Hallo, ich verstärke das Signal eines Positionssensors. Die dazu verwendete Formel lautet: (U1-U2)/(U1+U2) Es wird ein TL074CN zum verstärken und addieren bzw subtrahieren verwendet. Zum dividieren kommt ein AD538 zum Einsatz. Kurz zum Problem: Das Subtrahierte sowie Addierte Signal (SUB und ADD) haben ein Rauschen von ca. 100 mV P-P. Das Nutzsignal ist so 500mV bei SUB und 1V bei ADD. Das Ausgangssignal hat ein Rauschen von ca 1V und geht über 4V. Gemessen wird bei Spitzenwertabtastung. Ist das normal? Ich habe versucht das zu berechnen und komme nicht auf so hohe Werte. Vielen Dank für Hilfe
Anbei ein Bild von den Signalen. Ich habe einen Laser während der Aufnahme über den Sonsor bewegt. Gelb ist das Ausgangssignal.
Hallo, > Ist das normal? Ich habe versucht das zu berechnen und komme nicht auf > so hohe Werte. Leider sagst Du das wichtigste nicht: Was Du für einen Sensor verwendest und mit welcher Schaltung Du die Signale verstärkst. Meine Glaskugel ist leider nicht so gut, und ob 100mV Rauschen viel oder wenig ist, weiß niemand ohne weitere Angaben. Eigentlich interessiert ja auch das Signal-zu-Rausch-Verhältnis. Gruß, Michael
Und hier noch ne FFT vom Nutzsignal. In meinen Augen gibts da keinen Peak. Bin übrigens sehr dankbar auch für Tips bezüglich anderer Ops. Sollte bis 100 kHz funktionieren...
> Anbei ein Bild von den Signalen. Ich habe einen Laser während der > Aufnahme über den Sonsor bewegt. Gelb ist das Ausgangssignal. Aha, jetzt kommen die Angaben ja, da hab ich zu früh gemeckert ;-) Der gelbe Plot sieht nicht so richtig nach Rauschen aus, sondern nach irgendeiner Oszillation. Ich schau mal genauer rein.
Vielen Dank für die schnelle Antwort! Wenn das so ist gebe ich nochmal die Daten dazu. Hier die FFT.
Du teilst die Differenz durch die Summe. Ich vermute, die Division ist das empfindlichste Bauteil. Ich habe mal mit einem Multiplizierer gearbeitet; der war auch sehr empfindlich, insbesondere was Störungen über die Spannungsversorgungen anging. Ich will erstmal anfangen, ganz prinzipielle Fehler auszuschließen, denn ich habe den Eindruck, daß Du nicht einfach ein reines Rauschproblem im Sinne von "additivem Rauschen" hast. Wenn Du Dir den breiten gelben Balken am Anfang des Oszilloskop-Plots ansiehst und danach siehst, wie fein die Linie ist, die "runtergeht", ist das schon sonderbar. Also: - Sind an jedem IC (insbesondere dem Divisions-Chip und den OPAMPS) die Spannungsversorgungen gegen Masse entstört D. h. hast Du an die 100nF Keramikkondensatoren, evtl. zusätzlich 10µF Elkos gedacht? - Gibt es eine Möglichkeit, die Sensorsignale tiefpaßzufiltern (C über den Rückkopplungswiderstand), oder brauchst Du die gesamte Bandbreite?
Ich habe mir gemittelte FFTs (128 werte) bis 100 kHz angeschaut. Es gibt keine Regelmäßigkeiten. Aber bei 100 Hz scheint was zu sein. Hier ist ein Bild. Ich habe 9 Peaks vermessen mit der Frequenz 11 Hz gemessen => 99 Hz. Anbei ein Screenshot.
Beim Dividierer ist komisch, daß die beiden Referenzspannungsquellen für 10V und 2V kurzgeschlossen sind. Das kann nicht gut sein. Das Summensignal ist anscheinend richtig verschaltet. Es sollte immer größer als Null sein. Doch was ist mit dem Differenzsignal? Kannst Du ausschließen, daß es kleiner als Null wird. Die Division erfolgt anscheinend durch vorherige Logarithmierung. Das klappt bei einer negativen Zahl nicht ordentlich.
