Hallo, ich versuche gerade eine Photodiode an einem Versuchsstand zu verbauen und das Signal mit LabView auszulesen. Dabei habe ich mein begrenztes Wissen über Elektronik weitestgehend zu nutzen, hänge aber leider im Moment mit begrenzt verwertbaren Resultaten. Entschuldigt bitte deshalb schon im Voraus mein Unwissen. Als Photodiode habe ich eine BPW 21 und hab die nach Schaltplan im Anhang mit einem LM741 verbaut. Als Widerstände habe ich 100 kOhm bis 5 MOhm ausprobiert, als Kondensatoren 3-80 pF. Im Ausgang messe ich bei 100kOhm leider primär ein relativ starkes Netzsignal (Amplitude ~100mV), das ein mäßig starken Ausgangs-Signal ~200mV überlagert. Wenn ich die Photodiode abdunkle geht es etwa auf 0 mV runter, wenn ich es mit einer Taschenlampe beleucht auf ca. 400 mV. Höhere Spannungen bekomme ich nicht raus. Wenn ich höhere Widerstände verwende, dann wird das Signal wider erwarten nicht stärker, sonder im Gegenteil immer schwächer, während die Netzschwankungen blieben. Mit der Schaltung mit Arbeitswiderstand hatte ich bessere Ergebnisse und konnte den vollen Spannungsbereich von 0-10 V realisieren. Dabei hatte ich jedoch das Problem, dass bei höheren Spannungen das Siganl stark zu schwanken anfing (Amplitude 1-2V, aber nicht mit Netzfrequenz). Bin etwas ratlos, warum die TIA-Schaltung so gar nicht funktioniert und woher das starke Netzsignal kommt. Ich verwende eine Gleichspannungsquelle als Spannungsversorgung. Muss ich geschirmte Kabel nehmen? Und muss ich bei der Erdung auf irgend etwas achten? Im Moment habe ich alles, was geerdet werden muss an die Erdung von der Spannungsquelle gehängt. Die Schaltung selbst muss an sich nicht schnell sein, mir würden schon 10-100 Hz reichen, da ich nur in regelmäßigen Abständen die Lichtintensität messen möchte und dafür eine ausreichende Anzahl zum Mitteln haben möchte. Ich hoffe ihr habt ein paar Ideen, woran es bei mir hakt. Ich kann auch mal ein paar Graphen von den Signalverläufen posten, wenn euch das weiterhilft. Viele Grüße Sascha
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> Als Photodiode habe ich eine BPW 21 und hab die nach Schaltplan im > Anhang mit einem LM741 verbaut. Bevor wir ueber andere Details nachdenken, warum nimmst du keinen Operationsverstaerker der 30 Jahre moderner ist? Ansonsten waere ein Photo von deinem Aufbau wichtig... Olaf
Sascha K. schrieb: > Ich hoffe ihr habt ein paar Ideen, woran es bei mir hakt. Hallo, hier sind einige Infos zu Photodioden-Verstärkern: http://ecee.colorado.edu/~ecen4827/hw/hw1/PhotodiodeAmplifers.pdf http://www.ti.com/lit/an/sboa061/sboa061.pdf http://www.electrooptical.net/www/frontends/frontends.pdf
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Von den LM741 haben wir noch einige vorrätig und die Techniker haben mir den "empfohlen". Könnte ein neuerer OP helfen?
Sascha K. schrieb: > Von den LM741 haben wir noch einige vorrätig und die Techniker haben mir > den "empfohlen". Wie alt sind die Techniker? Auch so über 60? Das Teil ist 1968 auf dem Markt gekommen. Mittlerweile soll es bessere geben.
Ein Gast schrieb: > hier sind einige Infos zu Photodioden-Verstärkern: > > http://ecee.colorado.edu/~ecen4827/hw/hw1/PhotodiodeAmplifers.pdf > > http://www.ti.com/lit/an/sboa061/sboa061.pdf > > http://www.electrooptical.net/www/frontends/frontends.pdf Danke, besonders das 2. war ziemlich aufschlussreich. Aber im Prinzip hab ich den Schaltkreis ja schon so. Helmut Lenzen schrieb: > Wie alt sind die Techniker? Auch so über 60? > > Das Teil ist 1968 auf dem Markt gekommen. Mittlerweile soll es bessere > geben. ja sind sie :D Ist der LMV751 (wurde in dem 2. verlinkten pdf empfohlen für low noise) dann eine gute Wahl? Danke schon mal für eure Hilfe! Sascha
Sascha K. schrieb: > Ist der LMV751 (wurde in dem 2. verlinkten pdf empfohlen > für low noise) dann eine gute Wahl? Bedenke der ist nur für maximal 5V Versorgung zu gebrauchen.
