Hallo, ich habe eine Frage zu Transimpedanzverstärker (Strom-Spannungs-Wandler; I-U-Wandler). Es handelt sich dabei um einen OPV mit + auf GND und - an einer Stromquelle (z.B. Fotodiode). Und zwar möchte ich wissen wie man das Frequenzverhalten berechnet. Man hat doch diese Bandbreite bei Einheitsverstärkung. Dabei nimmt die Bandbreite prop. zur Verstärkung ab. Aber wie berechnet man die Übertragungsfunktion bei Transimpedanzverstärkern? Vielen Dank!
Das Eingangssignal ist dabei ein Strom. Also mußt du eine Stromquelle am Eingang vorsehen. Die Streukapazitäten vom Eingang nach Masse ist das, was dir den Frequenzgang am meisten verhagelt. Also nimmst du eine Streukapazität an, die parallel zur Stromquelle liegt. Der Frequenzgang wird am Ende bestimmt durch den nackten Verstärker mit seiner frequenzabhängigen Leerlaufverstärkung und frequnzabhängigem Ausgangswiderstand, den Streukapazitäten am Eingang und am Ausgang, den Beschaltungskapazitäten in der Gegenkopplung, sowie dem Gegenkopplungswiderstand. Läßt sich schön simulieren... Kai Klaas
Kai Klaas schrieb: > Der Frequenzgang wird am Ende bestimmt durch den nackten Verstärker mit > seiner frequenzabhängigen Leerlaufverstärkung und frequnzabhängigem > Ausgangswiderstand, den Streukapazitäten am Eingang und am Ausgang, den > Beschaltungskapazitäten in der Gegenkopplung, sowie dem > Gegenkopplungswiderstand. Danke für die Antwort. Ich habe es mit dem Java-Aplet auf dieser Seite simuliert: http://www.falstad.com/circuit/ Nur wie bekomme ich da charakteristika des OPVs rein? Ich verwende z.B. einen Op467 (www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/OP467.pdf) von Analog. Wie kann ich da bei gegebener Kapazität und Innenwiderstand eine Funktion von R_f und Frequenz berechnen? Es geht mir wirklich nicht darum, dass mir das vorgekaut wird. Gerne auch ein anderes Beispiel. Dankeschön!
Falls du rechnen willst. http://focus.ti.com/lit/an/sboa055a/sboa055a.pdf Falls du mit "deinem" Opamp simulieren willst, dann nimm LTspice.
http://www.mikrocontroller.net/articles/Lichtsensor_/_Helligkeitssensor#Konstantstromquelle_mit_Transimpedanzverst.C3.A4rker Hier steht auch eine Faustformel.
>Nur wie bekomme ich da charakteristika des OPVs rein? > >Ich verwende z.B. einen Op467 >(www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/OP467.pdf) von Analog. >Wie kann ich da bei gegebener Kapazität und Innenwiderstand eine >Funktion von R_f und Frequenz berechnen? Nimmt man einen idealen OPamp an, also unendlicher Eingangswiderstand und unendliche Open Loop Gain, ist die Ausgangsspannung einfach Eingangstrom mal Gegenkopplungsimpedanz. Beim realen OPamp ist zumindest die Open Loop Gain ganz sicher nicht unendlich und hat auch noch die typische Frequenzabhängigkeit von rund 6db Abfall pro Oktave. Dann liegt der invertierende Eingang nicht auf exakt 0V, sondern eine kleine Spannung ist dort nötig, um mit der endlichen Open Loop Gain die Ausgangsspannung zu bewirken. Dann "sieht" der OPamp aber auch etwaige Streukapazitäten am invertierenden Eingang und quitiert diese gerne mit einem Peak im Frequenzgang. Im Anhang habe ich die Transimpedanz für den realen OPamp (hoffentlich fehlerfrei) hergeleitet. Aber heute, im Zeitalter der kostenlosen Simulationsprogramme, rechnet das keiner mehr so aus, sondern simuliert das. Ebenfalls im Anhang ist das konkrete Verhalten für eine TL072-Schaltung gezeigt. Der Peak im Frequenzgang ist ein klares Indiz dafür, daß hier ein realer OPamp simuliert wird. Kai Klaas
Vielen Dank für die drei sehr hilfreichen Antworten. Das hat mir alles sehr geholfen. Danke vor allem auch für die Herleitung! Eine kleine Unklarheite habe ich da nur noch: Wie genau soll ich das "parallel" Symbol (habs erstmal für ne Norm gehalten und mich gewundert :-D) mathematisch betrachten? Bedeutet das einfach das alle Konstanten so auf die Impedanz abgebildet werden sollen, als ob sie parallel sind? Gruß!
Ja noch ne Frage: im Artikel von Texas Instruments wird die Formel für die Bandbreite mit der Kapazitiven Last C_D(z.B. Fotodiode) berechnet. Im Mikrocontroller Artikel jedoch mit C_1, was der Rückkopplungskapazität entspricht. Liegt das an den unterschiedlichen Modellannahmen oder woran?
>Wie genau soll ich das "parallel" Symbol (habs erstmal für ne Norm >gehalten und mich gewundert :-D) mathematisch betrachten? "Rs//Cs//Rd" beispielsweise heißt: "Parallelimpedanz von Rs, Cs und Rd". Das meint letztlich eine komplexe Rechnung, um den Betrag und die Phase dieser Parallelimpedanz und der anderen Ersatzimpedanzen richtig bestimmen zu können. Du hast ja gesagt, daß du es selber rechnen möchtest... >Ja noch ne Frage: im Artikel von Texas Instruments wird die Formel für >die Bandbreite mit der Kapazitiven Last C_D(z.B. Fotodiode) berechnet. Achtung, dort wird die Transimpedanz für den IDEALEN OPamp ausgerechnet. OPamp-spezifische Eigenschaften gehen nicht in die Rechnung ein! Außerdem ist C_d keine kapaztive Last, sondern die Detektorkapazität oder Streukapazität am Eingang des OPamp. Eine kapazitive LAST liegt dagegen immer an einem Ausgang. Was dann später im Text dort so ausführlich berechnet wird, ist nur die Noise Gain, also das, was ich mit "G" bezeichnet habe. Das ist NICHT die Transimpedanz. Anhand der Noise Gain kann man oft erkennen, ob eine Schaltung stabil ist, oder ob ungesunde Phasendrehungen die Phase Margin anknabbern. Die Fotodiodenkapazität bewirkt dabei ein Phase Lag, die mit einer Phase Lead Kapazität in der Gegenkopplung teilweise kompensiert werden kann. Kai Klaas
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