Grund für Störungen in Schlatung

Roland Damm schrieb:

Da hast du dir wohl einen Mittelwellenempfänger gebaut.

Dämpfung.

Gruß Dieter

Roland Damm schrieb:

Hallo,

Mach mal ein Berechnung des Rauschens der Schaltung mit dem eingesetzten Opamp.

Wie sich 20cm Kabel auf die Schaltung auswirken lässt sich ja leicht experimentell bestimmen - für mich wäre das zu lange.

Ich würde die Schaltung auch klar Filtern mit Hochpass _und_ Tiefpass an passender Stelle (möglichst schon vor oder in der ersten Verstärkerstufe

- nicht erst danach) um die Rauschbandbbreite definiert zu begrenzen.

Die Auswahl der Oapmps spielt auch noch eine große Rolle dabei und der Typ der Fotodiode auch noch - Du hast keine Typen angegeben.

Bernd Mayer

"Roland Damm" schrieb im Newsbeitrag news:454de0a0$0$18833$ snipped-for-privacy@newsspool4.arcor-online.net...

Brauchst du Frequenzen ueber 200kHz ? Wenn nein, dann wegfiltern, am Eingang auch ein Ferrit drueber. Hast du Signalmasse (die Leitungen, die von der Diode und den Verstaerkungsspannungsteilerwiderstanden nach Masse gehen) gtrennt zum Massesternpunkt gefuehrt, wie die OpAmp-Masseleitungen ? Frueher, als OpAmps noch nicht single supply waren, war das ja von alleine der Fall. Ist der Ausgang raumlich moeglichst weit vom Eingang weg?

--
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Moin,

Bernd Mayer schrub:

Alles durchgerechnet, nicht in der Summe, aber doch jede einzelne Rauschquelle (Fotodiode, OpAmp, Widerstände) überschlagen und festgestellt, dass jede Rauschquelle deutlich kleiner ist als das was ich sehe.

Wenn ich die 20cm lasse und nur die Diode am Ende entferne, ist das Rauschen weg. Was natürlich darauf hindeutet, dass es sich um das Rauschen der Diode handelt. Allerdings habe ich da aus dem Datenblass keinen echten Wert, nur den Dunkelstrom I_D kenne ich (20uA) und eine Formel habe ich recherchiert, nach der der Rauschstrom sqrt(2*e*I_D*B) ist (B=Bandbreite, e=Elementarladung). Das macht hier rund 1e-9A aus. [.. mal 100kOhm=0.1mV mal Endstufenverstärker (Faktor

500) ergibt 50mV. Meine Anzeige erkennt aber Spannungsspitzen erst als solche an und zeigt sie an, wenn sie höher als 100mV sind. Sie zeigt aber laufend Spannungsspitzen an *)].

Ich hatte gedacht, dass die OpAmps von sich aus schon genug TP-Charakteristik haben. Eigentlich wollte ich eine möglichst hohe Grenzfrequenz erreichen aber das ist wegen Rauschen ja sowieso nur begrenzt möglich.

*) Diese Rechnung ist mir erst gestern Nacht klar geworden und Zeigt, dass eine weitere Erhöhung des Verstärlungsfaktors oder der Bandbreite bestimmt nicht funktioniert da das Rauschen auch so schon die Hälfte des tolerierbaren Wertes beträgt. Ist eben nur die Frage, ob das nicht schon zu viel ist.

OpAmp: TL081 (für alle). Fotodiode: BPW24.

CU Rollo

Moin,

Dieter Wiedmann schrub:

Wenn ich 'nen Kopfhöher dranhalte höre ich aber nichts (nur Rauschen) :-) - ja im Ernst, der Kopfhörer dient mir hier als Behelfs-Diagnose-Tool, nur leider kann der mir Oszillationen jenseits hörbarer Frequenz auch nicht 'anzeigen'.

