Ausprobiert: Das kleinste was ich an C da habe hat 100pF, das ist gegen 47k noch etwas viel. 2 davon in Reihe kommt schon mal in die Größenordnung die ich brauche (ich hätte gerne 20pF) und damit angelötet funktioniert die Schaltung prima, weder das Rauschen wenn ich mich nicht mit der Masse verbinde, noch das Aufschwingen, wenn ich mich mit der Masse verbinde sind dann noch da. Jetzt werde ich mich in der Mittagspause mal auf die Suche nach einem unverschlossenem Elektroniklabor in meiner Fachhochschule begeben und hoffe, dass ich irgendwo einen 20pF-Kondensator auftreiben kann:-).
[Mein Problem ist die fehlende Infrastruktur bei mir: Das Fehlen eines Oszi ist da nur die Spitze des Eisbergs, selbst für einen ungeplanten Kondensator muss bettelnd durch die FH rennen oder im Versandhandel bestellen. Und in meinem Elektronikschrott finde ich solche Kondensatoren nur als SMD ohne Beschriftung.]
Durch den Opamp fließt in guter Näherung überhaupt kein Strom. Der misst Spannungen.
Im Prinzip ack. Der "unanusgewertete Rest" ist allerdings klein, wenn Du R und C so aussuchst, dass die Grenzfrequenz dieses Hochpasses ein bis zwei zwei Größenordnungen unter der des gesuchten Signal liegt. (Mir fällt gerade auf, dass in meinem Schaltungsvorschlag der Widerstand von RC1 nicht parallel zum Koppel-C, sondern zwischen den beiden Eingängen des Opamps liegen sollte. War wohl schon etwas spät gestern...)
Mit Versorgungsspannung meinst Du wahrscheinlich Deine 4V Vorspannung, oder? Auf die würde ich ohnehin verzichten. Die Photodiode selbst braucht keine Versorgung im üblichen Sinn. Sie arbeitet mit Solarenergie :-)
330 pF sind "fast nichts" wenn es um Glättungskondensatoren bei Deinen Frequenzen geht. Die Wirkung beruht darauf, dass ein Tiefpass entsteht. Das heißt für eine Grenzfrequenz, kommt nur dann in eine Größenordnung, die etwas ausmacht, wenn f = 1/(2 * \pi * R * C) < 100 kHz
Gehäuse, Schirmung...
Mehr als das Bandbreitenprodukt (Verstärkung mal Bandbreite) Deines Operationsverstärkers geht eben nicht. Da kann man mit der Wahl des Opamps dran drehen. Besser ist es aber, mehrstufig zu arbeiten. Ich hatte Dich so verstanden, dass Du das sowieso vorhast. Ein guter Daumenwert für die Verstärkung pro Stufe ist 10x bis 20x.
Der Offset ist DC und fällt damit dem Hochpass hinter der ersten Verstärkungsstufe zum Opfer. An dieser Baustelle brauchst Du also keine Befürchtungen zu haben.
Na ja, so schlimm nun auch wieder nicht. Ein Pufffer-Kondensatorenpäärchen sollte ohnehin immer direkt an den Opamp-Verorgungen sitzen. Typischer Wert 100n
Unten habe ich die Position des Widerstands der AC-Kopplung korrigiert:
Man kann den Umschalter auch direkt in die Platine einlöten. Die parasitäre Kapazität von ein paar cm Stripp-Draht ist aber noch klein genug, um sie in Deinem konkreten Fall vergessen zu können.
In meinem ehemaligen Job haben wir unter anderem einen Photodioden-Verstärker gebaut, der Deine Anforderungen ziemlich genau erfüllt:
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Dort wird die Verstärkung durch Umschaltung der Gegenkoppel-Widerstände erreicht. Um über drei Größenordnungen zu kommen, wurde sorgar die Rückkopplung von zwei Verstärkerstufen gleichzeitig geschaltet. Hat gut funktioniert. Bei der Gelegeenheit habe ich übrigens auch konkret den Vorteil eines abschirmenden Gehäuses gesehen. Erst als der Lack an den Seitenteilen abgekratzt und eine leitende Verbindung hergestellt war, funktionierte der Verstärker nicht mehr als Radio.
