Aus welchem Grund hängt man an einem Transimpedanzverstärker häufig noch einen P-Regler mit Verstärkung von 1 hintendran?
Mir hat mein Betreuer auf die Finger gehauen als ich den weggelassen habe. Stink normale Opamp Schaltung als Transimpedanzverstärker. Tausendmal aufgebaut ohne den Proportionalanteil der ja eh nur eine Verstärkung von 1 hat. Aber ich versteh nicht so ganz was dadran besser sein soll. Stabileres Spannungssignal?
Eventuell wegen Randbedingungen, GBW des Transimpedanzverstärkers nicht ausreichend? Je nach Quelle weniger Rauschen? Frag doch mal deine Betreuer!
Hab schon einige schnelle Transimpedanzverstärker aufgebaut. Wenn ich direkt am Ausgang mit dem Scope messe, dann schwingen die gerne. Wenn ich einen Verstärker mit 1 nachschalte, wäre das weg. Grund ist, dass bereits die kleine Kapazität des Tastkopfes zum Schwingen führt. Ich schalte deswegen aber keinen Verstärker nach, sondern ich kopple das Messignal über einen 100R Widerstand aus. Das reicht, dass der Verstärker stabil bleibt, 100R sind aber noch gering genug, ohne dass eine merkliche Tiefpassfilterung entsteht. ggg
André R. schrieb: > Aus welchem Grund hängt man an einem Transimpedanzverstärker häufig noch > einen P-Regler mit Verstärkung von 1 hintendran? Bei bestimmten Verhältnissen, kann man dadurch eine kleinere thermisch bedingte Offsetdrift erhalten, da der Transimpedanzverstärker dann trotz Laststrom keine Verlustleistungsänderung hat. Natürlich hat auch der Treiber(1-Verstärker) eine Verlustleistungsabhängige Offsetdrift aber dieser Effekt kann geringer sein, wenn das Verhältnis Rf/Rquelle groß ist. Das Problem hat man besonders beim Einsatz von Germanium-Photodioden wegen deren niedrigem Innenwiderstand. Man muss das einfach mal durchrechnen um zu sehen ob sich der extra Verstärker lohnt.
Habe ich in meinem Aufbau auch gemacht, aber ich habe den Ausgang des P-Reglers auf den Eingang meines Transimpedanzverstärkers gegeben, um Gleichlicht zu unterdrücken. Dadurch fängt man sich aber mehr Rauschen ein, was bei kleinen Signalen unerwünscht ist.
Ja. Das Thema hatten wir neulich hier diskutiert. Man versucht damit, den Gleichanteil zu unterdrücken, und nur den Wechselanteil zu verstärkern. Ist meiner Meinung nach aber Quatsch. Besser ist es, die Verstärkung des Transimpedanzverstärkers so hoch zu wählen, wie das Gleichlicht den Verstärker gerade nicht in die Sättigung bringt. Je höher die Verstärkung, je größer also der Widerstand, desto geringer das Rauschen. Dann mit einem Kondensator den DC Anteil unterdrücken. Und dann ggf in einer 2. Stufe weiter zu verstärken. Bisher konnte mir noch niemand sagen, welchen Vorteil diese Methode hat. Macht doch nur mehr Rauschen.
@ggg: Genau das habe ich danach auch verfolgt. Ich hatte erst eine Transimpedanz von 56k drin und bin dann auf 2,2k runter. Den P-Regler konnte ich dann eliminieren, aber das nachverstärken ist noch wesentlich schlimmer was das Rauschen angeht. Denn man soll im Transimpedanzverstärker so stark verstärken wie nur möglich, weil das Rauschen hier nur mit der Wurzel der Transimpedanz ansteigt. (siehe Datenblatt OPA380 von TI). In den Verstärkern hintendran jedoch linear. Deshalb ist es geschickter die Transimpedanz so hoch wie möglich zu wählen und eine Gleichlichtunterdrückung zu nutzen. Bei Nutzung von nur einer Signalfrequenz habe ich noch zwei andere Methoden: Entweder ich Mische direkt in meiner Photodiode die Frequenz runter oder ich benutze einen Parallelschwingkreis direkt nach der Photodiode und eliminiere damit direkt das Gleichlicht. Das zweite wäre die Möglichkeit die ich auch schon mal probiert habe und sehr zufriedenstellend war.
>Aus welchem Grund hängt man an einem Transimpedanzverstärker häufig noch >einen P-Regler mit Verstärkung von 1 hintendran? Was meinst du denn mit P-Regler? Einen Invertierer, oder was?
Regli schrieb: >>Aus welchem Grund hängt man an einem Transimpedanzverstärker häufig noch >>einen P-Regler mit Verstärkung von 1 hintendran? > > Was meinst du denn mit P-Regler? Einen Invertierer, oder was? Es geht um einen Spannungsfolger. Damit ist ein Verstärker mit Verstärkungsfaktor +1 gemeint. Das nennt man natürlich niemals einen P-Regler. In einem späteren Beitrag war dann aber doch wieder von irgendeiner Rückführung zur Gleichlichtunterdrückung die Rede. Ein Schaltbild wäre da sicher besser gewesen als 1000 Worte.
urs schrieb: > So wahrscheinlich: > Beitrag "TIA OPA380 mit Gleichlichtunterdrückung" Da wird aber ein I-Regler verwendet.
Eigentlich reicht ein Spannungsfolger damit das ganze funktioniert. Jedoch habe ich den Kondensator so angepasst, dass der OP nicht anfängt zu schwingen. Der LT1815 schwingt nämlich ganz gerne.
>Eigentlich reicht ein Spannungsfolger damit das ganze funktioniert.
Eigentlich reicht schon der TIA...
