FORTSCHRITT-· BERICHTE

88 Realisierung des Meßsystems
Realisierung des Meßsystems 89
Tabelle 3.1 technische Daten der verwendeten OPs
OPA OPA AD AD AD El El
627 637 829 840 843 2243 2423
Rauschdichte (1 kHz) [nV/.JHz] 5,2 5,2 2 4 19 12 7
Eingangsimpedanz [ü] 10'3 10'3 13k 30k 1010 lOM 20k
Eingangskapazität [pF] 5,2 5,2 2 2 6 2 1
Open-loop-gain [dB] 120 120 100 130 90 114 92
± 3,5 V ausgesteuert werden. Das macht eine zweite Verstärkerstufe erforderlich. Für
die zweite Stufe wurde der extrem schnelle AD 844 verwendet. Wie oben bereits erwähnt
besitzt er eine extrem große Slew-Rate, die in der zweiten Stufe voll ausgenutzt werden
kann. Der AD 844 verfügt weiterhin über eine kräftige, niederohmige Ausgangsstufe, die
ihn besonders geeignet macht als Treiber für Analog/Digital-Umsetzer.
Bild 3.21 zeigt die komplette Schaltung für den Photostromverstärker. Für die erste Stufe
wurde der AD 843 ausgewählt. Das Ausgangssignal gelangt direkt in den im nächsten
Abschnitt beschriebenen ADU. Beide Verstärker können durch einen Trimmkondensator
Verst.-Bandbr.-Produkt [MHz] 16 80 500 400 34 70 200
Slew-Rate [V/µ.s] 55 135 230 400 250 90 350
fjCin 3,1 15,4 100 200 5,7 35 200
3,3 p
lOk
3,3 p
Desweiteren wurden noch. Untersuchungen mit Transimpedanz- und Transkonduktanzverstärkem
vorgenommen. Verwendet wurden hier die Typen OPA 660, AD 844 und
EL 400. Sie zeichnen sich aus durch eine extrem hohe Bandbreite bei hohen Verstärkungsfaktoren.
Bei diesen "current-feedback" Operationsverstärkern ist die Bandbreite
annähernd konstant, gleichgültig bei welcher Verstärkung. So erreicht der AD 844 bei der
Verstärkung 1 eine Bandbreite von 60 MHz, bei einer Verstärkung von 10 jedoch immer
noch 33 MHz. Ein konventioneller Operationsverstärker würde hier nurmehr 6 MHz
erreichen. Möglich ist dies durch eine extrem hohe Slew-Rate. Sie beträgt z.B. beim
AD 844 2000 V/µs. Der Eingangswiderstand dieser Verstärker beträgt zum Teil nur 50
Ohm. Da für die Anwendung als Stromverstärker für Photodioden allerdings die
Leistungsbandbreite nicht so ausschlaggebend ist, und somit der Vorteil einer hohen Slew­
Rate nicht ausgeschöpft werden kann, wurden diese Operationsverstärker für die Verstärkung
des Photostromes nicht verwendet.
Sehr hohe Verstärkungs-Bandbreiten-Produkte weisen einige nicht kompensierte Operationsverstärker,
wie der OPA 637 auf. Die hohe Bandbreite und die hohe Slew Rate werden
aber durch einen geringeren Phasenrand erkauft. Bei einer Schleifenverstärkung von
eins arbeitet der OPA 637 bereits instabil. Bei der Anwendung als Photostromverstärker
wäre dann ein größerer Kompensationskondensators C 2 erforderlich. Dies führt dazu, daß
die nutzbare Bandbreite für diesen Operationsverstärker nicht größer ist als für die kompensierte
Type OPA 627 .
Der dem Photostromverstärker nachgeschaltete Analog/Digital-Umsetzer kann bis auf
Photodiode
Bild 3.21 Verstärker für die optischen Sensoren
auf minimale Phasenverschiebung justiert werden. Neben den zwei Verstärkerstufen ist
noch eine Offsetkompensation eingebaut. Dabei ist ein Hochpaß zur Entkopplung der
Gleichspannung wegen seiner zusätzlichen Phasendrehung nicht möglich. Deshalb ist ein
dritter Operationsverstärker als Integrator beschaltet. Dadurch wird im Ausgangssignal
des Photostromverstärkers der Offset beseitigt. Dies ist für die Signalauswertung wichtig.
Bild 3.22 zeigt das Rauschen des zweistufigen Verstärkers. Die Streuung der Rauschspannung
liegt bei etwa 0,5 mV.
Bild 3.23 und Bild 3.24 zeigt den Frequenz- und Phasengang des zweistufigen Verstärkers.