man kann auch durch eine fast geniale Schaltung die Verstärkung der ersten Stufe unterschiedlich einstellen für DC und AC: Der Rückkoppelungswiderstand wird dazu in zwei gleiche Widerstände aufgeteilt und stellt die Verstärkung für DC ein oder für die niederfrequenten Änderungen der Umgebungshelligkeit. Vom Aufteilungspunkt geht ein niedriger Widerstand in Reihe mit einem Kondensator auf Masse. Damit wird dann die höhere Verstärkung für AC eingestellt und über die Zeitkonstanten der Frequenzgang. Das hat auch Auswirkungen auf Rauschen und Offset.
Daher kann es wichtig sein die genaue Bandbreite für den Einsatzzweck zu kennen also auch die _untere_ Grenzfrequenz.
In einer der Application Notes zu FET-Opamps von Burr-Brown (heute TI) ist solch eine Schaltung abgedruckt.
Hier einige ausgewählte links gefunden über:
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Für optimale Bandbreite und geringes Rauschen kann solch eine Entwicklung schon eine gewisse Herausforderung sein. Man muss wohl auch präzise Rausch- und Bandbreitenrechnungen vornehmen für optimale Ergebnisse und einen passenden Opamp verwenden.
Das Schaltnetzteil würde ich da als erstes durch ein traditionelles Netzteil ersetzen und überlegen ob ein Dual-Supply besser geeignet ist dafür. Mit +-15V kann man auch den Dynamikbereich verbessern.
Die Fotodiode ist alleine schon ein komplexes Bauteil, siehe Ersatzschaltung, weil sich auch Kapazität und Ersatzwiderstand mit der Umgebungshelligkeit ändern - man kann dann leicht statt einem Verstärker einen mit Licht modulierten Langwellensender bauen (die Fotodiode als Kapazität betrachtet anstatt einem einfachen Widerstand kann die Verstärkerschaltung leicht zum Filter oder gar Oszillator werden lassen). Dazu kommen dann noch parasitäre Effekte ...
Ohne Oszilloskop würde ich solch eine Entwicklung an der Grenze des technisch Machbaren gar nicht erst anfangen.
Bernd Mayer
PS: Ich habe schon mal was Vergleichbares erfolgreich entwickelt - ich bin da aber ein paar Wochen drangesessen, das Ergebnis hat sich aber gelohnt.
Grübel... Ach, so ein T-Stück quasi. Für Gleichstrom fließt der Rückkopplungsstrom einfach durch beide Widerstände, bei AC fließt ein Teil des Stroms über die RC-Reihenschaltung auf die Masse ab und der OpAmp muss sozusagen mehr Gas geben um den Eingang abzugleichen.
Dazu hatte ich mal was gelesen, wie war das noch? Ach ja, für das Rauschen zählt dann der eine Widerstand eher kleine Widerstand. Der Verstärkungsfaktor erreichnet sich aber aus dem Spannungsteilerverhältnis und ist größer, als es sich aus dem einen Widerstand alleine ergeben würde. Man hat bei dieser Schaltung zwar erstmal weniger Widerstandsrauschen als bei der Schaltung mit nur einem Rückkopplungswiderstand weil man kleinere Widerstände verwendet. Aber das Rauschen nimmt nur mit sqrt(R) ab. Andererseits erhöht man das Rauschen durch die größere Verstärkung über den Stromteiler bei AC linear mit dem Verstärkungsfaktor.
Hat halt alles sein Vor und Nachteile.
Also inzwischen ist mir wohl klar, dass vorerst das Rauschen nicht meine Sorge sein sollte. Die Schaltung hat jetzt die gleiche Verstärkung aber eine 10 mal höhere Grenzfrequenz als mein erster Prototyp und der hat schon leidlich ausgereicht. Ich muss jetzt erst mal letzte Änderungen einbauen und dann mal am lebenden Objekt messen.
