Transimpedanzverstärker

[Tom S. (tom_s814)]

Hallo zusammen,

ich hab einen TIA mit einem LMC662CN aufgebaut.
Als Verstärkungswiderstand hab ich einen Präzi 0805 10k mit 0,05% und 50 
PPM drift Gewählt. Der Verstärker läuft soweit echt gut und liefert top 
Ergebnisse. Nur hab ich das Problem, dass der OPV in der 
Ausgangsspannung nicht mehr als ca. -630mV ausgibt.

Meine Idee, bzw. Der Plan um das Signal mit einem ADC einlesen zu 
können, war das Eingangssignal auf bis -3V zu verstärken/wandeln.
Versorgt wird der OPV symmetrisch mit +-5V.

Klar, das Teil ist kein RtR OPV, aber laut Datenblatt sollte der gegen 
(die -V Rail ist mit 0V spezifiziert, bzw. die Kennwerte drauf bezogen) 
+ 0.1V von VCC- runter gehen können.

Hat jemand von euch eine Idee, wie man den zu mehr bewegen könnte?

Der Schaltplan ist im Anhang drin, so wie auch das Datenblatt.

Hat jemand vllt. noch eine Idee, wie man das Ausgangssignal ins Positive 
gedreht bekommt, evtl. eleganter, als einen Invertierenden OPV mit V=-1 
zu nehmen? (Das Messignal zu negieren geht leider nicht)


Danke

Tom

[Mikrowilli (Gast)]

Wie groß ist denn der Eingangsstrom I_in? Bei 63 Mikroampere wäre eine 
Ausgangsspannung von -630mV plausibel...

[H. H. (Gast)]

Tom S. schrieb:
> Nur hab ich das Problem, dass der OPV in der
> Ausgangsspannung nicht mehr als ca. -630mV ausgibt.

Dann hast du irgendwo Mist gebaut. Der Schaltplan ist jedenfalls in 
Ordnung.

[Tom S. (tom_s814)]

Klar, hab ich vergessen zu erwähnen. Ich hab einen 10MR 0,05%  als 
Vorwiderstand genommen und eine Spannung von 100mV angelegt.

Komme so auf 100uA, was Theoretisch 1V Ausgangsspannung entsprechen 
sollte, Messe allerdings nur 630mV...

[Falk B. (falk)]

Tom S. schrieb:
> ich hab einen TIA mit einem LMC662CN aufgebaut.
> Als Verstärkungswiderstand hab ich einen Präzi 0805 10k mit 0,05% und 50
> PPM drift Gewählt.

Warum? Willst du damit das Gras wachsen hören?

> Der Verstärker läuft soweit echt gut und liefert top
> Ergebnisse. Nur hab ich das Problem, dass der OPV in der
> Ausgangsspannung nicht mehr als ca. -630mV ausgibt.

Hmmm. Liegt wohl am Strom.

> Meine Idee, bzw. Der Plan um das Signal mit einem ADC einlesen zu
> können, war das Eingangssignal auf bis -3V zu verstärken/wandeln.
> Versorgt wird der OPV symmetrisch mit +-5V.

Welcher ADC liest negative Spannungen ein?

> Klar, das Teil ist kein RtR OPV, aber laut Datenblatt sollte der gegen
> (die -V Rail ist mit 0V spezifiziert, bzw. die Kennwerte drauf bezogen)
> + 0.1V von VCC- runter gehen können.

Naja, der Ausgang kommt bei 2k Last (gegen HCC/2) ca. 200mV an V- und V+ 
ran.

> Hat jemand von euch eine Idee, wie man den zu mehr bewegen könnte?

Was soll das komische RC-Glied am Ausgang?

> Der Schaltplan ist im Anhang drin, so wie auch das Datenblatt.

Die 1nF an den Versorgungen sind akademischer Unsinn. 100nF reichen da 
locker.

> Hat jemand vllt. noch eine Idee, wie man das Ausgangssignal ins Positive
> gedreht bekommt, evtl. eleganter, als einen Invertierenden OPV mit V=-1
> zu nehmen? (Das Messignal zu negieren geht leider nicht)

Du kannst deinen +Eingang mittels Spannungsteiler auf VCC/2 legen, ggf. 
auch höher. Das ist dann dein Nullpunkt für die Messung per ADC. Kann 
man rauskalibrieren.

Was ist denn dein Eingangssignal? Wo kommt das her? ist das WIRKLICH 
eine Stromquelle?