Hallo, nein ich entstöre nicht da es nur um ein Prototyp geht. Aber die Spannungsversorgung ist ein Labornetzteil. Sieht glatt bist 20 mV aus. Ist das trotzdem notwendig? Ich werde aber morgen was einbauen zum glätten. Tiefpass... nee nur über 100 kHz brauche die Bandbreite.
Im Datenblatt steht: "When using supplies below ± 13 V, the 10 V reference pin must be connected to the 2 V pin in order for the AD538 to operate correctly." (S.2) und "In situations not requiring both reference levels, the +2 V output can be converted to a buffered output by tying Pins 4 and 5 together." Ich denke das ist schon ok so.
Überlegen tue ich mir nur ob ich die Widerstände beim Addieren/Subtrahieren nicht ändern sollte...
> nein ich entstöre nicht da es nur um ein Prototyp geht. Aber die > Spannungsversorgung ist ein Labornetzteil. Sieht glatt bist 20 mV aus. > Ist das trotzdem notwendig? Unbedingt! Überleg Dir mal, wie lang die Leitungen sind und wie hoch deren Induktivität ist. Da kann von niederohmiger Versorgung nicht mehr die Rede sein. Du kannst Dir außerdem mit den Leitungen und der damit aufgespannten Fläche schöne Störungen einfangen. Die 100Hz Netzstörung siehst Du ja schon (das sind gleichgerichtete 50Hz). An jeden OPV sowohl an die +Versorgung als auch an die -Versorgung gehört ein Keramik-Kondenstor 100nF. Du kannst auch größere Werte nehmen wie 10nF. Aber der 100nF sollte immer dabei sein. (Es gibt insbesondere bei höherfrequenten Anwendungen dazu mehr zu sagen; aber Dir geht es ja erstmal um dieses Problem.) Das wollte mir auch der Kollege mit dem Multiplizierer nicht glauben. Aber der Balken der Multiplikation wurde von einem fetten Fehlerbalken mit +/-1V zu einer feinen Linie, als er mal probehalber einen Kondensator an die Versorgungsspannung drangehalten hat. Nimmst Du SMD-Bauteile oder mit Beinchen? Ich befürchte, Du hast die Beinchen-Variante. Dann hast Du in der Regel auch keine ordentliche Massefläche. Aber gehen sollte es trotzdem.
> Überlegen tue ich mir nur ob ich die Widerstände beim > Addieren/Subtrahieren nicht ändern sollte... Das ist nicht das Problem. Das thermische Rauschen von 9k ist bei 100kHz noch nicht so arg.
Wegen negativen Spannungen: Das geht normalerweise nicht. Aber auf Seite 8 ist eine "TWO-QUADRANT DIVISION" beschrieben. Da wird der Nenner zum zähler addiert. So kann man ihn ausklammern. Ist da auch beschrieben. Würde man einfach ein Offset auf den Zähler machen, hätte man keine richtige normierung mehr.
Ok. Glauben tue ich auch nicht. Wir sind ja nicht in der Kirche ;-) aber machen tue ichs. Aber warum ist das notwendig? Ich meine die Versorgung ist ja glatt. Was meinst du mit masse fläche? Ich habe beim AD538 Dip, bei TL074 werde ich in zukunft SO nehmen... ich schreibe morgen abend obs funktioniert hat. Vielen Dank für die Hilfe!
Ok ist alles klar... haste ja schon erklärt. Dachte das macht nur was im HF bereich aus mit den Störungen. Wieder was gelernt.
Hallo, wenn ich das insgesamt richtig sehe, besteht Dein vorwiegendes Problem in der zu schlechten Spannungsversorgung. Diese äußert sich durch sehr starke Peaks im 10ms (=100Hz) Abstand. Weil im ersten Plot die Frequenzeinstellung bei <10Hz war, werden die Peaks nicht einzeln aufgelöst, und Du siehst ein breites Band. Viel besser als reine Kondensatoren helfen sogenannte Festspannungsregler gegen die 100Hz-Störungen. Diese heißen beispielsweise 7812 (für +12V positive Spannung) und 7912 (für -12V Festspannung). Kostenpunkt pro Stück: etwa 10ct. Für empfindliche Meßschaltungen (und das sind Deine Schaltungen) unbedingt zu empfehlen. Im Prinzip ist so ein Festspannungsregler nichts anderes als ein Transistor zwischen den +15V Eingangsspannung und den erwünschten +12V Ausgangsspannung, der immer so weit auf- oder zugedreht wird, daß am Ausgang +12V herrschen. SDie Festspannungsregler werden eingangsseitig mit 15V...30V betrieben. Die Entstörung erfolgt mit je 100nF (Keramik) || 100µF (Elko) sowohl ein- als auch ausgangsseitig. Das ist ein erprobter Richtwert, der für Deine Anwendung funktionieren wird; achte bei den Elkos auf die richtige Polarität und verwende Elkos, die mindestens die Eingangsspannung aushalten. Alle anderen Probleme scheinen mir kleiner zu sein, wie nicht ausdrücklich eingebautes Tiefpaßfilter u. ä. Gruß, Michael
Hallo Weichnachtsmann, ich würde mal die Neonröhre ausschalten oder den Aufbau mit einer Schachtel abdecken und mir das Signal dann anschauen. Gute Nacht und baldigen Erfolg!
