Wie der Titel schon sagt, frage ich mich, wie man im Feedback in einem
aus diskreten Komponenten aufgebautem ladungssensitiven Verstärkers eine
Konstantstromquelle (Ifb) einbaut, um die "gesammelte" Ladung linear
wieder zu entladen.
Ich erwarte als eingesammeltes Signal eine Ladung von ca. 100 fC, was im
Idealfall ja zu einer Spannung von 100 mV über den Kondensator führen
sollte (C1). Um diesen dann zu linear über eine Zeit von ca 1 us zu
entladen, bräuchte ich als eine Stromquelle die (mehr oder weniger
unabhängig von der im 100 mV gelegenen Spannung) einen Strom von 0.1 uA
bereitstellt und das ganze nicht zum schwingen bringt.
Ich habe schon in die Richtung Stromspiegel oder Stromregeldiode
gelesen, allerdings liegen die Ströme dann für diskrete Bauteile eher im
besten Fall im mA Bereich und mir ist nicht klar, welche Bauteile für so
kleine Ströme sinnvoll wären. Daher wäre ich für einen konkreten Tip
(Datenblatt oder Schaltung) der mir weiterhelfen würde sehr dankbar!
Ladungsverstärker habe ich schon einige gebaut, aber ich bin noch nicht
auf die Idee gekommen, den Kondensator linear zu entladen. Sondern
schlicht und einfach über einen Schalter und einen Vorwiderstand.
Wozu soll die lineare Entladung gut sein?
ths schrieb:> Wozu soll die lineare Entladung gut sein?
Wenn der Entladestrom konstant ist, kann man im Idealfall aus der Dauer
der Entladung die ursprünglich eingesammelte Ladung bestimmen, da diese
dann direkt proportional zueinander sind. Damit kann man dann mit einem
Komparator und einem FPGA, recht gut die Zeit bestimmen und daraus die
Ladung extrapolieren (ohne ADC).
Reihaus schrieb:> einen Widerstand an Vin- andere Seite an konstante Spannung> schalten.> Bei C1 = 1p viel Spaß.
Also mir ist klar, dass die C1 = 1p sehr klein ist und man in spice zwar
schön 1.0p hinschreiben kann, die Realität dann doch davon entfernt ist.
Der Wert ergibt sich im Moment vom bisher simulierten
Operationsverstärker.
Deinem Vorschlag folgend, würde die konstante Spannung mit Widerstand
letztendlich die Kapazität C1 aufladen (kein Strom fließt in den
Operationsvertärker), damit die Eingangsspannung immer weiter erhöhen
und somit den Operationsverstärker saturieren?
mp schrieb:> Wenn der Entladestrom konstant ist, kann man im Idealfall aus der Dauer> der Entladung die ursprünglich eingesammelte Ladung bestimmen, da diese> dann direkt proportional zueinander sind.
Die Stromquelle soll also auch noch "ausschalten", sobald der Ausgang
des OPV 0V erreicht? Und das als aktive Schaltung in der Rückkopplung
eines 1,6GHz-OPVs, der nicht unity gain stable ist? Ich glaube nicht,
dass sich dafür eine Lösung finden wird.
Hast du denn schon mal darüber nachgedacht/ausprobiert/zumindest
simuliert, ob dein Verstärker als solcher stabil läuft (also noch ohne
die Stromquelle in der Rückkopplung)?
Ich glaube nicht wirklich dass deine angedachte Lösung billiger und/oder
besser ist als ein ADC.
Ein "Ladungsverstärker" ist doch eigentlich ein
Ladungs/Spannungswandler, der eine zur Ladung proportinale
Ausgangsspannung angibt.
mp schrieb:> Wenn der Entladestrom konstant ist, kann man im Idealfall aus der Dauer> der Entladung die ursprünglich eingesammelte Ladung bestimmen
Dann nimm einen Widerstand. Das Verhalten eines RC Glieds ist recht gut
erforscht und du kannst aus der Entladezeit zwischen einer oberen und
unteren Schwelle genausogut auf die Ladungsmenge schliessen
Aber das wird alles ziemlich lustig, weil bei einer Kondensatorgröße von
1p und einer Zykluszeit von 1µs stell ich mir alleine schon die Aufgabe
hier einen funktionierenden und hinreichend genauen Schwellwertdetektor
für die untere Schranke zu bauen nett vor.
