TIA auf Linearität Testen

[karl (Gast)]

Hallo,
ich würde gerne einen Transimpedanzverstärker mit einer Photodiode am 
Eingang auf seine Linearität testen. Da ich das einfallende Licht bzw. 
die Leistung nicht Steuer- oder Messtechnisch regeln kann habe ich mir 
vorgestellt die Photodiode durch eine spannungsabhängige Stromquelle zu 
ersetzen.

Wo ich allerdings jetzt völlig auf den Schlauch stehe ist, dass die 
Spannung über der Photodiode 0V beträgt. Wie kann ich die Photodiode 
durch eine spannungsabhängige Stromquelle ersetzen?

[Falk B. (falk)]

@karl (Gast)

>Spannung über der Photodiode 0V beträgt. Wie kann ich die Photodiode
>durch eine spannungsabhängige Stromquelle ersetzen?

Durch einen (präzisen) Widerstand.

[Achim M. (minifloat)]

Ideale Stromquellen prägen einen Strom ein, der unabhängig von ihrer 
Quellenspannung ist. Eine ideale Stromquelle mit 1A wird diesen Strom 
z.B. bei -1000V, +1000V und auch bei 0V liefern.

Bei der gesuchten Stromquelle kommt hinzu, dass der Strom aus GND in den 
Knoten D1(A)/R1/OPV(-in) hinein fließt. Ich gehe aber mal davon aus, 
dass die Masse nicht irgendwie "weich" ist.

Der einfachste Weg eine spannungsabhängigen Stromquelle zu bauen ist ein 
Widerstand und eine steuerbare Spannungsquelle. Die Spannungsquelle wird 
über den Spannungsabfall am Widerstand nachgeregelt. Das kannst du z.B. 
mit einem weiteren präzisen OPV erreichen: Aufbau wie dein TIA, Der 
Stromausgang ist am -in, der Steuereingang ist +in.

mfg mf

[karl (Gast)]

Falk Brunner schrieb:
> Durch einen (präzisen) Widerstand.
??? = 0V / R

[karl (Gast)]

Mini Float schrieb:
> Der einfachste Weg eine spannungsabhängigen Stromquelle zu bauen ist ein
> Widerstand und eine steuerbare Spannungsquelle. Die Spannungsquelle wird
> über den Spannungsabfall am Widerstand nachgeregelt. Das kannst du z.B.
> mit einem weiteren präzisen OPV erreichen: Aufbau wie dein TIA, Der
> Stromausgang ist am -in, der Steuereingang ist +in.

Ich versuche es gerade zu verstehen und dann zu simulieren ;-)

[Fuenf Tassen (Gast)]

>Falk Brunner schrieb:
>> Durch einen (präzisen) Widerstand.
>??? = 0V / R

Nee. 5V & 5k ergeben 1mA nach GND

[Siemens (Gast)]

Typisch RIA halt:
http://de.wikipedia.org/wiki/Transitorische_isch%C3%A4mische_Attacke

[Fuenf Tassen (Gast)]

Man kann auch schon vorhersehen, wo die Nichtlinearitaeten sind.
1) Eingangsleckstrom
2) Offsetspannung

[Krangel (Gast)]

Nabend,
die Diode ist ist der größte Faktor für Nichtlinearitäten, wenn der TIA 
zum Licht linear sein soll betreibt man die Diode in Sperrrichtung.
Grüße Krangel

[karl (Gast)]

OK ... eine Nacht darüber zu schlafen bringt was. Klar! logisch! einfach 
einen Widerstand an den Eingang gegen eine Spannungsquelle und schwups 
wird daraus ein invertierender OP-Verstärker. Wie gesagt ich stand auf 
dem Schlauch.

Krangel schrieb:
> Nabend,
> die Diode ist ist der größte Faktor für Nichtlinearitäten, wenn der TIA
> zum Licht linear sein soll betreibt man die Diode in Sperrrichtung.
> Grüße Krangel

Gibt es irgendeine Erklärung dafür? Die Spannung über der Photodiode ist 
0V und sie liefert einen Strom in Abhängigkeit der Bestrahlungsleistung.

[Falk B. (falk)]

@  Krangel (Gast)

>die Diode ist ist der größte Faktor für Nichtlinearitäten,

Naja, wenn man über mehrere Dekaden redet, dann vielleicht. Sonst eher 
nicht.

> wenn der TIA
>zum Licht linear sein soll betreibt man die Diode in Sperrrichtung.

Ist eagl, wenn man keine Vorspannung hat, hier wird nur das Vorzeichen 
der Ausgangsspannung geändert. OK, wenn der OP keine negative Versorgung 
hat, wird das eher nichts ;-)

[Abdul K. (ehydra)]

6 Dekaden ist für eine Fotodiode kein Problem.

[Werner (Gast)]

karl schrieb:
> Da ich das einfallende Licht bzw. die Leistung nicht Steuer- oder
> Messtechnisch regeln kann habe ich mir vorgestellt die Photodiode
> durch eine spannungsabhängige Stromquelle zu ersetzen.

Damit hast du deinen Sensor rausgeschmissen, was für einen 
Linearitätstest irgendwie etwas unpraktisch ist.
Optisch kannst du die Linearität prüfen, indem du dir einen Graufilter 
besorgst, wie es ihn im Photohandel gibt. Dann guckst du dir mit deinem 
Sensor verschieden starke Lichtquellen mit und ohne Filter an. Innerhalb 
des Linearitätsbereiches deiner Sensor-Verstärkerkombination darf sich 
der Quotient nicht ändern.

[Reinhard Kern (Gast)]

Hallo,

bei so ziemlich allem was du dir selbst bauen kannst hast du das 
Problem, dass dein Messaufbau weniger linear ist als die Photodiode. Die 
sind bei sonst gleichen Bedingungen nämlich über 5 Dekaden und mehr 
linear. Da kommt nicht mehr heraus als eine Funktionsprüfung.

Gruss Reinhard

[Ulrich (Gast)]

So ein TIA kann auch schon sehr gut in der Linearität sein. Wobei da 2 
Fälle zu unterscheiden sind: einmal die Linearität über einen großen 
Bereich, also die 5 oder 6 Dekaden die eine Photodiode schaffen kann. 
Die 2. Form ist dann die Linearität wie man die im Audiobereich als 
Klirrfaktor ausdrückt - da ist das ganze dann auch noch von der Frequenz 
abhängig.
In beiden Fällen sind die zu erwartenden Abweichungen recht klein, und 
nicht einfach zu messen - sofern man einen guten OP verwendet und nicht 
gerade so etwas wie einen LM324.

Wie man den Klirrfaktor messen kann, kann man sich aus der Audio Ecke 
abschauen: Die Signalquelle wäre dazu wohl eine (oder 2) Spannung über 
einen relativ hohen Widerstand.

Für den Test über einen großen Bereich, wäre es ggf. sinnvoll am Eingang 
2 Photodioden zu haben - eine für eine konstantes kleines Signal, die 
andere für ein variables starkes Signal (z.B. fast DC). Alternativ 
könnte man das kleine Signal auch über einen hohen Widerstand und eine 
Spannungsquelle erzeugen. Damit ließe sich dann auch elegant die 
Differenz von Eingangssignal und Ausgangssignal bilden. Eine 
Nichtlinearität zeigt sich als Abhängigkeit der Empfindlichkeit für das 
kleine Signal vom großen Signal.

[Purzel H. (hacky)]

Den Klirrfaktor kann man abschaetzen. Stichwort Flankensteilheit und 
Verstaerkungsreserve.