50Hz Brumm mit Photodioden-Verstärker

[Guenter Dannoritzer]

Hallo,

ich habe ein Problem mit einem Photodioden-Verstärker den ich gebaut
habe. Der Verstärker soll Signal bis zu 30kHz verstärken und basiert auf
einem AD8571 Operationsverstärker von Analog Device. Das ganze habe ich
auf einer Lochrasterplatine aufgebaut.

Fällt kein Licht auf die Photodiode messe ich mit dem Oszilloskop einen
50Hz Signal am Ausgang des Verstärkers. Das Thema ist ziemlich neu für
mich und speziell mit der Entstörung von Verstärkern hab ich keine
Erfahrung.

Das 50Hz Signal sehe ich nicht, wenn das Oszilloskop angeschlossen ist
und der Verstärker ausgeschaltet ist. So vermute ich das es nicht
einfach über den Tastkopf bzw. der angeschlossenen Ausgangsbeschaltung
des Verstärkers kommt.

Um auszuschließen das es über das angeschlossene Netzteil kommt hab ich
den Verstärker mit Batterien betrieben und das Signal ist unverändert da.

Jetzt vermute ich das es über den Verstärkereingang kommt, was auch
logisch erscheint?

Ich hab einiges über Rauschunterdrückung in der Stromversorgung des OP
gelesen, wenn das Signal jedoch nicht darüber einstrahlt, brauche ich
mir darüber nicht so viel Gedanken machen.

Dann hab ich was über eine sogenannte "guarding" Technik gelesen. Bei
der wird das nicht-invertierte Signal des OP als Leiterbahn um das
invertierte Signal geführt. Dadurch soll der Eingang des Verstärkers
nicht so anfällige gegen Störungen sein. Mit meiner SMD Technik auf der
Lochrasterplatine hab ich da ein wenig Schwierigkeiten das so zu machen.

Kann mir jemand einen Tipp geben, welche Technik am ehesten zum Erfolg
führt?

Ist es am Besten den ganzen Verstärker in ein abgeschirmtes Gehäuse zu
packen oder ist das mit Kanonen auf Spatzen geschossen?

Vielen Dank für die Hilfe

Günter Dannoritzer

 

[Georg Meister]

ich habe ein Problem mit einem Photodioden-Verstärker den ich gebaut habe.
Der Verstärker soll Signal bis zu 30kHz verstärken und basiert auf einem
AD8571 Operationsverstärker von Analog Device. Das ganze habe ich auf
einer Lochrasterplatine aufgebaut.

Fällt kein Licht auf die Photodiode messe ich mit dem Oszilloskop einen
50Hz Signal am Ausgang des Verstärkers. Das Thema ist ziemlich neu für
mich und speziell mit der Entstörung von Verstärkern hab ich keine
Erfahrung.

Das 50Hz Signal sehe ich nicht, wenn das Oszilloskop angeschlossen ist und
der Verstärker ausgeschaltet ist. So vermute ich das es nicht einfach über
den Tastkopf bzw. der angeschlossenen Ausgangsbeschaltung des Verstärkers
kommt.

Um auszuschließen das es über das angeschlossene Netzteil kommt hab ich
den Verstärker mit Batterien betrieben und das Signal ist unverändert da.

Jetzt vermute ich das es über den Verstärkereingang kommt, was auch
logisch erscheint?

Ich hab einiges über Rauschunterdrückung in der Stromversorgung des OP
gelesen, wenn das Signal jedoch nicht darüber einstrahlt, brauche ich mir
darüber nicht so viel Gedanken machen.

Dann hab ich was über eine sogenannte "guarding" Technik gelesen. Bei der
wird das nicht-invertierte Signal des OP als Leiterbahn um das invertierte
Signal geführt. Dadurch soll der Eingang des Verstärkers nicht so
anfällige gegen Störungen sein. Mit meiner SMD Technik auf der
Lochrasterplatine hab ich da ein wenig Schwierigkeiten das so zu machen.

Kann mir jemand einen Tipp geben, welche Technik am ehesten zum Erfolg
führt?

Ist es am Besten den ganzen Verstärker in ein abgeschirmtes Gehäuse zu
packen oder ist das mit Kanonen auf Spatzen geschossen?

Der Netzbrumm kommt nicht über die Stromversorgung sondern über den
hochohmigen Eingang der Verstärkers.

Die ganze Schaltung in ein geschirmtes Gehäuse und dieses mit Masse und
Schutzleiter (so vorhanden) verbinden. Falls die Fotodiode extern ist, ein
abgeschirmtes Kabel verwenden, Schirm mit dem Gehäuse verbinden und auch die
Fotodiode in ein kleines Blechgehäuse.

Guarding hilft gegen Leckströme nicht gegen Netzbrumm. Da eine Fotodiode
sehr hochohmig ist, macht das hier Sinn. Grundsätzlich nimmt man einen 1:1
Pufferverstärker und legt das Ausgangssignal auf den Guardring um die
komplette Signalleitung. Wenn du TH-Bauteile verwendest, muss der Guardring
auf beiden Seiten der Platine sein. Wichtig ist dabei, dass der Lötstopplack
innerhalb des Guardrings freigestellt wird. Für schnelle Messungen, wie du
vorhast, wird man den Guard mit Hilfe eine Triaxialkabels bis zur Fotodiode
weiterzuziehen, es wird dann die Kabelkapazität eliminiert.

