Strom-Spannungswandler

Einige Sensoren liefern als elektrische Ausgangsgröße einen Strom. Ein Beispiel ist die Fotodiode, die einen Strom abhängig vom Licht abgibt. In der Biologie gibt es Prozesse, die Licht emittieren, und deren Intensität mit Fotodioden gemessen werden kann. Wir suchen eine Lösung, mit der in der analogen Signalverarbeitung ein Strom in eine passende Spannung für den ADC umgewandelt werden kann. Dies leistet der Strom-Spannungswandler, der auch Transimpedanz-Wandler (TIA) genannt wird. Diese Abkürzung werde ich ab jetzt verwenden.
Basis des TIAs ist der invertierende Verstärker.

Die Knotengleichung am invertierenden Eingang lautet I_R1=I_R2. Am Ausgang gilt

U_AUS,OP=-U_R2=-R₂∙I_R2=-R₂∙I_R1
Wenn wir den Strom I_R1 aus dem Sensor beziehen, dann ist die Ausgangsspannung bereits proportional zum Eingangsstrom. Eine Schaltung dafür sieht folgendermaßen aus:

Es gilt U_AUS,OP=-R₂∙I_S. Über den Widerstand R₂ wird die Verstärkung eingestellt. Als Übertragungsfunktion ergibt sich

$\mathrm{H=v=}\frac{\mathrm{U_AUS,OP}}{\mathrm{I_S}}\mathrm{=-R₂}$
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