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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Infrarot Empfängerdiode Empfäng hohe Frequenzen nicht


Autor: Anos B. (Gast)
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Ich habe versucht, ein Digitales 3MHz signal von einer Infrarot Led an 
eine Infrarot Empfänger Diode zu Senden.

Die Sende-Led ist eine SFH4605, die Empfangs-Diode ist eine SFH203.

Die Sende-Led schaft 10ns schaltzeit, die Empfangs-Diode 5ns.

die Sende-Led wird so angesteuert, daß das Rechteck an der Led noch 
relativ gut ein Rechteck ist, die kanten oben und unten sind ein bischen 
abgeflacht, aber nicht viel. es fließen ca. 20mA

Wenn ich die Empfangs-Diode relativ hochohmig an das Oszilloskop hänge, 
teilweise hängt nur das oszilloskop dazwischen (Spannungs an 
Empfangs-Diode und widerstand zusammen 5V) udn die hand zwischen 
sende-Led und Empfangs-Diode hinundher bewege, sit ein deutlicher 
spannungsunterschied zu erkennen, 0,3-3V, je nachdem wie doll ich die 
hand bewege.

Der witz ist jetzt: Das signal von Sende-Led mit 3MHz kommt nicht sauber 
durch. es ist extrem schwach und nur ein bischen zu sehen, wenn ich die 
Sende-Led sehr nahe an die Empfangs-Diode direkt dranhalten würde.


Was ist das verkehrt? Ich habe schon noch andere langsamere sende-Leds 
getestet, und dabei ist es das selbe.


Hab ich mir da ne schlechte Empfangs-Diode ausgesucht, oder funktioniert 
die Empfangs-Diode nur mit nem bestimmten vorwiderstand, was hab ich da 
verkehrt gemacht? Immerhin soll die eine 1ns schaffen und die andere 
5ns...

Autor: Mikki Merten (mmerten)
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Evtl. hilft ja diese App-Note die verschieden Betriebsarten eine 
Photodiode und damit verbunden sehr unterschiedlichen erzielbaren 
Geschwindigkeiten besser zu verstehen.
http://www.osioptoelectronics.com/application-note...

Autor: Dieter Werner (Gast)
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Jede Diode hat eine Sperrschichtkapazität und diese wirkt in der 
beschriebenen Anwendung wie ein Ladekondensator.

Schalte mal 1kOhm parallel zur Diode um in den Signalpausen die 
aufgesammelte Ladung wieder abzubauen. Das kostet zwar etwas an 
Empfindlichkeit, erhöht die Geschwindigkeit aber ganz erheblich.

Autor: Ganymed (Gast)
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Möglicher weise wird deine Empfangsdiode
auch durch inrarotes Streulicht (Glühlame
als Arbeitsplatzleuchte, Sonneneinstrahlung)
völlig übersteuert.
Dagegen ist des IR-Licht der Sendediode nur
Sternenlicht am Taghimmel.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Anos B. (Gast)

>Was ist das verkehrt?

Deine Messung bzw. Empfängerschaltung.

>verkehrt gemacht? Immerhin soll die eine 1ns schaffen und die andere
>5ns...

Nur mit der richtigen Empfängerschaltung. Einfach mal ans Oszi halten 
geht so definitiv nicht!

Siehe Lichtsensor / Helligkeitssensor

MFG
Falk

Autor: aha (Gast)
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> Einfach mal ans Oszi haltengeht so definitiv nicht!

Bei genuegend Signal muss man den Oszieingang nur auf 50 Ohm stellen.

Autor: Anos B. (Gast)
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hm ok also niedriger innenwiderstand um die kapazität in der diode zu 
unterdrücken..?

Diese OP-schaltung auf der einen seite als Transimpedanz-Wandler würde 
ja theoretisch gehen, abgesehen davon daß man nicht so schnell mal eben 
einen schnellen OP bekommt..

Autor: oszi40 (Gast)
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Es mal in kleinen Schritten herantasten, ehe man große Sprünge macht.
Abgesehen von Kapazitäts-Problemen, gab es auch LEDs, die optisch 
schielen.

Autor: Sofa Eddy (Gast)
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Kapazität bei 0V ist 11pF. Daher genügt das Abschliessen mit 4.7kOhm, um 
genau 3MHz Grenzfrequenz einzustellen. Natürlich nimmt man dennoch 
weniger, z.B. 1kOhm. Zumindest bleibt dann ein nennenswertes 
Ausgangssignal.

Tageslichtfilter zur Verringerung des Gleichstroms, bzw. gleich die 
FA-Version benutzen.

Idealerweise einen Transimpedanzverstärker zur Verstärkung einsetzen:

Beitrag "Fotodiode Transimpedanzverstärker"

Eine Erhöhung der Sperrspannung verringert die Sperrschichtkapazität 
weiter. Beispielsweise wurde die Anstiegszeit von 5ns bei 20V gemessen.

