Hallo, ich habe eine Schaltung zur Ansteuerung und Verstärkung eines Cardio Pulssensors gebaut (ähnlich http://embedded-lab.com/blog/?p=1671 bzw http://www.zotteljedi.de/pulsemon/index.html). Wenn ich für die IR-LED eine Transistor Stromquelle wie in der Schaltung benutze, kann ich kein sauberes Signal (ich messe hinter der 2. OpAmp-Stufe) bekommen. Das Signal ist von niederfrequenten Rauschanteilen überlagert, die im Bereich des Nutzsignals liegen. Wenn ich die IR-LED dagegen mit einem Vorwiderstand betreibe, verschwindet der Rauschanteil und das Signal zeigt sauber den Puls. Kann es sein, dass die Transistor-Stromquelle so stark rauscht (bzw. schwankt) im Vergleich zum Widerstand? Natürlich ist es so, dass sehr kleine Schwankungen der Lichtstärke zu großen Signaländerungen führen. Die Stromänderungen sind aber wenn dann so klein, dass sie nicht messbar sind. Auf den Screenshots sieht man den Unterschied der beiden Varianten. Suche ich vielleicht an vollkommen falscher Stelle? Gruß Reinhard
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Dein Problem liegt sicher nicht an der Versorgung der LED, sondern am Arbeitspunkt des LM324. IC1B und IC1C arbeiten mit auf Masse liegenden Eingängen und werden daher auch mit recht großen negativen Eingangsspannungen betrieben. Das geht so nicht und kann zu allen möglichen Erscheinungen führen.
Das ist sicher richtig, aber warum geht es dann in der Variante mit Vorwiderstand? Dadurch ändert sich ja nicht der Arbeitspunkt.
> warum geht es dann in der Variante mit > Vorwiderstand? Dadurch ändert sich ja nicht der Arbeitspunkt. Offenbar doch, die Pegel sind anders. Wie hoch ist eigentlich die Betriebsspannung?
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Die Betriebsspannung ist 5V. Ich habe jetzt zusätzlich mal folgendes gemessen. Zwischen IR-LED und Fototransistor ist eine Folie, die das Licht ähnlich abschwächt, wie bei der eigentlichen Pulsmessung, d.h. ich messe jetzt den reinen Gleichlichtanteil ohne (Puls-)Modulation, damit liegt der Arbeitspunkt des Fototransistors gleich. a) R_LED_const_Light.png - LED mit Vorwiderstand b) R_Curr_const_Light.png - LED mit Transistorstromquelle Der Kanal2 des Oszilloskops misst den Arbeitspunkt des Fototransistors an dessen Kollektor. Wie man sieht, ist diese Spannung in beiden Fällen (1,55 - 1,6V), also kommt schon mal gleich viel Licht an. Beim zweiten Screenshot sieht man die Schwankungen jetzt besonders deutlich.
Schalte in die Kollektorleitung deines Stromquellentransistors einfach einen kleinen Dämpfungswiderstand und von der Basis zu VCC (parallel zu den Dioden) einen Elko. W.S.
Leider keine merkliche Änderung, Widerstände von 10-100R ausprobiert, auch Elko brachte keine Besserung.
Schade, ich hatte gehofft, ein paar Ansätze zur Lösung zu bekommen. Na ja, jetzt mach ich erst mal mit Vorwiderstand weiter. Werde wohl demnächst die Schaltung nochmal auf dem Steckbrett aufbauen, dann geht's vielleicht weiter. Auf jeden Fall schon mal danke für eure Beiträge. Gruß Reinhard
Hallo die 1N4148 hat ein Glasgehäuse. Dunkel die mal ab. Früher ( in der Steinzeit ) gab es Transistoren im Glasgehäuse z.B. OC 70, die konnte man wunderbar als Phototransistor verwenden wenn man den Lack abkratzte. Dioden im Glasgehäuse reagieren auch auf Licht.