Georg

 

[Detlef Voss]

Guenter Dannoritzer wrote:

Hallo,

ich habe ein Problem mit einem Photodioden-Verstärker den ich gebaut
habe. Der Verstärker soll Signal bis zu 30kHz verstärken und basiert auf
einem AD8571 Operationsverstärker von Analog Device. Das ganze habe ich
auf einer Lochrasterplatine aufgebaut.

Fällt kein Licht auf die Photodiode messe ich mit dem Oszilloskop einen
50Hz Signal am Ausgang des Verstärkers. Das Thema ist ziemlich neu für
mich und speziell mit der Entstörung von Verstärkern hab ich keine
Erfahrung.

Das 50Hz Signal sehe ich nicht, wenn das Oszilloskop angeschlossen ist
und der Verstärker ausgeschaltet ist. So vermute ich das es nicht
einfach über den Tastkopf bzw. der angeschlossenen Ausgangsbeschaltung
des Verstärkers kommt.

Um auszuschließen das es über das angeschlossene Netzteil kommt hab ich
den Verstärker mit Batterien betrieben und das Signal ist unverändert da.

Jetzt vermute ich das es über den Verstärkereingang kommt, was auch
logisch erscheint?

Ich hab einiges über Rauschunterdrückung in der Stromversorgung des OP
gelesen, wenn das Signal jedoch nicht darüber einstrahlt, brauche ich
mir darüber nicht so viel Gedanken machen.

Dann hab ich was über eine sogenannte "guarding" Technik gelesen. Bei
der wird das nicht-invertierte Signal des OP als Leiterbahn um das
invertierte Signal geführt. Dadurch soll der Eingang des Verstärkers
nicht so anfällige gegen Störungen sein. Mit meiner SMD Technik auf der
Lochrasterplatine hab ich da ein wenig Schwierigkeiten das so zu machen.

Kann mir jemand einen Tipp geben, welche Technik am ehesten zum Erfolg
führt?

Ist es am Besten den ganzen Verstärker in ein abgeschirmtes Gehäuse zu
packen oder ist das mit Kanonen auf Spatzen geschossen?

Vielen Dank für die Hilfe

Günter Dannoritzer

Hallo Günther!
Abschirmung ist schon mal bequem und bei Lochrasterplattenaufbau bzw.
hochohmigem Eingang und entsprechend hochgeschraubter Erwartung an die
Empfindlichkeit auch mehr oder weniger zwingend.
Gehäuse natürlich direkt an den Massepunkt auf der Platine legen. Erden gibt
leicht mit dem schon geerdeten Oszilloskop eine Brummschleife, also nicht
machen (oder testen).
Zum Testen reicht eine leere Keks-Blechdose. Da fängt das Bastelvergnügen
schon beim Leermachen an )
Der Aufbau ist sehr entscheidend: Ohne überlegt Masseführung ist dem Brumm
wohl nicht beizukommen (der Sternpunkt grüsst z.B..).
Das sollte es schon sein, um den beschriebenen Effekt wegzubekommen.

Der Guardring hilft, wie schon geschrieben, nicht gegen das Brummen. Ist bei
Lochrasteraufbau auch irgendwie mühsam.. ..und bei unglücklicher Wahl
der Photodiode (z.B. grossflächige PIN-Diode) mit Dunkelströmen im
nA-Bereich auch nicht nötig. Fernhalten höherer Potentiale vom
empfindlichen Eingang, reinigen und trocknen des Aufbaus reichen meist
schon. Sonst geht auch der 'fliegende Aufbau' des Eingangskreises, bei dem
der Verstärkereingang und alles, was damit in Berührung kommt halt nicht
auf die Platiene geführt ist.

Die (Vor)Spannung zum Sperren der Diode sollte entsprechend gesiebt sein.
Der chopperstabilisierte OPV freut sich sehr über Abblockkondensatoren an
seinem Betriebsspannungsanschluss.
Bei etwa 30khz ist die Betriebsspannungsunterdrückung des OPVs nicht mehr
sooo berauschend, aber sowas fällt ja erst auf, wenn das Brummen beseitigt
ist.
Möglichst hohe Verstärkung +kleiner Ausgangswiderstand ist sinnvoll, damit
Brummeinstreuung am Ausgang nicht mehr stört. Bei dem verwendeten
Verstärker und der geforderten Bandbreite ist da aber nicht viel drin: Der
hat bei 30khz ja nur noch eine Leerlaufverstärkung von etwa 30, die
Verstärkung der Stufe sollte also deutlich niedriger liegen!

Naja, eigentlich gilt hier wieder all das übliche Zeug...
Verrate doch mal die Schaltung und vor allem die verwendete Photodiode. Und
natürlich die Anforderungen an das Ganze ...

Grüsse
Detlef
--
Man ersetze das _dot_ in der Email gegen einen Punkt..

 

[Winfried Buechsenschuetz]

"Georg Meister" <georg.meister@gmx.at> wrote in message news:<2l7fcgF8kj4dU1@uni-berlin.de>...

Der Netzbrumm kommt nicht über die Stromversorgung sondern über den
hochohmigen Eingang der Verstärkers.

Glaub ich nicht so, da Fotodioden i.allg. als Stromquelle betrieben
werden und daher die Eingangsstufe eher als Transimpedanz-Verstärker
(Strom-Spannungswandler) geschaltet ist, dessen Eingangswiderstand
nahe 0 Ohm liegt.

Die ganze Schaltung in ein geschirmtes Gehäuse und dieses mit Masse und
Schutzleiter (so vorhanden) verbinden. Falls die Fotodiode extern ist, ein
abgeschirmtes Kabel verwenden, Schirm mit dem Gehäuse verbinden und auch die
Fotodiode in ein kleines Blechgehäuse.