[Falk B. (falk)]

Tom S. schrieb:
> Klar, hab ich vergessen zu erwähnen. Ich hab einen 10MR 0,05%

Mann bist du präzisionsgeil! ;-)

> als
> Vorwiderstand genommen und eine Spannung von 100mV angelegt.

Macht bei mir 10nA, welche an 10kOhm "satte" 100uV ergeben. Da stimmt 
was nicht.

[H. H. (Gast)]

Tom S. schrieb:
> Klar, hab ich vergessen zu erwähnen. Ich hab einen 10MR 0,05%  als
> Vorwiderstand genommen und eine Spannung von 100mV angelegt.
>
> Komme so auf 100uA,

Rechne nochmal nach!

[Tom S. (tom_s814)]

Jo, bin zu dumm zum Rechnen...
(Und schreibe gerade von unterwegs)

Ich hab als Vorwiderstand n 1k davor, sollten so also 100uA fließen und 
am Ausgang -1V erzeugen, ich messe allerdings nur -630mV

LG

[Falk B. (falk)]

Wahrscheinlich schwingt was. Miss mit dem Oszi. Oder dein 1V stimmt 
nicht.

[Tom S. (tom_s814)]

Mit dem Oszi hab ich die Geschichte schon ausgemessen, der schwingt bei 
dem Parallelen 10nF kaum, reagiert aber noch für meine Zwecke 
ausreichend schnell.

Ich mach Mal ein paar Bilder, wenn ich daheim bin vom Aufbau und den 
Massungen.

Am OPV selber was den Output Swing angeht (oder andere Specs), ist 
nichts verkehrt?

LG

[Falk B. (falk)]

Haben deine 100mV Speisung die gleiche Masse wie dein OPV?

[H. H. (Gast)]

Tom S. schrieb:
> Am OPV selber was den Output Swing angeht (oder andere Specs), ist
> nichts verkehrt?

Auf dem Papier ist alles richtig.

[Tom S. (tom_s814)]

Jop, hab am Netzteil 3 Kanäle, die 100mV, 5+V und -5V, jeweils zu 0V.

Wenn das Eingangssignal nicht über 63uA geht, macht der TIA auch das, 
was ich von ihm erwarte...

[Falk B. (falk)]

Tom S. schrieb:
> Jop, hab am Netzteil 3 Kanäle, die 100mV, 5+V und -5V, jeweils zu 0V.

Die Kanäle sind meistens galvanisch getrennt. Sind die Massen verbunden?

[Tom S. (tom_s814)]

Jup, die sind getrennt, hab aber alle miteinander verbunden und mit dem 
DMM von der Masse aus gegeneinander gemessen, hat alles gepasst

[Jens G. (jensig)]

Tom S. schrieb:
> Jo, bin zu dumm zum Rechnen...
> (Und schreibe gerade von unterwegs)
>
> Ich hab als Vorwiderstand n 1k davor, sollten so also 100uA fließen und
> am Ausgang -1V erzeugen, ich messe allerdings nur -630mV
>
> LG

Ist irgendeine Last (Widerstand) am Ausgang angeschlossen?
Und mach mal das RC-Glied weg - eine mögliche Ursache weniger ...
Und mach die Cf (10nF) auch weg - bei Einspeisung über 1k braucht man 
das Ding genau so wenig ...

[le freak (Gast)]

sehe ich auch so. Wenn ich das Datenblatt richtig verstehe mag der OP 
keine kapazitiven Lasten und auch keine Lasten < 500 Ohm

[Jens G. (jensig)]

Zumal, wenn man das liest:

> Mit dem Oszi hab ich die Geschichte schon ausgemessen, der schwingt bei
> dem Parallelen 10nF kaum, reagiert aber noch für meine Zwecke
> ausreichend schnell.

dann sind wir wohl knapp am Oszillieren.
Also weg mit den überschüssigen Cs ...

[Tom S. (tom_s814)]

Der C im Rückkopplungspfad soll der Stabilisierung dienen, das RC Glied 
soll einen Snubber darstellen, auch zur Schwingungsdämpfung.

Nach dem TIA kommt direkt mein DMM, bzw. später dann angedacht ein inv. 
OPV mit V =-1, welcher dann zum ADC läuft.

Ich hau morgen Mal die C's weg und stell die Messergebnisse hier rein.

Danke euch für die Konstruktive Hilfe.

LG

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Wie weit geht der Ausgang denn bei negativem Eingangsstrom in die 
positive Richtung? Gibt es da auch eine Begrenzung auf 630mV?.

Wenn es in diese Richtung besser funktioniert, ist evtl.  der Opamp 
kaputt.

