DC-Offset an TIA

[ElecEddy R. (forrix)]

Hallo liebes Forum,

ich sitze mal wieder vor einer Photodioden-TIA-Schaltung und weiß 
momentan nicht wirklich weiter, bzw. was der Grund für das Verhalten 
ist. Die Schaltung ist im Anhang.

Die PD liegt mit der Kathode auf GND und mit der Anode am invertierenden 
Eingang des OPV. Dadurch wird die Ausgangsspannung des TIA negativ.
Da ich für die Weiterverarbeitung allerdings einen positiven Pegel 
benötige habe ich gedacht, dass ich einen DC-Offset an den 
nicht-invertierenden Eingang des OPV lege. Die Anregung dafür kommt aus 
dem Datenblatt des OPA380.

Im Mittel liegt das Eingangssignal bei -3V, durch den Offset packe ich 
~+4V drauf, dass heißt ich sollte bei +1V raus kommen.
Mit angelegtem Offset läuft das Signal allerdings in Sättigung auf Vcc, 
also +5V.

Habt ihr eine Idee woran das liegen könnte?

[Johannes O. (jojo_2)]

Deine Diode D leitet.

Der OpAmp versucht am invertierenden und nicht-invertierenden Eingang 
die identische Spannung zu erreichen. Durch den Bias hebst du diese 
Spannung an und dann bekommt auch deine Diode eine ausreichend große 
Vorwärtsspannung und beginnt zu leiten.

Eine Lösung: Die Diode im sperrenden Bereich betreiben d.h. z.B. das GND 
Potential an der Diode anheben auf VCC oder mindestens auf die 
Bias-Spannung.

[Reihaus (Gast)]

Die P-Diode wird in Durchlassrichtung betrieben.
Pol doch bei der Original TIA Schaltung die P-Diode um.

[ElecEddy R. (forrix)]

Ahhh, das macht Sinn.
Danke für die Erklärung!

Jetzt kommt auch was brauchbares raus.

[ElecEddy R. (forrix)]

Reihaus schrieb:
> Die P-Diode wird in Durchlassrichtung betrieben.
> Pol doch bei der Original TIA Schaltung die P-Diode um.

Das war der Grundgedanke. Das funktioniert leider in meinem Fall aber 
nicht, da ich das PD-Array G12430-016D verwenden möchte, welches eine 
common cathode hat. Für eine umgekehrte Polung bräuchte ich eine common 
anode.

[Helmut S. (helmuts)]

Du hast doch eine negative Versorgungsspannung. Mach einfach noch einen 
invertierenden Verstärker dahinter um eine positive Spannung zur 
Weiterverabeitung zu bekommen.

[ElecEddy R. (forrix)]

Helmut S. schrieb:
> Du hast doch eine negative Versorgungsspannung. Mach einfach noch einen
> invertierenden Verstärker dahinter um eine positive Spannung zur
> Weiterverabeitung zu bekommen.

Ok, das wäre auch eine Variante. Ich hab gedacht, dass ich mir den 
zusätzlichen OPV vielleicht sparen kann...


An dieser Stelle kann ich gleich noch was los werden:

Vielen Dank an dich Helmut, für die stetige Beantwortung meiner Fragen! 
Gefühlt bist du einfach immer konstruktiv in den von mir aufgemachten 
Threads mit dabei. Das hat mir sehr oft weitergeholfen. :)

[2 Cent (Gast)]

ElecEddy R. schrieb:
>> Du hast doch eine negative Versorgungsspannung. Mach einfach noch einen
>> invertierenden Verstärker dahinter um eine positive Spannung zur
>> Weiterverabeitung zu bekommen.
>
> Ok, das wäre auch eine Variante. Ich hab gedacht, dass ich mir den
> zusätzlichen OPV vielleicht sparen kann...
Brauchst du denn überhaupt eine positive Spannung zur Weiterverabeitung?

[Wolfgang (Gast)]

ElecEddy R. schrieb:
> Ok, das wäre auch eine Variante. Ich hab gedacht, dass ich mir den
> zusätzlichen OPV vielleicht sparen kann...
Hast du mal probiert, in den invertierenden Eingang deines TIA-OPs einen 
kleinen negativen Strom einzuspeisen (aus -VCC mit hohem Widerstand, 
deinem RShunt). Der Strom wird dafür sorgen, dass sich der Ausgang in 
Richtung VCC bewegt.

p.s.
Noch zwei Anmerkungen:
Wozu eigentlich RShunt in deinem Fall, der wohl eher eine Bürde 
darstellt, wenn du einen TIA dahinter hängst?

Die logische Bezeichnung für die negative Versorgungsspannung als 
Gegenpol zu "VCC" ist übrigens "VEE".

[ElecEddy R. (forrix)]

2 Cent schrieb:
> Brauchst du denn überhaupt eine positive Spannung zur Weiterverabeitung?

Leider ja. Spätestens am folgenden ADC-Eingang muss die Spannung positiv 
sein.

[ElecEddy R. (forrix)]

Wolfgang schrieb:
> Hast du mal probiert, in den invertierenden Eingang deines TIA-OPs einen
> kleinen negativen Strom einzuspeisen (aus -VCC mit hohem Widerstand,
> deinem RShunt).

Mega gute Idee! Funktioniert. Ich hab die angepasste Schatung nochmal in
den Anhang gepackt. Ich glaube fast, dass ich das so machen werde.



Wolfgang schrieb:
> Wozu eigentlich RShunt in deinem Fall, der wohl eher eine Bürde
> darstellt, wenn du einen TIA dahinter hängst?

RShunt ist der bauteilbedingte Widerstand der Photodiode. Da kann ich
nichts dran drehen. Da es bei LTspice keine kompletten Photodioden gibt,
musste ich das Verhalten durch das PD-ESB nachbauen.

[Helmut S. (helmuts)]

Hier nochmal eine Verbesserung.

1. Das Rauschen der Versorgungsspannung mit einem RC-Glied fltern.
Tipp:
500k = 2x1Meg parallel
2Meg = 2*1Meg in Serie

Ein (kleiner) Nachteil ist die höhere Rauschspannung. Allerdings hast du 
ein so großes Nutzsignal, dass das vernachlässigbar ist.

[ElecEddy R. (forrix)]

Ah, verstehe, Danke!
Ja, dass stimmt, die 80nV/sqrt(Hz) stören mich nicht.