Hallo, als Newbie vorneweg: Ich gehöre zu den Menschen, die mit der Analogtechnik ausgemacht haben, dass wir uns normalerweise gegenseitig in Ruhe lassen - was bisher nach anfänglichen Querelen mit großen Leiden auf beiden Seiten ganz gut funktioniert hat. Jetzt stecke ich allerdings fest und würde mich über euren Rat freuen. Problem ist die Messung farbiger Lichtimpulse (Länge 100-2000ms) mit geringer Leuchtkraft. Ich würde gern bestimmen, ob bei relativer Dunkelheit ein Laserpointer auf eine dem Sensor gegenüberliegende Fläche (ca. 1m Entfernung) strahlt und ob das ein roter oder grüner Laserr ist. Mit einem ATMEGA328P sollen per A/D-Wandler die Lichtimpulse detektieren und weiterverarbeitet werden. Als Sensor verwende ich eine 3fach-Fotodiode mit Farbfilter und gemeinsamer Kathode (Kingbright KPS-5130PD7C http://www.kingbright.com/manager/upload/pdf/KPS-5130PD7C%28Ver.10%29.pdf). Experimente bisher: 1.) Betrieb als Konstantstromquelle mit Arbeitswiderstand 1M: Signal ist gegenüber Rauschen viel zu schwach (Rauschen bei 5mV, Signal so 6-7 mV wenn überhaupt). 2.) Photospannungsbetrieb: Empfindlichkeit ausreichend (Rauschen bei 2mV, Signal 10-35mV), aber vermutlich zu langsam.** ** Randbedingung: Wenn möglich soll die Messung in der Austastpause einer per PWM betriebenen LED stattfinden. Der Sensor müsste sich als in < 1ms (vorzugsweise 100uS) einpegeln, was im Photospannungsbetrieb vermutlich nicht funktioniert. Hab ich zwar noch nicht probiert, würde mich aber wundern wenn es klappt. Fazit: Vielleicht hilft ja ein Transimpedanzverstärker (genauer gesagt drei davon) weiter. So etwas habe ich allerdings bisher weder gebaut noch dimensioniert. Wider besseres Wissen möchte ich das auf einen Versuch ankommen lassen, und würde mich über beratende Unterstützung zu folgenden Fragen enorm freuen: 1.) Wie baue ich das für eine 3-fach-Fotodioden mit gemeinsamer Kathode auf? Die Schaltungen hier gehen alle davon aus, dass die Anode gegen Masse geschalten wird und gehen mit der Kathode an den (-)-Eingang des OPV. 2.) Wie dimensioniere ich das so, dass die Ausgangsspannung des Verstärkers an den Messbereich des A/D-Wandlers angepasst ist? Wenn möglich und nicht zu kompliziert mit logarithmischer Kennlinie, um auch höhere Beleuchtungsstärken vernünftig messen zu können? 3.) Gibt es geeignete ICs im DIP-Gehäuse, die mehr als nur zwei OPVs haben - schließlich brauche ich ja drei davon. Im Voraus vielen Dank! Alexander
Du kannste die gemeinsame Kathode auf VCC , oder besser noch eine höhere Spannung klemmen. Anode dann auf den - Eingang. + Eingang würde ich über einen Spannungsteiler auf VCC/2 oder etwas höher klemmen. Gut abgeblockt. Rückkopplungswiderstand: ca 100k Die Ausgangsspannung geht dann von Vcc/2 bis 0V. Anstatt einem logarithmischen Verstärkerdesign würde ich lieber auf den ADC gehen und dann eventuell ein 2. OPV, der nochmals um Faktor 10 verstärkt - und damit auf nen 2. OPV. 100us ist noch nicht schnell. Da kannst noch mit einem normalen 4-10MHz R2R 4fach OPV arbeiten.
Danke für die erste Antwort. :-) Achim Schulte schrieb: > Rückkopplungswiderstand: ca 100k Brauche ich eine Rückkopplungskapazität? Und reicht als OPV ein einfacher LM 324 N ? Abblocken mit 100nF vom Spannungsteiler gegen Masse? Sorry für die profanen Fragen, aber wie gesagt bin ich, was Analogtechnik anbetrifft, auf recht dünnem Eis unterwegs.