Ist prinzipiell richtig, der Verbindung von Masse und Schutzleiter
kann ich aber so pauschal nicht zustimmen. Man sollte eher versuchen,
Verstärkermasse und Schutzleiter so weit wie möglich getrennt zu
lassen. Das gleiche gilt für Anschlußkabel von Sensoren.

Ich denke, daß die Ursache eher eine sog. Masse- oder Brummschleife
ist, d.h. eine doppelte Masse- bzw. Erdverbindung. Geringfügige
Potentialunterschiede zwischen beiden Verbindungen werden mit dem
Verstärkungsfaktor der Eingangsstufe multipliziert und können sich
dann chaotisch auswirken.

Wichtig ist erst einmal, die Masse der Verstärker- (und natürlich
Fotodioden-)Versorgung völlig getrennt von allen anderen Massen
(A/D-Wandler, angeschlossene geerdete Meßinstrumente - bei fast allen
Oszis liegt Masse an PE) zu führen, und nur am Analog Ground-Eingang
eines AD-Wandlers bzw. direkt am Eingang eines Meßgerätes mit deren
Masse zu verbinden. Abschirmungen sollten getrennt davon verbunden
werden und nur an einem Punkt geerdet werden - dieser ergibt sich oft
zwangsweise durch geerdete Steckergehäuse angeschlossener Geräte. (Bei
AD-Wandler-Karten ist oft der Analog GND auch intern mit der
Steckerabschirmung bzw. der Masse des PC-Netzteils, die fast immer
geerdet ist, verbunden, aber gezielt an einem Punkt - zusätzliche
Verbindungen können Masseschleifen verursachen).

Guarding hilft gegen Leckströme nicht gegen Netzbrumm. Da eine Fotodiode
sehr hochohmig ist, macht das hier Sinn. Grundsätzlich nimmt man einen 1:1
Pufferverstärker und legt das Ausgangssignal auf den Guardring um die
komplette Signalleitung.

Dürfte aber bei den üblichen Fotodiodenströmen keine Rolle spielen.
Wir betreiben Photomultiplier mit Ausgangsströmen weit unter 1 uA und
haben keine Probleme mit Platinenleckströmen usw. am
Eingangsverstärker, der auf einer konventionellen Leiterplatte
aufgebaut ist.

Winfried Büchsenschütz (lang genug mit vermeintlichen
Brummeinstreuungen gekämft habend, die sich dann als durch die
Sensormechanik verursachte Schwingungen fast gleicher Frequenz
entpuppt haben)

 

[Michael Eggert]

Guenter Dannoritzer <dannoritzer@web.de> wrote:

Hi!

Fällt kein Licht auf die Photodiode messe ich mit dem Oszilloskop einen
50Hz Signal am Ausgang des Verstärkers.

Bist Du ganz sicher, daß das Netzbrumm ist? Wie hast Du den Verstärker
aufgebaut? Vorgespannte Photodiode an -in, R von out nach -in, +in an
GND? Das wäre der klassische Strom-Spannungs-Wandler, wegen der
Kapazität der Photodiode schwingt der aber gern. Abhilfe: Widerstand
zwischen Photodiode und -in.

Kann mir zwar nicht vorstellen, daß man damit auf 50Hz runterkommt,
aber wer weiß....

Gruß,
Michael.

 

[Markus Gronotte]

"Guenter Dannoritzer"

Das 50Hz Signal sehe ich nicht, wenn das Oszilloskop angeschlossen ist
und der Verstärker ausgeschaltet ist. So vermute ich das es nicht
einfach über den Tastkopf bzw. der angeschlossenen Ausgangsbeschaltung
des Verstärkers kommt.

Vorrausgesetzt alles unter 50Hz kann weg, dann bau doch einfach einen Hochpass
und setz den an verschiedene Stellen deiner Schaltung und schau mal wo
das Brummen entsteht. Evtl. lässt du den Hochpass dann einfach da, wenn es
die Ursache rausfiltert.

lg,

Markus

 

[Carsten Kurz]

Guenter Dannoritzer schrieb:

Um auszuschließen das es über das angeschlossene Netzteil kommt hab ich
den Verstärker mit Batterien betrieben und das Signal ist unverändert da.

Hast Du mal das Licht ausgemacht?

Ciao - Carsten

--
Audio Visual Systems fon: +49 (0)2234 601886
Carsten Kurz fax: +49 (0)2234 601887
Von-Werth-Straße 111 email: audiovisual@t-online.de
50259 Pulheim / Germany WGS84:N50°57'50.2" E06°47'28.5"

 

[Winfried Buechsenschuetz]

Carsten Kurz <audiovisual@t-online.de> wrote in message news:<40EF42E6.25566ECE@t-online.de>...

Guenter Dannoritzer schrieb:

Um auszuschließen das es über das angeschlossene Netzteil kommt hab ich
den Verstärker mit Batterien betrieben und das Signal ist unverändert da.

Hast Du mal das Licht ausgemacht?

Wie ich mich selbst schon habe belehren lassen müssen, wäre dann die
Störfrequenz 100Hz, da pro komplettem Wellenzug zwei Leistungsmaxima
auftreten - der Photodiode ist es egal, wie herum der Strom durch die
Birne (oder die Röhre) fließt.

Winfried Büchsenschütz

 

[Georg Meister]

Die ganze Schaltung in ein geschirmtes Gehäuse und dieses mit Masse und
Schutzleiter (so vorhanden) verbinden. Falls die Fotodiode extern ist,
ein
abgeschirmtes Kabel verwenden, Schirm mit dem Gehäuse verbinden und auch
die
Fotodiode in ein kleines Blechgehäuse.

