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Bejam
Anmeldungsdatum: 08.05.2018
Beiträge: 1
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 Bejam Verfasst am: 08. Mai 2018 08:35 Titel: Operationsverstärker gibt immer Dauersignal aus |
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Hallo Community,
ich stehe seit einer Woche vor folgendem Problem.
Anhand einer Studienarbeit muss ich einen Versuch aufbauen. Dieser Versuch beinhaltet einen Transimpedanzwandler (siehe Bild)
Es soll ein Lichtsignal mit einer Fotodiode aufgenommen werden und mittels diesem Wandler dessen Fotostrom in eine brauchbare Spannung umgewandelt und verstärkt werden.
Nun zu meinem folgenden Problem.
Das funkt nicht 
Ich bekomme ständig ein Dauersignal von rund 2 V am Ausgang schon beim Aufbau der Schaltung raus.
Der Widerstand hat angeblich keinen Einfluss auf den Ausgang, egal ob er in der Schaltung integriert ist, oder nicht.
Als Bauteile benutze ich:
- Operationsverstärker (LM 358, LM2904 - beide für 5V Versorgungsspannung ausgelegt)
- Fotodiode SFH 206K von Osram
- Widerstand (normale Kohleschichtwiderstände 0,6 Watt)
Berechnet habe ich folgenden Widerstand:
Formel: R = U/I -> R=5V/0,0000008A = 6,25 Megaohm
Die maximale Spannung von 5V liefert mir ein Arduino Mega, der auch als Spannungsversorgung für die Operationsverstärker in Einsatz ist (Also V++ = 5V, V-- = 0V).
Der Strom I von 800 nA steht als minimaler Fotostrom wo die Fotodiode detektieren kann im Datenblatt der Fotodiode.
Da nun auch höhere Ströme auftreten werden muss natürlich auch ein höher Widerstand als der berechnete genommen werden. Meiner ist momentan bei 8,3 Megaohm.
Somit sollte die Dimensionierung und der Plan des Aufbaus perfekt zueinander passend sein.
Aber wieso bekomm ich schon beim Aufbauen ein Dauersignal von 2V, egal ob der Widerstand eingebaut ist, oder nicht?
Was ich versucht habe:
Alles durchgemessen, keine Auffälligkeiten:
- In+ hatte Potential 0V.
- In- hatte Potential 0V (bei abgedunkelter Fotodiode), bei Beleuchtung höheres Potential am Eingang
- Spannungsversorgung des OPV war in Ordnung
Trotzdem keine Änderung immer 2V Ausgangssignal, egal ob beleutet oder nicht.
Aufbau mindestens 100x drübergeschaut, ob richtig angeschlossen ist und auch ca. 10x neu aufgebaut (man soll ja wenns nicht läuft auch mal bei 0 anfangen)
Die Fotodiode ist auch richtig eingebaut (auch mehrmals geprüft).
Dazu noch mehrere Ops getestet, da die vermutung da war, sie wären kaputt. Trotzdem gleiches Phänomen.
Auch verschiedene Fotodioden getestet.
Auch höhere Widerstände eingebaut (durch Reihenschaltung), aber wie gesagt hat keinen Einfluss auf den Ausgangswert.
Ich bin mit meinem Latein am Ende.
Was kann ich denn noch versuchen?
Ich komm seit einer Woche bei einem Problem nicht weiter, welches normalerweise nur 15 Minuten in Anspruch nimmt. Und mir läuft die Zeit davon.
Hat jemand eine Idee?
Danke
| Beschreibung: |
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| Dateigröße: |
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| Angeschaut: |
1364 mal |
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Steffen Bühler
Moderator
Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 7244
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| Steffen Bühler Verfasst am: 08. Mai 2018 09:58 Titel: |
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Willkommen im Physikerboard!
Ohne Eingangsspannung wird ein OP am Ausgang die halbe Betriebsspannung haben. Das ist auch hier der Fall. Wenn Du das nicht willst, nimm einen Dual-Supply oder spendiere entsprechende Bias-Schaltungen.
Viele Grüße
Steffen
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3399
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| ML Verfasst am: 08. Mai 2018 10:16 Titel: Re: Operationsverstärker gibt immer Dauersignal aus |
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Hallo,
| Bejam hat Folgendes geschrieben: |
Ich bekomme ständig ein Dauersignal von rund 2 V am Ausgang schon beim Aufbau der Schaltung raus. |
Die Schaltung an sich ist in Ordnung, aber die Bauteilauswahl und der Aufbau sind ungeeignet.
Was die 2V angeht vermute ich, dass Du irgendwelche parasitären Offsetspannungen verstärkst.
| Zitat: |
Als Bauteile benutze ich:
- Operationsverstärker (LM 358, LM2904 - beide für 5V Versorgungsspannung ausgelegt)
- Fotodiode SFH 206K von Osram
- Widerstand (normale Kohleschichtwiderstände 0,6 Watt)
[...]