Nur mal so gefragt: Hast du mal einen Ladungsverstärker für ein paar pC
gebaut und kennst die damit verbundenen Probleme oder ist die
Fragestellung bisher eher theoretischer Natur?
Achim S. schrieb:> Die Stromquelle soll also auch noch "ausschalten", sobald der Ausgang> des OPV 0V erreicht? Und das als aktive Schaltung in der Rückkopplung> eines 1,6GHz-OPVs, der nicht unity gain stable ist? Ich glaube nicht,> dass sich dafür eine Lösung finden wird.> Hast du denn schon mal darüber nachgedacht/ausprobiert/zumindest> simuliert, ob dein Verstärker als solcher stabil läuft (also noch ohne> die Stromquelle in der Rückkopplung)?
Also zumindest in Spice funktioniert eine einfache Simulation schon,
insbesondere mit einer an das Datenblatt angelehnten Rückkopplung (mit
einfachem Widerstand und ähnlichem Kondensator). Das es recht
kompliziert wird, gegen diesen aggresiven OPV "anzuregeln" war mir schon
klar. Allerdings ist die bisherige absolut nicht fixe Wahl eher durch
"ah so haben die das gemacht" gefallen.
Wäre es denn realistisch einen OPV mit deutlich geringerer Bandbreite
mit einer passenden Konstantstromquelle rückzukoppeln?
Udo S. schrieb:> Ich glaube nicht wirklich dass deine angedachte Lösung billiger> und/oder> besser ist als ein ADC.
Ja, es kommt halt ein wenig auf die Details an, insbesondere auf die
gewünschte Zeitauflösung, und da steigen die Preise für ADCs ja eben
nicht ganz linear an.
> Ein "Ladungsverstärker" ist doch eigentlich ein> Ladungs/Spannungswandler, der eine zur Ladung proportinale> Ausgangsspannung angibt.> mp schrieb:>> Wenn der Entladestrom konstant ist, kann man im Idealfall aus der Dauer>> der Entladung die ursprünglich eingesammelte Ladung bestimmen>> Dann nimm einen Widerstand. Das Verhalten eines RC Glieds ist recht gut> erforscht und du kannst aus der Entladezeit zwischen einer oberen und> unteren Schwelle genausogut auf die Ladungsmenge schliessen>
Das ist ja gerade der Grund warum ich an die Konstantstromquelle
überhaupt gedacht habe, da man dann 1. deutlich oberhalb vom Rauschen
arbeiten kann und 2. eben das Problem mit dem langsamen Teil des
exponentiellen Abfalls nicht hat, sondern schnell durch eine Schwelle
durchläuft.
ths schrieb:> Nur mal so gefragt: Hast du mal einen Ladungsverstärker für ein> paar pC> gebaut und kennst die damit verbundenen Probleme oder ist die> Fragestellung bisher eher theoretischer Natur?
Die Fragestellung ist bisher nur theoretischer Natur (und deswegen
wahrscheinlich auch so komisch für Leute die sich damit wirklich
auskennen). Als Nutzer von fertigen ICs habe ich schon relativ viel mit
Ladungsverstärkern von ein paar tausend Elektronen gearbeitet und frage
mich nun, ob sich das zumindest teilweise in diskreter Bauweise umsetzen
lässt.
Die fertigen Ladungsverstärker interessieren mich. Bitte um nähere
Angaben.
Es gibt bei diskret aufgebauten Verstärkern durchaus einige Probleme.
Sauberkeit der Platine, Mikrophonieffekte, piezoelektrische Effekte und
eine ganzes Sortiment von Widrigkeiten. Bei den genannten
Randbedingungen alles andere als trivial.
Hi, ich durfte als junger HiWi an einem Ladungsverstärker für einen
Prüfstand im Institut mitarbeiten und ich erinnere mich nicht wirklich
gern daran. Diese Dinger sind einfach schwer zu handeln. Ich empfehle
daher dringend, die "verbesserungen" erst mal im Hinterkopf zu lassen
und eine konkrete, einfache Schaltung aufzubauen. Wenn du das
zufriedenstellend hingekriegt hast, dann kann man weitermachen. Ich
schätze aber, das du bis dahin noch viele Fragen haben wirst... Mit der
Simulation alleine wird das nichts!
Viel Spass und Gruß, Rainer
csa.jpg
(33 KB)
