Verstärkerschaltung für Fotodiode [Amplitudenproblem]

[Roland H. (blacksmoke)]

Hallo zusammen,

Ich möchte mit einem Mikrocontroller Licht messen. Dazu möchte ich 
einmal eine Art Lichtschranke mit Laserpointer bauen. Dazu wollte ich 
einen Operationsverstärker verwenden, der den Fotostrom in eine Messbare 
Spannung wandelt. Im Idealfall hätte ich gerne als Maximumwert die 
Betriebsspannung von 3.3V. Um die Auswertung per Mikrocontroller soll es 
erst einmal hier nicht gehn (Dies soll per ADC geschehen).

Nun habe ich schon einige Versuche gemacht. Leider bekomme ich immer nur 
2V heraus. Egal ob ich nur Wandel oder noch eine Versärkerstufe anhänge. 
Versuche habe ich mit einer hellen Taschenlampe und Laserpointer (1mW) 
gemacht. Ich wäre sehr Dankbar wenn ich den Grund dafür aufklären 
könnte. Angehängt habe ich ein Skizze der Schaltung. Falls noch angaben 
fehlen, bitte einfach Fragen.

Ein evtl. weiteres Problem könnte ja dann evtl. bei der Unterscheidung 
zwischen hellem Sonnenlicht und Laserpointer passieren vermute ich mal

gruß

Roland

[Pandur S. (jetztnicht)]

Ja. Der LM358 ist eine alte Gurke und bringt nicht mehr. Das Datenblatt 
angeschaut ?

[Roland H. (blacksmoke)]

So genau leider nicht. Es scheint nur der übliche Verdächtige zu sein 
für den Job. Deshalb habe ich diesen erstmal verwendet. Aber gut ich hab 
noch 1 - 2 ander Typen hier die ich mal testen kann. Werde mir das 
Datenblatt dann nochmal genauer ansehn.

[Wolfgang (Gast)]

Roland H. schrieb:
> Nun habe ich schon einige Versuche gemacht.

Wie sieht deine vollständige Schaltung aus?
Wie große ist dein R1?

[der schreckliche Sven (Gast)]

Roland H. schrieb:
> Betriebsspannung von 3.3V.

Zu wenig.

[Possetitjel (Gast)]

Roland H. schrieb:

> Im Idealfall hätte ich gerne als Maximumwert die
> Betriebsspannung von 3.3V.

Mal mit dem Unterschied von Theorie und Praxis vertraut
machen --> Datenblätter der verwendeten Bauteile lesen.

[Harald W. (wilhelms)]

Possetitjel schrieb:

> Datenblätter der verwendeten Bauteile lesen.

Leider ist die Aussage über den zu erwartenden Ausgangsspannungsbereich
im hier im Forum verlinkten Datenblatt nur sehr versteckt zu finden.

[U. M. (oeletronika)]

Hallo,
> Roland H. schrieb:
> So genau leider nicht. Es scheint nur der übliche Verdächtige zu sein
> für den Job.
Naja, wenn man keinerlei erste Randbedingungen hat, etwa so wie in 
diesem Fall, dann kann man so ziemlich jeden beliebigen OPV aus den 
tausenden möglichen nehmen.

Jede spezielle Randbedingung grenzt dann aber die Auswahl ein, so dass 
oft am Ende nur eine sehr kleine Anzahl bleibt und manchmal gar keiner.
Aber so eng ist deine Anwendung ja gar nicht.

> Deshalb habe ich diesen erstmal verwendet. Aber gut ich hab
> noch 1 - 2 ander Typen hier die ich mal testen kann.
Vermutlich wird keiner passen. Du hast mind. 3 Parameter, welche die 
Auswahl einschränken, sofern du bei dem Konzept bleibst:

1. Geringe Betriebsspannung

2. rel. großer Aussteuerbereich innerhalb der engen Spannung.
Das braucht dann einen Typen, der "Rail-to-Rail" am Ausgang macht.

3. Mit Dunkelstrom gegen null hast du auch am Eingang des 1.OPV ein 
Potential nahe 0V. Das muß der OPV auch am Eingang können.  Es gibt auch 
OPV, die am Eingang noch ein kleines Stück unter -Ub funktionieren.

Am Ende ist aber manchmal das bessere Konzeot, besser passende 
Betriebsspannungen bereit zustellen, z.B. mit einer Ladungpumpe geht das 
auch recht platzsparend.

> Werde mir das  Datenblatt dann nochmal genauer ansehn.
Mach das.

