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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Beschaltung eines analogen Positionssensors


Autor: Philipp __ (sand)
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Hallo,

ich möchte einen PSD von Hamamtsu beschalten. Er soll die Position eines 
Lasers detektieren. Dazu liefert er zwei Spannungen, an jedem Ende eine. 
Bewegt sich der Laserstrahl, so wird die eine Spannung größer, und die 
andere kleiner. Bei konstanter Leistung des Lasers ist die Summe der 
Spannungen konstant.

Daher kann man das Signal normieren. Das geht so: U=(U1-U2)/(U1+U2)

Hier wird das auch nochmal beschrieben:
http://www.fb06.fh-muenchen.de/fb/queries/download...

Was man noch dazu sagen muss, ist dass die Position in Form eines 
Fotostroms ausgegeben wird (bzw. zwei Fotoströmen). Den habe ich erstmal 
in eine Spannung gewandelt mit einem TL081 und einem 10 kOhm Widerstand 
(Verstärkungsfaktor 10000).

Dann einmal addiert und einmal subtrahiert. Dazu habe ich ausschließlich 
1kOhm Widerstände verwendet. Ist ja eigentlich egal, hauptsache die 
gleichen oder? Hatten alle auch laut Multimeter einen Fehler von 
höchsten 1%.

Nun wird das ganze Dividiert. Dazu habe ich einen AD538 verwendet.
Der hat diese Funktion integriert: Vout=Vy(Vz/Vx)^m
Vy habe ich auf die interne Vrev gelegt (10V), werde wahrscheinlich in 
Zukunft 2V nehmen. Um das m auf 1 zu setzen, muss man wohl den C ausgang 
mit B verbinden. Habe ich auch gemacht.

Der Schaltplan liegt anbei.

Die Schaltung habe ich schon gebaut. Sie gibt leider nur die Spannung 
aus, die man als Versorgung angelegt hat. Beim durchpiepen im stromlosen 
Zustand, scheint alles in Ordnung zu sein.

Nochmal konkret mein Anliegen
Könnte den mal bitte jemand den Schaltplan anschauen, nur falls da 
irgend ein Denkfehler ist? Ich kenne mich damit nicht so gut aus.
Ist es z.B. Ok Signal GND auf Power GND zu legen?
Ist die Widerstandsdimensionierung in Ordnung?
Ist es notwendig eine Gegenspannung an dem PSD anzulegen?
Gibt es vielleicht integrierte Bauteile, die alles von alleine können? 
Mal abgesehen von den Orginalen vom Hersteller, die sind zu teuer.

Vielen Dank,

Philipp

Autor: Philipp __ (sand)
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Datenblatt des PSDs

Autor: Philipp __ (sand)
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Datenblatt des Ops TL081

Autor: Philipp __ (sand)
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Datenblatt des OPs AD538

Autor: Helmut -dc3yc (dc3yc)
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Philipp,
furchtbarer Schaltplan. Da kann man ja nix erkennen vor lauter Farbe....
Und dann isses zweckmässig, Signale, die überall hingehen 
(Betriebsspannungen!), nicht über das ganze Blatt zu malen, sondern als 
kurzen Stummel mit Bezeichnung Vcc, 12V, Gnd oder ähnlich.
Verwende selber Hamamatsu-PSDs und die funzen recht gut. Welche 
Betriebsspannung hast du verwendet? Verwendest du bipolare Versorgung? 
Du kannst auch die beiden Summen- und Differenzsignale AD-wandeln und 
das Berechnen des Quotienten einen Proz machen zu lassen. Schaltplan 
kann ich nicht checken; der ist für mich unlesbar :-(

Servus,
Helmut.

Autor: Philipp __ (sand)
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Danke für die schnelle Antwort, Helmut.

Hab gleich den Schaltplan entsprechend abgeändert. Hoffe das er jetzt 
lesbarer ist.
Für die Versorgungsspannung habe ich 18V aus einem ganz normalen 
Netzgerät verwendet.

Der PSD funktioniert auf jeden Fall, wenn man ihn einfach mit einem Oszi 
vermisst zeigt das Spannungen an, die vom Ort eines Lasers abhängig 
sind.

Spricht irgend etwas dagegen das Signal analog zu verarbeiten? Irgendwie 
machen das alle So die etwas mit PSDs zu tun haben. Sonst könnte man ja 
auch gleich nur die Spannung am PSD digitalisieren...