Tcha, wenn ich die kennen würde... Der Strompuls aus der Fotodiode hat den Verlauf wie der Ladestrom eines Kondensator durch einen Widerstand bei plötzlichem einmaligem Einschalten der Spannung. Der Anstieg erfolgt sehr kurz, bis runter zu einer ns sollte das liegen. So schnell ist natürlich keine Schaltung. Der Abfall danach liegt bei einer Zeitkonstante von ~10us, das ist aber nur geschätzt und eventuell stark beeinflusst von der Schaltung, in der sich die Fotodiode befand, als ich mal ein Oszilloskop zur Messung da hatte.
Mit anderen Worten: Ich kenne den Frequenzgang nicht sehr genau. Irgendwas zwischeneinem 100us breitem Hügel und einem Impuls von 20ns Dauer wird es wohl sein. die 200kHz auf die ich mich mit mir geeinigt habe sind nur ein Kompromiss aus Wunsch und Machbarkeit.
Gerade hier steht ein Differenzverstärker beschrieben, ganz so wie ich mir das auch schon ausgedacht hatte. Ein Differenzverstärker würde EM-Einstreuungen auf dem Kabel zur Fotodiode gut ignorieren. Das ist es, was ich wohl noch einbauen werde denn da scheint aktuell die letzte große Fehlerquelle zu liegen: Hand über das Kabel halten erzeugt Störungen, Hand weiter weg und alles ist gut. Und das sogar ohne Blechgehäuse!
Noch mal zum Rauschen, seit ich jetzt eben einen 20pF-Kondensator parallel zur Rückkopplung eingelötet habe ist das Rauschen weg und die Schaltung ist dennoch nicht taub und blind. Und dieses C hat dennoch nicht mehr getan, als die Frequenz auf den Bereich zu beschneiden, auf den die Endstufe ohnehin beschnitten ist, es hat sozusagen nichts gekostet. Das ist mal echt ein Ergebnis.
Ich würde mich an die Grenze des Kalkulierbaren sowieso nicht dran trauen.
Für mich hat sich die Sache auch gelohnt. Bevor ich mit dem Projekt angefangen habe, hatte ich bestenfalls mal abgerissene Chinch oder XLR-Stecker wieder an Kabel gelötet. Und von Dioden wusste ich, dass sie Strom in eine Richtung durchlassen und OpAmps haben einen unendlichen Verstärkungsfaktor...:-)
Jedenfalls reicht es mir vorerst, das hier zum laufen zu bringen, da muss ich nicht noch die Rauschgrenze um das letzte Quäntchen auskitzeln (alldiweil ich ja schon weiß, dass die jetzt erreichte Empfindlichkeit höchstwarscheinlich hinreicht).
Ach ja noch zum Schaltnetzteil: In dem Raum wo das Teil mal funktionieren soll tickert ein 25kV-Stoboblitzer mit 200Hz und wer weiß wie viel kW. Da macht das bischen Einstreuung vom Schaltnetzteil nichts mehr aus, denke ich:-).
Aktueller Stand: Schaltung funktioniert wie gewünscht, es sei denn ich halte die Hand über das Kabel zur Diode (unverdrillt, 20cm lang). Ich hatte demnächst vor, einen Differenzverstärker als Eingangsverstärker zu verwenden. Das würde bei mir dann so aussehen:
Da wo die Leitung mit // aufgetrennt ist befindet sich eine relativ lange Verbindungsleitung zur Fotodiode.
Wobei ich mir bei den 20pF unten noch nicht sicher bin (ob die sein müssen). Jedenfalls müsste das halt induktive Einstreuungen auf dem Kabel unterdrücken.
Ja klar, ich meinte auch erst mal nur in Sachen Leiterbahnführung.
Den Teil habe ich ja schon fertig. Ich habe übrigens 23x gewählt (22kOhm zu 1kOhm).
AAber: Wenn der Offset des OpAmp dazu führt, dass die Diode mit 10mV in _Durchlassrichtung_ vorgespannt wird, dann habe ich Mißt. Dann leitet die Diode einfach mehr oder weniger gut und das vermutlich auch noch abhängig von Wochentag, Temperatur, Luftfeuchte, Mondphase:-). Oder ist der Effekt tatsächlich vernachlässigbar bei den zu erwartenden Offsetspannungen am OpAmp-Eingang? Nun gut, ich habe jetzt schon so viele Hinweise gefunden, dass Fotodiode ohne Vorspannung funktioniert, dass ich den Verdacht bekomme, dass da was dran ist:-).