Ist prinzipiell richtig, der Verbindung von Masse und Schutzleiter
kann ich aber so pauschal nicht zustimmen. Man sollte eher versuchen,
Verstärkermasse und Schutzleiter so weit wie möglich getrennt zu
lassen. Das gleiche gilt für Anschlußkabel von Sensoren.

Nun wir haben uns vor einiger Zeit mal mit einem Netzbrummproblem
herumgeschlagen. Es ging dabei um Messungen an integrierten
Halbleiterbaulelementen im pA-Bereich.

Das einzige, was letzlich geholfen hat, was eine komplette Abschirmung aller
Baugruppen UND eine satte Verbindung der Masse mit dem Schutzleiter.

Ich muss aber zugeben,. dass wir das Problem damals nicht so
hundertprozentig verstanden haben.

Guarding hilft gegen Leckströme nicht gegen Netzbrumm. Da eine Fotodiode
sehr hochohmig ist, macht das hier Sinn. Grundsätzlich nimmt man einen
1:1
Pufferverstärker und legt das Ausgangssignal auf den Guardring um die
komplette Signalleitung.

Dürfte aber bei den üblichen Fotodiodenströmen keine Rolle spielen.
Wir betreiben Photomultiplier mit Ausgangsströmen weit unter 1 uA und
haben keine Probleme mit Platinenleckströmen usw. am
Eingangsverstärker, der auf einer konventionellen Leiterplatte
aufgebaut ist.

Bei uA wird man das nicht machen.

Für Messungen im unteren nA- Bereich und darunter ist das m.E. notwendig,
sofern man eine gewisse Genauigkeit und Reproduzierbarkeit erwartet. Wenn
die Signalleitungen auf der Leiterplatte länger sind, und vor allem, wenn
sie mit Lötstopplack abgedeckt sind, kommen gleich mal Leckströme von
einigen nA zusammen.

Georg

 

[Markus Gronotte]

"Georg Meister"

Guarding hilft gegen Leckströme nicht gegen Netzbrumm. Da eine Fotodiode
sehr hochohmig ist, macht das hier Sinn. Grundsätzlich nimmt man einen
1:1
Pufferverstärker und legt das Ausgangssignal auf den Guardring um die
komplette Signalleitung.

Dürfte aber bei den üblichen Fotodiodenströmen keine Rolle spielen.
Wir betreiben Photomultiplier mit Ausgangsströmen weit unter 1 uA und
haben keine Probleme mit Platinenleckströmen usw. am
Eingangsverstärker, der auf einer konventionellen Leiterplatte
aufgebaut ist.

Für Messungen im unteren nA- Bereich und darunter ist das m.E. notwendig,
sofern man eine gewisse Genauigkeit und Reproduzierbarkeit erwartet. Wenn
die Signalleitungen auf der Leiterplatte länger sind, und vor allem, wenn
sie mit Lötstopplack abgedeckt sind, kommen gleich mal Leckströme von
einigen nA zusammen.

hehe... Also bei mir ging es vor einigen Tagen auch darum sehr schwache
Signale zu verstärken... Ich hab das Brummsignal im Hintergrund dann
ganz stumpf als Kallibrierungssignal (z.B. Diff-OP) angesehen und es
funktioniert genauer denn je. Die 50Hz an sich kann man ja ganz simpel durch
Fouriertransformation oder Bandpässe wieder rausnehmen, solange die angrenzenden
Grenzfrequenzen nicht wichtig sind.


lg,

Markus

 

[Winfried Buechsenschuetz]

"Georg Meister" <georg.meister@gmx.at> wrote in message news:<2l9ucrFag0s1U1@uni-berlin.de>...

Das einzige, was letzlich geholfen hat, was eine komplette Abschirmung aller
Baugruppen UND eine satte Verbindung der Masse mit dem Schutzleiter.

Ich muss aber zugeben,. dass wir das Problem damals nicht so
hundertprozentig verstanden haben.

Oft kann man das auch nicht, manchmal gibt es zufällige
Masseverbindungen, z.B. wenn das Gehäuse der Fotodiode mit einem
Anschluß verbunden ist und sich nicht anders als in Metallteile
einbauen läßt. Manchmal hilft nur Probieren verschiedener Masse- und
Erdungskonfigurationen. Ich wollte nur nicht, daß der OP auf einen
falschen Pfad gerät, da die von mir beschriebene Methode i.allg.
günstiger ist. I.allg. soll heißen, daß sie keineswegs allgemeingültig
sein muß.

Für Messungen im unteren nA- Bereich und darunter ist das m.E. notwendig,
sofern man eine gewisse Genauigkeit und Reproduzierbarkeit erwartet. Wenn
die Signalleitungen auf der Leiterplatte länger sind, und vor allem, wenn
sie mit Lötstopplack abgedeckt sind, kommen gleich mal Leckströme von
einigen nA zusammen.

Soweit ACK.

Winfried Büchsenschütz

 

[Guenter Dannoritzer]

Wow, erst mal vielen Dank für die zahlreichen Antworten. Ich werde mal
versuchen nacheinander darauf einzugehen.

Winfried Buechsenschuetz wrote:

"Georg Meister" <georg.meister@gmx.at> wrote in message news:<2l7fcgF8kj4dU1@uni-berlin.de>...


Der Netzbrumm kommt nicht über die Stromversorgung sondern über den
hochohmigen Eingang der Verstärkers.