> Ok. Glauben tue ich auch nicht. Wir sind ja nicht in der Kirche ;-) aber > machen tue ichs. Aber warum ist das notwendig? Ich meine die Versorgung > ist ja glatt. > > Was meinst du mit masse fläche? Ich habe beim AD538 Dip, bei TL074 werde > ich in zukunft SO nehmen... ich schreibe morgen abend obs funktioniert > hat. Massefläche bedeutet, daß eine Seite der Platine durchgehend mit Kupfer beschichtet ist und dort Massepotential herrscht. Die Massefläche hat eine geringe Induktivität, so daß die Fläche auch für HF-Störungen niederohmig ist. Im Endeffekt geht es darum, daß überall dasselbe Bezugspotential genutzt wird - auch bei HF. Aber das ist bei Dir wahrscheinlich nicht das Problem. Ich habe schon Schaltungen zur Verstärkung von Ultraschallsignalen (etwa 10..100µV, 4MHz)aufgebaut, die auch ohne Massefläche funktioniert haben. Gruß, Michael
Stanko T. schrieb: > Ach ja, > > 100 Hz sprechen für die Röhre! Oh ja! Das stimmt natürlich! Da können sie auch herkommen. Allerdings erklärt beides nicht, weshalb man dort vorwiegend Spikes sieht und dann lange nichts.
Michael Lenz schrieb: >Allerdings >erklärt beides nicht, weshalb man dort vorwiegend Spikes sieht und dann >lange nichts. Eventuell weil er den PSD mit dem Oberkörper/Kopf während der Messung abschattet.
Hallo Wiehnachtsmann! Es fällt auf, dass der Rauschanteil von der Signalstärke abhängt (Gelbe Kurve: Rauschband ist bei höheren Signalpegeln breiter). Könnte es nicht sein, dass du das Laser-Rauschen misst? Was ist es denn für ein Laser? Kantenemitter? VCSEL? Wellenlänge? lG, Michael.
Vielen Dank für die vielen Antworten. Also erstmal zu der Röhre. Das Problem ist mir bekannt. Hier sind nur Glühlampen (jaja ich weiß Energiesparen und so ;-)) Ich habe den PSD natürlich auch mal abgedeckt. Ändert nichts. Auch der Laser ist Schuld. Tritt auch sonst auf. Ist übrigens ein ganz normaler Diodenlaser. Das Rauschen ist nicht signifikant vom Signal abhängig. Ob Laser oder kein Laser, oben oder untenm, ist immer das gleiche. Das sieht nur so aus als würde es mehr rauschen, weil ich den Laser an den entsprechenden Stellen langsamer bewegt habe. Da die Schaltung mit 5V betrieben werden soll, muss ich sowieso Step-Ups verwenden. Da verwende ich natürlich dann auch entsprechende Glättung so wie im Datenblatt angegeben. Wäre aber aufwand, erst auf 15V zu gehen und dann wieder auf 13V^^ Heute abend baue ich Elkos und Keramik ein. Gruß
Hallo, > Da die Schaltung mit 5V betrieben werden soll, muss ich sowieso Step-Ups > verwenden. Da verwende ich natürlich dann auch entsprechende Glättung so > wie im Datenblatt angegeben. wahrscheinlich wird es auch mit Step-Up-Wandlern gehen. Für Prototyping gilt aber eigentlich der Grundsatz: Erst alle vermeidbaren Fehlerquellen ausschließen, dann schauen, ob der Sensor an sich funktioniert und dann die Fehlerquellen (Step-Up-Regler u. ä.) nacheinander hinzuschalten und schauen, was sich verändert. >Wäre aber aufwand, erst auf 15V zu gehen und dann wieder auf 13V^^ Ja, etwa 3-5 Bauteile im Wert von zusammen 50ct mehr. Das ist für Prototypen gerade noch so zu verkraften ;-) Für eine Serienproduktion sind die Überlegungen natürlich ganz anders. Doch auch da fängst Du mit einer Lösung an, die nach menschlichem Ermessen immer geht. > Heute abend baue ich Elkos und Keramik ein. Ich bin ja mal gespannt. Gruß, Michael
