angesagt das im Mikrocontroller> zu machen.
Ja das ist der Plan, einen Arduino für analoge Eingänge und dazu noch
einen Raspi. Aber dann benötige ich ja keine anderen Bauteile oder ? Ich
kann dann ja viele "Einzelmessungen" machen und diese dann verarbeiten.
Die nötige Geschwindigkeit hat etwas mit der Bauteilauswahl zu tun. Beim
TIA will man in der Regel einen OP der ganz deutlich schneller ist als
die später gewünschte Bandbreite. Wenn es schnell sein soll darf man den
Widerstand ggf. nicht so groß machen und es kommt dann mehr auf das
Spannungsrauschen des OPs an. Bei langer Zeit wird ggf. die Drift des
OPs interessant.
Für kleine Ströme kann man den Strom in einem Ladungsverstärker
auf-integrieren und daraus dann den Strom bestimmen. Damit kann man sich
den großen Widerstand und das dazugehörige Rauschen sparen. Man braucht
aber eine Art Reset-Schaltung um den Kondensator wieder zu entladen. So
weit muss man es vermutlich nicht treiben.
georg (Gast)
>Olaf schrieb:>> Ausserdem hab ich dir doch ein sehr gutes Buch genannt>Aber das ist ja nicht umsonst!! Was für eine Unverschämtheit.
Man sollte aber beachten, daß die dort genannte Bauteilauswahl bezüglich
OPV schon 20 Jahre alt ist.
Die beschriebenen Zusammenhänge sind natürlich auch heute noch gültig,
aber man muß wohl nicht mehr (wie dort geschehen) mit einem bipolaren
OPV anfangen, der 12nV/sqrt(Hz) bzw. 1pA/sqrt(Hz), und mit extra FETs
for den Eingängen auf 3nV/sqrt(Hz) beruhigt wird. Da kann man heutzutage
eigentlich gleich sowas wie den OPA656/657 nehmen, und bekommt knapp
5nV(1fA)/sqrt(Hz).
Gerade bei höherem Rf ist das Stromrauschen nämlich nicht uninteressant
(wundert mich, daß der Bob Pease damals nicht drauf eingegangen ist).
Wer es aber noch an die Rauschgrenze treiben will, kann diesen Trick
umsetzen, sollte aber dann eher zwei BF861 nehmen. Damit geht auch heute
noch was besser. Aber da es in diesem Thread wohl nur um mHz und µHz
geht, ist das Rauschen wohl eher von untergeordneter Natur (vielleicht
ist das 1/f-Rauschen noch von Interesse).
Jens G. schrieb:> (wundert mich, daß der Bob Pease damals nicht drauf eingegangen ist)
Ich schätze mal Bob ist nicht darauf eingegangen weil Jerald das schon
alles perfekt erklärt hatte und man darf auch anderen Experten mal die
Butter auf dem Brot gönnen ;)
Lurchi schrieb:> Für kleine Ströme kann man den Strom in einem Ladungsverstärker> auf-integrieren und daraus dann den Strom bestimmen. Damit kann man sich> den großen Widerstand und das dazugehörige Rauschen sparen. Man braucht> aber eine Art Reset-Schaltung um den Kondensator wieder zu entladen. So> weit muss man es vermutlich nicht treiben.
Das gibt es auch fertig integriert, z.B.
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ivc102.pdf
Die Signale zum Starten und Beenden der Integration muss man natürlich
noch extern erzeugen.
Jörg schrieb:> Ja das ist der Plan, einen Arduino für analoge Eingänge und dazu noch> einen Raspi. Aber dann benötige ich ja keine anderen Bauteile oder ?
Doch, m.E. eine Kühlanlage für die Photodiode.
Harald W. schrieb:> Doch, m.E. eine Kühlanlage für die Photodiode.
'Kühlanlage' = Peltierelement um die Photodiode zu kühlen, auf -20 oder
-30 Grad Celsius.
Dadurch erhöht sich das eigentliche Signal, wie auch das Rauschen
kleiner wird. Das S/N wird also (wesentlich) besser!
Bei -30°C steigt das S/N im Vergleich zu +25°C um größenordnungsmäßig 20
dB!* (Spg.-dB, d.h. 6 dB = Verdopplung).
* Gemessen mit InAs-Detektor für mittleres IR mit integriertem
Peltierelement.