Glaub ich nicht so, da Fotodioden i.allg. als Stromquelle betrieben
werden und daher die Eingangsstufe eher als Transimpedanz-Verstärker
(Strom-Spannungswandler) geschaltet ist, dessen Eingangswiderstand
nahe 0 Ohm liegt.

Ja, genau das ist meine Schaltung. Hier mal im Detail was ich bis jetzt
habe:



1pF
||
+--------------||----------------+
| || |
| 10M 47k |
| ___ ___ |
o -|___|---o---|___|-------------o
| | |
| .-. |
| | | |
| 10k | | |
| '-' VCC |
| | + 0,1ľF |
| | | |
| === | || |
| GND o----||---+ |
| | || | |
+---o---+ |\| === | 10k
| +------|-\ GND | ___
PIN-040DP/SB - | >--------------o------|___|---o---o
UDT Photodiode ^ +------|+/ AD8571 |
| | |/| |
o---+ | || ---
| o----||---+ 470pF ---
| | || | |
| | === |
=== - GND ===
GND VCC GND
0,1ľF

VCC ist 5V.

Das Design ist eine Mischung vom virtual design wizard auf der Analog
Device webpage und einigen Informationen, die aus dem Buch "Photodiode
Amplifiers" von Jerald Graeme entnommen habe.

Der virtual design wizard hat einfach einen Widerstand als Rückkopplung
gehabt, das hab ich dann als Widerstands-T ersetzt. Dadurch konnte ich
den effektiven Widerstand durch den Spannungsteilerfaktor vergrößern.

Auch hab ich noch einen 30kHz Tiefpass angehängt, um Störsignale
oberhalb der gewünschten Frequenz zu unterdrücken.

Mein Ziel ist es, dass ich von einer LED, die auf ein Papier strahlt das
Reflektierte Signal aufnehme und dadurch mindestens 100mV an
Spannungsänderung am Ausgang bekomme. Mit der jetzigen Schaltung liege
ich im Bereich um 80mV, aber der 50Hz Brumm hat auch einen Wert von etwa
80mVpp.

Die ganze Schaltung in ein geschirmtes Gehäuse und dieses mit Masse und
Schutzleiter (so vorhanden) verbinden. Falls die Fotodiode extern ist, ein
abgeschirmtes Kabel verwenden, Schirm mit dem Gehäuse verbinden und auch die
Fotodiode in ein kleines Blechgehäuse.


Ist prinzipiell richtig, der Verbindung von Masse und Schutzleiter
kann ich aber so pauschal nicht zustimmen. Man sollte eher versuchen,
Verstärkermasse und Schutzleiter so weit wie möglich getrennt zu
lassen. Das gleiche gilt für Anschlußkabel von Sensoren.

Ich denke, daß die Ursache eher eine sog. Masse- oder Brummschleife
ist, d.h. eine doppelte Masse- bzw. Erdverbindung. Geringfügige
Potentialunterschiede zwischen beiden Verbindungen werden mit dem
Verstärkungsfaktor der Eingangsstufe multipliziert und können sich
dann chaotisch auswirken.

Das werde ich mal überprüfen, mit meiner Fädeltechnik kann es sein das
ich einige Brummschleifen mit der Masseleitung gelegt habe. Ich werde
mal alle Masseverbindungen auftrennen und als ein Stern neu verschalten.

Wichtig ist erst einmal, die Masse der Verstärker- (und natürlich
Fotodioden-)Versorgung völlig getrennt von allen anderen Massen
(A/D-Wandler, angeschlossene geerdete Meßinstrumente - bei fast allen
Oszis liegt Masse an PE) zu führen, und nur am Analog Ground-Eingang
eines AD-Wandlers bzw. direkt am Eingang eines Meßgerätes mit deren
Masse zu verbinden. Abschirmungen sollten getrennt davon verbunden
werden und nur an einem Punkt geerdet werden - dieser ergibt sich oft
zwangsweise durch geerdete Steckergehäuse angeschlossener Geräte. (Bei
AD-Wandler-Karten ist oft der Analog GND auch intern mit der
Steckerabschirmung bzw. der Masse des PC-Netzteils, die fast immer
geerdet ist, verbunden, aber gezielt an einem Punkt - zusätzliche
Verbindungen können Masseschleifen verursachen).

Zur Zeit hab ich nur den Verstärker, den ich mit einem Steckernetzteil
betreibe. Wenn ich mit einem Oszilloskop messe, schließe ich die Masse
direkt an der Masse des Steckernetzteils an.

So ist dürfte eine Brummschleife nur über meine Fädeltechnik auftreten?

Das Oszilloskop hab auch ein Steckernetzteil, so vermute ich das die
Schirmung bzw. Masse vom Oszilloskop an der Masse des Steckernetzteils
angeschlossen ist.

Guarding hilft gegen Leckströme nicht gegen Netzbrumm. Da eine Fotodiode
sehr hochohmig ist, macht das hier Sinn. Grundsätzlich nimmt man einen 1:1
Pufferverstärker und legt das Ausgangssignal auf den Guardring um die
komplette Signalleitung.


Dürfte aber bei den üblichen Fotodiodenströmen keine Rolle spielen.
Wir betreiben Photomultiplier mit Ausgangsströmen weit unter 1 uA und
haben keine Probleme mit Platinenleckströmen usw. am
Eingangsverstärker, der auf einer konventionellen Leiterplatte
aufgebaut ist.