LM324 müsste eigentlich gehen. Wenn Du nicht in SMD arbeitest, dann spendiere nen Sockel, dann kannst Du ggf. einen anderen schnelleren / rauschärmeren drauf setzen. Abblocken: nimm 2x 100k und 100nF Rückkopplungskapazität: brauchst Du wahrscheinlich nicht. Könntest aber 10pF drüber machen. Das wären bei 100k: Tiefpass mit Tau=1µs
Kommt auf die Sperrschichtkapazität des Farbsensors an und die ist nicht spezifiziert. Für C_D=10pF (Annahme), R_F=100kOhm und GBW=1MHz komme ich auf eine minimale Feedback-Kap. von C_F=14pF.
Angehängte Dateien:
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OPV.png
8,1 KB
Habe ich das so richtig verstanden? Bei Dunkelheit liegt am Ausgang (1) Vcc/2 an und je höher der Fotostrom, um so geringer die Spannung?
Ja. Edit: @Achim Schulte: Du warst 1 Sekunde schneller, dafür ist mein J größer ;-)
Die gute Nachricht: Die Schaltung funktioniert einwandfrei und verstärkt prinzipiell so wie sie soll. Die schlechte Nachricht: Das Signal ist trotzdem noch nicht aussagekräftig genug. Bei den sehr geringen Helligkeitsunterschieden des reflektierten Lichts steigt beim Fotoelement-Betrieb der per D/A gemessene Wert und über 32 Messungen geglättete Wert um ca. 16 Skaleneinheiten, das Rauschen liegt geglättet bei etwa 8 Einheiten. Im Betrieb als Konstantstromquelle musste ich mit dem Rückkopplungswiderstand auf 1M raufgehen um überhaupt eine Änderung zu sehen und selbst dann ist der Unterschied mit 1-2 Skaleneinheiten an der NAchweisgrenze, Rauschen ist dafür unter der Meßgrenze ;-). Erwartungsgemäß ist die Variante Fotoelement etwas träge, ich bekomme die Messung nicht ganz in der Austastlücke hin. Für Vorschläge dankbar, Alexander
Nur zur Information: Es gibt bereits fertig integrierte Transimpedanzverstärker für deine Zwecke: http://www.mazet.de/mazet/download/download_produkte/farbsensoren/db05175-mti04cs-cq/de Hat nette Features wie z.b. eine digital einstellbare Transimpedanz. Gruss MB
Ja. Dann mach den 100k Widerstand mal auf 1Meg
Je höher Du den Widerstand wählst, desto höher wird natürlich auch die Verstärkung. Außerdem rauschen hochohmige Widerstände weniger. Bei Transimpedanzverstärker sollte man deshalb den Widerstand in der ersten Stufe deshalb immer so hoch wie möglich wählen. Immer natürlich die Dynamik beachten. Der TS974 wäre ein recht rauscharmer OPV mit GBP12MHz, R2R und auch sehr günstig.
Man kann mit einer Kaskodenschaltung das Rauschen nochmals reduzieren und die Bandbreite erhöhen: Wie hier: http://www.sebulli.com/photoamplifier/index.html Es gibt aber auch recht rauscharme und sehr schnelle OPVs wie OPA657. Damit könntest Du mit 200k Verstärkung bis 10MHz Bandbreite erreichen. Allerdings sind die dann nicht mehr für 1€ zu bekommen.
Achim Schulte schrieb: > Je höher Du den Widerstand wählst, desto höher wird natürlich auch die > Verstärkung. D. h. 5 oder 10 Meg wären auch möglich? Dynamikumfang und Rauschen waren bisher unproblematisch, auch um die Geschwindigkeit mache ich mir keine Sorgen. Wie muss ich den Feedback-C dann dimensionieren? Mit der Formel von http://www.mikrocontroller.net/articles/Lichtsensor_/_Helligkeitssensor C_F = sqrt(CI / (R * GWB)) komme ich irgendwie nicht auf die 14pf von "Gast". Der Tipp mit dem MTI04CS ist übrigens gut, das wäre wirklich genau das, was ich brauche. Die Beschaffung für Amateurbastler und die Montage auf Lochrasterplatine könnten sich als etwas tricky erweisen.
Ich weiss nicht wie es bei euch in Deutschland ist, aber hier in der Schweiz ist Distrelec ein sehr guter Distributor (Preise nicht immer am billigsten, liefert jedoch in 99% der Fälle am nächsten Tag aus). Jedoch scheint der in D recht unbekannt zu sein. www.distrelec.de Artikelnummer: 643239 Gruss
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