[Wolfgang (Gast)]

Tom S. schrieb:
> Der C im Rückkopplungspfad soll der Stabilisierung dienen, das RC Glied
> soll einen Snubber darstellen, auch zur Schwingungsdämpfung.

Das C in der Gegenkopplung sorgt doch nun wirklich dafür, dass der TIA 
eine kräftige Tiefpass-Charakteristik besitzt.
Was soll der Snubber da dann noch?
Warum sollte da irgendetwas schwingen?

[H. H. (Gast)]

Wolfgang schrieb:
> Tom S. schrieb:
>> Der C im Rückkopplungspfad soll der Stabilisierung dienen, das RC Glied
>> soll einen Snubber darstellen, auch zur Schwingungsdämpfung.
>
> Das C in der Gegenkopplung sorgt doch nun wirklich dafür, dass der TIA
> eine kräftige Tiefpass-Charakteristik besitzt.
> Was soll der Snubber da dann noch?
> Warum sollte da irgendetwas schwingen?

Gürtel+Hosenträger!

[Jens G. (jensig)]

Tom S. schrieb:
> Der C im Rückkopplungspfad soll der Stabilisierung dienen, das RC Glied
> soll einen Snubber darstellen, auch zur Schwingungsdämpfung.

Was Du bei diesem Test aber nicht brauchst. Denn mit dem 1k am Eingang 
stellt die Schaltung eigentlich keinen TIA mehr dar, sondern schlicht 
einen invertierenden Verstärker, der diese Kompensationsmaßnahmen 
überhaupt nicht braucht.
Ansonsten - wenn Du die Eingangsspannung weiter erhöhst (oder andersrum 
in den neg. Bereich gehst), folgt dann der Ausgang linear?

[Tom S. (tom_s814)]

Yalu X. schrieb:
> Wenn es in diese Richtung besser funktioniert, ist evtl.  der Opamp
> kaputt.

Also, hab nochmals den OP gegen einen anderen getauscht, der TIA läuft 
jetzt einwandfrei, kommt sogar (wie im Datenblatt beschrieben) mit 
-4,92V auf die beschriebenen 0.1V gegen die neg. Rail dran.

Ich hab noch n Paar Messwerte aufgenommen, bin ganz zufrieden mit dem 
Verhalten, sind im Anhang.

Den Snubber hab ich weg gelassen, der Effekt auf die Schwingungsdämpfung 
geht gegen null (wird um 0,1mVac besser).

Vielleicht hat noch jemand zum Invertieren vom Ausgangssignal noch eine 
Idee? (Außer inv. OPV mit V = -1, bzw. Was eleganteres?)

Danke euch nochmals für die vielen Vorschläge und Tipps.

LG

[Jens G. (jensig)]

Tom S. schrieb:
> Den Snubber hab ich weg gelassen, der Effekt auf die Schwingungsdämpfung
> geht gegen null (wird um 0,1mVac besser).

-> IMG20221030104218.jpg zeigt einen 5mV/Div-Meßbereich, eine 
50Hz-Grundwelle, und was hochfrequentes dazu. Das ist kein Schwingen, 
sondern einfach nur eingetreute Störungen - vermutlich wegen schlechtem 
Aufbau bzw. Meßbedingungen.

> Vielleicht hat noch jemand zum Invertieren vom Ausgangssignal noch eine
> Idee? (Außer inv. OPV mit V = -1, bzw. Was eleganteres?)

Ein TIA dieser Bauart ist immer invertierend. Also entweder Signalquelle 
umdrehen (falls das eine Photdiode sein soll, dann geht das perfekt), 
oder eben einen weiteren inv. OPV nachschalten.

[H. H. (Gast)]

Tom S. schrieb:
> Vielleicht hat noch jemand zum Invertieren vom Ausgangssignal noch eine
> Idee? (Außer inv. OPV mit V = -1, bzw. Was eleganteres?)

Den zweiten Opamp hast du doch eh schon on Die.

[Tom S. (tom_s814)]

H. H. schrieb:
> Den zweiten Opamp hast du doch eh schon on Die.

Klar, werde den dann als invertierer nehmen.

Aber andere Möglichkeiten gibt's wohl nicht?
(Nicht, dass es nicht mit dem OPV funktionieren würde, sondern nur 
interessehalber welche Möglichkeiten es noch gäbe)

LG

[Jens G. (jensig)]

Tom S. schrieb:
> Aber andere Möglichkeiten gibt's wohl nicht?

Transistor in Basisschaltung. Da ist der Bezugspunkt dann aber nicht 
mehr für Ein- und Ausgang nur die Masse. Und genau isses auch nicht - 
also keine echte Alternative ...