um Lichtimpulse zu detektieren, werden ja üblicherweise Photodioden und Transimpedanzverstärker benutzt. Ich möchte nun sehr schwache Lichtimpulse von wenigen µs Dauer in der Amplitude untereinander vergleichen. Das ganze soll auch noch sehr sparsam im Stromverbrauch werden, da batteriebetrieben. Welche OP-Kenngrößen ausser dem Biasstrom und der Verstärkungsbandbreite sollte ich noch im Auge behalten? Wer hat für ähnliche Sachen schon Erfahrungen gesammelt? Gerne nehme ich auch tipps aus der diskret aufbauenden Fraktion entgegen (Hallo Jörg)
Bin zufaelligerweise gerade an aehnlichem. Allerdings sind es bei mir nur wenige nsec. In Deinem Fall koennte sich eine Klemmung des Dunkelstroms anbieten, wenn es ganz genau sein muss mit einer zweiten Diode. Auto-Zero Amps wie der AD8628 sind zwar schick, aber bei einem GBW von 2.5MHz packt er keine usec Pulse.
Ein paar mA wird Deine Chose aber brauchen, egal ob mit Chip oder Transistorverstaerker. Hier koennte man ueberlegen, ob die ganze Zeit gemessen werden soll oder nur hin und wieder. Und natuerlich, wie oft die Pulse kommen. Da koenntest Du eventuell die ganze VCC pulsen, wobei natuerlich dann bei den Abblock-C geknausert werden muss.
Auf jeden Fall solte ein Sample&Hold so frueh wie moeglich sitzen, damit alles dahinterliegende mit wenig Strom auskommt und langsam sein darf.
Nun ja, je kürzer ich die Lichtpulse machen kann, desto weniger Strom verbraucht das Ganze natürlich sendeseitig, Von daher wären ns Pulse nicht schlecht. Im Moment komm ich nicht wesentlich unter 10 µs, wobei ich im Moment mit einem Phototransistor arbeite, was sicher nicht der Weisheit letzter Schluß ist (aber sehr klein und empfindlich, was beides auch wichtig ist). Beim Testen mit Photodioden viel mir eben auf, dass der Einfluß des OPs nicht ohne ist, daher die Frage, welche Parameter ich hier ggfs übersehen hätte.
Den Dunkelstrom sehe ich jetzt weniger als Problem, viel eher die Biasströme von etwas schnelleren OPs. Die sind typischerweise gleich deutlich höher.
schon klar.
Die Cs vor die Schalter wäre hier wohl Pflicht. Prinzipiell aber eine gute Idee, wenn die OPs schnell genug anspringen oder ein Shutdown möglich ist.
Wie würdest Du Photoströme diskret verstärken? Beim Phototransistor such ich noch ne Variante, den ein bischen schneller zu bekommen. Ich denke da gerade an Kaskodenschaltung. Hältst Du das für sinnvoll?
Mit Phototransistoren kommst Du meist nicht weit unter 1usec. Man kann zwar die Basis terminieren, aber dann ist auch die Empfindlichkeit dahin.
Die lassen sich ganz gut ausgleichen, indem man sie fuer inv und non-inv gleich macht. Aber wenn man um Groessenordnungen drunter muss, wird das aetzend.
Ein wenig C brauchst Du auch dahinter, damit der Amp nicht das Singen anfaengt. Das ist ein weiterer Grund, warum ich gern diskret baue. Da weiss man, was man hat. Bei Chips ist es inzwischen immer weniger ueblich, die Innenschaltung zu publizieren.
Mit Phototransistoren kenne ich mich nicht recht aus, bei mir sind es schnelle Dioden. GHz Bereich, auch schon mal zweistellig. Bei denen macht man das, indem in den Emitter einer Common-Base Stufe eingespeist wird. Ich glaube, das heisst bei Euch Basisschaltung. Jedenfalls ist die Basis HF-maessig auf Masse. Abgenommen entweder am Kollektor oder selbiger geht in einen Transimpedanzverstaerker (bei mir aber wahrscheinlich mal wieder nicht...).
Bin gerade bei selbigem Verstaerker, doch erstmal brauchen jetzt die Hunde ihren Spaziergang. Sonst wird das dunkel und die Hunde noelig.
Rauschdaten gibt es zu der Diode natuerlich nicht. Waere ja auch zu schoen und einfach gewesen. Die Specs lassen wie ueblich zu wuenschen uebrig. Muss ich also wieder das Web abklappern. Der BFR505 sieht sehr appetitlich aus in Sachen Rauschen. Aber er ist aus Europa und da gibt es ein mulmiges Gefuehl. Das letzte Mal hatte ich mit so etwas ein blaues Auge bekommen, weil die Lieferung nicht klappte :-(
An die Basis komm ich in dem Fall noch nicht mal dran :-(
Sehr wohl :-(
Basisschaltung ist mir klar. Damit schalte ich wieder eine Spannungsänderung an der Diode weg. Und dann in eine Transimpedanzstufe mit OP? Das versteh ich jetzt nicht mehr. Worin läge dann der Vorteil der Transistorstufe?