Komische Diskussion das hier. Ich würd doch mal vorne anfangen und schauen: wie sehen überhaupt u1 und u2 aus? haben die auch schon 100mV Rauschen, oder sind die sauber? Ich kann mir nicht vorstellen daß die sauber sind, die ADD Schaltung ist ja nun ein Klassiker und sollte funktionieren. Ich kenn mich mit Photodioden nicht so aus, aber ich meine daß man sie mit einer Sperrspannung betreiben sollte. Hier ist die Diodenspannung 0V. Servus Martin
Die Fotodiode kann man auch ohne Vorspannung betreiben. Das sollte sogar etwas weniger Rauschen ergeben. Der Vorteil von der Vorspannung ist, das man weniger Kapazität der Diode hat, und damit mehr Bandbreite. Wenn man hier auf 100 kHz kommen will, sollte man mit Vorspannung arbeiten. Je nach größe des PSD könnte kapazität zu groß sein für die Transimpedanzverstärker.
Hallo, evt. klingeln die Opamps. Falls das so ist, kann man das entweder mit kleinen Widerständen (10R-50R) am Ausgang abstellen oder mit einem kleinen Kondensator im Rückkopplungszweig (50p). Oder beides... Die Rs sollten aber sehr direkt am Ausgangspin sitzen, nicht erst am Ende der Leitung. Wichtig ist bei Opamps immer, dass die nur sehr wenig kapazitive Last sehen, auch wenn sie das nach Datenblatt angeblich abkönnen. Ein Foto des Aufbaus wäre hilfreich... Grüße, Kurt
Hallo, komme leider nicht mehr dazu irgendwas zu löten heute abend. Naja dann morgen. Ich habe keine Vorspannung, da laut Datenblatt sich dadurch in der Tat das Rauschen erhöht. Es geht von 90 pA bei 0 V auf so 700 pA bei 10V (maximal dürfen da aber nur 5V ran). Im Gegenzug verringert sich die Kapazität von 100 pF auf so 60 pF. Mal schaun vllcht mache ich das irgendwann mal. Wie berechne ich aus der Kapazität die Bandbreite bzw. die Dämpfung? Ich meine das ist ja irgendwie umgekehrt wie ein Kondensator, weil es eine Spannungsquelle ist oder? Ich werde auch weitere Rauschdaten liefern, sobald ich die Stabilisation mit den Kondenstoren gemacht habe. Der PSD ist in der Tat groß (ca 3cm), aber warum hat der Transimpedanzverstärker damit Probleme? Gruß
hallo, ohne jetzt den beitrag bis zum letzten gelesen zu haben, wilde RAUSCHSCHWINGUNGEN hatte ich auch schon mal bei einer OpAmp-Schaltung. Die ursache waren fehlende ABBLOCKKONDENSATOREN 100nF direkt vom Plusbeinchen zum Minusbeinchen. Durch Anbringen selbiger Cs war der ganze Spuk vorbei und alles lief, wie es sollte. Waren übrigens auch TL07xer. Ein anderes mal hatte ich Rauschprobleme trotz Abblock-Cs, nach ewigem Suchen und Rumprobieren stellte sich heraus, das das Rauschen nach STERNFÖRMIGEM MASSENAUFBAU zum Minuspol des Siebelkos hin verschwunden war.