Meine ersten Messungen ergaben das ich nach Signalen im unteren nA
Bereich suche. Da scheine ich ja beim Testaufbau erstmal ohne Guardring
aus zukommen. Für eine Spätere Leiterplatte könnte ich das ja dann mit
aufnehmen. Ich würde eine Technik von Analog Device nehmen, ohne 1:1
Verstärker. Die beschreiben einfach (hab noch mal nachgelesen, kann sein
das ich das im OP falsch geschrieben habe) das invertierte Signal um die
Leiterbahn des nicht-invertierten Signals herum zu führen.

Winfried Büchsenschütz (lang genug mit vermeintlichen
Brummeinstreuungen gekämft habend, die sich dann als durch die
Sensormechanik verursachte Schwingungen fast gleicher Frequenz
entpuppt haben)

 

[Guenter Dannoritzer]

Carsten Kurz wrote:

Guenter Dannoritzer schrieb:


Um auszuschließen das es über das angeschlossene Netzteil kommt hab ich
den Verstärker mit Batterien betrieben und das Signal ist unverändert da.


Hast Du mal das Licht ausgemacht?

Ciao - Carsten

Ja, das 50Hz Signal "sehe" ich bei kompletter Dunkelheit, also nur der
Laptop ist noch zu sehen ;-) (Hab ein PC basiertes Oszilloskop)

Wenn ich meine Schreibtischlampe anschalte bekomme ich einen höher
frequentes Signal (Energiesparlampe mit Vorschaltelektronik zur
Flimmerreduktion).

 

[Guenter Dannoritzer]

Markus Gronotte wrote:

"Guenter Dannoritzer"


Das 50Hz Signal sehe ich nicht, wenn das Oszilloskop angeschlossen ist
und der Verstärker ausgeschaltet ist. So vermute ich das es nicht
einfach über den Tastkopf bzw. der angeschlossenen Ausgangsbeschaltung
des Verstärkers kommt.


Vorrausgesetzt alles unter 50Hz kann weg, dann bau doch einfach einen Hochpass
und setz den an verschiedene Stellen deiner Schaltung und schau mal wo
das Brummen entsteht. Evtl. lässt du den Hochpass dann einfach da, wenn es
die Ursache rausfiltert.

lg,

Markus

Das hab ich mir auch schon überlegt. Meine Befürchtung bei der
Empfindlichkeit ist nur, dass wenn das Gerät mal in ein anderes Umfeld
kommt, da dann irgend was anderes einstrahlen kann. Deswegen möchte ich
es nicht so am 50Hz Signal festmachen, sondern allgemein störfest bekommen.

Günter

 

[Guenter Dannoritzer]

Michael Eggert wrote:

Guenter Dannoritzer <dannoritzer@web.de> wrote:

Hi!


Fällt kein Licht auf die Photodiode messe ich mit dem Oszilloskop einen
50Hz Signal am Ausgang des Verstärkers.


Bist Du ganz sicher, daß das Netzbrumm ist? Wie hast Du den Verstärker
aufgebaut? Vorgespannte Photodiode an -in, R von out nach -in, +in an
GND? Das wäre der klassische Strom-Spannungs-Wandler, wegen der
Kapazität der Photodiode schwingt der aber gern. Abhilfe: Widerstand
zwischen Photodiode und -in.

Kann mir zwar nicht vorstellen, daß man damit auf 50Hz runterkommt,
aber wer weiß....

Gruß,
Michael.

Ich hab die Schaltung in einem weiteren Post im anderen Zweig beschrieben.

Der Grund warum ich es als Netzbrumm vermute ist, dass wenn ich den
Finger auf den nicht angeschlossenen Tastkopf lege, ich das gleiche 50Hz
Signal bekomme. Das war für mich immer der Indikator eines Netzbrumms,
vielleicht interpretiere ich das aber auch falsch?

Günter

 

[Guenter Dannoritzer]

Detlef Voss wrote:

[snip]

Hallo Günther!
Abschirmung ist schon mal bequem und bei Lochrasterplattenaufbau bzw.
hochohmigem Eingang und entsprechend hochgeschraubter Erwartung an die
Empfindlichkeit auch mehr oder weniger zwingend.
Gehäuse natürlich direkt an den Massepunkt auf der Platine legen. Erden gibt
leicht mit dem schon geerdeten Oszilloskop eine Brummschleife, also nicht
machen (oder testen).
Zum Testen reicht eine leere Keks-Blechdose. Da fängt das Bastelvergnügen
schon beim Leermachen an )
Der Aufbau ist sehr entscheidend: Ohne überlegt Masseführung ist dem Brumm
wohl nicht beizukommen (der Sternpunkt grüsst z.B..).
Das sollte es schon sein, um den beschriebenen Effekt wegzubekommen.

Hab mir eine Blechdose zugelegt und werde das mal testen. Ich will auch
die ganzen Masseleitungen noch mal auftrennen und als Stern verlegen.

Der Guardring hilft, wie schon geschrieben, nicht gegen das Brummen. Ist bei
Lochrasteraufbau auch irgendwie mühsam.. ..und bei unglücklicher Wahl
der Photodiode (z.B. grossflächige PIN-Diode) mit Dunkelströmen im
nA-Bereich auch nicht nötig. Fernhalten höherer Potentiale vom
empfindlichen Eingang, reinigen und trocknen des Aufbaus reichen meist
schon. Sonst geht auch der 'fliegende Aufbau' des Eingangskreises, bei dem
der Verstärkereingang und alles, was damit in Berührung kommt halt nicht
auf die Platiene geführt ist.