Das kann wohl sein. Brächte es was, die ganze Schaltung in ein Blechgehäuse zu bauen, ich hätte da noch ein ehemaliges PC-Netzteil rumliegen? Das Kabel zur Fotodiode würde aber dennoch außerhalb des Gehäuses liegen müssen.

Hmm, das wäre dann also kein Hinweis auf einen Baufehler in der Schaltung sondern höchstens auf einen konzeptionellen Fehler (= die Idee ist an sich Blödsinn:-)).

CU Rollo

Moin,

MaWin schrub:

Hmm, ich kenne aber die Kapazität des Kabels zur Fotodiode nicht. Ist die groß genug, dann filtert das schon alleine einiges weg. Soll ich da parallel zur Fotodiode noch mal 100pF anlöten? So viel hat das Kabel selbst doch schon.

Jein. Vorverstärker und Hauptverstärker haben getrennte Leitungen zum Massensternpunkt. Das mit dem Spannungsteiler ist mir auch noch ein Dorn im Auge: Derzeit konnt in den das Signal von der einen Platine mit dem Vorverstärker drauf und die Masse und der Mittenabgriff gehen zur anderen Platine mit der Endstufe drauf. Das kann aber nicht so entscheidend sein, weil wenn ich die Diode abklemme oder den Vorverstärkereingang kurzschließe, ist das Rauschen weg. Es kommt also nicht erst aus dem Spannungsteiler.

Ach ja, Erwähnung: Die OpAmps laufen mit 0V/12V und ich habe mir eine Referenzmasse von 4V mit Spannungsteiler und OpAmp als Spannungsfolger-Verstärker gebaut. Diese 'Referenzmasse' wird überall als Nullpunkt verwendet, aber nirgendwo nennenswert mit Strom belastet, diese Spannung liegt mal hier mal da an einem hochohmigen IC-Eingang dran oder (s.u.) an großen Widerständen.

Eingangsverstärker (ich versuch michmal in ASCII-Zeichung) mit Hochpass und umschaltbarem Spannungsteiler:

o 4V | | |\ OpAmp-Versorgung: 0V/12V +-|+\ | >-+-----1nF---+----+ +-|-/ | 220k | |/ | +----+ | | 100k (Umschaltbarer Spannungsteiler) +--47k-+ +----+-----+-----> zum 'Endstufenverstärker' | 47k --- +----+ ^ Fotodiode 22k /_\ | | O 4V (abgegriffen von Platine mit Endstufe) O 0V Nutzt es was, die 4V auf der Vorstufenplatine nochmals direkt mit den

4V am Spannungsteiler zu verbinden damit da Potentialausgleich passiert und nicht über den Umweg des Versorgungssternpunktes?

Auf verschiedenen Seiten des IC. Eigentlich so weit, wie es sich überhaupt nur realisieren lässt (die Kabel von Aus- und Eingang sind jedenfalls nicht miteinander verflochten).

CU Rollo

Am Sun, 05 Nov 2006 14:01:18 +0100 schrieb Roland Damm :

Viele (alle) Schaltnetzteile ohne Schutzkontakt haben Y-Kondensatoren zw. Sekundärmasse und Netzleitungen um Gleichtakt-HF Störungen abzuleiten. Das kann umgekehrt zu relativ starken 50Hz anteilen am Ausgang gegen Erde führen, oft einige zig Volt hochohmig. Vielleicht leitest du diese Störungen über deine Erdkapazität (100..150pF) etwas ab.

--
Martin

Roland Damm schrieb:

Hallo,

Das Rauschen kann man auch umrechnen vom Effektivwert in Spitzenwert, ich habe da Faktor 6 in Erinnerung (50 mV eff enspricht 300 mV SS).

Das Rauschen hängt wohl auch stark vom konstanten Umgebungslicht ab (hochohmigkeit der Fotodiode).

Schwingungen sind auch möglich, abhängig von Layout. Ohne Oszi kann man sowas schlacht solide entwickeln.