Ich hatte mal ähnliche Probleme. Dass er das nur tat, wenn ich das Scope anschloss sah ich natürlich nicht. Lösung war jedenfalls ein 100..1k Widerstand am Ausgang. Scope war eine kapazitive Last, die irgendwie dazu führte, dass es zu schwingen begann.
> versuchsaufbau.jpg
Sind bei dem Board die Versorgungsspannungleitungen
bei Reihe 32 durchverbunden ?
Mein Board trennt die dort in 2 Hälften.
OPamp für sowas: TLC272, TS912 (Achtung, Versorgungsspannungsbereich beachten!) >Im Ausgang messe ich bei >100kOhm leider primär ein relativ starkes Netzsignal (Amplitude ~100mV), Schau mal ob's 100 Hz statt 50 sind, dann kommt es von der Beleuchtung in Deinem Raum. Ansonsten hast Du bei solch hohen Transimpedanzen immer Ärger durch Einkopplung von Störungen in die Drähte der PD, in den Widerstand und aus der Versorgung (nimm eine Batterie...). Muss man alles schirmen und superkurz halten, die Drähte einer Photodiode reichen locker für einigen Ärger. Denke auch an die symmetrische Stromversorgung bzw. R2R Opamp wie oben genannt, und dann an die Polarität der Ausgangsspannung. Kann durchaus negativ sein, da der TIA ja invertiert. 741 kannste total knicken, der hat Biasströme, da kackt dir alles bei hohen TIs ab. Zusätzlich würde ich einen 100 R Reihenwiderstand am Ausgang gegen Schwingungen verbauen und vielleicht einen 10 k oder 100 k Lastwiderstand. Checke auch mal, ob Deine Störungen durch Erdschleifen in der Versorgung kommen. Schaltnetzteil verwendet? Probier es mal mit einer Batterie!
Hallo, dein verwendeter OP hat einen Eingangswiderstand von 2Mohm. Das bedeutet: Sobald dein Widerstand im Rückkopplungszweig größer ist als (Pi-mal Daumen) 0,1*2Mohm = 200Kohm wird ein nicht mehr vernachlässigbarer Anteil deines Photostroms in den OP fließen und nicht mehr über den Rückkopplungszweig verstärkt werden. Verwende am besten einen J-FET OP mit ~1GOhm Eingangswiderstand. Falls du den nicht so schnell parat hast: Beschalte deinen OP symmetrisch, d.h. den positiven Eingangspin nicht direkt, sondern über 1-10Mohm an GND.
Du solltest die Aufbaurichtlinien hier befolgen: Beitrag "Re: verrauschtes Signal bei Addierer" >Sobald dein Widerstand im Rückkopplungszweig größer ist als (Pi-mal >Daumen) 0,1*2Mohm = 200Kohm wird ein nicht mehr vernachlässigbarer >Anteil deines Photostroms in den OP fließen und nicht mehr über den >Rückkopplungszweig verstärkt werden. Wie war das nochmal mit der virtuellen Masse am "-" Eingang eines TIA??
Falls der Poster denn mal einen Schritt weiter ist, ein richtiges Layout, einen richtigen Opamp, usw hat, dann gibt es weitere Lektuere : http://www.electrooptical.net/www/frontends/frontends.pdf
>Wie war das nochmal mit der virtuellen Masse am "-" Eingang eines TIA??
Die virtuelle Masse gibt es nur bei dem "idealen OP" mit unendlich hohem
Eingangswiderstand.
