Hallo zusammen, Photodioden werden ja je nach Anwendung m reverse-bias mode betrieben. Hier z.B. erklärt: https://www.thorlabs.com/tutorials.cfm?tabID=31760 Frage: Kann man für die Erzeugung der Bias Spannung einen Spannungsteiler nutzen oder muss die Quelle niederohmig sein? Danke
MaxIsolation schrieb: > Frage: Kann man für die Erzeugung der Bias Spannung einen > Spannungsteiler nutzen oder muss die Quelle niederohmig sein? Muss nicht, aber dann ist das Signal halt kleiner.
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Wieso wird das Signal kleiner? Weil durch den Photodiodenstrom über dem Widerstand der reverse bias kleiner wird und somit die Verarmungszone der Photodiode kleiner oder ist was anderes gemeint? Also ich meine die Spannung V- im Bild im Angang. Quelle: https://www.thorlabs.com/tutorials.cfm?tabID=31760
MaxIsolation schrieb: > Wieso wird das Signal kleiner? Weil da noch eine parasitäre Kapazität da ist.
hinz schrieb: > MaxIsolation schrieb: >> Wieso wird das Signal kleiner? > > Weil da noch eine parasitäre Kapazität da ist. Noch was: wenn der Innenwiderstand der Spannungsquelle allzu groß ist, dann reichts ja nicht mal mehr für den DC-Photostrom.
MaxIsolation schrieb: > Frage: Kann man für die Erzeugung der Bias Spannung einen > Spannungsteiler nutzen oder muss die Quelle niederohmig sein? Wozu einen Spannungsteiler? Um die Sperrschichtkapazität wirkungsvoll zu verkleinern, brauchst du eine anständig hohe Spannung in Sperrrichtung. Sonst kannst du dir die Mimik sparen. Wirf mal einen Blick in das Datenblatt deiner PD. Die Quelle muss so niederohmig sein, dass sie trotz Photostrom die Spannung halbwegs hält. Sonst bricht dein Frequenzgang bei kräftiger Beleuchtung im oberen Bereich ein. Bei Pulsbetrieb hilft ein Kondensator. Und wie immer: Ohne konkrete Typenbezeichnungen/Datenblatt/Beleuchtungsstärken/Frequenzganganforderun gen sind konkreten Hinweise schwierig.
Der Transimpedanzverstärker wird mit +/-6V betrieben. Daraus will ich mit 10k/20k Spannungsteiler eine Bias-Spannung von 2V an die Photodiode anlegen. Der Platz ist sehr begrenz, weswegen nur ein Spannungsteiler zurzeit in Frage kommt. Photodiode DC-Strom im Nennbetrieb wird 2µA sein, max AC-Amplitude ist 500nA. Transimpedanz: 500kOhm Banbreite: 1kHz Ich suche gerade noch nach dem Datenblatt.
> Ich suche gerade noch nach dem Datenblatt.
Die Kapazität wäre noch interessant.
Damit kann man das Ganze dann recht genau simulieren und schauen ob der
Spannungsteiler einen Einfluß hat.
Wenn ich den Spannungsteiler mit 6V ---20k ---10k----GND habe, habe ich also 2V in der Mitte, die ich dann an die Photodiode in Sperrrichtung anlege. Ziehe ich von dort max. 2,5µA, dann fließt durch den 20k Widerstand ein zusätzlicher Strom von 2,5µA*10k/(20k+10k)=0,8333µA. Damit fällt die Spannung um 0,0166V ab, also auf 1,9834V. Am Transimpedanzeingang habe ich dann ja 2,5µA*500k=1,25V. Das reicht ja dann noch aus (1,25-1,9834=-0,7334V), um die Photodiode in der Sperrrichtung zu halten. Stimmt das so und ist das so erlaubt?
Die PD hat eine Kapazität von 40pF, Eingang des OpAmps 5pF. Habe dementsprechend auch eine Rückkoppelkapazität dimensioniert. Mir ist aber vorallem wichtig, ob diese BiasSPannung mithilfe des Spannungsteilers erstellt werden darf.
Wäre besser du zeichnest nochmal einen Schaltplan, und benennst die Bauteile.
MaxIsolation schrieb: > ob diese BiasSPannung mithilfe des > Spannungsteilers erstellt werden darf. Schau ins Datenblatt der PD. Es soll verschiedene geben.
MaxIsolation schrieb: > Wenn ich den Spannungsteiler mit 6V ---20k ---10k----GND habe, habe ich > also 2V in der Mitte, die ich dann an die Photodiode in Sperrrichtung > anlege. Dann hast du halt effektiv 20k//10k=6k in Serie zur Diode. Die Diode sieht keinen perfekten Kurzschluss mehr, ihre Kapazität muss ein Stück weit umgeladen werden, was die Bandbreite begrenzt. Interessant wird es ab den Frequenzen, wo 2*pi*f*C_Diode nicht mehr hochohmig sind gegenüber 6kOhm. MaxIsolation schrieb: > Am Transimpedanzeingang habe ich dann ja 2,5µA*500k=1,25V. ??? Am Transimpedanzeingang (dem invertierenden Eingang des OPV) hast du genau die Spannung, die du an den positiven Eingang des OPV anlegst. Alsoim Normalfall 0V, unabhängig davon, welche Sperrspannung du für die Diode benutzt. MaxIsolation schrieb: > Der Transimpedanzverstärker wird mit +/-6V betrieben. Warum benutzt du dann nicht direkt die 6V um deine Diode zu sperren? hinz schrieb: > Wäre besser du zeichnest nochmal einen Schaltplan, und benennst die > Bauteile. Ja, das wäre wohl eine gute Idee. Denn die Beschreibungen des TO zu den Potentialen am Transimpedanzverstärker sind entweder falsch oder verwirrend. Ein Schaltplan mit klaren Bauteilnamen würde sehr helfen.
