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eigenbau:photodiodenverstaerker_20_mhz [2014/02/12 01:44] – [Meckerliste] kmkeigenbau:photodiode:photodiodenverstaerker_20_mhz:start [2024/04/12 14:04] (current) – [Meckerliste] U5 Pinnout gratz
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 ==== Ziel ==== ==== Ziel ====
-  * Bandbreite 10 MHz bis 30 MHz.   +  * AC-Bandbreite 10 kHz bis 30 MHz.   
-  * Ein wenig empfindlicher Ausgang für den niedrigen Frequenzbereich bis 10 kHz+  * Ein Ausgang mit einstellbarer Verstärkung für den niedrigen Frequenzbereich bis 10 kHz
   * Möglichst wenig Rauschen   * Möglichst wenig Rauschen
  
 ==== Anwender ==== ==== Anwender ====
-  * Das Magnesium-Experiment, bei den Pound-Drever-Regelungen. +  * Mg, ATLAS, QPORT, KRb, SLOMO, ...
 ==== Schaltungsprinzip ==== ==== Schaltungsprinzip ====
 Die erste Verstärkerstufe ist ein Transimpedanzverstärker, den Strom der Photodiode in eine Spannung umsetzt. Der Pegel des AC-Anteils dieses Signals wird über zwei Verstärkungsstufen um nominell zwei Größenordnungen erhöht. Der DC-Anteil wird getrennt mit einem langsamen Opamp verstärkt. Die erste Verstärkerstufe ist ein Transimpedanzverstärker, den Strom der Photodiode in eine Spannung umsetzt. Der Pegel des AC-Anteils dieses Signals wird über zwei Verstärkungsstufen um nominell zwei Größenordnungen erhöht. Der DC-Anteil wird getrennt mit einem langsamen Opamp verstärkt.
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 Die Operationsverstärker benötigen eine zur Masse symmetrische Versorgung. Diese Spannungen können alternativ direkt von außen zur Verfügung gestellt, oder sie werden aus einer einzelnen, mehr als doppelt so großen Spannung erzeugt. Zwischen den beiden Methoden kann mit einem Jumper entschieden werden. Die Operationsverstärker benötigen eine zur Masse symmetrische Versorgung. Diese Spannungen können alternativ direkt von außen zur Verfügung gestellt, oder sie werden aus einer einzelnen, mehr als doppelt so großen Spannung erzeugt. Zwischen den beiden Methoden kann mit einem Jumper entschieden werden.
  
-Eine Versorgung aus einer Spannung hat den Vorteil, dass man mit einem Steckernetzteil eauskommt. Ein langsamer Operationsverstärker erzeugt dann das Mittenpotential. Das Potential des Netzteils wird so verschoben, dass das Mittenpotential symmetrisch zur Schirmung der Ausgangsbuchse liegt. Damit das klappt, muss der Photodiodenverstärker das Steckernetzteil exklusiv für sich haben. Es ist also nicht möglich, mehrere Verstärker mit einem Steckernetzteil zu betreiben, auch wenn das von der Menge des benötigten Stroms locker hinkommen würde. Diese Beschränkung gilt nicht für die Versorgugn mit zwei getrennten Spannungn.+Eine Versorgung aus einer Spannung hat den Vorteil, dass man mit einem Steckernetzteil eauskommt. Ein langsamer Operationsverstärker erzeugt dann das Mittenpotential. Das Potential des Netzteils wird so verschoben, dass das Mittenpotential symmetrisch zur Schirmung der Ausgangsbuchse liegt. Damit das klappt, muss der Photodiodenverstärker das Steckernetzteil exklusiv für sich haben. Es ist also nicht möglich, mehrere Verstärker mit einem Steckernetzteil zu betreiben, auch wenn das von der Menge des benötigten Stroms locker hinkommen würde. Diese Beschränkung gilt nicht für die Versorgung mit zwei getrennten Spannungen.
 ==== Schaltplan ==== ==== Schaltplan ====
   * Die Source des Schaltplans ist auf der [[eigenbau:src:sourcen#photodiodenverstaerker_pd-ac|Download-Seite des Wiki]] abgelegt.   * Die Source des Schaltplans ist auf der [[eigenbau:src:sourcen#photodiodenverstaerker_pd-ac|Download-Seite des Wiki]] abgelegt.
