Hallo, muss für einen Regelkreis den Sperrstrom einer Photodiode in eine Spannung wandeln. Die Photodiode ist vorgespannt und arbeitet linear. Mein eigentliches Problem ist Temperaturabhängigkeit von 0°C-70°C der Strom-Spannungswandlung. Mit nem Opamp als Transimpedanzverstärker ist der Fehler trotz Eingangskompensation immer noch zu Hoch (ca. 4% siehe Anhang!!!). Ziel ist eine Verbesserung um den Faktor 5, sprich unter 1%. Wie genau ist ein Differenzverstärker in Bezug auf die Eingangsoffsetströme? Kann man vielleicht was mit nem Stromspiegel machen und anschließend die Spannung verstärken?
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Äh, bist Du sicher, dass nicht die Photodiode das Problem macht? Oder ist die auf konstanter Temperatur? Welchen OP hast Du denn, welchen Input Bias Current mit welchem TK hat der? Da würde ich zuerst ansetzen. Welchen TK haben die Widerstände! Die gibt es in verschiedenen TK-Werten. Wird die Schaltung isotherm gehalten (Thermoeffekt)? Wobei 70K Temperaturhub schon nicht ohne sind...
Momentan habe ich den AD8047 in Benutzung, da bisher keine Anforderungen an die Temperatur gestellt waren. (Definierte Laborbedingungen) Jetzt soll ein neuer Regelkreis entwickelt werden, der solch einen Temperaturgang (Umgebungstemperatur)möglichst präzise erreich. Zudem wird der ganze Regelkreis noch mit 100kHz moduliert. AD8047: #Input Bias Current: max.6,5uA #Input Offset Current: max. 3uA Wie groß ist die Abweichung der Photodiode über die Temperatur? (Eine Temperierung ist aber sehr wahrscheinlich.) Nun gut, Widerstände haben TK5. Ach ja, hab mir jetzt noch den OPA657 raus gesucht, der ist deutlich besser (I_Bias=1,8uA / I_off=0,9uA) Wäre es günstiger von den Abweichungen her einen Spannungsabfall durch den Photostrom zu erzeugen und dann einen niederohmigen Differenzverstärker dran zu hängen? Eine Temperierung der Schaltung selbst ist laut meiner Vorgaben nicht zulässig, da für diese extrem wenig Platz zur Verfügung steht.
Woher hast Du die 5% aus dem ersten Posting, im Klimaschrank gemessen, oder simuliert? Aus dem Bauch heraus wird die Photodiode bei dem Hub wesentlich mehr Fehler machen, da es sich um einen Sperrstrom handelt - bitte das DS der Diode konsultieren, unter CQX35A finde ich nur eine LED. Die Widerstände sind mit TK5 sehr gut, sind schon Präzisionswiderstände. Die Schaltungstopologie macht imho nicht viel Unterschied, Du musst den Verstärker mit niedrigem Input Current und Input Offset Drift bauen, die OP-Wahl ist entscheidend. Da gibt es noch bessere... Gucke Dir z.B. mal den OPA334 an: Input Bias Current 200pA(max) [1nA(typ) von -40°C...+125°C], Input Offset Current 400pA(max), Input Offset Voltage Drift 0,05µV(max)/K. Achtung, 5V single supply.
Gemessen habe ich unter klimatischen Bedingungen 8% mit einer früheren Schaltung. Die angegeben 4% sind simuliert, in dem ich den worst-case-Fall der Eingangsströme als Stromquelle zugefügt habe. Ach ja, die Diode soll nur eine schematische Darstellung sein. Der Photostrom wird durch die Quelle IS3 generiert. Für die Endschaltung wird die Photodiode S9687 von Hamamatsu eingesetzt. Im Datenblatt findet man leider nichts über Temperaturverlauf. Der OPA334 klingt gut, ist aber mit GBW = 2MHz extrem langsam. Da wird nichts mehr mit Modulation. (rise time = 10us). Wie siehts denn aus mit OTA (Current Feedback OPamp) kennt sich da jemand aus? Hab mit denen noch nicht gearbeitet. Werd da mal nachschauen.