Ich nehme an, RC1 (10nF + 100k) definieren die untere Grenzfrequenz, RC3/RC4 die obere Grenzfrequenz. Welche Rolle spielt der
10k-Widerstand ganz unten? Das er da sein muss, ist einigermaßen kalr, aber welchen Einfluss hat seine Größe? Der Widerstand in RC3/RC4 ist jedenfalls der, der den Verstärkungsfaktor definiert (oder dessen Wert + den Wert des 10k-Widerstnda ganz unten?). Wirkt diese Schaltung wie ein Differenzverstärker, in dem Sinne dass Einstreuungen auf dem Kabel zur Diode wegkompensiert werden? Ich vermute das ist dann der Fall, falls der Widerstand unten (hier 10k) den gleichen Wert hat, wie der Widerstand in der Rückkopplung. Richtig?
Hmm, klingt langsam immer interessanter. Auch weil es sich von meiner Idee (für Differenzverstärker) gar nicht so sehr unterscheidet (bedeutet: ich kann's nachvollziehen). Ich hätte jetzt den
100k-Widerstand zwischen den Eingängen des OP statt dort vom
+-Eingang zur Masse gelegt. Wo wäre der Unterschied?
Hrr, hätte ich das Teil hier vor mir, wäre ich mit meiner Arbeit fast fertig:-/. Unspannend...
Jupp. Nach Deinen Beschreibungen besteht Dein Problem eher in Einstreuungen.
Sowas gibts auch fertig integriert in einem Bauteil. Nennt sich "Instrumentation Amplifier". In Deinem Fall ist das aber wahrscheinlich nicht die richtige Maßnahme.
Wie das? Wenn das Kabel als Antenne wirkt, erzeugt das echte Spannungsdifferenzen zwischen den beiden Leitungen. Die wird auch ein Differenzverstärker sehen. Gegen Antennenwirkung hilft leidlch Verdrillung und beinahe perfekt Koaxialkabel. Koax gibt es überigens auch deutlich dünner und flexibler als das übliche steife RG-58 Kabel mit 6mm Durchmesser. RG-174 würde sich zum Beispiel anbieten.
Das "Rauschen" war war wahrscheinlich hochfrequente Schwingerei. Mit dem Kondensator hast Du die Schleifenverstärkung bei hohen Frequenzen unter eins gedrückt.
Um so wichtiger, ist eine gute Schirmung. ---> Koax-Kabel, geschlossenes Alu-Druckguss-Gehäuse, eventuell sogar doppelt.
Das halte ich für Wuschdenken, bevor es nicht konkret gemessen wurde. Das Netzteil hat direkte elektrische Verbindung zu masse und Versorgung der Opamp-Schaltung. Mit einem großem Kondensator ist es da nicht getan.
Verdrillung oder Koaxkabel mal vorausgesetzt, wenn das Kabel als Antenne wirkt, entsteht Wechselspannung am Anschluss, an beiden Leitern des Kabels in fast gleicher Art. Wenn ich wie derzeit das eine Ende einfach an die Masse hänge und das andere verstärke, verstärke ich die Einstreuungen. Wenn ich nur die Differenz auswerte, sind die Einstreuungen im Idealfall weg. Ich frage mich höchstens noch, ob dann nicht sogar ein 2-adriges geschirmtes Kabel noch besser wäre. Schirmung ans Gehäuse/Masse und die Fotodiode zwischen die beiden Adern und die an die Differenzeingänge des Verstärkers. Die Schirmung würde ich dann am Ende mit der Diode an garnichts mehr anschließen.
Auf meinem Peak-Anzeige-Gerät sieht Schwingung aber immer wie ein Peak mit über der Zeit veränderlichem Wert aus. Das was ich als Rauschen bezeichne sieht so aus, dass auf der Bargraph-Anzeige viele LEDs flimmern. Gut, das kann auch eine schnell modulierte Schwingung sein.