Angehängte Dateien:
-
PD_Schaltung.png
17 KB
Hier mal ein Beispielschaltplan von mir. transimpedanz --> Tiefpass --> Proportionalglied
Regli schrieb: > Eigentlich reicht schon der TIA... Nicht wenn du eine sehr hohe Transimpedanz möchtest bei gleichzeitig viel Störlicht.
>Hier mal ein Beispielschaltplan von mir. >transimpedanz --> Tiefpass --> Proportionalglied Schreib bitte nicht "Proportionalglied". Das ist ein simpler Verstärker mit V=2. Warum machst du C47 nicht größer? Dann kannst du eventuell auf den zusätzlichen Tiefpaß verzichten. Was macht denn da L5? Würde ich nicht dort hin machen!
>L5 ist einfach ein Ferritebead.
Ja, aber die vergrößert zusätzlich die "phase lag". Würde ich weg
machen. Wer hat dir gesagt, daß da eine hin muß?
ggg schrieb: > Ja. Das Thema hatten wir neulich hier diskutiert. > Man versucht damit, den Gleichanteil zu unterdrücken, und nur den > Wechselanteil zu verstärkern. > > Ist meiner Meinung nach aber Quatsch. > > Besser ist es, die Verstärkung des Transimpedanzverstärkers so hoch zu > wählen, wie das Gleichlicht den Verstärker gerade nicht in die Sättigung > bringt. > Je höher die Verstärkung, je größer also der Widerstand, desto geringer > das Rauschen. > > Dann mit einem Kondensator den DC Anteil unterdrücken. > > Und dann ggf in einer 2. Stufe weiter zu verstärken. > > Bisher konnte mir noch niemand sagen, welchen Vorteil diese Methode hat. > Macht doch nur mehr Rauschen. Und ich kenne es exakt anders rum: verstärke im TIA so viel wie möglich da das Rauschen mit einem mehrstufigem Aufbau immer größer sein muß. Ergo: wenn man die Verstärkung des TIAs maximal machen möchte, man sowieso mit AC Signalen arbeitet, dann sollte man mit einerm sogenannten "DC-Servo" arbeiten. Dh. man führt den DC Anteil zurück zum Eingang. Entweder mit Widerstand direkt an den Eingang wo die Photodiode liegt oder an den jeweils anderen Eingang an dem man normalerweise den Nullpunkt definiert. Je nachdem hat man dann einen invertierenden/nicht invertierenden Integrator für diesen DC Servo. Das sich dann ergebenden Rauschen der Gesamtschaltung ist wesentlich geringer je mehr der TIA an Gain hat, und bei dieser AC Schaltung kann man also den DC Lichtanteil viel rauschärmer unterdrücken als bei deinem Vorschlag. Gruß Hagen
Ja. Aber der Hauptanteil des Rauschens kommt durch den Widerstand. Je höher der Widerstand. Desto besser. Also wählt man einen so hohen Transimpedanzwiderstand wie möglich. Jetzt kommt der Punkt, wo das Gleichlicht den Verstärker gerade so in die Grenzen fährt. Ich würde da aufhören und würde einen weiteren Verstärker nachschalten. Der verstärkt nur das vorverstärkte Signal. Sein Rauschen spielt deshalb kein Rolle mehr. Wenn man jetzt aber einen Regler einbaut. Dann erzeugt dieser Regler doch ebenfalls ein Rauschen, dass zusätzlich eingespeist wird. Und das ist nicht geringer.
könntest Recht haben. Das Widerstandrauschen nimmt ja mit steigendem Widerstand zu. Das Gedsamtrauschen nimmt nur deshalb ab, weil das Widerstandsrauschen im Vergleich zur Verstärkung nur mit der Wurzel steigt. ... muss das mal durchrechnen oder simulieren ...
Bitte schön, hab schon alles mal simuliert. Ist auf 25MHz abgestimmt, deshalb ist die Transimpedanz recht klein. Ab 3k erhöht sich die Verstärkung bei 25MHz nicht mehr (~60dB verstärlung). Hintendran habe ich noch einen Tiefpass 2. Ordnung mit einer 3db Grenzfrequenz bei ~23MHz. Die Schaltung rauscht im Aufbau fast gar nicht. Ich hab hintendran zwei Verstärker gehabt mit jeweils 18dB. Die haben mir das SNR komplett vernichtet, obwohl die selber wenig rauschten. Das Verhältnis zwischen Rauschen und Verstärkung hat aber nicht gestimmt, die habe ich dann abgeklemmt und konnte ohne die kleinere Signale detektieren als mit. Wenn man bei wesentlich kleineren Frequenzen arbeitet kann man mit der Schaltung glaub ich verdammt kleine Signale detektieren, weil man die Transimpedanz extrem hochschrauben kann (>100dB Vestärkung). Nur ab ca. 10MHz geht das mit dem LT1815 nicht, da wäre ein anderer mit höherer Gain Bandwidth nötig. Oder kann mir jemand verraten, wie ich die Verstärkung bei dem Aufbau bei 25MHz erhöhen kann? Wie gesagt, das Datenblatt vom OPA380 erklärt schon einiges und zeigt es ganz schön mit Diagrammen.
Klar. Hier im Forum gibt es einen Thread dazu den ich verfolgt habe und gute Lösungen stehen: Beitrag "Fotodiode Gleichanteil entfernen" Die Schaltung lehnt sich sehr an Yalu X. Vorschlag an. Teilweise auch vom OPA380 Datenblatt. Den Trick mit dem Tiefpass 2. Ordnung habe ich von dort. Ein bißchen simuliert und rumexperimentiert. Ich würde es jetzt aber anders machen. Für noch empfindlichere Signale im pA- oder nA-Bereich im zweistelligen MHz-Bereich würde ich mich mehr an die Radiotechnik orientieren.
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