OPA657 klingt gut: GBW=1600MHz I_Bias=1,8uA (0...70°C) I_off=0,9uA (0...70°C) Da sollte man doch was erreichen können!?
Was fuer ein Problem hast Du? Willst Du den Photostrom der Diode messen? Dann gibt es da klar eine Temperraturabhaengigkeit des Photostromes! Das ist physikalisch bestimmt und daran kannst Du nicht drehen. Du kannst versuchen rechnerisch zu kompensieren. Besser waere es aber m.e.a. die Temperatur der Diode zu regeln (Peltier oder auf maximal zu erwartende Temperatur heizen). Oder willst Du den temperaturabhaengigen Restrom der unbeleuchteten Diode messen? Dann hat der TIA die Temperaturabhaengigkeit des Rueckkoppelwiderstandes und des Bias/Offsetstromes.
Eine zweite Fotodiode einbauen, ohne Lichteinfall. Damit könntest du die Temperaturdrift ermitteln. MW
OK. Die Photodiode wird Temperiert. Somit bleibt noch die Temperaturgenauigkeit des OPAmp und des Feedbackwiderstands (TK5). Den Bias und Offset-Strom versuche ich zu verringern. Da gehts ja nur noch mit nem sehr gutem OPA. Dies ist die Standartmöglichkeit. Gibt es noch einen besseren Weg!?
Der OPA334 hat eine Slewrate von 1,6V/µs, wieso reicht Dir das nicht? Wenn der mit 2V Hub arbeitet, sind das immerhin noch gut 400kHz. Schnell UND präzise ist nicht trivial zu realisieren. Aus dem Tietze-Schenk habe ich noch: - die Photodiode sollte mit DC vorgespannt sein, da dadurch die Sperrschichtkapazität kleiner wird, und damit das Ansprechverhalten schneller. Der Photostrom ändert sich durch diese Vorspannung fast nicht. - Der Feedbackwiderstand sollte kapazitätsarm sein, da sonst die Bandbreite bergrenzt wird. Dürfte hier aber nicht kritisch sein, im TS reden die von 1GOhm||1pF.
Die Slewrate trifft doch in diesem fall überhaupt keine Aussage. Die 1,6V/us stimmen nur bei Verstärkung 1! 2MHz Bandbreite ist auch ein bißchen sehr wenig. Was ich brauche sind 1MHz bandbreite. Also die Photodiode inkl.Zuleitung hat 650pF. Da ich nur wenige OPAmp's mit großer Differenzspannung zur Auswahl habe, werde ich die Ausgangsspannung auf 1.25V begrenzen -->Rf = 10k. Für PD-Preamp gilt: fc = sqrt[GBP/(2*PI*Rf*Cd)] = 1/(2*PI*Rf*Cf) fc = 1MHz ---> mindestens GBP = 40,84MHz!!! Hab mir jetzt den AD8066 raus gesucht. Der hat GBP=86MHz für Großsignale. Also jetzt anders rum gerechnet mit GBP=86MHz: --> fc = 1,45MHz --> Cf = 10,96pF So sollte das nun passen. Alle anderen Werte sehen eigentlich gut aus. Gleich mal ein Muster bestellen :-) ###Ach ja, hab mich weiter oben verschrieben. Die 10us sind für meinen gesamten Regelkreis, der Transimpedanz muss weitaus schneller sein.###
Sieht nicht schlecht aus. Werd wohl mal einen parallelen Aufbau machen und vergleich.
LMH6505 könnte interessant sein, da ist ein Current Feedback Amplifier drin. Den Pin 3 kann man direkt als Stromeingang benutzen. Application Note OA-15 ist empfehlenswert zu lesen. Gibt auch P-Spice Modelle dazu, alles unter national.com. Gruss Andi
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