-  * Der Schaltplan im PDF-Format: {{:eigenbau:pd-ac:v3:pd-ac_schematic.pdf|pd-ac_schematic.pdf}}, ({{:eigenbau:pd-ac:v3:pd-ac_schematic.pdf|version 2}})+  * Der Schaltplan im PDF-Format: {{:eigenbau:pd-ac:v6:pd-ac_v6_schematic.pdf|pd-ac_v6_schematic.pdf}}, ({{:eigenbau:pd-ac:v3:pd-ac_schematic.pdf|version 3}}, {{:eigenbau:pd-ac:v3:pd-ac_schematic.pdf|version 2}}) 
 ==== Layout ==== ==== Layout ====
 Die Verstärkerschaltung ist in ein schwarzes Gehäuse aus Aluminium-Druckguss eingepasst (Typ Hammond 1590LLBK, 50 x 50 x 25 mm). Die Verstärkerschaltung ist in ein schwarzes Gehäuse aus Aluminium-Druckguss eingepasst (Typ Hammond 1590LLBK, 50 x 50 x 25 mm).
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 </table> </table>
 </html> </html>
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 +==== Ideen für weitere Versionen ====
 +  - Eine Version mit einem [[http://www.mouser.de/Semiconductors/Amplifier-ICs/Logarithmic-Amplifiers/_/N-4gx8h/|logarithmischen Verstärker]] als erster Stufe (Zum Beispiel [[http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?genericPartNumber=log114&fileType=pdf|LOG114]]) wäre hilfreich für Anwendungen mit großen Intensitätsunterschieden.
 +  - Eine Version, die schon Femtowatt an Licht sinnvoll "sehen" kann. Mit dem Elektrometerverstärker ADA4530 sollte das gehen. VLBAI hat dafür eine Leiterplatte entworfen.
 +  - Eine Version für die Differenz von zwei Photodioden  -- Schaltplan-Idee auf Seite 11 des Klassikers [[https://www.mouser.com/ds/2/698/ca3240-a-1279674.pdf|Datenblatts zum CA3240]].
 +  - Eine Version, bei der ein Signal auf ein zweites normiert wird.
 +  - Eine Version mit möglichst scharfem Bandpass im MHz-Bereich
 +  - Eine Version mit möglichst scharfem Bandpass im KHz-Bereich
 +  - Eine Version mit möglichst scharfer Bandsperre -- eventuell als alternative Bestückung zur Bandpass-Version.
 ==== Meckerliste ==== ==== Meckerliste ====
 Dinge, die verbessert werden könnten.\\ Dinge, die verbessert werden könnten.\\
 (:no:: verworfen, :Ok:: in Arbeit, :ok:: im Schaltplan, aber noch nicht im Layout, :OK:: erledigt) (:no:: verworfen, :Ok:: in Arbeit, :ok:: im Schaltplan, aber noch nicht im Layout, :OK:: erledigt)
-# Der Rückkoppelwiderstand R4 für die erste Verstärkerstufe im ac-Teil sollte etwas mehr Platz haben, damit er leichter getauscht werden kann.  +  - Der Rückkoppelwiderstand R4 für die erste Verstärkerstufe im ac-Teil sollte etwas mehr Platz haben, damit er leichter getauscht werden kann.  
-# Die Löcher für die Photodiode könnten/sollten etwas größer, damit man sie leichter entlöten kann. +  - Die Löcher für die Photodiode könnten/sollten etwas größer, damit man sie leichter entlöten kann. 
-# Eventuell OPA657UB statt OPA656UB als Default-Bestückung +  - Eventuell OPA657UB als ersten Opamp -- mehr Bandbreite, weniger Rauschen, mehr teuer 
-# LMH6609 im AC-Teil? +  - Eventuell AD8065 als ersten Opamp. -- höhere Versorgungsspannung, preiswerter 
-# Womöglich wäre es besser, keine Masse-Ebene beim Transimpedanz-Verstärker zu haben. +  - LMH6609 im AC-Teil? 
-# Die Rückkopplung des Transimpedanz-Verstärkers könnte noch direkter über die Rückseite der Leiterplatte erfolgen. +  - Womöglich wäre es besser, keine Masse-Ebene beim Transimpedanz-Verstärker zu haben. 
-# Eventuell Footprint SOT23-5 für die Opamps im schnellen Pfad für noch weniger Streukapazität +  - Die Rückkopplung des Transimpedanz-Verstärkers könnte noch direkter über die Rückseite der Leiterplatte erfolgen. 
-# Eine Induktivität auf dem Weg zum DC-Verstärker. +  - Eventuell Footprint SOT23-5 für die Opamps im schnellen Pfad für noch weniger Streukapazität 
-# Zwei Stufen für die DC-Verstärkung? +  - Eine Induktivität auf dem Weg zum DC-Verstärker. 
-# (noch) bessere Filterung der Versorgungsspannung. +  - Zwei Stufen für die DC-Verstärkung? 
 +  - (noch) bessere Filterung der Versorgungsspannung. 
 +  - Beim Gehäuse sollte die Aussparung für die Steckverbinder etwa einen Millimeter tiefer ausfallen 
 +  - :OK: Die seitlichen Einpressmuttern sollten tiefer gelegt werden. 
 +  - Pinout des positiven Spannungsregler U5 sollte gedreht werden auf Out-Gnd-In
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