Es kann auch sein, dass der Empfänger schon Licht im passenden Frequenzbersich empfängt z.B. von Leuchtstoffröhren oder Monitoren.

Bernd Mayer

Roland Damm schrieb:

Hallo,

das Rauschen kann man auch umrechnen vom Effektivwert in Spitzenwert, ich habe da Faktor 6 in Erinnerung (50 mV eff entspricht 300 mV SS). Spannungsrauschen kommt wohl auch noch dazu.

Das Rauschen hängt wohl auch noch vom konstanten Umgebungslicht ab (Hochohmigkeit der Fotodiode im Dunkeln).

Schwingungen sind auch möglich, abhängig vom Layout. Ohne Oszi kann man sowas schlecht solide entwickeln.

Es kann auch sein, dass der Empfänger schon Licht im passenden Frequenzbereich empfängt z.B. von Leuchtstoffröhren oder Monitoren.

Bernd Mayer

"Roland Damm" schrieb im Newsbeitrag news:454def73$0$30310$ snipped-for-privacy@newsspool1.arcor-online.net...

Die 4V mit 100R vom OpAp-Ausgang entkoppeln, und 47n raeumlich wie imm Schaltplan hier einbauen.

Bringt das was ?

\ >---+ / | 100R |

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Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at gmx dot net
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Die Schaltung befindet sich selbverständlich in einem Blechgehäuse.... Bei der Empfindlichkeit reichen die Nullkomma pF zwischen dir und der Schaltung schon für reichlich Einstreuung. Es ist erstaunlich, wieviel davon weggeht, wenn man die Schaltung z.B. auf einem Holztisch mit geerdetem Blech unter dem Holz betreibt. Wenn du ein Netzkabel (hoffentlich isoliert ;-)) in die Hand nimmst, wird der 50Hz Anteil im Ausgang auch zunehmen. Langfristig wird sich eine Investition in ein Oszi lohnen.

--
mfg Rolf Bombach

Moin,

Rolf_Bombach schrub:

Gut, dann werde ich das einplanen. Kommt mir ganz gelegen, weil das Gehäuse was ich vorgesehen habe schon wieder zu klein ist b.z.w. Frickelei erfordert. Insbesondere hätte ich bei dem vorgesehenen Blechgehäuse dann auch den Platz, gleich noch zum Glättungskondensator eine fette Induktivität in die Stromversorgung einzubauen (ebenfalls aus einem PC-Netzteil übrig). Weiß zwar nicht welche Induktivität sie hat (zahlenmäßig) aber das Teil wiegt rund

200g:-). Schaden tut's wohl nicht, wobei Nutzen kann ich derzeit auch nicht nachweisen...

Das habe ich jetzt auch gemerkt, die Hand drüber halten, insbesondere über der Leitung zwischen Schaltung und Fotodiode, erbringt witzige Ergebnisse.

Noch nicht ausprobiert.

Ich fürchte, wenn ich die Schaltung endlich am Laufen habe, habe ich so viel Lust eingebüßt, dass ich eine solche Investition lange hinausschieben werden:-/.

CU Rollo

Moin,

Ergänzung:

Änderung: Ich hab mal die Fotodiode statt anzuklemmen angelötet und dabei auch das Kabel verkürzt. Tatsächlich ist das Rauchen dadurch weniger. Wenn ich mich als Erde mit anklemme ist das Störsignal bei der vorhandenen Auswerteschaltung nicht mehr störend. Aber ein anderes merkwürdiges Phänomen habe ich: Wenn ich siehe Schaltung oben den Umschalter für den Spannungsteiler in die oberste Stellung schalte, schwingt sich da irgendwas auf. Bis hoch zu solchen Pegeln, dass ich sie auch bei geringeren Schalterstellungen sehen müsste, aber bei geringeren Schalterstellungen passiert nichts - außer natürlich das alles perfekt funktioniert. Nun könnte ich mich ja einfach geschlagen geben und den entsprechenden Widerstand fest einlöten und auf 50% der möglichen Empfindlichkeit verzichten, aber das ist irgendwie unbefriedigend.