Die (Vor)Spannung zum Sperren der Diode sollte entsprechend gesiebt sein.
Der chopperstabilisierte OPV freut sich sehr über Abblockkondensatoren an
seinem Betriebsspannungsanschluss.

Die verwendete Photodiode ist nur für den Photovoltaic Betrieb gedacht
und so betreibe ich sie auch. Zwar kann sie sehr gering vorgespannt
werden, ist aber meines Erachtens nicht nötig, da ich die gewünschten
Frequenzen auch ohne Vorspannung erreiche.

Bei etwa 30khz ist die Betriebsspannungsunterdrückung des OPVs nicht mehr
sooo berauschend, aber sowas fällt ja erst auf, wenn das Brummen beseitigt
ist.
Möglichst hohe Verstärkung +kleiner Ausgangswiderstand ist sinnvoll, damit
Brummeinstreuung am Ausgang nicht mehr stört. Bei dem verwendeten
Verstärker und der geforderten Bandbreite ist da aber nicht viel drin: Der
hat bei 30khz ja nur noch eine Leerlaufverstärkung von etwa 30, die
Verstärkung der Stufe sollte also deutlich niedriger liegen!

Naja, eigentlich gilt hier wieder all das übliche Zeug...
Verrate doch mal die Schaltung und vor allem die verwendete Photodiode. Und
natürlich die Anforderungen an das Ganze ...

Grüsse
Detlef

In einem Post im anderen Zweig hab ich die Schaltung und die verwendete
Photodiode beschrieben.



Günter

 

[Michael Eggert]

Guenter Dannoritzer <dannoritzer@web.de> wrote:

Hi!

Der Grund warum ich es als Netzbrumm vermute ist, dass wenn ich den
Finger auf den nicht angeschlossenen Tastkopf lege, ich das gleiche 50Hz
Signal bekomme.

Okay, dann ists wirklich Netzbrumm. Nachdem Du Deine Schaltung
gepostet hast, wundert mich das aber auch nicht mehr: In der
Rückkopplung nen 1:5 Teiler und dann 10MOhm, das heißt Dein Ausgang
macht eine Verstärkung von 50V/ľA. Photodioden haben in der
Größenordnung von 1mA/mW, also wenn 5V full range sein sollen (hab ich
geraten), entspricht das 100nW Lichtleistung full range.
Wenn Du sowenig Licht hast, denk mal über eine APD (avalanche
photodiode) nach.

Gruß,
Michael.

 

[Rolf Bombach]

Guenter Dannoritzer wrote:

Ja, genau das ist meine Schaltung. Hier mal im Detail was ich bis jetzt
habe:



1pF
||
+--------------||----------------+
| || |
| 10M 47k |
| ___ ___ |
o -|___|---o---|___|-------------o
| | |
| .-. |
| | | |
| 10k | | |
| '-' VCC |
| | + 0,1ľF |
| | | |
| === | || |
| GND o----||---+ |
| | || | |
+---o---+ |\| === | 10k
| +------|-\ GND | ___
PIN-040DP/SB - | >--------------o------|___|---o---o
UDT Photodiode ^ +------|+/ AD8571 |
| | |/| |
o---+ | || ---
| o----||---+ 470pF ---
| | || | |
| | === |
=== - GND ===
GND VCC GND
0,1ľF

VCC ist 5V.

Schaltung sieht gut aus. T-Netzwerk ist eine zweischneidige
Sache; es vergrössert Offsetspannungsprobleme, verkleinert
Offsetstromprobleme. Da der Verstärker 1uV Offset max hat,
ist hier das T-Netzwerk am richtigen Ort.
Plus Eingang geht hier direkt an Masse. Das ist beim
vorliegenden Verstärker mit Eingangsstromkompensation auch
richtig. Bei normalen (FET oder auch nicht)-Verstärkern
würde man diesen Eingang über RC an Masse legen.
Vcc 5 Volt erschreckt mich etwas, meinst du Plusminus
2.5 Volt? Der Opamp hält ja max nur 6 Volt aus...

Auch hab ich noch einen 30kHz Tiefpass angehängt, um Störsignale
oberhalb der gewünschten Frequenz zu unterdrücken.

Auch wenn man den Verstärker zweistufig ausführt, etwa
zwecks Erhöhung der Grenzfrequenz, ist dieser Tiefpass
zu empfehlen, um "signalloses" Rauschen rauszufiltern.
Ich vermute aber, dass bei dieser Dimensionierung die
Grenzfrequenz eh eher unter 3 kHz liegt, dieses
Tiefpassfilter also noch mit S/N Gewinn "tiefergelegt"
werden kann, ey .

Mein Ziel ist es, dass ich von einer LED, die auf ein Papier strahlt das
Reflektierte Signal aufnehme und dadurch mindestens 100mV an
Spannungsänderung am Ausgang bekomme. Mit der jetzigen Schaltung liege
ich im Bereich um 80mV, aber der 50Hz Brumm hat auch einen Wert von etwa
80mVpp.

Ich hab nicht alles durchgelesen. Ist die Störfrequenz
exakt 50 Hz? Hoffentlich kein hausgemachter Müll aus
dem Chopper-Amplifier, spread spectrum hin oder her.

Versuch auch mal, etwa den Tisch zu erden. Ist es
ein Holztisch mit Metallgestell? Es ist echt krass,
was das ausmacht, wenn man das Gestell erdet.
Eventuell unter alles mal ein grosses geerdetes
Blech legen, darauf dann eine isolierende Platte,
sicher ist sicher ;-).

--
mfg Rolf Bombach

 

[Guenter Dannoritzer]

Michael Eggert wrote:

Hallo,

Guenter Dannoritzer <dannoritzer@web.de> wrote:

Hi!


