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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Fotodioden beschalten


Autor: Hickhack0 (Gast)
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Servus,

ja blöde Frage, gerade wo google wieder viele Antworten gibt, nur nicht 
genau genug.
Klar ist, dass ich mit einem OP-Amp einen Strom-Spannungs-Wandler 
aufbauen muss, da die Fotodiode einen Strom erzeugt, keine Spannung. Was 
ich mich allerdings Frage ist, mit wieviel Strom in welche Richtung muss 
ich bei einer Fotodiode (bei mir z.B. SFH203F 
[http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0...]) 
rechnen?
Werde aus dem Datenblatt nicht gerade schlau und Google liefert mir auch 
nicht die Erleuchtung.

Ich danke schonmal für eure Antworten

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo,

> Klar ist, dass ich mit einem OP-Amp einen Strom-Spannungs-Wandler
> aufbauen muss, da die Fotodiode einen Strom erzeugt, keine Spannung.
Genau. Die Photodiode ist eine hochohmige Quelle, also eher eine 
Stromquelle als eine Spannungsquelle.

> Was
> ich mich allerdings Frage ist, mit wieviel Strom in welche Richtung muss
> ich bei einer Fotodiode (bei mir z.B. SFH203F
> [http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0...])
> rechnen?
Der Strom fließt immer entgegen der Flußrichtung der Diode. Wieviel 
Strom fließt, hängt von der Beleuchtungsstärke ab.

Fang mal mit 100k-Ohm im Rückkopplungszweig an. Vergiß das parallele C 
nicht, damit der OPV nicht schwingt. Schau mal unter
http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/opa2380.html
um genauere Informationen zu finden. Ansonsten gibt es im Forum einen 
Artikel zum Beschalten von Fotodioden.



Gruß,
  Michael

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Tageslicht im Freien teilweise bis über 1mA, schlechte Raumbeleuchtung 
nachts unter 10µA.

Kai

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Hallo,

das kommt eben ganz drauf an: ich arbeite mit pA, wenn im abgedunkelten 
Labor jemand am anderen Ende eine Zigarette raucht, wird der Messbereich 
überschritten. Von den üblichen Problemen bei solchen Messbereichen 
abgesehen ist der Fotostrom über viele (>6) Dekaden proportional zur 
Belichtung.

Gruss Reinhard

Autor: however (Gast)
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Im Allgemeinen nimmt man 1 MOhm Widerstände als Standard. Diese sind 
auch in integrierten Fotodiodenversärkern wie dem OPT101 verbaut. 
Wichtig ist aber die Beleuchtungsstärke, Fläche der Fotodiode etc. Nicht 
trivial. Ganz besonders bei hohen Widerständen braucht man zusätzlich 
noch Vorsichtsmaßnahmen gegen Interferenzen und Schwingneigung.

Autor: schon (Gast)
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Autor: Falk Brunner (falk)
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Autor: Hickhack0 (Gast)
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Ah Danke für die Links und Antworten.
Ich möchte meine Fotodiode in einer Lichtschranke nutzen, also mit einer 
IR-LED fast direkt (durch eine grünlich transparente Plastikscheibe 
hindurch) beleuchten und durch einen Eddingstrich die Drehzahl messen.
Ich rechne jetzt mal mit ca. 100uA Fotostrom in Sperrichtung der Diode.
Komme ich da ungefähr auf einen grünen Zeig?

Autor: ?? (Gast)
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Natuerlich nicht. Denn bei zu kleinen Stroemen ist die Bandbreite weg. 
Bandbreite bedeutet Strom. Bedeutet Licht. Also mit einer LED 
draufhalten und Photostrom generieren. Probier's doch einfach mal.

Autor: Martin Winterhoff (mawin)
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Hickhack0 schrieb:
> Ich möchte meine Fotodiode in einer ...Lichtschranke die Drehzahl
> messen.
> Ich rechne jetzt mal mit ca. 100uA Fotostrom in Sperrichtung der Diode.
> Komme ich da ungefähr auf einen grünen Zeig?

Wenn Du nicht mehr als ca. 10 Impuls(e) pro Sekunde erwartest, dann geht 
das.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Martin Winterhoff (mawin)

>> Ich rechne jetzt mal mit ca. 100uA Fotostrom in Sperrichtung der Diode.
>> Komme ich da ungefähr auf einen grünen Zeig?

Sicher, ein gescheiter Transimpedanzverstärker vorausgesetzt.

>Wenn Du nicht mehr als ca. 10 Impuls(e) pro Sekunde erwartest, dann geht
>das.

Käse.