Hallo, > Ich habe keine Vorspannung, da laut Datenblatt sich dadurch in der Tat > das Rauschen erhöht. Der Betrieb von normalen Photodioden bei 0V ist vollkommen in Ordnung. Eine Vorspannung brauchst Du nur, wenn Du die Kapazität verringern willst, um z. B. eine möglichst hohe Grenzfrequenz des Aufbaus zu erreichen. Nur bei sogenannten Avalanche-Photodioden ist eine Vorspannung unbedingt notwendig. Wir sprechen hier über eine Sperrspannung in der Größenordnung von 100V. Das durch das Licht in der Raumladungszone entstehende Elektron-Loch-Paar wird durch die Spannung so stark beschleunigt, daß es weitere Elektron-Loch-Paare erzeugt. Das macht die Diode sehr empfindlich. > Es geht von 90 pA bei 0 V auf so 700 pA bei 10V > (maximal dürfen da aber nur 5V ran). 90pA * 9000 Ohm = 0,8µV. Das ist herzlich wenig im Vergleich zu den Pegeln, die Du angibst. > Im Gegenzug verringert sich die > Kapazität von 100 pF auf so 60 pF. Mal schaun vllcht mache ich das > irgendwann mal. Die Arbeit kannst Du Dir sparen. Du wirst schwerlich einen Unterschied feststellen können. Bei der Kapazität geht es darum, die Grenzfrequenz nach oben zu verschieben. Wir sprechen hier jedoch von Frequenzen im MHz-Bereich. > Wie berechne ich aus der Kapazität die Bandbreite bzw. die Dämpfung? Die Photodiode ist im einfachsten Fall eine Stromquelle (nicht Spannungsquelle). Der Strom fließt beim Betrieb als Photodiode stets in Sperrichtung. In erster Näherung kommt es auf das RC-Glied im Rückkopplungszweig an. Für die Grenzfrequenz gilt dann: fg = 1/(2*pi*RC) Bei einer genaueren Berechnung mußt Du noch die Kapazität der Photodiode (typisch sind etwa 100pF) und das Verstärkungs-Bandbreite-Produkt des Operationsverstärkers einberechnen. Näheres steht hier: http://www.mikrocontroller.net/articles/Lichtsensor_/_Helligkeitssensor Du kannst die Schaltung auch in PSpice modellieren. Dort verwendest Du einen TL072, eine ideale Stromquelle mit 100pF paralleler Kapazität (Diodenkapazität) und verschaltest sie wie bei Deiner Schaltung vorgenommen. In jedem Fall definiert sich die Grenzfrequenz dadurch, daß bei dieser Frequenz die Amplitude des Ausgangssignals nur noch etwa 71% (1/sqrt{2}) der Amplitude von 0 Hz ist. Gruß, Michael
Hallo, also ich habe von Plus auf GND und Minus auf GND je einen Elko mit 470 µF und einen Keramik Kondensator mit 22 nF gelegt. Einfach direkt vor den Ausgang von dem TL074. Hat schon sehr viel gebracht, das Rauschen ist fast weg!!! Bei einem Neudesign werde ich sehr darauf achten. Mein Plan ist folgender: Die Step-Ups entsprechend dem Datenblatt glätten. Dann war die Empfehlung doch 100 µF und 100 nF an jeden OPV oder? Mehr schadet nie oder? Was für Empfehlungen gibts noch? In ein Alugehäuse kommt natürlich alles. Alles was rausgeht wird durch geschirmte Kabel laufen. Die Anwendung der Formel für die Grenzfrequenz verstehe ich noch nicht. Eigentlich gilt doch für den Kapazitiven Widerstand: r=1/(2*Pi*f*C). Wenn man sich also überlegt dass die Kapazität zunimmt, wird der Widerstand kleiner. Das muss aber für Stromquellen wie Fotodioden doch anders sein oder? Ich meine sonst würde man ja durch eine kleinere Kapazität einen höheren Widerstand haben (bei gleicher Frequenz natürlich), damit würde das Signal bei größerer Frequenz immer schwächer durch gelassen. Also wie gesagt das ist mir noch nicht ganz klar. Ansonsten vielen Dank für die Hilfe. Ich studiere Physik, und da gibt es prinzipiell wenig praktische Hinweise was man mit dem gelerntem anfangen kann. Dankeschön und Gruß