Das Problem fängt schon damit an, dass der Strom vom Sensor über den recht kleinen Widerstand R3 nach V+ in einen Spannung gewandelt wird. Da hat man also alle Störungen von 5 + mit drauf. Die Stromquelle sollte da das kleinste Problem sein - so schlecht wird die nicht sein, eine Widerstand wäre aber auch nicht schlechter. Der Arbeitspunkt für die Späteren Stufen ist zumindest nicht gut: über den Widerstand R5 bzw. R13 und den Bias Strom des OPs kommt ein kleines bisschen an Spannung, das meiste wohl über Gleichrichtung von Störungen.
karadur schrieb: > die 1N4148 hat ein Glasgehäuse. Dunkel die mal ab. diese Idee hatte ich auch schon und, damit auch andere elektrische Störungen abgeschwächt werden, habe ich alles in eine Blechkiste gepackt, also dunkel und elektrisch geschirmt - leider keine Änderung. Ulrich schrieb: > Das Problem fängt schon damit an, dass der Strom vom Sensor über den > recht kleinen Widerstand R3 nach V+ in einen Spannung gewandelt wird. > Da hat man also alle Störungen von 5 + mit drauf. Der Widerstand hat 10k und an ihm fällt eine Spannung von ca. 3,2V ab, das entspricht dem Gleichlichanteil, der Modulationsanteil ist mit ca. 2-3mV in der Tat sehr klein. > Die Stromquelle sollte da das kleinste Problem sein - so schlecht wird > die nicht sein, eine Widerstand wäre aber auch nicht schlechter. Eben, genau deshalb versteh ich ja auch den Unterschied nicht. > Der Arbeitspunkt für die Späteren Stufen ist zumindest nicht gut: über > den Widerstand R5 bzw. R13 und den Bias Strom des OPs kommt ein kleines > bisschen an Spannung, das meiste wohl über Gleichrichtung von Störungen. Was auch wieder für Stromquelle und Widerstand gilt. Optimieren kann ich das natürlich zusätzlich. Was sollte ich tun? Der Tiefpass sollte ja weiterhin bestehen bleiben.
Als erstes würde ich den Tiefpass richtig machen mit dem Arbeitspunkt. Mit den schlecht definierten Arbeitspunkt ist die Schaltung nicht gut, und vor allem nicht so einfach im Verhalten zu verstehen. Der 2. Punkt wäre die Entkopplung der Versorgung für R3. Dafür könnte man z.B. zwischen R3 und V+ noch einmal etwa 3,3 K schalten und dann einen Elko und ggf. noch einen Kondensator parallel nach GND. Damit hat man da eine saubere Spannung, und bekommt weniger Störungen von V+. Erst danach würde ich mir die Stromquelle ansehen: Bei der Stromquelle stellt sich die Frage wozu überhaupt, bzw. was stört am Widerstand ? An sich rauscht so eine Quelle nicht nennenswert, wenn man nicht beim Transistor Emitter und Kollektor bei rel. hoher Spannung vertauscht hat. Der Sensor (Optokoppler) sollte keine Nennenswerte Verstärkung des Rauschens bingen. Falls wirklich die Stromquelle rauscht sollte man da auch direkt am Strom sehen sollen, ohne den Einfluss des restlichen Schaltung.
Ich denke, ich habe den Übeltäter identifiziert - die Spannungsversorgung mit 5V über USB! Wenn ich an der Basis des Transisors der Stromquelle messe, sehe ich im mV-Bereich Störungen mit einem ganz ähnlichen Frequenzverhalten. Der Arduino reicht die 5V Spannung von USB durch, sie wird zwar mit 100u geglättet, aber das reicht nicht aus, um die niederfrequenten Anteile zu filtern. Wenn der Arduino mit einem externen Netzteil betrieben wird, werden die 5V mit einem Spannungsregler erzeugt und sind sauber, die USB Spannungsversorgung ist dann abgekoppelt. Die mV-Spannungsänderungen an der Basis des Transistors führen zu einer (geringfügigen ) Modulation des IR-Lichtes. Ich habe mich irreführen lassen, als ich die Schaltung mit Batterie betreiben habe, zum Aufnehmen der Scope Bilder hatte ich ja immer USB mit dran hängen. ;-( Ein Betrieb an einem anderen Computer führte sogar zu noch größeren Schwankungen. @Ulrich - deine Vorschläge werde ich ausprobieren > Bei der Stromquelle stellt sich die Frage wozu überhaupt, bzw. was stört > am Widerstand ? Genau das sage ich mir jetzt auch - es funktioniert ja mit einem Widerstand und die Spannung ist auch ziemlich konstant. Es bleibt also erst mal beim Widerstand. Aber wenigstens weiß ich (doch hoffentlich) jetzt, wo die Störungen her kommen.
Für alle die es interessiert, was aus diesem Projekt geworden ist: http://dingfabrik.de/2012/11/19/ding-des-monats-112012-biofeedback-mit-arduino/
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