Gruß,

Philipp

Autor: Philipp (Gast)
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Hi,

hat noch jemand eine Idee? ich habe mal den Widerstand des 
Strom-Spannungswandler verändert... noch hats nicht geholfen.

Autor: Philipp __ (sand)
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Hallo,

ich probiere das gleiche nochmal mit einem anderen Operationsverstärker: 
Lm124. Der hat gleich 4 Ops in einem integriert.

Dabei werde ich auch zuerst die Strom-Spannungswandler testen, und erst 
dann weitermachen. Trotzdem wäre ich dankbar für hinweise bez. der 
Dimensionierung von Widerständen.

Danke,

Philipp

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Philipp,

> hat noch jemand eine Idee? ich habe mal den Widerstand des
> Strom-Spannungswandler verändert... noch hats nicht geholfen.
die Versorgungsspannung des TLO81 stimmt nicht.

Du stellst keine negative Spannung bereit; das dürfte viele oder alle 
Fehler erklären.

Die fehlende negative Versorgungsspannung bewirkt schon beim 
Strom-Spannungswandler, daß die minimale Ausgangsspannung ungefähr 1-2V 
beträgt (TL081 ist kein Rail-to-Rail-OPV).

Beim invertierenden Verstärker willst Du dann sogar negative Spannungen 
erzeugen, was der OPV noch weniger kann.



Gruß,
  Michael

Autor: Philipp __ (sand)
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Was heißt das also? Darf ich keine invertierende Verstärker nehmen, oder 
was muss ich mit der Spannung machen? Wie sieht das beim lm 124 aus, 
geht das da?

Gruß,

Philipp

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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Hallo Philipp

Michael hat Recht. Wenn aus dem PSD ein positiver Strom kommt, damm 
müsste schon an den Ausgängen der Strom-Spannungswandler eine negative 
Spannung anliegen. Das geht jedoch nicht, da die OPs keine negative 
Stromversorgung haben.
Du benötigst statt 18 Volt z.B. +9Volt und -9Volt.

Gruss, Bernd

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Philipp,

> Was heißt das also? Darf ich keine invertierende Verstärker nehmen, oder
> was muss ich mit der Spannung machen? Wie sieht das beim lm 124 aus,
> geht das da?

Am einfachsten machst Du das so, wie Bernd es empfohlen hat (+/- 9V 
Versorgungsspannung).

Der OPV kann am Ausgang nur Spannungen erzeugen, die irgendwo zwischen 
seiner negativen und positiven Versorgungsspannung liegen.

Bei einem Rail-to-Rail-Verstärker beträgt der Bereich:

    Vss <= Ua <= Vcc

Beim TL081 ungefähr:

    Vss+2V <= Ua <= Vcc-2V


Vss: negative Versorgungsspannung
Vcc: positive Versorgungsspannung


Wenn Du negative Spannungen erzeugen willst, muß der OPV über seine 
Versorgung irgendwie eine negative Spannung bekommen.



Gruß,
  Michael

Autor: Philipp __ (sand)
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Hi,

Danke für den Tip! Das erscheint mir logisch.
Aber noch eine dumme Frage: Die Masse des PSD-Sensors darf dann nicht 
mehr auf die Versorgungsspannung oder?

Was hat das eigentlich mit dem Offset Null Input des TL081 auf sich? Da 
ist zwar eine Zeichnung im Datenblatt, aber aus der werde ich nicht 
schlau was das bringt.

Und: Ginge das ganze auch mit dem lm124? Datenblatt ist anbei. Wäre 
nicht so ein Gewusel.

Gruß,

Philipp

Autor: Philipp __ (sand)
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Hi,

ich poste nochmal die Schaltungen wie ich sie jetzt verstanden habe. Bei 
den lm124 weiß ich nicht ob das geht...
Und die Masse vom PSD kann ich dann nicht auf -5V oder -9V legen oder? 
(Die Werte habe ich übrigens ziemlich willkürlich gewählt). Und ist der 
ad 538 richtig angeschlossen?

Danke nochmal :-)

Philipp

Autor: Philipp __ (sand)
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Hier nochmal die Schaltung mit dem anderen OPV. Ansonsten probiere ichs 
morgen einfach mal alles aus.

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