Hallo, > also ich habe von Plus auf GND und Minus auf GND je einen Elko mit 470 > µF und einen Keramik Kondensator mit 22 nF gelegt. Einfach direkt vor > den Ausgang von dem TL074. Hat schon sehr viel gebracht, das Rauschen > ist fast weg!!! Bei einem Neudesign werde ich sehr darauf achten. Ja, sowas ist übliche Praxis. Den Elko brauchst Du nur einmal auf jedem Board. Nur die Keramikkondensatoren brauchst Du bei jedem IC. > Mein Plan ist folgender: Die Step-Ups entsprechend dem Datenblatt > glätten. Dann war die Empfehlung doch 100 µF und 100 nF an jeden OPV > oder? Mehr schadet nie oder? Ich hatte vorgeschlagen, daß Du nach dem Step-Up-Wandler noch einen Linearregler (78XX und 79XX, XX ist die Ausgangsspannung) verschaltest. Das vermindert die Störungen, die durch den Stepup-Regler kommen. Nur darauf bezog sich die Empfehlung 100µF || 100nF. Wenn Du nur den Stepup-Regler verwendest, verschalte ihn wie im Datenblatt und spendiere jedem IC 100nF von V+ gegen Masse und von V- gegen Masse. Die Elkos brauchst Du nur einmal pro Board. Sie wirken ohnehin nur bei niedrigen Frequenzen. Mehr Kondensatoren können theoretisch schon schaden. Keramikkondensatoren sind Wirklichkeit LC-Serienschwingkreise, die ab der Resonanzfrequenz induktiv werden. Wenn Du zwei verschiedene Kondensatoren parallelschaltest, so gibt es Frequenzen, bei denen der eine Kondensator noch kapazitiv ist und der andere schon induktiv. Der Aufbau ist für diese Frequenzen insgesamt ein LC-Parallelschwingkreis. Bei Resonanz hat dieser eine hohe Impedanz. Das heißt, für manche Frequenzen ist eine solche Anordnung hochohmig; Störungen im Bereich dieser Frequenzen werden durch die Kondensatoren nicht ordentlich gefiltert. Wenn Du einen Elko für's gesamte Board (beide Versorgungsspannungen gegen Masse) und zusätzlich einen Keramikkondensator für jeden IC nimmst (beide Spannungsversorgungen), bist Du fast auf der sicheren Seite. 100nF Keramikkondensatoren sind für fast alle Bastelanwendungen eine gute Wahl. Ausnahmen gibt es bei steilflankigen Taktsignalen - da muß man evtl. genauer hinsehen. > Was für Empfehlungen gibts noch? In ein Alugehäuse kommt natürlich > alles. Alles was rausgeht wird durch geschirmte Kabel laufen. Das wichtigste für Deinen Anwendungsfall ist: - Massefläche anlegen (sofern Du ein richtiges Leiterplattenlayout machst) - sonst: sternförmige Masseverlegung, um Brummschleifen zu vermeiden Bei den geschirmten Kabeln ist zu beachten: - Ist der Schirm Teil der Leitung (d. h. der "Rückleiter" wie beim BNC-Kabel), so gehört die Schirmung auf die Massefläche geklemmt und nicht direkt an das Gehäuse! Die Schirmung des BNC-Kabels sollte also nur indirekt über die Massefläche mit dem Gehäuse verbunden sein. Der Grund ist, daß die elektromagnetische Welle auf der Leitung dann entlang des Kabels bis zum Board kommt. Sonst müßte das E-Feld vom Innenleiter des Kabels "quer durch die Luft" zum Gehäusedeckel verlaufen. - Ist der Schirm nicht Teil der Leitung, so kommt er direkt ans Gehäuse Ein geschirmtes Gehäuse brauchst Du aber für diese niederfrequenten Sachen eigentlich nicht. > Eigentlich gilt doch für den Kapazitiven Widerstand: r=1/(2*Pi*f*C). Der Transimpedanzverstärker (Stromverstärker für den Diodenstrom) hat den Eingangswiderstand 0. Die Energie, die den Strom über das R im Rückkopplungszweig bewegt, stammt vom OPV und nicht etwa von der Eingangsquelle. Am (-)Eingang des Verstärkers herrscht Massepotential. Gruß, Michael
Also wenn ich das richtig mit der Massenplatte verstehe, so nehme ich eine große Fläche. Zum Beispiel einen Rand der Platine. Müssen dann alle Kontakte an eine Stelle auf dieser Platte, oder können die darüber verteilt sein? Ansonsten werde ich eine Euro Platine verwenden. Kommt noch mehr drauf, aber Platz sollte genug sein. Gruß
Ach ja noch ne Frage: gibts irgend einen Tip für Step Ups? Ich verwende gerade einen MC34063A. Der funktioniert leider im Moment noch nicht.