Mal sehen. Ich brauch mir ja auch jetzt gerade noch nicht den Kopf heißdenken bezüglich Problemen, die ich noch nicht habe. Morgen Abend weiß ich vielleicht mehr.
Die DC Biasversorgung vom Opamp scheint mir noch suboptimal. Kommt es nur auf Stabilität an, kann man die Cs in der Gegenkopplung kleiner wählen bei höherer Verstärkung, d.h. RC muss man nicht konstant halten. Dann gewinnt man noch etwas Bandbreite. (Wobei meine Bastelei in der Richtung etwa Anno '93 stattfand...)
Das verstehe ich jetzt nicht ganz. Wenn Du Koaxkabel voraussetzt, brauchst Du über Antennenwirkung nicht mehr zu diskutieren. Wenn da was Antenne spielt, dann der Übergang an den Enden des Kabels.
Das stimmt, wenn die Antenne über das elektrische Feld wirkt. Niedrige Frequenzen, also solche mit Wellenlänge sehr viel größer als die Antenne, koppeln aber besser mit dem magnetischen Feld. Da wirken nicht Kabelstrecken als Antenne, sondern Kabelschlaufen. Insbesondere interessiert dabei die von der Schlaufe aufgespannte Fläche und ihre Orientierung. Deswegen hilft Verdrillung. An den beiden Anschlussen der Schlaufe entstehen gegensinnige Spannungen. Gegen solche Einstreuungen hilft differenzielle Verstärkung also nicht.
Wahrscheinlich gaukelt Dir das Abtasttheorem alle möglichen Geister vor.
Meinst du damit die 100k zwischen den OpAmp-Eingängen? Ich habe die Schaltung gestern (und werde nachher) mal mit einem Schlatungssimulator (Target) durchgerechnet, und bin darauf gestoßen, dass sie in der Auslegung eine Resonanzüberhöhung hat, was im Zeitbereich zu einem Überschwinger/Nachschwingen bei rund 150kHz führt. Das ist für meine Anwendung _überhaupt_ nicht toll. Dann würde die nachgeschaltete 'Peak-Detect-Schaltung' erst einen starken Puls und danach gleich einen schwachen Puls registrieren. Oder nur den starken ersten Ausschlag und der schwache folgende wäre zu schwach so dass der starke in der anzeige stehen bleibt. Durch herumprobieren habe ich gefunden, dass wenn dieser Widerstand kleiner gleich 4,7k ist, dann keine Resonanzüberhöhung stattfindet. Allerdings kommt es mir äußerst suspekt vor, zwischen den OpAmp-Eingängen einen so kleinen Widerstand einzubauen. Was da vor sich geht, ist mir noch nicht ganz klar. Insbesondere zeigt die Simulation die erwartete Verstärkung bis hinunter zum Gleichstrom (oder zumindest bis runter zu 10Hz). Es ist nicht auszuschließen, dass das Simulationsprogramm Misst ist, aber so ganz verstehen tue ich das nicht, wenn es stimmt.
Bei meinem Signal wird eine Erhöhung der Bandbreite auch einen größeren Ausschlag erzeugen. Sprich ich würde Bandbreite gegen Verstärkung austauschen und hätte nur einen untergeordneten Einfluss auf das Ergebnis am Ende.
das kommt vermutlich von den parasitären Kapazitäten (Kabel und Fotodiode) die den Frequenzgang beeinflussen bis hin zur Resonanzüberhöhung oder gar Schwingung.
Das Kabel hat als Faustregel ca. 1pF/cm die Kapazität der Fotodiode ist abhängig von der Vorspannung (und evtl. auch von der Umgebungshelligkeit)
In den zuvor schon genannten links sind hinreichend Erläuterungen wie man Bandbreite, Frequenzgang und Rauschen optimieren kann.