Autor: Anos B. (Gast)
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>> Daher genügt das Abschliessen mit 4.7kOhm

hm aber auf der anderen seite brauch ich nen genauso niederohmigen 
widerstand oder? ob ich den widerstand, mit dem ich die Led in reihe 
schalte, dann so wählen sollte, daß bei 5V versorgungsspannung 4V an der 
diode abfallen und nur 1V an dem widerstand in reihe? weil dann ja mehr 
spannung an der diode abfällt..

>> Idealerweise einen Transimpedanzverstärker zur Verstärkung einsetzen

ich befürchte, dann brauch ich ja wohl doch nen OP, der einige MHz 20-50 
MHz aushält.


>> wurde die Anstiegszeit von 5ns bei 20V gemessen

das hört sich nicht gut an. eigentlich habe ich in meiner schaltung 
wegen der batterie-versorgung nicht viel spielraum, so daß spannungen 
über 5V schnell ein problem werden könnten.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Anos B. (Gast)

>ich befürchte, dann brauch ich ja wohl doch nen OP, der einige MHz 20-50
>MHz aushält.

Nein. Ein 10 MHz OPV sollte reichen. Siehe meine Link, dort steht ne 
Formel drin.

>>> wurde die Anstiegszeit von 5ns bei 20V gemessen

>das hört sich nicht gut an. eigentlich habe ich in meiner schaltung

Du brauchst auch keine 5ns! Mit dem richtigen Empfänger geht es auch 
ohne Sperrspannung.

MFG
Falk

Autor: Anos B. (Gast)
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>> Mit dem richtigen Empfänger geht es auch
ohne Sperrspannung

ok, was meintest du jetzt mit Empfänger? die ganze empfänger-schaltung 
oder ne andere empfänger-diode, also eine mit Tageslicht-Filter?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Anos B. (Gast)

>ok, was meintest du jetzt mit Empfänger? die ganze empfänger-schaltung

Ja, einen gescheiten Transimpedanzverstärker.

MFG
Falk

Autor: Anos B. (Gast)
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ok.

jaa dann brauch ich jetzt nur noch einen schnellen OP, der mindestens 10 
MHz schaft und das bei 5V versorgungsspannung.

ich habe auch zwei: OP37 und LT1028

die gehen nur leider beide erst ab 8V.
..es muß aber auch welche für schwächere spannungen geben. 
Infrarot-Kopfhörer laufen ja teilweise schon mit einer Batterie.

Autor: Anos B. (Gast)
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Nachtrag:
ich habe jetzt den plan von ner Empfängerschaltung gefunden:

http://www.elv-downloads.de/service/manuals/SIR100...
weeweewee.elv-downloads.de/service/manuals/SIR1000/75320_75321_SIR1000T_ 
SIR1000R_km.pdf


ich werde mich da mal durchdröseln. naja, ob nun eine 
transimpedanz-verstärkung gemacht wird, kann man ja auf den ersten blick 
nicht erkennen aber ich glaube eher nicht, weil außen der 
rückkoppelwiderstand fehlt.

vielleicht versuch ich mal was ähnliches von dem eingang nachzumachen, 
falls es mit anderen versionen nich klappt.

ich verstehe trotzdem noch nicht ganz, warum die kapazität der diode 
hier besser entschärft werden soll, da gerade bei den hohen frequenzen 
die beiden spulen hinter der diode ja höherohmiger werden würden. die 
kapazität würde demnach dann also nur bei niedrigen frequenzen 
"entschärft" werden.

Autor: Sofa Eddy (Gast)
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Für die Kapazität der Fotodiode ist die anliegende Spannung 
ausschlaggebend. Da der DC-Anteil bei weitem überwiegt, ist die 
Kapazität praktisch unabhängig vom Nutzsignal, dem AC-Anteil.

Autor: Anos B. (Gast)
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ah ok.

noch ne Frage:
bringt es mir eigentlich nen Vorteil, da für die Verstärkung statt der 
Emiterschaltung ne Basisschaltung zu benutzen, oder ist das nicht so 
angeraten?

Der Vorteil ist, daß ich den 1k Widerstand von der IR-DIode auch direkt 
da benutzen könnte, wo der Transistor von der Basisschaltung seinen 
Emiter-Widerstand hat.

Der Nachteil wäre, daß ich den 1k Widerstand nicht mehr mit einem 
Kondensator gegen Hochfrequenzen kurzschließen kann, und deshalb sich 
wider stärker die Kapazität der Diode wegen unterschiedlichen Spannungen 
auf das Signal einwirken kann.

Bringt mir so ne Basisschaltung denn was, verstärkt die stärker als die 
Emiterschaltung (also die Spannungsverstärkung) oder gleich?