Was soll es den genau werden?
Bei einer Lichtschranke ist die Auflösung doch rel. egal. Da wäre auch 
der halbe Aussteuerbereich des ADC doch sicher schon genug, oder?

Willst du die Lichtquelle takten? Das ist zu empfehlen, um 
Umgebungslicht auszufiltern. Dann solltest du das Signal über einen 
Hochpass an den 2. OPV weiter reichen und diesen auf den Arbeitspunkt 
Ub/2 legen.

Wenn du parallel zur Fotodiode noch einen hochohmigen Widerstand legst, 
so hebst du damit den Ausgang etwas an, so daß dieser nicht bis 0V 
runter muß.
Gruß Öletronika

[Roland H. (blacksmoke)]

Im Prinzip muss es keine genaue Lichtmessung werden. Ich möchte 
eigentlich einen Kamertrigger mit verschiedenen Modi bauen (Auslösen bei 
unterbrechen der Lichtschranke, erkennen eines Blitzes, ... ) lässt sich 
noch beliebig erweitern. Mit 3.3 V wollte ich nur einen möglichst großen 
Aussteuerbereich erhalten (wenn möglich). Aber vermutlich komme ich auch 
mit 2V klar. Nur ist mir einfach nicht klar was in meiner Schaltung der 
begrenzende Faktor ist. Für R1 habe ich ein Poti genommen und grob auf 
42k eingestellt ( Ua = -I*R.
3.3V, weil der mikrocontroller mit 3,3V laufen soll und das ganze mit 
einem LiPo später laufen soll. In einem anderen Teil des Projektes wird 
es noch ein OLED mit ein paar tasten zur Bedienung geben.

Zur Verfügung habe ich hier noch folgende Typen:

MC34072PG
TLC272CP

Ich habe das ganze Zeug mit OPV alles mal gelernt, nur keine 
Praxiserfahrung damit. Deshalb würde ich es auch gerne verstehn.

[Ralf L. (ladesystemtech)]

Roland H. schrieb:
> Nur ist mir einfach nicht klar was in meiner Schaltung der
> begrenzende Faktor ist.

Der LM358 ist kein Rail-to-Rail-Typ, deshalb kommen am Ausgang immer ca. 
1,5V weniger raus als die Versorgungsspannung (interne Transistoren in 
Kollektorschaltung). Statt eines OPV's wäre ein ganz normaler 
NPN-Transistor in Emitterschaltung ausreichend für Deinen 
Anwendungsfall. Wenn der Pull-Up-Widerstand am Kollektor nicht allzu 
groß ist, dann bekommst Du auch deine 3,3V am Ausgang.

[Roland H. (blacksmoke)]

Ich habe jetz mal bei gleicher Schaltung die beiden anderen Typen 
getestet.

Auf dem Bild zu sehen, wie ich mich 2 mal mit einer Taschenlampe 
genähert und wieder entfernt habe. (Gemacht mit dem MC34072)

dort kommen dann zwischen 2,5 und 2,7V maximal raus. Aber gut wenn es 
ein NPN-Transistor evtl tut kann ich das auch mal versuchen. Einen OPV 
für diesen Zweck zu Verwenden klang für mich halt erst mal logisch.

Das mit Rail-to-Rail war mir scheinbar bisher einfach nicht bewusst.
Danke schon mal für diesen Denkanstoß. generell scheint aber das ganze 
sonst zuverlässig zu funktionieren. Die schwelle, wann was passieren 
soll werde ich dann per software machen und soll dann vom jeweiligen 
gewünschten Modus abhängig sein. Die Idee für das Projekt hatte ich von 
einem bereits bestehenden Produkt:

https://www.youtube.com/watch?v=-ntAXVz9tyw

Da dieser relativ Teuer ist, spielte ich mit dem Gedanken, einen 
Ähnlichen zu bauen (Als Open-Source-Version) sozusagen.

Wenn es mehr leute Interessiert kann ich gerne auch immer mal über den 
Stand Informieren

[Roland H. (blacksmoke)]

So habe nun versuchsweise mal eine Schaltung mit NPN-Transistor 
aufgebaut. Siehe Bild.
Dies Scheint ebenfalls sehr gut zu funktionieren. Mir stellt sich jetzt 
halt die Frage, wo liegen die Vor und nachteile ? Geschwindigkeit ist ja 
evtl auch ein Thema bei der ganzen Geschichte. Auch ein Stromverbrauch 
wird dabei evtl. eine Rolle spielen