Jein. Wie kommt der DC-Feedback an den Plus Eingang? IMHO muss entweder die Diode unten direkt an Masse und der 10K Widerstand an den Plus-Eingang. Oder die Diode kommt direkt an den Opamp, der 10K damit auch. Rechne dann nochmals. So wie es gezeichnet ist, ist imho was total faul. Ansonsten ist der Widerstand durchaus legitim, damit kann man den noise gain dahingehend beeinflussen, dass man weniger Überschwingen hat. Muss man manchmal machen, wenn man einen nicht einheitsverstärkungstauglichen (Elendesspraak) Opamp hätte (also hier etwa OP37).
Hab jetzt folgendes gerechnet: Diode direkt an beide Eingänge, vom
+-Eingang zusätzlich noch mal 47k auf Masse (b.z.w. 4V damit der OpAmp nicht an der Grenze der Versorgungsspannung arbeiten muss) undnvom -Eingang 47k (+20pF parallel) zum Ausgang des OP. Funzt laut Simulation so, wie man sich das denkt: Verstärkung entspricht dem Wert von 2*47k und der Frequenzgang scheint auch in Ordnung.
Sollte hier nicht der Fall sein.
Allerdings habe ich beim Simulieren gemerkt, dass ein Kabel zur Diode von bis zu 3m Länge also 300pF mir alles kaputt macht. Dann kommt der Frequenzgang nicht mehr über 40kHz hinaus. Ich werde wohl den Eingangsverstärker doch direkt bei der Diode platzieren (was ich ja nur machen wollte, wenn ich mir ganz sicher bin, dass ich da nicht mehr ran muss) und dann erst ein längeres Kabel zum Gerät. Ich brauche dann zwar ein 4-adriges Kabel, dafür aber bin ich dann (IMO) auch sicher vor Einstreuungen, da die Signalleitung ja direkt am niederohmigen Ausgang vom OpAmp sitzt so dass Kabelkapazität oder kleine durch Induktion entstehende Spannungen gut weggeschluckt werden. Auf der Vorverstärkerplatine sollte dann aber noch ein bischen C sitzen, um die Versorgungsspannung sicherheitshalber zu glätten.
Der zweite 47k kann nach wie vor mit einem grösseren C überbrückt werden. Da ein Opamp mit Eingangsstromkompensation verwendet wird (07-Familie), kann man den Widerstand auch vorteilhaft ganz weglassen, Drifteigenschaften werden eher besser.
Ja klar, sollte man nicht machen. Das geht nur bei viel Licht und 50 Ohm Abschluss.
Genau, das ist auch die Profi-Lösung. Weitere Dioden (1n4007 oder so) von den Versorgungsspannungen nach Masse sind auch nicht schlecht (insbesondere bei FET-Verstärkern, hier nicht so).
Interessant, wie unterschiedlich die Arbeitsweisen sind. Ich hätte mich ohne vernünftiges Scope außer Stande erklärt, das Problem zu bearbeiten. Auf eine Simulation hätte ich erst im äußersten Notfall zurückgegriffen.
Es war halt ein auf die Schnelle improvisierter Versuch, den DC-Anteil schon vor der Verstärkung zu entsorgen. Mittlerweile bin ich von der ganzen Idee mit der AC-Kopplung nicht mehr so überzeugt. Der erste Stufe wird man ohnehin keinen so dramatisch riesigen Verstärkungsfaktor geben wollen, um nicht zu viel Bandbreite zu verschenken. Da tritt das vermutete Problem, dass der Verstärker durch DC in den Anschlag geht, nicht auf. Und hinter der ersten Stufe wolltest Du ja ohnehin einen Hochpass bauen.
*g*. Und jetzt rate mal, wieso ich mich auf den TL081 als OpAmp eingeschossen habe: Als Arbeitsrechner habe ich nur Win'98 Kisten zur Verfügung. Forschungsgeld ist auch nicht da und andere Abteilungen - da muss man erst betteln gehen. Also: Man suche sich ein kostenloses Spice-Demoprogramm welches unter Win'98 läuft. Das hat dann einige Begrenzungen, insbesondere in der Bauteilauswahl. Von den simulierbaren Bauteilen schmeiße man dann alle weg, wie man nur irgendwo, nicht aber naheliegend bei z.B. Richelt kaufen kann. Sodann bleibt nur noch dieser OpAmp als einziger über, der nicht schon bei
100kHz dicht macht:-).
