OPV Grundschaltung funktioniert nicht?

[harry3]

Hallo!

Ich möchte eine Fotodiode mittels OPV verstärken.
Leider klappt das überhaupt nicht, der Ausgang liegt die ganze Zeit nur auf fast Betriebsspannung.
Die Schaltung(OPV: LM2902) sieht wie im Anhang aus. Die Spannungsquelle soll die Fotodiode(betrieben als Fotoelement) darstellen.

Selbst wenn ich den primitiven Spannungsfolger baue, wo eigentlich die 30mV Eingangsspannung wieder rauskommen sollten, bekomme ich einen Wert von 1,4V, der außerdem ziemlich konstant bleibt, unabhängig von der Helligkeit.

Das einzige was ich mir vorstellen könnte ist der hohe Widerstand der Diode, aber das bringt mich halt auch nicht weiter...


Grüße,
Harri

[Besserwessi]

Ein Problem ist, das der LM2902 kein Rail to Rail Verstärker ist. Ohne Widerstand am Augang gegen Masse, kann die Ausgangsspunng kaum un ter 1 V gehen. Einfach mal 1 KOhm vom OP Ausgang gegen Masse sollte schon etwas bringen.
Ein zweites Problem ist der Bias Strom: nach Datenblatt sind das ca. 50 nA. Je nach Photodiode kann das schon für eine Spannung von 200 mV an der Photodiode reichen, was etwa 1,3 V am Ausgang entspricht.
Wenn man die Spannung an einer Photodiode messen will, muss man auf kleine Leckströme achten. Ein geeigneter OP wäre ein TLC274 (pinkompatibel zum LM2902).
Die Spannungsmessung gibt eine ungefähr logarithmische Empfindlichkeit: ungefähr 18 mV entsprechen einer Verdopplung der Helligkeit.

[JonnyP]

1 ist die Schaltung kein Spannungsfolger, sondern ein nicht invertierender Verstärker. 2 ist deine Quelle V2 als ein Photoelement geschaltet, was eine Photodiode aber definitiv nicht ist. Check mal das Datenblatt für die Diode.

[shaun]

Auch eine Fotodiode kann als Fotoelement arbeiten, nur ziemlich ineffizient halt. Sinnvolle wäre, den Fotostrom zu messen, dies dann mit einem Transimpedanzverstärker, gibt dann eine zum Strom proportionale Spannung. (die es auch annährend gäbe, wenn man bloß einen Widerstand einsetzt, aber dann mit stark eingeschränktem Spannunsgbereich oder Einbußen an Linearität)

[Besserwessi]

Die meisten Fotodioden sind sogar als Fotolement sogar recht effektiv, aber halt sehr klein und verhältnismäßig teuer. Je nach Anwendung kann die logarithische Kennlinie auch gewollt sein.

[harry3]

Danke für die Antworten. Das Problem war dass ich den Ausgang nicht (über einen Widerstand) mit Masse verbunden hatte.

Jetzt klappt es.
Das mit der Transimpedanzschaltung ist ansich nicht schlecht bei "normalen" Fotodioden. Ich verwende jedoch eine grüne LED als Fotodiode(eine grüne LED schafft unter einer Lampe ca. 30-60mV Leerlaufspannung und weniger als 1µA Kurzschlußstrom).

Da ich gerade keine Mega Ohm Widerstände zur Hand habe, habe ich mich jetzt für eine andere Schaltung entschieden, siehe Anhang.
Der minimale LED-Strom wird über einen Transistor verstärkt und dann über den OPV mit einer Referenzspannung verglichen. Die Empfindlichkeit wird über den Poti(der ist zu groß gewählt, hatte jetzt habe gerade nix anderes zur Hand) eingestellt.
Als Ausgabe habe ich eine andere LED gewählt, später hängt dort ein Mikrocontroller dran.

Grüße,
Harri

[shaun]

Und auf welchem Teil der Steuerkennlinie sollen die 30-60mV LL-Spannung genau liegen...? Das wird doch eher ein Mondphasendetektor als irgendwas anderes. Warum keine richtige Fotodiode in der entsprechenden Beschaltung - also in Sperrrichtung?

[harry3]

Und auf welchem Teil der Steuerkennlinie sollen die 30-60mV LL-Spannung genau liegen...? Das wird doch eher ein Mondphasendetektor als irgendwas anderes. Warum keine richtige Fotodiode in der entsprechenden Beschaltung - also in Sperrrichtung?

Eigentlich gehts uns ja genau darum, eine LED als Fotodiode zu verwenden.
Wir wollen letztendlich etwa folgendes nachbauen:
http://www.youtube.com/watch?v=7kzIHMpOt20

Die derzeitige Schaltung tut folgendes:
Über den Transistor fallen je nach Lichtstärke entweder die vollen 8V ab oder aber eben weniger, bei viel Licht z.B. nur noch 3V. Der OPV vergleicht das ganze mit einer Referenzspannung und entscheidet dann, ob jemand mit seinen Fingern über die LED fährt oder nicht.
Wegen der Kennlinie - klar betreibt man den Transistor ziemlich weit links in der Kennlinie, aber das ist in dem Fall egal wenn ich nur 2 Zustände messen will - nämlich Finger über der LED oder eben nicht.


Grüße
Harri

[T.J.]

das projekt gefällt mir :)

aber wieso leuchten die LED in dem Video?

[harry3]

das projekt gefällt mir :)

aber wieso leuchten die LED in dem Video?

Ich schätze dass das Teil im Video so realisiert wurde dass die LEDsS kurzzeitig leuchten, und dann wieder kurzzeitig als Fotodioden verwendet werden. Das ganze eben schnell genug gemacht, dann merkt man das ein/ausschalten der LEDS nichts.

Wir wollen etwas ähnliches machen, allerdings möchten wir die Fingerposition bereits auf der LED Matrix darstellen.

[Besserwessi]

Offensichtlich kommte die Spannung an der LED ohne Last wohl doch über 30 mV hinaus. Wesentlich unter 300 mV zwischen Basis und Emitter fließt bei dem Transitor parktisch kein Strom. Soweit der Transitor bei so kleinen Strömen noch linear arbeitet, wird die Schaltung so auch wieder linear.

[harry3]

Offensichtlich kommte die Spannung an der LED ohne Last wohl doch über 30 mV hinaus. Wesentlich unter 300 mV zwischen Basis und Emitter fließt bei dem Transitor parktisch kein Strom. Soweit der Transitor bei so kleinen Strömen noch linear arbeitet, wird die Schaltung so auch wieder linear.

Nagut bei der Darlington Verstärkerschaltung funktionierts ja ähnlich, nur dass dort halt noch ein Transistor dranhängt.
Ich hab stattdessen einen recht großen Kollektorwiderstand genommen, und der Eingang des OPV ist auch sehr hochohmig sodass da nix verfälscht wird.

[fumir]

coole idee, die LEDs als fotodiode zu verwenden.