Hallo, > Also wenn ich das richtig mit der Massenplatte verstehe, so nehme ich > eine große Fläche. Zum Beispiel einen Rand der Platine. Ja, richtig. Bei den geätzten SMD-Platinen ist es meist die Rückseite. Auch die unbenutzten Flächen auf der Vorderseite behalten ihr Kupfer und werden mit der rückseitigen Massefläche verbunden. > Müssen dann alle > Kontakte an eine Stelle auf dieser Platte, oder können die darüber > verteilt sein? Der Clou bei der flächigen Masse ist der, daß die Verbindung sehr niederohmig (vor allem niedrige Induktivität) ist und man somit bis zu sehr hohen Frequenzen nicht darauf achten muß, an welcher Stelle man die Kontakte anschließt. Bei einer durch Drähte realisierten Masse ist es vorteilhaft, die Masseverbindungen sternförmig zu den einzelnen ICs aufzubauen, um Masseschleifen zu vermeiden. > Ansonsten werde ich eine Euro Platine verwenden. Kommt noch mehr drauf, > aber Platz sollte genug sein. Wenn Du eine Platine ätzen läßt, geht das mit der Massefläche sehr einfach. Gruß, Michael
Wenn man an einen Transimpedanzverstärker eine relativ große Kapazitive Quelle, so wie die 100 pF der Fotodiode anschließt, neigt der Transimpedanzverstärker zum schwingen. Die Kapazität bildet mit dem Widerstand in der Rückkopplung einen Tiefpaß. Wenn die Frequenz dieses Tiefpasses bei weniger als dem Verstärkungs-Bandbreitenprodukt der OPs liegt wird der OP leicht anfangen zu schwingen. Hier hat man etwa R*C = 10 K * 100 pF = 1 µs. Das ist gerade in der falschen Größenordnung. Wenn die Schaltung noch nicht ganz schwingt, wird man ein längeres nachschwingen an steilen Flanken kreigen. Als Abhilfe kann man durch einen Widerstand (z.B. 100 Ohm) vor dem Eingang dafür sorgen das die Kapazität nicht so gesehen wird. Dadurch kreigt man aber einen Tiefpass für das Nutzsignal. Die zweite Alternative ist ein Kondensator in der Rückkopplung, was aber auch die Bandbreite begrenzt. Für Sensoren mit so großer Kapazität ist der OP als Transimpedanzverstärker vermutlich nicht mehr die beste Wahl.
Mit 100 kHz Bandbreite wird das mit dem Sensor ohnehin kaum etwas werden: Der Widerstand zwischen den Enden liegt bei rund 150 kOhm. Von der Mitte als noch 75 kOhm bis zum Rand. Zusammen mit der Kapazität in der Größenordnung 100 pF wird das einfach zu langsam. Angegeben ist eine Zeitkonstante (Rise Time) von typisch 20 µS. Da sollte man froh sein, wenn es bis 10 kHz geht.
Was kann man den statt einem OPV als Transimpedanzverstärker nehmen, wenn der nicht mehr ideal ist? Wegen der Rise Time von 20 µs: Es wird sich im Schwingungsanalyse handeln. Und die Schwingungsamplituden sind im Hochfrequenten Bereich nicht so groß. Von daher ist die Slew Rate (in V/µs) bzw. die Rise Time (von 10 - 90% in s) nicht so relevant. Das sind allerdings eher qualitative Aussagen, die ich überschlagen habe und noch nicht genau nachgerechnet habe. Ansonsten wäre zu anfang eine Bandbreite bis 20 kHz auch ok. Ich möchte nur nichts aufbauen, was eine Bandbreite bis 100 kHz systematisch ausschließt. Das sollte einfach eine weitere Option sein. Ansonsten irgendwelche erfahrungen mit Step-Ups? Diese Widerstände unter 1 Ohm nerfen mich irgendwie, sowas habe ich nicht hier. Gibts sowas überhaupt? Gruß