Der Grund warum ich es als Netzbrumm vermute ist, dass wenn ich den
Finger auf den nicht angeschlossenen Tastkopf lege, ich das gleiche 50Hz
Signal bekomme.


Okay, dann ists wirklich Netzbrumm. Nachdem Du Deine Schaltung
gepostet hast, wundert mich das aber auch nicht mehr: In der
Rückkopplung nen 1:5 Teiler und dann 10MOhm, das heißt Dein Ausgang
macht eine Verstärkung von 50V/ľA. Photodioden haben in der
Größenordnung von 1mA/mW, also wenn 5V full range sein sollen (hab ich
geraten), entspricht das 100nW Lichtleistung full range.
Wenn Du sowenig Licht hast, denk mal über eine APD (avalanche
photodiode) nach.

Gruß,
Michael.

Das Problem ist, dass die Diode sogar in einem recht unsensiblen Bereich
im unteren Blaubereich betrieben wird. Der Wert liegt laut Datenblatt
mehr bei 0.2A/W.

Mit der Optik hab ich nichts am Hut, dass wird von einer anderen Gruppe
gemacht und so viel ich weiss haben die die Diode mit einem Field
Application Engineer von UDT ausgesucht.

Der maximale Bereich für den A/D Wandler ist 1,9V. Das macht aber auch
keinen großen Unterschied mehr.

Das Teilerverhältnis 1:5 hab ich einfach mal frei gewählt. Ursprünglich
hatte ich nur einen 12MOhm Widerstand als Rückkopplung. Mit konstanten
Licht der LED reflektiert auf dem Papier hab ich ein Signal bekommen.
Wenn ich jedoch die LED mit z.B. 2kHz moduliere, bekam ich kein
Ausgangssignal mehr.

Deswegen war mein Weg die Verstärkung zu erhöhen. Jetzt bekomme ich
wieder ein Ausgangssignal, hab aber auch das 50Hz Signal. Das Thema ist
ziemlich neu für mich, muss mir erst mal im Klaren werden was überhaupt
die Grenzen des machbaren sind.

Ich hab hier eine Henne-Ei Problem. Die Optik-Gruppe kann mir nicht
recht sagen wieviel Licht zu erwarten ist, dazu wollen Sie den
Verstärker nutzen. Da wir "einige" Kilometer entfernt sind, möchte ich
natürlich erst mal einen Verstärker liefern der auch ein Ausgangssignal
liefert. Danach muss das ganze sowieso noch getrimmt werden.

Viele Grüße

Günter

 

[Guenter Dannoritzer]

Hallo,

Rolf Bombach wrote:

Guenter Dannoritzer wrote:


Ja, genau das ist meine Schaltung. Hier mal im Detail was ich bis
jetzt habe:



1pF
||
+--------------||----------------+
| || |
| 10M 47k |
| ___ ___ |
o -|___|---o---|___|-------------o
| | |
| .-. |
| | | |
| 10k | | |
| '-' VCC |
| | + 0,1ľF |
| | | |
| === | || |
| GND o----||---+ |
| | || | |
+---o---+ |\| === | 10k
| +------|-\ GND | ___
PIN-040DP/SB - | >--------------o------|___|---o---o
UDT Photodiode ^ +------|+/ AD8571 |
| | |/| |
o---+ | || ---
| o----||---+ 470pF ---
| | || | |
| | === |
=== - GND ===
GND VCC GND
0,1ľF

VCC ist 5V.


Schaltung sieht gut aus. T-Netzwerk ist eine zweischneidige
Sache; es vergrössert Offsetspannungsprobleme, verkleinert
Offsetstromprobleme. Da der Verstärker 1uV Offset max hat,
ist hier das T-Netzwerk am richtigen Ort.
Plus Eingang geht hier direkt an Masse. Das ist beim
vorliegenden Verstärker mit Eingangsstromkompensation auch
richtig. Bei normalen (FET oder auch nicht)-Verstärkern
würde man diesen Eingang über RC an Masse legen.
Vcc 5 Volt erschreckt mich etwas, meinst du Plusminus
2.5 Volt? Der Opamp hält ja max nur 6 Volt aus...

Das ist ja komisch, ich hab mich bezüglich der Versorgungspannung auf
den Analog Wizard von Analog Device verlassen. Jetzt wo ich im
Datenblatt nach der Versorgungsspannung schaue kommt mir das auch
komisch vor. Eigentlich brauche ich ja keine negative Spannung, so lass
ich die -5V weg und leg die -VCC auf GND.

Auch hab ich noch einen 30kHz Tiefpass angehängt, um Störsignale
oberhalb der gewünschten Frequenz zu unterdrücken.


Auch wenn man den Verstärker zweistufig ausführt, etwa
zwecks Erhöhung der Grenzfrequenz, ist dieser Tiefpass
zu empfehlen, um "signalloses" Rauschen rauszufiltern.
Ich vermute aber, dass bei dieser Dimensionierung die
Grenzfrequenz eh eher unter 3 kHz liegt, dieses
Tiefpassfilter also noch mit S/N Gewinn "tiefergelegt"
werden kann, ey .

Das mit den 3kHz hab ich nicht verstanden, kannst du das bitte noch mal
etwas erläutern? Meinst du das mein Verstärker in der gezeigten
Dimensionierung nicht mehr als 3kHz Bandbreite hat und daher der
Tiefpass auch entsprechend tiefer gelegt werden kann?

[snip]


Viele Grüße

Günter