Ich nehme an, es ist dringend ratsam, das Kabel zur Diode als Koaxkabel auszuführen?

CU Rollo

"Roland Damm" schrieb im Newsbeitrag news:454e3aeb$0$30312$ snipped-for-privacy@newsspool1.arcor-online.net...

Weder grosse Kondensatoren noch grosse Spulen helfen viel, weil die Nebenwerte (Induktivitaet vom Kondensator, Koppelkapazitaet der Spule) zu hoch sind. Es gibt zwar bautechnisch guenstigere Teile, wie Stabspulen und Elkos mit niedrigem ESR, aber am besten faehrt man mit ANGEPASSTEN Teilen.

Dazu brauchst du jedoch ein Skope, und nicht das langsamste.

--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at gmx dot net
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Moin,

MaWin schrub:

Ich dachte dabei auch zunächst nur daran, die 50Hz vom Netz und die rund 1.8kHz vom Schaltnetzteil wegzubekommen. Dass bei z.B. 200kHz etwas andere Regeln gelten und einer gerade in der Bastelkiste gefundene Spule nicht das beste Mittel ist, ist mir klar. Aber um Brummen und die Schaltfrequenz vom Netzteil loszuwerden solle es schon helfen.

CU Rollo

Das Programm aacircuit kennst Du?

Läuft auch problemlos unter wine :-)

Ich würde die DC-Anteile schon vor dem Opamp blocken, damit der Opamp nicht schom durch Hintergrund-Licht in den Anschlag geht.

Deine Schaltung vergleicht mit den 4V. Der Opamp sorgt dafür, dass an seinem Minus-Eingang die gleiche Spannung anliegt. Die Photodiode hat Trotz Vorspannung eine parasitäre Kapazität von ein paar pF. Bei einem Spannungs-Sprung auf den 4V muss der Opamp diese Kapazität durch die 47k umladen. Damit schlagen sich Störungen auf den 4V auf den Opamp-Ausgang nieder.

Der Spannungsteiler macht das soeben mühsam vorverstärkte Signal wieder klein. Besser wäre es, wenn man die Verstärkung schaltet. Dann wird der Beitrag des Ausgangsrauschens vom Opamp bei kleiner Verstärkung kleiner.

Könnte was bringen. Sinnvoller scheint mir, eine Schaltung ohne Vorspannung zu verwenden. Fünf Volt bringen laut Datenblatt ohnehin nur eine Verminderung von 11 pF auf 3.8 pF, also knapp ein Drittel. Für 200 kHz ist das noch nicht wirklich relevant.

Ein beliebter Pfad für Störungen ist auch die Versorgung des Opamp. Mir hat es mehrfach geholfen, Entstördrosseln in die Leitung direkt vor den Block-Kondensatoren an der ersten Opamp-Stufe zu bauen. Das sah dann aus wie ein Schmetterling:

+15V | C| 1mH C| 100pF C| 100nF || | || GND---||---o---||---GND || |\| || -|-\ | >----------------. -|+/ || |/| || GND---||---o---||---GND || | || 100pF C| 100nF C| C| 1mH | -15V

Ob die kleinen Caps wirklich einen Unterschied machen, habe ich nicht getestet.

Wenn ich 200kHz einer Photodiode einigermaßen rauscharm verstärken sollte, würde ich es mit der folgenden Schaltung versuchen:

------------------------------------------------------------ . . . . . || 100pF Umschalter . .---||--. o- | || | RC4 .--o--__ | ___ | | o-----o-|___|-o-. | 100k | | | | 1nF || | | .---||--. | | | || | | | | ___ | | RC3 o------------o-|___|-o-o | 10k | | | | +15V | | |\| | o--------------|-\ | || | | >----o-----------||--o------- PD - .---|+/ OP27 || | ^ | |/| 10nF | RC2 | | -15V | | || | .-. o----||----o | | | || | | |100k | 10nF |RC1 '-' | ___ | | o--|___|---' | | 100k === | GND .-. | | | |10k '-' | | === GND