Die maximale Spannung von 5V liefert mir ein Arduino Mega, der auch als Spannungsversorgung für die Operationsverstärker in Einsatz ist (Also V++ = 5V, V-- = 0V).
[...]
Somit sollte die Dimensionierung und der Plan des Aufbaus perfekt zueinander passend sein.
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Nein, das passt nicht gut zusammen.
| Zitat: |
Aufbau mindestens 100x drübergeschaut, ob richtig angeschlossen ist und auch ca. 10x neu aufgebaut (man soll ja wenns nicht läuft auch mal bei 0 anfangen)
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Das hört sich nach einem Freiluftaufbau/Steckplatinenaufbau an. Vergiss sowas für solche Anwendungen.
Du benötigst folgendes:
1.) eine 2-lagige Leiterplatte mit Massefläche. Die Leiterplatte planst Du in KiCad oder Eagle und lässt sie von einem Leiterplattenhersteller herstellen.
2.) eine geeignete Spannungsversorgung. Ich empfehle Dir die Verwendung einer symmetrischen +/-5V-Versorgung, gespeist von Linearreglern (7805 und 7905), die auf der Leiterplatte selbst verschaltet werden.
Die Linearregler versorgst Du mit einem Labornetzteil (z. B. +9V/-9V) oder -- sofern Du Verpolschutzdioden einsetzt -- mit einer Wechselspannungsquelle.
Als Verpolschutzdioden kannst Du die Standard-0815-Dioden: 1N4148 oder 1N400x verwenden.
Die Linearregler benötigen jeweils am Eingang und am Ausgang 47µF (Elko) und 100nF (Keramik 0805) gegen Masse. Insbesondere der Keramikkondensator gehört in die Nähe der Beinchen des 7805 bzw. 7905. Bei den Elkos ist die Entfernung zum Linearregler unkritisch.
Die Keramikkondensatoren sehen so aus:
https://www.reichelt.de/Vielschicht-SMD-G0402/X7R-G0805-100N/3/index.html?ACTION=3&GROUPID=3165&ARTICLE=31879
Die Elkos so:
https://www.reichelt.de/Elkos-radial-105-C-1000-2000h/NHG-A-47U-50/3/index.html?ACTION=3&LA=446&ARTICLE=200355&GROUPID=6583&artnr=NHG-A+47U+50&SEARCH=rad%2B47%25C2%25B5F%2B&trstct=pos_5
3.) einen vernünftigen OPV, der für diese Aufgabe geeignet ist. Ich empfehle aus eigener Erfahrung den OPA380 bzw. OPA2380.
Im Datenblatt findest Du einige weitere Empfehlungen zum Aufbau:
http://www.ti.com/product/OPA2380/technicaldocuments
Hier wäre eine Liste mit OPV, die für die Anwendung als Transimpedanzverstärker geeignet sind:
http://www.ti.com/amplifier-circuit/special-function/transimpedance/products.html
In unmittelbarer Nähe des OPV schaltest Du wiederum jeweils 100nF von +5V nach Masse und von -5V nach Masse.
4.) Die Photodiode bringst Du am besten auch auf der Leiterplatte an. Wenn das partout nicht geht, wäre es zu überlegen, wie die Kabel störungsresistent gemacht werden können. Ich würde aber einiges an Aufwand treiben, um die Photodioden auf die gleiche Leiterplatte zu bekommen.
| Zitat: |
Was kann ich denn noch versuchen?
Ich komm seit einer Woche bei einem Problem nicht weiter, welches normalerweise nur 15 Minuten in Anspruch nimmt. Und mir läuft die Zeit davon.
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15 Minuten ist komplett unrealistisch.
Stell Dich darauf ein, dass Du mehrere Wochen benötigst, da Du nicht am Stück arbeiten kannst, sondern auf die Lieferungen (insbesondere der Leiterplatte) warten musst.
Sofern hilfreich, kann ich dir auch mal die Eagle-Dateien von Transimpedanzverstärkerschaltungen schicken, die ich vor ungefähr 10 Jahren für ein Forschungsprojekt angefertigt habe.
Da habe ich vier Kanäle geschaltet. (Auf der Schaltung sind zusätzlich ein paar Ferritperlen zum Entstören drauf, ich denke aber, die sind normalerweise nicht nötig).
Viele Grüße
Michael
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3399
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| ML Verfasst am: 12. Mai 2018 20:06 Titel: |
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Sprach's, und verschwand in der Versenkung:
Wieder mal ein Student, der kein Interesse daran hat, Schaltungen sauber aufzubauen.
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