Warum verwenden wir einen Operationsverstärker, um in dieser Schaltung einen Spannungsausgang über 1 V zu erzeugen?

Ich frage mich, welche Vorteile (in Bezug auf Rauschen oder andere wichtige Faktoren) die Opamp-Schaltung hat:

hält über eine Schaltung, die nur aus einer Fotodiode und einem Widerstand besteht (der Widerstand muss dort platziert werden, wo die Spannung (V) ist):

Die Mathematik sollte dieselbe sein:

U_{o u t} \propto R * I_{p h o t o d i o d e}

$U_{out} \propto R * I_{photodiode}$

Ich bin gespannt, was deine Ideen sind.

PS: Ich möchte eine Schaltung verwenden, um eine zum Fotodiodenstrom proportionale Spannung an den ADC eines µC zu leiten.

operational-amplifier photodiode

— Sprungdrähte
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Ausgangsimpedanz und tatsächliche Spannungspegel scheinen unterschiedlich zu sein

— PlasmaHH

Antworten:

Es kommt alles auf die Geschwindigkeit an. Was Ihre Schaltung nicht anzeigt, ist die Eigenkapazität der Fotodiode: -

Angesichts der Tatsache, dass das von der Fotodiode erzeugte Signal ein Strom ist (Iph oben gezeigt), hat die Sperrschichtkapazität einen signifikanten Einfluss auf die Anstiegs- und Abfallzeiten, wenn sich dies wie bei einem optischen Datenempfänger schnell ändert.

Mit einem Transimpedanzverstärker schließen wir jedoch tatsächlich die Kapazität kurz, und jetzt nimmt das Stromsignal den Weg des niedrigsten Widerstands und das ist in den virtuellen Erdungsknoten des invertierenden Eingangs. Dies verbessert die Hochfrequenzleistung erheblich.

— Andy aka
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Dies ist eine großartige Antwort. Zumal ich eine LED mit einem AC-PWM-Signal von beträchtlich hoher Frequenz (ca. 21 kHz)

— versorgen

@jumpingwires Sie werden wahrscheinlich mit 21 kHz mit einem Spannungsverstärker in Ordnung sein. Lesen Sie einfach den DS für den PD und sehen Sie, welche Kapazität er hat und wie stark er die Kanten verlangsamt.

— Andy aka

- wird es tun, danke für Ihren zusätzlichen Rat. würde upvote, wenn ich Kommentare upvote könnte: D

— jumpwires

Sie werden vielleicht bemerken, dass es nicht nur auf Geschwindigkeit ankommt, sondern auch auf Geschwindigkeit bei niedrigen Strömen. Bei hohen Strömen (oder hohen Lichtpegeln) kann der Erfassungs- / Transimpedanzwiderstand niedrig sein, und die resultierende Schaltung reagiert schnell. Tatsächlich verwenden Lasersensoren mit sehr hoher Geschwindigkeit einen PD-Wechselstrom, der an eine 50-Ohm-Last gekoppelt ist, und es werden Antworten im GHz-Bereich erhalten. Nimmt aber viel mehr Licht.

— WhatRoughBeast

@WhatRoughBeast Interessante Ergänzung, danke für deinen Kommentar.

— Jumping Wires

Ihr ADC hat eine Eingangsimpedanz von ca. 10 kOhm. Dies wird Ihr Signal im No-Opamp-Fall erheblich beeinflussen. (Das ist eine Untertreibung: Sie werden mit etwa Null Signal verlassen)

— rew
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-2

In der Instrumentierung verwenden wir den Operationsverstärker, um Spannungsabfälle zu vermeiden. Der Operationsverstärker soll (theoretisch) eine unendliche Eintrittsimpedanz haben. Um den Strom der Fotodiode in Spannung umzuwandeln, verwenden wir im Allgemeinen diese Methode, um Spannungsabfälle zu vermeiden. Sie können auch die zweite Konfiguration verwenden, aber es treten große Spannungsabfälle auf, was einen massiven Verlust der erfassten Informationen der Fotodiode impliziert

— Imad Eddine Mokhtari
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Würde nicht fast die gesamte Spannung über dem großen Widerstand abfallen, der mit der Fotodiode eine Schaltung bildet? Wollen wir das nicht? Ich kann derzeit nicht sehen, wo der Informationsverlust auftreten würde oder warum ein Spannungsabfall hier schlecht ist.

— Jumping Wires