Würd mir die was wegen den aus dem Weg geräumten Kapazitäten vom 
Transistor bringen oder wäre das eher von Nachteil, weil sich dann die 
Kapazität der Diode stärker auswirkt?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Anos B. (Gast)

>Der Vorteil ist, daß ich den 1k Widerstand von der IR-DIode auch direkt
>da benutzen könnte, wo der Transistor von der Basisschaltung seinen
>Emiter-Widerstand hat.

Vergiss es. Um so eine Schaltung zu entwerfen braucht man DEUTLICH mehr 
Wissen als du hast. Bau einen Transimpedanzverstärker gemäss dem Artikel 
oben auf, fertig.

MFG
Falk

Autor: Anos B. (Gast)
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..noch hab ich keinen OP mit hohen frequenzen für 5V gefunden.

Autor: Anos B. (Gast)
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Nachtrag:
Ich bin jetzt auf die irsinnige Idee gekommen, statt nach "schneller OP" 
nach "schneller Komparator" zu suchen.

Ich habe den TL3116 Komparator gefunden. er soll ne gute geschwindigkeit 
haben, und so wie ich das richtig verstehe auch ab 5V 
versorgungsspannung funktionieren. so wie ich das richtig verstehe, 
reichen einmal 5V statt +/- 5V dann aus.

Es steht dort zwar "Transimpedanzwandler mit OP", aber da ja nur 
digitale zustände rauskommen sollen, geh ich mal davon aus, daß der 
völlig ok ist und der ist sogar billig.

ist jemand da anderer meinung, oder kann ich den benutzen für die 
"Lichtsensorschaltung mit Transimpedanzwandler" ?

Hier ist nen Datenblatt falls jemand gucken möchte. :)
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/texasins...

Autor: Eddy Current (chrisi)
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Du willst also mit einem Komparator einen Transimpedanzwandler bauen.

Nein. Das wird nix.

Was ist denn nun mit einem g'scheiten OpAmp? Die gibt's doch wirklich 
wie Sand am Meer, z.B. LMV721 (TI oder NSC)

Autor: Anos B. (Gast)
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warum geht es denn nicht? der op muß in dem fall nur verstärken, und das 
tut ein Komparator genau so.


>> Die gibt's doch wirklich wie Sand am Meer

nein offensichtlich nicht, weil wir haben dann bis jetzt nur einen, den 
LMV721. ich wäre mit dem ja auch zu frieden, wenn es einen shop geben 
würde, wo man den kaufen kann.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Anos B. (Gast)

>warum geht es denn nicht? der op muß in dem fall nur verstärken, und das
>tut ein Komparator genau so.

Nöö. Der OPV hat eine lineare Übertragungsfunktion, der Komparator eine 
rechteckförmige sprich binäre.

MfG
Falk

Autor: Anos B. (Gast)
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hm.. er verstärkt wirklich nur rechteckförmig. ich dachte immer, 
komparatoren verstärken zwar linear oder kontinuierlich aber nicht mit 
einer sauberen ausgeglichenen kurve.

naja ich hab jetzt trotzdem einen gefunden. es gibt tatsächlich welche, 
ich guck gerade bei RS components die liste durch. einen habe ich schon 
gefunden, dort ist die liste wenigstens nach OPs geordnet.

im moment habe ich den AD8651. ich hoffe aber noch, einen anderen oder 
besseren zu finden, der zur not preisgünstiger ist.

Autor: Eddy Current (chrisi)
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Ach übrigens, ehe ich's vergesse:

Die 1. Stufe macht die Umsetzung von Strom in Spannung. Dabei wird auch 
der DC-Anteil (Tageslicht) mit verstärkt. Je nach Umgebungsbedingung 
(Sonnenstand!) darf/kann daher die erste Stufe auch nicht beliebig hoch 
verstärken.

Bei 3MHz Nutzsignal könnte der Einsatz einer Spule (oder gleich 
Schwingkreis) parallel zur Rückkopplung des Transimpedanzverstärkers 
hilfreich sein, um die Festigkeit gegen starkes Umgebungslicht zu 
erhöhen. Ist aber nur eine Idee.

"Normalerweise" folgt eine 2. AC-entkoppelte Stufe, die den Rest der 
(Spannungs-)Verstärkung, sowie weitere Filterung übernimmt.

Autor: Anos B. (Gast)
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hm ok. d.h. ich brauche mindestens 2 OP-stufen. meint ihr ich brauche 
noch mehr als 2 oder reichen 2 meistens aus?

Autor: Eddy Current (chrisi)
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Dazu müsste man die geforderte maximale axiale Entfernung kennen. Die 
restlichen Angaben hast Du schon gemacht. Aus LED-Typ und Strom ergibt 
sich der Lichtstrom. Der Öffnungswinkel ist ebenfalls bekannt, daher 
läßt sich der zu erwartende Signalpegel errechnen/abschätzen.

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