(created by AACircuit)

------------------------------------------------------- Der Opamp gleicht die Photospannung an der Photodiode aus. Das heißt, die Kapazität muss nicht umgeladen werden. Die Photodiode ist über den Hochpass RC1 an den Opamp angekoppelt. Die umschaltbaren RC-Kombinationen RC3 und RC4 geben die Verstärkung vor und begrenzen als Tiefpässe die Bandbreite nach oben. Der OP27 ist meine Standard-Wahl für einen unproblematischen Opamp mit wenig Rauschen, bei mäßig hoher Slew-Rate und Bandbreitenprodukt. Es gibt sicher passenderes/aktuelleres...

Vielleicht hilfts Dir weiter.

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Kai-Martin Knaak
http://lilalaser.de/blog

Du hast gerade entdeckt, dass Opamp-Schaltungen mit negativer Rückkopplung nicht notwendigerweise bei allen Rückkoppelwerten stabil sind. Die Phasenverschiebung, die ein Signal beim Lauf durch die Rückkoppel-Schleife macht, hängt vom Opamp-Typ, von der Frequenz und von der Beschaltung ab. Der Ausgang stellt sich nur dann auf einen festen Wert ein, wenn für jede Frequenz entweder die Verstärkung kleiner 1, oder die Umlauf-Phase zwischen 0 und -pi ist. Wenn beide Bedingungen nicht erfüllt sind, schwingt sich der Operationsverstärker auf. Mit großer Verstärkung kann man es daher schaffen, die erste Bedingung zu kippen.

Die Schwingerei bekämpft man entweder mit der Wahl eines geeigneteren Opamps, oder mit mit Kondensatoren parallel zum Rückkoppel-Widerstand. Dabei reichen üblicherweise einige pF.

Ja! Alles, was nicht koaxial, oder wenigstens verdrillt ist, wirkt als Leiterschlaufen-Antenne, die sich magnetische Störungen einfängt. Typischerweise betrifft das niedrige Frequenzen bis etwa 1 MHz. Die 50 Hz und höheren Harmonischen verwandten schleichen sich z.B gerne so ein. In Deinem Fall würde ich mir hauptsächlich Sorgen wegen des Schaltnetzteils machen. Das verseucht die Umgebung mit einigen 10 kHz. Da sind die höheren Harmonischen locker in Deinem Zielgebiet.

Du könntest testweise versuchen, die Schaltung mit einer Autobatterie zu betreiben. Die macht garantiert keine Störfrequenzen. Alternativ ginge auch ein Netzteil mit Trafo.

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Kai-Martin Knaak
http://lilalaser.de/blog

Faktor 500 Gesamtverstärkung kommt schon gut in den Bereich rein, wo man sich um Einstreuungen Gedanken machen sollte.

---> geschirmtes Gehäuse,

---> ein vernünftigens Masse-Konzept,

---> "saubere" Versorgungsleitungen

^^^^^ Feld- Wald- und Wiesen Opamp. Mittelschnell (13 V/µs) und nicht gerade für Rauscharmut berühmt (18 nV/sqrt(Hz)). Mein Tipp: Nimm für die erste Stufe was langsameres. Aber wahrscheinlich liegt Dein Problem woanders und ein Austausch des Oamps bringt Dich alleine nicht weiter.