Hallo, > Was kann man den statt einem OPV als Transimpedanzverstärker nehmen, > wenn der nicht mehr ideal ist? Der Einwand von Ulrich (Gast) ist berechtigt. Die 100kHz wirst Du mit diesem OPV kaum hinbekommen. Dazu ist dieser OPV zu langsam. Seine Empfehlung lautet, daß Du Dir einen besser geeigneten OPV suchen sollst. Ich habe gute Erfahrungen mit dem OPA2380 gemacht, wobei ich die angehängte Schaltung verwendet habe. Die Grenzfrequenz hatte ich zufällig auch auf 100kHz (statt ungefähr 1MHz bei ausschließlicher Verwendung der Verstärkung R104) festgelegt. Das Filter wird über R101, C112, R102 und C113 realisiert. Die Schaltung bildet ein Butterworth-Tiefpaßfilter 2. Ordnung. Wie Du diese Bauteile für eine Gleichstromtransimpedanz von R101'=9k festlegst, steht im Datenblatt. - Die Zenerdiode ZD5 verhindert kurze Überspannungen auf der Spannungsversorgung. - R101, C112, R102 und C113 sind das Tiefpaßfilter mit 100kHz. Du mußt R101 für Deine Zwecke zu 9k wählen und die anderen Bauteile (eigentlich dürfte sich nur C112 ändern) entsprechend anpassen (--> Datenblatt oder Tietze-Schenk) - R104 und D1 können eine Zerstörung des Bauteils hinauszögern, wenn man irrtümlich "Strom" an den Ausgang anschließt (Kabel vertauscht). Du kannst R104 auch größer machen; z. B. 2k2. Dann wird der Schutz besser, allerdings kannst Du dann aufgrund des Spannungsteilers nicht mehr mit einem 50-Ohm-System messen, sondern nur noch mit einem 1MEG-System (Oszilloskop). Das ist bei so geringen Frequenzen wie 100kHz noch unproblematisch. Viel größer als 2k2 solltest Du R104 aber nicht wählen, sonst baust Du Dir zusammen mit der Kabelkapazität (typischerweise 100pF/Meter) schnell einen zusätzlich wirksamen Tiefpaß. - C104 ist der Entstörkondensator am OPAMP - D2 dient zum Schutz des Spannungsreglers - C114 ist eine Angstkapazität gegen traniente Peaks vom Ausgang (unnötig und insbesondere bei großem R104 störend) > Ansonsten irgendwelche erfahrungen mit Step-Ups? Diese Widerstände unter > 1 Ohm nerfen mich irgendwie, sowas habe ich nicht hier. Gibts sowas > überhaupt? Klar gibt's sowas. Es gibt auch noch viel weniger. (1 Ohm) vierfach parallel geschaltet ergibt beispielsweise 0,25 Ohm. Milliohm kannst Du auch behelfsweise über Widerstandsdraht realisieren. Gruß, Michael
Die Bandbreite wird schon durch den Detektor begrenzt sein, da hilft auch ein schnellerer OP nicht weiter. Die 20 µS Anstiegszeit, sollten nichts mit einer slew rate zu tun habe, sondern mit einer begrenzeten Bandbreite von etwa 10 kHz. Die ergibt sich im Wesentlichen aus dem relativ hohen Widerstand der Frontkontakte und der Kapazität. Ein Abhilfe wäre hier vor allem ein anderer Sensor, mit weniger Widerstand zwischen den Kontakten. Wenn es vom Messbereich paßt, auch mit weniger Länge. Es muss ja nicht gleich die billiger Version von Pollin sein. Bei einer relativ hohen Intensität durch einen Laser wird man die Widerstände in den Transimpedanzverstärkern noch etwas verkleinern können. Die VErstärkung kann man dann bei der Differenz- und Summenbildung nachhohlen. Bei den OPs kommt es dann auch mehr auf wenig Spannungsrauchen und nicht mehr so sehr auf das Stromrauschen an. Vermutlich wäre dann sogar OPs mit Bipolaren Transistoren die richtige Wahl (z.B. OP27 oder OPS227 ?). Man wird auch mit Vorspannung arbeiten müssen, damit der Spannungsabfall an dem Bahnwiderstand des Detektors nicht so wesentlich ist und den Detektor lokal in Flußrichtung bringt. Wegen der Schaltung mit großer Kapaität sollte man sich mal LT Design Note 399 ansehen. Es gibt auch alternativen über Transistoren in Basisschaltung.
MIr ist gerade aufgefallen, das die kapazität bei den PSD gar nicht direkt am Eingang des Verstärkers liegt. Da ist zum größten Teil noch ein Teil des Widerstandes dazwischen. Damit sollte ein Transimpedanzverstärker schon gehen. Durch den Widestand wird das ganze ohnehin etwas Rauschen und ein wirklich rauscharmer Verstärker ist gar nicht nötig.
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