Och ja, warum soll es Dir besser gehen... Ich hab mich mal erdreistet in USA nach IGBTs zu fragen. Ich hab noch nicht mal Antwort bekommen.
So'n Driss, sagten unsere ehemaligen Nachbarn in Germany dann.
Das bringt hauptsaechlich dann etwas, wenn die Diode viel Kapazitaet hat. Diese Kapazitaet wird damit vom TIA Eingang weggehalten. Das macht das Kompensieren der Polstelle, die sich durch Rf und Ci ergibt, leichter und man kann mehr Bandbreite schaffen. Es sei denn, dem TIA selbst geht vorher die Puste aus.
Ist leider eine Unsitte einiger Firmen hier. Schlechter Stil. Falls die Antwortadresse bei Euch allerdings eine bei T-Online ist, koennte die Antwort auch vom T-Online Server abgewiesen worden sein. Ich hatte letztens eine ganze Reihe solcher Faelle, wo Leute nichts mehr aus USA bekamen. Musste mich hie und da ans Telefon schwingen, um das mit manchem Lieferanten wieder ins Lot zu bringen. Dann einige geharnischte Briefe von mehreren an T-Online.
Nee, nee, das waren ganz normale Geschäfts-Emailadressen. Aber ich hab mir sagen lassen, dass man drüben zum Teil alles jenseits .com nicht rgistrieren will. Nach der Devise: irgendwas.de gibts nicht, muss irgendwas.com heissen, ergo muss es SPAM sein...
Wenn die nicht trotzdem einen T-Online Server benutzen, sollten einkommende Email durchgehen. Was Domains angeht, so sind wir hier schon andere als *.com gewoehnt. Allein schon durch Kanada, Japan etc. Und in England gibt es eher selten echte *.com Adressen, da ist das meist *.com.uk.
Es wäre hilfreich, wenn du angeben könntest, was genau detektiert werden soll: Soll nun die Pulsform des Lichts detektiert werden, etwa um die maximale Helligkeit festzustellen, oder soll die totale Lichtmenge integriert über den Puls detektiert werden (sozusagen Belichtungsmessung)? Ferner wäre es interessant, ob ein elektrisches Synchronisationssigal zum Puls vorhanden wäre.
es gab kürzlich eine Diskussion "Grund für Störungen in Schlatung", da habe ich mich am 11.11.06 auch dazu geäußert. Diese Schaltung mit TL081 müßte eigentlich völlig ausreichen für Deine Zwecke.
Für geringen Stromverbrauch könnte man entsprechende programmierbare OPs nehmen wie TLC 274 oder so ähnlich (weiß es jetzt ohne Datenbuch nicht auswendig). Wichtig wäre hier wohl, daß sie 1-stabil sind, sonst wäre Kompensation nötig.
Diskret mit Basisschaltung geht es natürlich auch, mit einfachen HF-Transistoren wie BF199 oder BF450 kannst Du für wenige Cent eine Risetime von 1 nS erreichen, natürlich erstmal nur in der Simulation ;-). Mit Transistoren, die ein ft=5 GHz haben, konnte ich eine Risetime von 200 pS simulieren, aber das wäre sicher übertrieben.
Hinter so eine Basisschaltung müßte natürlich noch ein entsprechend schneller Verstärker gesetzt werden, da sie ja nur als Impedanzwandler fungiert. Für Transimpedanzschaltungen mit OP gilt übrigens genau das Gleiche.
Es wird von mir initiiert ein Lichtpuls losgeschickt, der mit vernachlässigbarer Laufzeit aber sehr schwach detektiert werden soll (der erste Transimpedanzvertärker hatte ien Feedbackwiderstand von 10 M und da sind die Signale noch schwach). Die eigentliche Messgröße liegt in der Variation der Pulseamplitude, die Ferner
Es ist bekannt, wann der Lichtimpuls gesendet wird.
Das ganze muss später möglichst klein und billig werden, evtl. Einwegprodukt ;-)
Mit 10M wird das arg langsam. Sag mal etwas zum Tastverhaeltnis. Wie oft erscheint denn so ein 1usec Lichtpuls? Wenn er nur jedesmal im Dezember kommt, koennte man in Richtung Sampling denken. Schaltung wacht auf, misst und geht dann wieder schlafen. Der MSP430 erledigt das sehr gut, koennte hier aber zu teuer sein.