Wie schon erwaehnt. Die Diode kommt an die Speisung. Entweder an die Positive oder an die Negative, Nix mit Spannungsteiler.
Achim S. schrieb: > MaxIsolation schrieb: >> Wenn ich den Spannungsteiler mit 6V ---20k ---10k----GND habe, habe ich >> also 2V in der Mitte, die ich dann an die Photodiode in Sperrrichtung >> anlege. > > Dann hast du halt effektiv 20k//10k=6k in Serie zur Diode. Die Diode > sieht keinen perfekten Kurzschluss mehr, ihre Kapazität muss ein Stück > weit umgeladen werden, was die Bandbreite begrenzt. Jein. In der Praxis muß man den Mittelpunkt des Spannungsteilers noch kapazitiv entkoppeln (vulgo: von da noch einige 10µF Elko parallel zu einigen 10nF Kerko nach GND schalten). Allein schon, um etwaige Störungen auf der Versorgungsspannung vom Eingang des TIM fernzuhalten. AC-mäßig ist der Punkt dann wieder niederohmig. > MaxIsolation schrieb: >> Der Transimpedanzverstärker wird mit +/-6V betrieben. > > Warum benutzt du dann nicht direkt die 6V um deine Diode zu sperren? Das ist die Frage. Denn wenn man eine Fotodiode schon im Sperrbereich betreibt, dann typischerweise mit viel Spannung. Das können auch mal 30 oder 40V sein, je nachdem wieviel Sperrspannung die Fotodiode verträgt. 6V sind Pillepalle; mir wäre jetzt erstmal keine Fotodiode bekannt, die bei 6V die Grätsche macht.
Axel S. schrieb: > mir wäre jetzt erstmal keine Fotodiode bekannt, die > bei 6V die Grätsche macht. Gibts schon, aber die nutzt man dann eh im Photovoltaikbetrieb.
Axel S. schrieb: > mir wäre jetzt erstmal keine Fotodiode bekannt, die > bei 6V die Grätsche macht. Wer suchet, der findet: First Sensor WS7.56-TO5: 5 V OSRAM SFH 2270R: 2 V das wars aber auch schon.
Jemand schrieb: > Axel S. schrieb: >> mir wäre jetzt erstmal keine Fotodiode bekannt, die >> bei 6V die Grätsche macht. > > Wer suchet, der findet: > First Sensor WS7.56-TO5: 5 V > OSRAM SFH 2270R: 2 V > das wars aber auch schon. Nö, da gibts schon noch mehr, vor allem im MIR.
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So sieht die Schaltung aus. Habe hier doch eine Bandbreite von 16kHz. Diese wird später dann begrenzt.
MaxIsolation schrieb: > So sieht die Schaltung aus. Habe hier doch eine Bandbreite von 16kHz. > Diese wird später dann begrenzt. Da du +1V am nichtinvertierenden Eingang des OPV hast und +2V an der Kathode der Fotodiode, sind es effektiv nur noch 1V Sperrspannung. Der Sperrstrom (DC-Anteil) von 2µA fließt in der anderen Richtung als eingezeichnet.
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Ich nehme mal an, dass die Idee mit der +1V Spannung dazu dient, dass die Ausgangsspannung symmetrisch um 0V herum schwankt. Die Anstiegszeit ist gerade mal 200ns schneller, wenn die Biasspannung mit einem Kondensator gestützt wird. Viel wichtiger ist in dieser Anwendung, dass dieser Abblockkondensator die Störspannungen die auf +6V sind unterdrückt werden. Eigentlich benötigt diese Anwendung hier überhaupt keine Vorspannung da man die Geschwindigkeit die diese Photodiode bietet gar nicht ausnutzt. Verbinde einfach die Photodiode mit der +1V Biasspannung und spar dir den Aufwand für die 2V Biasspannung. Im Anhang sind die Dateien für die Simulation mit dem kostenlosen SPICE-Programm LTspiceXVII. Mit einem Rechtsklick auf den Opamp kann man dessen Parameter einstellen.
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MaxIsolation schrieb: > eine Bias-Spannung von 2V an die Photodiode anlegen. Wozu? Eine Bias-Spannung von 2V bringt dir so gut wie gar nichts. Was sagt das Datenblatt deiner Photodiode?
Danke für die zahlreichen Antworten und die Simulation. Ich werde gleich mal die Simulation testen. Stimmt, eigentlich sollte diese +1V eine -1V Spannung sein. Ein Bekannter von der Uni hat mich bezüglich der Schaltung gefragt, deswegen stelle ich hier die Frage. Er hat leider schon eine kleine Leiterkarte bestellt, auf der der Aufbau mit dem Spannungsteiler drauf ist. Aber so wie ich sehe, bringt es keine großen Nachteile, wenn er die Schaltung mit dem Spannungsteiler so lässt!? Er kann ja trotzdem noch den Kondensator zum Sieben parallel einlöten.
Das ist doch kein Problem! R2 und C1 weglassen, R1 0 Ohm bzw. Draht oder Lötbrücke. Gruß - Werner
MaxIsolation schrieb: > Aber so wie ich sehe, bringt es keine großen Nachteile, wenn er die > Schaltung mit dem Spannungsteiler so lässt!? Er kann sie sich einfach sparen. 2V Bias-Spannung sind ein Witz.
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