Guten Tag,
es ist inzwischen leider etwas her, dass ich den Elektrotechnikunterricht besucht habe und leider ist auch nicht allzuviel hängengeblieben. Daher meine Frage:
Wie kann ich eine Gleichspannung die von einer Photodiode kommt und zwischen 0-0,5V liegt auf 0-5V verstärken?
Im vorhinein schonmal danke für alle Antworten.
Hi…
Wie kann ich eine Gleichspannung die von einer Photodiode
kommt und zwischen 0-0,5V liegt auf 0-5V verstärken?
Mit so ziemlich jeder beliebigen Verstärkerschaltung. Besser kann man Dir helfen, wenn Du ein paar Randbedingungen mitteilst:
- Wie wird das 0-5V-Signal weiterverarbeitet? Geht es auf einen TTL-Eingang oder eine LED oder vielleicht eine größeren Verbraucher, zB einen Motor?
- Welche Versorgungsspannungen stehen zur Verfügung?
- Muß die Verstärkung linear sein, und wenn ja, welche Genauigkeit brauchst Du (wenn die Diode 0,1134 V liefert, möchstest Du dann genau 1,134 V am Ausgang)?
genumi
Guten Tag,
Erst einmal vielen Dank für die Antwort, Ich habe bereits einen kleinen Verstärker aus dem Audiobereich getestet, der jedoch nur Spannungen verstärkt, wenn beim Eingang eine Spannungsänderung geschieht, daher meine Frage nach einem speziellem Gleichstromverstärker.
Ich benötige die Verstärkerschaltung um die an der Photodiode anliegenden Spannungen mit einer USB Messschnittstelle zu erfassen. Also wäre eine lineare möglichst genaue Verstärkung schon ideal. Ich denke aber, da das Signal nach dem A/D Wandler logarithmiert wird, wäre linearität in erster Linie wichtiger als absolute Genauigkeit. Was die Versorgungsspannung betrifft, würde ich einfach ein Netzteil nehmen, bin daher relativ flexibel…
Hallo Ricky,
sorry, aber ich bin im Zeitdruck. Habe eben Deine Frage gelesen und will wenigstens kurz antworten:
Die Gleichspannung kannst Du hervorragend mit einem Operationsverstärker verstärken. Ich kenne leider nicht die geforderten USB-Spannungen und Ströme. Ich nehme aber an, dass die Ströme unter 20 mA liegen und die Spannungen unter 5 Volt. Es gibt OP’s welche Eingangsspannungen von 0-UB verarbeiten. evtl. muss das Netzteil positive und negative Spannungen zur Verfügung stellen, Die Verstärkung 1 zu 10 lässt sich genau mit Widerständen festlegen. Die Verstärkung ist sehr linear.
Noch eins: Du musst Den Lötkolben beherrschen 
Es währe sinnlos, jetzt noch genauere Angaben zu machen, besonders, da ich es eilig habe. Mache Dich mal über OP’s (Operationsverstärker) schlau, und melde Dich dann wieder.
Frohe Weihnachten.
Gruß, Edi
Hallo,
Ich benötige die Verstärkerschaltung um die an der Photodiode
anliegenden Spannungen mit einer USB Messschnittstelle zu erfassen.
ich vermute, du bist hier ziemlich auf dem Holzweg.
Es wäre besser, mal konkret die Anwendung zu nennen.
Photodioden werden üblicherweise nicht als Spannungsquelle benutzt,
sondern besser als Stromquelle.
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/020111…
Hier gibt es prinzipiell 2 Möglichlkeiten
- Photostrom in Durchlassrichtung
- Photostrom in Sperrrichtung
Erstere Methode ist langsam und nicht sehr genau.
Dafür hat man einen relativ hohen Fotostrom.
Zweite Methode für für messtechnische Zwecke mit höheren Ansprüchen
z.B. an die Geschwindigkeit und Linearität genutzt.
Als Verstärkerschaltung dazu nutzt man sehr häufig einen sogenannten
Transimpedanzverstärker.
http://uwiatwerweisswas.dyndns.org/Uwi/ELEKTRONIK/Fo…
http://uwiatwerweisswas.dyndns.org/Uwi/ELEKTRONIK/Li…
Gruß Uwi
ergänzung zum vorredner: lies dir mal im elko die drei artikel über einen richtigen differenzverstärker durch. das beantwortet schon sehr viele fragen!
noch was: bei der wahl des operationsverstärkers kommen ja noch einige punkte hinzu. wenn du nur dc messen willst, dann sollte es ein jfet-messverstärker sein. vielleicht der ad825? der hat auch noch den vorteil, dass der sogenannte bias-current extrem gering ist (der bias-current erzeugt einen unvermeidlichen messfehler. du kannst diesen fehler nicht beseitigen, sondern nur so gering halten, dass er zu vernachlässigen ist). schreib mal ein wenig zu den genauigkeitsanforderungen!