Solche Sachen liebe ich. Da lohnt es sich, in jeden Pfennig Gehirnschmalz zu investieren.
Wenn die Leute dann auch mit dem schnellsten Scope die Flanke nicht messen koennen, macht das einen ordentlichen Eindruck. So aehnlich, als ob man mit dem Maserati vorfaehrt, obwohl es hier nur ein billiger BFR oder BFG ist. Wenn diese Dinger hier bei uns nur nicht so schwer beschaffbar waeren.
Impedanzwandler weniger, man macht das meist, um die Kapazitaet der Photodiode vom Opamp Eingang fernzuhalten. Dann liegt die Polstelle in angenehmeren MHz Regionen, sofern man ueberhaupt so hoch hinauf muss.
Das habe ich selbst in der Hand. Das will ich ggfs an die aktuellen Messwerte anpassen, nach der Devise: Tut sich nix, kann man eine Weile länger warten (> 10 ms), Tut sich was, dann darfs schneller werden (> Das ganze muss später möglichst klein und billig werden, evtl.
Evtl gibt es einen Wegwerfteil, der die Analogtechnik trägt und ein abgesetztes µC-Teil. Die Verbindung derselben mach ich nur ungern direkt mit dem Photodiodensignal. IMHO ist das für die Signalqualität abträglich, wenn man da eine lange Leitung hinlegt. Nach dem Transimpedanzverstärker wäre mir das deutlich sympatischer.
Den uC hatte ich eher fuer die Aufweckung im Auge. Wenn der es schafft, innerhalb von 10-20usec aufzuwachen, zu messen und wieder alles schlafen zu legen, kommt der Gesamtverbrauch erheblich herunter. So um das
50-fache (oder mehr) in diesem Fall.
Du koenntest mal ueberlegen, ob es nicht so geht: Sampling des Pulses, d.h. Strom aus der Photodiode ueber diese Mikrosekunde in einen (vorher entladenen) Kondensator aufintegrieren. Dann mit langsamen, stromsparenden und billigen Komponenten verstaerken.
So dachte ich das auch. Wobei der C je nach Kapazität der Diode und deren Zuleitung auch wegfallen kann. Oder als Integrator-C im Feedback des Opamps. Die Diode wird kurzgeschaltet (FET oder so) bis der Triggerimpuls kommt. Dann integriert sie das Licht auf, S&H und fertig ist die Gartenlaube. Es können dann low power Amps verwendet werden. Literaturtipps: Data Sheet IVC102, ACF2101, AppNotes sboa032.pdf und sboa034.pdf bei TI.com.
Der schnellste HF-Transitor ist der BC107. Er hat keine Ladungsträgerlebensdauern und ähnliche bremsende Ärger- nisse. Jedenfalls in den kursierenden Modellen nicht ;-]
hehe ;-), ja den kenne ich, von dem habe ich mal selbst vor 15 Jahren ein HF-taugliches Modell aus Messungen ermittelt. Die Optimierung dauerte auf dem Atari ca. 2 Wochen ;-).
ich glaube das Equipment zum Durchmessen könnte auch bald soviel wie ein Maserati kosten ;-). Obwohl, pS-Impulse habe ich schon ganz billig erzeugt mit Snap-Varaktoren (oder wie hießen die nochmal? Liegt schon _etwas_ länger zurück ;-) ), ein Sampling-Scope dürfte aber heute noch kostspielig sein.
Na ja, genaugenommen Strom-Spannungswandler, hast recht. Die Basisschaltung wird aber oft als niederohmige HF-Verstärkerschaltung benutzt mit niedriger Eingangsimpedanz, wobei der Frequenzgang aber nicht besser ist (bezogen auf gleiche Verstärkung) als bei Emitterschaltung. Mit OP kann man den gleichen Effekt erzielen, muß aber zusätzlich auf die Stabilität aufpassen wegen der Rückkopplung.
Bei dem beschriebenen Beispiel mit Op TL071 oder so ist es ganz einfach, für höhere Bandbreiten einfach mehrere kaskadieren mit geringerer Verstärkung. Die Daten kann man direkt aus dem Datenblatt zur Abschätzung nehmen. Es gibt auch stromsparende mehrfach-OPs, z.B. aus der TLC-Reihe, will jetzt grade nicht nachgucken. Was man mit den verstärkten Impulsen dann macht, ist eine andere Frage.
Also ich würde die Schaltung von Roland Damm probieren, dann evtl. mit _deutlich_ kleinerem Gegenkopplungswiderstand als 2 MOhm oder 47 KOhm, die Stabilität im Auge behaltend. Das ist immer wichtig, weil ich immer wieder neu erlebe, daß Leute sagen: "Warum schwingt die Schaltung denn? Ich will doch nur Gleichspannung verstärken?" ;-)
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