phtotvoltaic vs. photoconductive mode TIA

[Noob A. (strippenzieher)]

Ich hab hier ein altes Projekt von jemand anders indem ein Photodioden 
Signal verstärkt wird.
Es ist ein digitaler Lock-In Verstärker der mit sehr niedrigen 
Frequenzen (~5Hz) arbeitet.
Was ich nicht kapiere ist, wieso man die Diode im photoconductive mode 
betreibt?!? Also mit der Anode an GND und Kathode am - vom OPV.

Bei allem was ich bisher gelesen habe, ist das eher für schnelle Signale 
geeignet.
Hier haben wir es eher mit wenig Licht zu tun.

Hat die Schaltung noch andere Vorteile die hier zum Tragen kommen 
könnten?

Linearität ist eigentlich auch kein Thema da jedes System individuell 
kalibriert wird...

[Falk B. (falk)]

Noob A. schrieb:
> Ich hab hier ein altes Projekt von jemand anders indem ein Photodioden
> Signal verstärkt wird.
> Es ist ein digitaler Lock-In Verstärker der mit sehr niedrigen
> Frequenzen (~5Hz) arbeitet.
> Was ich nicht kapiere ist, wieso man die Diode im photoconductive mode
> betreibt?!? Also mit der Anode an GND und Kathode am - vom OPV.

Weil das der Standardansatz ist und die besten Ergebnisse liefert.

> Bei allem was ich bisher gelesen habe, ist das eher für schnelle Signale
> geeignet.

Nicht nur. Auch das Thema Dunkelstrom und Rauschen.

> Hat die Schaltung noch andere Vorteile die hier zum Tragen kommen
> könnten?

Photovoltaic Mode machen Solarzellen, und eine Photodiode ist ja auch 
eine.
Letztendlich speist eine Konstantstromquelle (die PN-Sperrschicht) eine 
SI-Diode und deren Spannung wertet man dann aus. Das klingt toll, weil 
man damit den Strom logarithmiert und theoretisch mehrere Dekaden an 
Strom leicht habdhaben kann. Praktisch spuckt einem da aber die 
Temperaturabhängigkeit der Diodenkennlinie mächtig in die Suppe.

> Linearität ist eigentlich auch kein Thema da jedes System individuell
> kalibriert wird...

Ist nicht das zentrale Problem.

P S genaugenommen arbeiten Solarzellen auch nahe dem photoconductive 
Mode, denn der Laderegler mit MPPT belastet die Solarzellen so stark, 
daß die interne PN-Diode NICHT nennenswert mit Strom durchflossen wird. 
OK, echter Kurzschluß mit 0V ist es auch nicht, dann wäre die 
Energiebilanz eher schlecht ;-)

[Noob A. (strippenzieher)]

Danke für die Erläuterungen.

Irgendwo denke ich gelesen zu haben, dass im photovoltaic mode auch 
Dunkelstrom und Rauschen besser seien. Hab ich da was verdreht?

Vielleicht hätte ich auch erwähnen sollen, dass der Sensor 
peltiergekühlt und recht genau auf Temperatur gehalten wird. Dann dürfte 
das mit der Temperaturabhängikeit der Kennlinie nicht mehr so arg ins 
Gewicht fallen?

Sorry wenn ich blöde / redundante Fragen stelle, ich versuche zu 
verstehen was hier warum wie gemacht wurde :)
Muss ich dafür aber auch erstmal in die Materie einarbeiten da ich mich 
nicht auskenne

[Falk B. (falk)]

Noob A. schrieb:
> Irgendwo denke ich gelesen zu haben, dass im photovoltaic mode auch
> Dunkelstrom und Rauschen besser seien. Hab ich da was verdreht?

Weiß ich nicht, vielleicht liege ich auch falsch. Ist lange her, daß ich 
mich mit sowas im Detail beschäftigt habe.

> Vielleicht hätte ich auch erwähnen sollen, dass der Sensor
> peltiergekühlt und recht genau auf Temperatur gehalten wird. Dann dürfte
> das mit der Temperaturabhängikeit der Kennlinie nicht mehr so arg ins
> Gewicht fallen?

Stimmt. Das ist aber eine neue Infromation ;-)

> Muss ich dafür aber auch erstmal in die Materie einarbeiten da ich mich
> nicht auskenne

Es gibt ne Menge Application Notes zum Thema, die muss man 
durcharbeiten.

[Jens G. (jensig)]

Noob A. schrieb:
> Was ich nicht kapiere ist, wieso man die Diode im photoconductive mode
> betreibt?!? Also mit der Anode an GND und Kathode am - vom OPV.

Spricht man bei Fotodioden wirklich von photoconductive mode? Sind das 
nicht eher solche Dinger wie Fotowiderstände, die photoconductive sind?

Fotodioden werden doch entweder als Foto-Element betrieben (also wie 
Solarzelle), oder im Sperrbetrieb, wobei ich den Kurzschlussbetrieb eher 
als Spezialfall von Sperrbetrieb betrachten würde.

Foto-Element-Betrieb wird eigentlich nur zur Energieerzeugung genommen, 
oder evtl. nur zur groben Erkennung von Licht an/aus (es sei denn, man 
ist scharf auf die log. Abhängigkeit zw. Strom(Licht) und Spannung).
Kurzschlussbetrieb (also Uf=0V) wird genommen, wenn es um geringes 
Rauschen geht, nicht aber so sehr um Geschwindigkeit (wegen hoher 
Sperrschicht-Kapazität).
Sperrbetrieb mit Sperrspannung <0V dann eher, wenn es um Geschwindigkeit 
geht, nicht so sehr um geringes Rauschen (weil der höhere Sperrstrom 
Rauschen verursacht, dafür aber kleinere Sperrschicht-Kapazität).
Das mit dem Rauschen gilt aber nur, wenn sonst kein DC-Strom durchgeht, 
nämlich durch DC-Licht. Dann kannste niedriges Rauschen bzw. hohe 
Empfindlichkeit vergessen (Schrottrauschen durch den DC-Photostrom).

[Rainer W. (rawi)]

Jens G. schrieb:
> Schrottrauschen durch den DC-Photostrom

Mit Schrott hat das nun wirklich nichts zu tun.

Wahrscheinlich meinst du das im englischen als "Shot Noise" bezeichnete 
Rauschen, im deutschen auch Schottky-Rauschen oder Poissonsches 
Schrotrauschen.

[Jens G. (jensig)]

Rainer W. schrieb:
> Schrotrauschen

Jo, genau das natürlich ...

[Uwe B. (Firma: TU Darmstadt) (uwebonnes)]

Sperrspannung verringert die Diodenkapazitaet, verschlechtert aber 
Leckstrom etc. Ueber die Vorspannung kann man dann auch Stoerungen in 
das Signal bekommen.Bei 5 Hertz ist aber die Kapazitaet in der Regel 
uninterssant