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Kai-Martin Knaak
http://lilalaser.de/blog

Moin,

Kai-Martin Knaak schrub:

Das habe ich in einer früheren Version auch versucht. Bis mir allerdings klar geworden ist, dass das IMO nichts bringt. Ich müsste dann den Stom infolge gleichmäßiger Hintergrundbeleuchtung durch einen Widerstand der Fotodiode zuführen und den Wechselstromanteil über ein C abgekoppelt dem Verstärker zuführen. Wenn jetzt der Fotostrom schwankt, teilt sich die Schwankung aber auf den Reihenwiderstand zur Dauerlichtkompensation und den Weg zum OpAmp auf. Beim OpAmp kommt also nur ein Teil des Wechselstroms an, der Rest verpufft unausgewertet. Ergo geringere Empfindlichkeit. Es sei denn ich mach den Widerstand für den Dauerstom groß genug, dass hat aber seine Grenze dort, wo durch Umgebungslicht die Diode in Sättigung geht (=die gesamte Versorgungsspannung am Vorwiderstand hängen bleibt). Sprich die Limitierung auf begrenzes Umgebungslicht bleibt bestehen oder ich verliere an Empfindlichkeit.

Hmm. Ich hatte schon mal 330pF zwischen 0V und 4V mit auf die Platine gelötet, aber das hat nichts sichtbares bewirkt. Die 4V werden erzeugt und sind mit je 47uF auf 0V und auf 12V verbunden. Dann eine dicke Sammelschiene und von dieser abzweigend eine Leitung zu dieser Vorverstärkereinheit, die die 4V nur für diesen gezeigten Zweck verwendet. Also weniger Störungen kann es gar nicht geben - es sei denn ich würde alles Kabellos auf einer Platine aufbauen. Und das ist aus praktischen Gründen eher unmöglich.

Das hatte ich mir auch überlegt, bringt aber IMO wieder nichts. Im ersten Prototyp hatte ich das so gebaut und dann festgestellt, dass ich (da noch mit Poti anstatt Umschalter) wählen kann zwischen großer Bandbreite und kleiner Verstärkung oder umgekehrt. Mein Signal sieht jedoch so aus, dass ich um es perfekt wiedergeben zu können eher 2MHz Bandbreite bräuchte, die 200kHz sind nur ein Kompromiss von dem ich glaube, dass er das Signal ausreichend gut (für eine Leistungsmessung) wiedergibt.

Letzlich war dann meine Überlegung, dass wenn ich von meiner Schaltung verlangen kann, dass sie ein schwaches Signal hinreichend gut verstärkt, ich ein starkes Signal auch abschwächen kann (und damit genauso das Rauschen vom Eingangsverstärker abschwäche) und dann verstärkt der Anzeige zuführen kann.

Das ist auch nicht mein Ziel gewesen, die Kapazität des Verbindungskabels zur Diode wird sowieso mehr ausmachen. Nur: Wenn ich die Diode ohne Vorspannung betreibe, dann kommt es ganz entschieden auf den Offset des OpAmp an. Und wenn der Offset durch Temperatureinfluss wegdriftet, dann habe ich ein Thermometer aber kein Lichtsensor - so meine Befürchtung. Dank der Vorspannung machen aber ein paar mV +/- wegen OpAmp-Offset nichts aus.

Brrr, mächtig aufwändig.

Umschaltbare Verstärkung finde ich noch aus anderen Gründen bedenklich: Gerade die Gegenkopplung ist doch IMO besonders empfindlich für Störsignale. Und willkürliche Kapazitäten gegen Masse oder sonstwohin in der Gegenkopplung sind im Zweifelsfall immer schlecht. Eine umschaltbare Gegenkopplung heißt aber, dass da Kabel von der Platine zum Drehschalter und zurück geführt werden müssen. Deswegen hatte ich jetzt doch lieber die Gegenkopplung fest eingelötet und den Widerstand so kurz wie möglich um das IC-Gehäuse rumgeführt.

Aber vielen Dank für die Denkanstöße. Insbesondere ein C parallel zum Gegenkopplungswiderstand so dass sich ein Tiefpass ergibt hatte ich so bisher noch nicht angedacht. Dass kann ich mal ausprobieren um damit die Schaltung nicht nur auf ca. 200kHz via Bandbreitenbegrenzung der OpAmps zu begrenzen sondern explizit eine definierte Bandbreitenbegrenzung einzuführen.

CU Rollo