MaWin schrieb: >> versuchsaufbau.jpg > > Sind bei dem Board die Versorgungsspannungleitungen > bei Reihe 32 durchverbunden ? > > Mein Board trennt die dort in 2 Hälften. Hängt zusammen bei dem board, die anschlüsse hab ich alle überprüft > Schau mal ob's 100 Hz statt 50 sind, dann kommt es von der Beleuchtung > in Deinem Raum. Hab ich auch erst gedacht, weil wir Leuchtröhren an der Decke hängen haben, ist es aber leider nicht. Sehe die Schwankungen auch, wenn ich die Diode abdunkle und sogar, wenn ich die Kontakte wegnehme, d.h. nur zwei lose Kabel in den AD-Wandler gehen. Sind dann die Kabel zu lang? Sind 2 einfache dünne Drähte. > Denke auch an die symmetrische Stromversorgung bzw. R2R Opamp wie > oben genannt, Was bedeuted das? Vielen dank für die vielen Hinweise. Werde das mal mit einem besseren OP probieren, Baterie ausprobieren und nen Widerstand hinten an den OP dranhängen. Mal sehen, obs hilft. Ordentliches layout kann ich halt erst machen, wenn ich weiß, dass es funktioniert :/
Hat zufällig jemand einen Link (Appnote, Datasheet, ..) zu einer Schaltung von einem TIA mit DC-Servo? mfg
Und das soll bringen ? Weg mit dem langsamen Ambient ?
>Die virtuelle Masse gibt es nur bei dem "idealen OP" mit unendlich hohem >Eingangswiderstand. Nein, das ist nicht richtig. Nimm an, der 741 hat eine UGB von 1MHz, dann hat er bei 100Hz eine "open loop gain" von rund 10000. Wenn jetzt die Fotodiode 10µA liefert, wird der 741 an einem 200k Gegenkopplungswiderstand einen Spannungsabfall von 2V erzeugen. Wegen der endlichen "open loop gain" des realen 741 schwankt die Spannung am "-" Eingang dann um rund 200µV um 0V herum (bei 100Hz). Nur diese Spannung liegt jetzt am Eingangswiderstand des OPamp von 2M! Das Resultat ist ein Eingangsstrom von nur 0,1nA! Der Eingangswiderstand des OPamp wird also durch die Gegenkopplung um den Wert der "open loop gain" vergrößert. In diesem Fall erscheint der Eingangswiderstand um den Faktor 10000 vergrößert, also 20G statt 2M.
Sascha K. schrieb: > Im Ausgang messe ich bei > 100kOhm leider primär ein relativ starkes Netzsignal (Amplitude ~100mV) Das halte ich eher für unwahrscheinlich, viel wahrscheinlicher ist, dass du da eine Störeinstrahlung siehst die durch den relativ großen Rückkopplungswiderstand ordentlich verstärkt wird (100kOhm und 100mV am Ausgang entspricht etwa 1 µA...die fängt man sich unglaublich schnell ein durch ne Leiterschleife), dagegen hilft nur abschirmen (OPV, Photodiode und Anschlussleitung zwischen OPV und Photodiode!). Der LM741 ist, wie auch schon gesagt wurde, nicht der beste OPV für Photodioden, sollte aber bei 100kOhm Rückkopplungswiderstand prinzipel funktionieren. Einen Offset dürftest du da um die 10 mV erwarten dürfen ohne Kompensation. Ich würde dir hier mindestens den AD820 empfehlen, der ist wesentlich besser als Photoamplifier geeignet und kostet auch nicht unbedingt die Welt. Und Reichelt hat ihn vorrätig. Abschirmung ist aber das A und O bei Photoamplifier, ohne die wirst du immer eine nette Schwingung auf dem Ausgang sehen die von wenigen Hz bis in den kHz-Bereich reicht.
Michael Köhler schrieb: > Der LM741 ist, wie auch schon gesagt wurde, nicht der beste OPV für > Photodioden, sollte aber bei 100kOhm Rückkopplungswiderstand prinzipel > funktionieren. Einen Offset dürftest du da um die 10 mV erwarten dürfen > ohne Kompensation. > Ich würde dir hier mindestens den AD820 empfehlen, der ist wesentlich > besser als Photoamplifier geeignet und kostet auch nicht unbedingt die > Welt. Und Reichelt hat ihn vorrätig. Gibt es eine "Rangfolge" der geeigneten OPVs? Andere Postings empfehlen TLC272 oder TS912?
>Gibt es eine "Rangfolge" der geeigneten OPVs? Ja, gibt es, der LM741 steht an Stelle 139. Zufrieden? Nein, nach welchen Parametern sollte denn eine solche Rangfolge geordnet sein? Bandbreite oder DC-Präzision? Was sehr schnell ist, ist nicht unbedingt genau und was sehr genau ist, nicht unbedingt schnell. So eine Rangfolge gibt es natürlich nicht, weil es immer auch auf die konkrete Anwendung ankommt.
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