Danke!,
das mit den OPs ist schonmal n guter Tip. Jetzt muss ich mir aber erstmal selber noch etwas dazu anlesen. Noch einmal zu dem Einsatz der Schaltung: Ich habe eine Velleman k8055 (nicht lachen, sollte für meine Zwecke reichen) und bei der Messe ich die von der Diode (Osram BPX 61) ausgegebene Spannung, lass sie in einem kleinen Porgramm logarithmieren und einen Wert ausgeben und steuere dann über die Kommandozeile eine bzw. mehrere Digitalkamera/s. Dementsprechend muss die Ausgabe nicht sooo exakt sein. wenn ich mich auf den Messwert bis auf eine Nachkommastelle verlassen kann… wäre das schon nicht schlecht.
Moin!
…und bei der Messe ich
die von der Diode (Osram BPX 61) ausgegebene Spannung, lass
sie in einem kleinen Porgramm logarithmieren und einen Wert
ausgeben
Uwi hat es schon angedeutet: Du bist ziemlich auf dem Holzweg!
Mit der Methode handelst Du Dir Ungenauigkeiten ein. Du brauchst eine dem Photostrom proportionale Spannung. U.U. kannst Du ganz auf die Verstärkung verzichten und den Photostrom mit ein paar Volt Vorspannung in Sperrichtung auf einen passenden Widerstand arbeiten lassen. Auch wenn dabei der volle Messbereich von 0 bis 5 V nicht genutzt wird, hast Du mit dieser Primitiv-Schaltung sehr wahrscheinlich verlässlichere Ergebnisse als über die Spannung an der Photodiode mit Verstärkung und Logarithmierer.
Ob das funktioniert, hängt von den zu messenden Photoströmen und der Eingangsimpedanz des A/D-Wandlers ab (die Reaktionszeiten dürften bei Deiner Aufgabenstellung unkritisch sein).
Ansonsten nimmst Du eben doch einen oder zwei OPs. Dafür wirst Du aber mit einer einfachen Versorgung (+5 Volt?) nicht auskommen. Du brauchst noch eine negative Spannung, z.B. -5 Volt. Mit etwas Tricksen geht es aber auch mit einer einfachen Versorgung.
Wenn möglich, miss doch mal den Bereich der relevanten Photoströme.
Also:
Ich habe jetzt ein wenig gemessen: Zunächst zu den relevanten Photströmen. Da habe ich wirklich fast nichts Messen können. Die liegen so in etwa bei 0 microAmpere(Dunkelheit) und 5 microAmpere (im Licht). Diese etwas merkwürdigen messergebisse könne aber auch an mangelnder Kenntnis der Materie liegen, jedoch glaube ich, dass ich mit der Spannung, die sich von dunkel bis hell zwischen 0 und 0,4 V bewegt, besser beraten bin.
Zu der Idee mit der, über einem (in Reihe geschaltetem) Widerstand, proportional abfallenden Vorspannung in Sperrichtung der Diode:
Um den passenden Widerstand zu finden bräuchte ich doch den „Widerstand“ der Diode bei verschiedenen Lichtverhältnissen. Also habe ich erneut mit meinen bescheidenen Kenntnissen gemessen und bin bei irgendwas zwischen 200k und 1M Ohm gelandet. Wäre dann ein Widerstand von 1M Ohm geeignet? Oder mehr?
Zuletzt zu dem OPAmp:
Habe jetzt lange rumgesucht und häufig solche OPs gefunden, die eine recht hohe Eingangsspannung brauchen. Ich könnte am besten mit ner Eingangsspannung von ±5V leben, weil das Netzteil hier nicht mehr als 10V hergibt. Da ich wirklich wenig Ahnung habe, worauf es zu achten gilt bei einem solche Verstärker, wäre ich auch über Ideen was das betrifft sehr dankbar.
Was ich aber trotzdem loswerden muss: Vielen Dank für alle Antworten bisher. Und guten Rutsch!