Ich wollte halt im Anbetracht meiner geringen Erfahrung keine Schaltung aufbauen, die ich nicht vorher im Simulator getestet habe. Hätte ich übrigens gleich drauflosgebaut, dann hätte ich schon rund ein Pfund Bauteile geschrottet...
Vielleicht habe ich auch deinen Schaltungsvorschlag falsch abgemalt, aber laut Simulator liefert der eine DC-Verstärkung ganz wie es dem Widerstand entspricht. Verstehen tue ich das auch nicht, ich hab allerdings nur bis 1Hz herunter simuliert. Kann sein, dass da der Hochpass (gebildet durch den Kondensator vor'm Eingang) zusammen mit einem Integrator (durch den selben C gebildet) so ergänzt, dass am Ende wieder DC-Verstärkung (zumindest rechnerisch) bei rauskommt.
An dem Phänomen habe ich lange gegrübelt: Wie groß soll denn der Verstärkungsfaktor überhaupt sein? Der Trick ist, dass 1 reicht. Weil nämlich: wenn der Strom von der Fotodiode (die eine fast ideale Stromquelle darstellt) durch einen 10k-Widerstand sich qälen muss, entsteht am OP-Eingang eine entsprechende verblüffend hohe Spannung - die braucht der OP dann nurnoch Leistungs- zu verstärken, also am Ausgang gleiche Spannung aber höherer Strom. Auf diese Weise schafft man sozusagen beliebige Verstärkungsfaktoren (Ausgangsspannung / Eingagsstrom) bis hoch zur Unigain-Grenze. Da stimmt was nicht...
Der Trick ist IMO die Leitungskapazität. Der gegebene Fotostrom lässt sich mit einem beliebig großen Widerstand zu einer beliebig großen Spannung umsetzen. Aber eine beliebig große Spannung an der Leitungskapazität zur Diode erzeugt eine beliebig große Speicherung von Ladung ohne dass die Spannung hoch geht. Dann kommt noch der Strom hinzu, der in den OpAmp-Eingängen verschwindet, aber der dürfte klein sein. Und noch das Rauschn eines großen Widerstandes sollte berücksichtigt werden. Jedenfalls iergibt sich die Bandbreitenbegrenzung witzigerweise bei so einem Impedanzwandler-Verstärker nicht so sehr aus dem Verstärkungsfaktor (=Rückkopplungswiderstand) sonder eher aus der Kapazität der Leitung bis zur Fotodiode.
Eben so habe ich mich jetzt mit mir geeinigt. Bei den von mir verwendeten Spannungen kann ich bis zu 100kOhm als Widerstand verwenden ohne Angst vor Übersteuerung durch konstantes Umgebungslicht zu haben. Am Einbauort wird die Fotodiode sowieso ziemlich wenig Umgebungslicht abbekommen.
Mein Augenöffner war jetzt die letzten Tage nur, dass ich die Sache vergessen kann, wenn ich zwischen Fotodiode und Eingangsverstärker 3m Kabel zwischensetze (oder wenn, dann nur mit ganz anderen Tricks).
Ich wollte - weil ich die simulieren kann - gerne bei den TL081 bleiben, und das sind FET-Verstärker. Wie meinst du das mit der Diode? Was soll die nutzen?
_Idealerweise_ wird bei einem Transimpedanzverstärker der Eingangsstrom in Ausgangsspannung verstärkt.
Die Fotodiode ist allerdings keine ideale Stromquelle. In der Ersatzschaltung kann man sich diese auch mal ergänzend als Dunkelwiderstand mit Parallelkapazität und als Spannungsquelle vorstellen. Dann hat man einen frequenzabhängigen Spannungsverstärker.
Mit dem Parallel-Kondensator zum Rückkoppelungswiderstand kann man versuchen, die Verstärkung annähernd frequenzunabhängig zu machen (Frequenzunabhägiger Spannungsteiler). Dies gelingt nur in erster Näherung wegen des nichtidealen Verhaltens der Fotodiode (etliche Werte sind nicht statisch sondern abhängig von Umgebungslicht, Temperatur usw.).
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