Hallo,
Ich habe jetzt ein wenig gemessen: Zunächst zu den relevanten
Photströmen. Da habe ich wirklich fast nichts Messen können.
Die liegen so in etwa bei 0 microAmpere(Dunkelheit) und 5
microAmpere (im Licht).
LOL, was du „fast nichts“ nennst, würde ich schon als „fürstlich“
bezeichnen
Meine Messchaltungen gehen mit der Auflösung in den Bereich pA bis fA,
und das noch mit 10kHz Messfrequenz.
Diese etwas merkwürdigen messergebisse
könne aber auch an mangelnder Kenntnis der Materie liegen,
Das wird schon passen. Der Sperrstrom von Fotodioden ist nicht sehr groß.
jedoch glaube ich, dass ich mit der Spannung, die sich von
dunkel bis hell zwischen 0 und 0,4 V bewegt, besser beraten bin.
Ja wenn du meinst? Der ist zwar überhaupt nicht linear, sondern selbst
schon exponentiell und hat ordentliche Temperaturdrift (ca. -2mV/K),
aber niemand kann dir verbieten die Spannung zu messen.
Zu der Idee mit der, über einem (in Reihe geschaltetem)
Widerstand, proportional abfallenden Vorspannung in
Sperrichtung der Diode:
Um den passenden Widerstand zu finden bräuchte ich doch den
„Widerstand“ der Diode bei verschiedenen Lichtverhältnissen.
Nö, da brauchst du den max. Photostrom als Grundlage zur Dimensionierung.
Wenn der z.B. 5uA ist und über 1MOhm fließt, hast du genau
5V Spannungsabfall. Wo ist da also das Problem?
Also habe ich erneut mit meinen bescheidenen Kenntnissen
gemessen und bin bei irgendwas zwischen 200k und 1M Ohm
gelandet. Wäre dann ein Widerstand von 1M Ohm geeignet? Oder mehr?
Was nutzt es dir, wenn mehr als 5V Spannungsabfall bei rauskommen?
Größerer Widerstand macht nur bei schwacher Beleuchtung Sinn.
Zuletzt zu dem OPAmp:
Habe jetzt lange rumgesucht und häufig solche OPs gefunden,
die eine recht hohe Eingangsspannung brauchen.
Quatsch, die Eingangsspannung kann im Bereich von uV liegen.
Was du meist, ist wohl eher die Betriebsspannung, oder?
Ich könnte am besten mit ner Eingangsspannung von ±5V leben,
weil das Netzteil hier nicht mehr als 10V hergibt.
Na ist doch bestens. Da empfehle ich dir z.B. den billigen OPV TL081
oder TL082 an ca. 8V pos. Betriebsspannung und einer
neg. Betriebsspannung von ca. -7V, die du leicht aus einer
Ladungspumpe erhälst.
siehe linker Teil der Schaltung (ICL7660) ganz links unten:
http://uwiatwerweisswas.dyndns.org/Uwi/ELEKTRONIK/SV…
Da ich wirklich wenig Ahnung habe, worauf es zu achten gilt bei
einem solche Verstärker, wäre ich auch über Ideen was das betrifft
sehr dankbar.
Ich habe dir doch schon fertige Vorschläge für eine Messschaltung
gegeben. Die kann man leicht für deine Zwecke anpassen.
Wo ist also dein Problem?
Beachte aber noch was anderes.
Fotodioden haben einen temperaturabhängigen Dunkelstrom und die OPV
haben einen gewissen Offset. Wenn du die Lichtdetektion auch bei eher
sehr geringer Beleuchtung nutzen willst, werden diese Fehler anteilmäßig
immer größer. Gut, den Offset kann man einfach wegrechnen.
Falls der Dunkelstrom eine Rolle spielt, kannst du entweder noch eine
Temperatursensor (z.B. AD592) mit einlesen und die Temperaturkennlinie
mit aufnehmen oder eine 2 Fotodiode abgedeckt (also im Dunkeln) als
Referenz mit einlesen oder vor jeder Messung den Dunkelstrom bestimmmen.
Denke auch daran, dass der 5V-Eingang des ADC vor zu hohen
Eingangsspannungen geschützt werden sollte, wie z.B. hier der
Ausgang „U_Temp“ mit mit R32, D31, C33 .
http://uwiatwerweisswas.dyndns.org/Uwi/ELEKTRONIK/PT…
Gruß Uwi