MFg
Falk

Autor: Gustav (Gast)
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Schreibt doch nicht so einen Scheiss. Mit 100uA kannst Du mit einem 
vernünftigen Verstärker bis in den hohen Kilohertzbereich kommen.
Die Schaltung ist aber overkill. Für eine Zählanwendung, die Schaltung 
"Konstantstromquelle mit Arbeitswiderstand"
von hier:
http://www.mikrocontroller.net/articles/Lichtsenso...
verwenden, und den Widerstand an die zu erwartende Helligkeitsschwankung 
anpassen. Dahinter einfach einen Schmitt Trigger und fertig ist der 
Laden. Opamp macht da die Geschwindigkeitsperformance nur schlechter. 
Die Transimpedanzschaltung ist eigentlich für Anwendungen gedacht, wo es 
auf die Linearität ankommt.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Schreibt doch nicht so einen Scheiss. Mit 100uA kannst Du mit einem
>vernünftigen Verstärker bis in den hohen Kilohertzbereich kommen.

Invertierender Verstärker mit 47kOhm und 68pF in der Gegenkopplung gibt 
eine Grenzfrequenz von 50kHz...

Kai

Autor: Overkill (Gast)
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> Ich rechne jetzt mal mit ca. 100uA Fotostrom

warum schaust du überhaupt ins Datenblatt, wenn du dessen Angaben 
ignorierst?
ich lese dort 80uA (<_50) bei Normlicht!
Auch grünliche transparente Plastikscheiben haben ein Eigenleben und 
können als Filter wirken und abschwächen.

Autor: Ulrich (Gast)
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Die 100 µA sind gar nicht so unrealistisch für eine Lichtschranke mit 
IR-LED. Den genauen Wert muß man dann wohl messen.

Es stimmte aber auch, das der Transimpedanzverstärker etwas übertrieben 
ist. Für nicht zu hohe Frequenzen reicht ein einfacher Lastwiderstand. 
Die Nächste Stufe wäre es dann eventuell einen Fototransistor statt der 
Fotodiode zu nehmen, dann kann der Widerstand kleiner werden.

Die Schwarzen Filzstifte sind IR Bereich nicht alle wirklich schwarz. 
Einige sind da realtiv transparent.

Autor: Hickhack0 (Gast)
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> warum schaust du überhaupt ins Datenblatt, wenn du dessen Angaben
> ignorierst?
Weil ich Bahnhof verstehe, das prinzip der Fotodiode ist mir 
mittlerweile klar, aber die angaben im Datenblatt sind dann doch eher 
für Pros nicht für noobs wie mich.

> Für eine Zählanwendung, die Schaltung
> "Konstantstromquelle mit Arbeitswiderstand"
> von hier:
> http://www.mikrocontroller.net/articles/Lichtsenso...
Hmm, schön simpel aufgebaut, nur der Zusatz "langsam" gefällt mir nicht.
Ich werde fürher oder später den selben Sensor mit in den 
Modellbaubereich tragen, wo Drehzahlen von 10.000U/min an 5-Blättrigen 
Rotoren durchaus drin sind. Schnell gefällt mir da einfach besser.
Für schnell hab ich aber doch noch was nettes gefunden. Zitat aus 
http://www.ureader.de/msg/144835107.aspx
Hallo @ all,
ich habe so etwas Ähnliches mal vor Jahren (Jahrzehnten) gebaut, mit einer
Ausregelung der Umgebungshelligkeit:


        VCC
         +
         |
         |
         |
         |
         o-------------------------.
         |                         |
         -   Fotodiode             |
         ^                         |
         |                       |/  T1
         o-----------------------|
         |                       |>
         |                         |        |\
         |                         o--------| >O-
         |                         |        |/  IC1
         |                         |
         |                         |
      T2  \|    ___         ___    |
           |---|___|---o---|___|---'
          <|    R1     |    R2
         |            ---
         |            ---
         |             |  C1
         |             |
         |             |
         |             |
         o-------------'
         |
         |
         |

        GND

Hat damals gut funktioniert, der untere NPN stellt den Strom durch die
Fotodiode so ein, daß am Gatter ca. Ube anliegt, eine schnelle Erhöhung der
Helligkeit erzeugt einen kurzen Highpuls, der das Gatter triggert. Muss
natürlich ein 74HCT14 oder ähnlich sein, CMos mit TTL-Schaltschwelle.

Steinigt mich nicht, wenn ein Fehler drin ist, alles nur aus der Erinnerung.
Ich glaube, ich hatte zwei Betriebsspannungen, also war die Fotodiode an
+15V und über einen PNP in Basisschaltung (Basis an 5V) angeschlossen, das
hat Geschwindigkeit gebracht, ist aber hier wohl nicht nötig.
Diese Schaltung scheint mir recht perfekt. Da brauch ich mir keine 
Sorgen um die Fotoströme zu machen, lediglich der Kontrast muss 
ausreichen. Wie ich meine. Für IC1 und die Bemaßung von R1, R2, sowie C1 
muss ich mir dann wohl noch ein paar Gedanken machen (Tips werden gerne 
gelesen) aber ansonsten gefällt mir der Ansatz von allen am bessten. 
*Was meint ihr?*


Genaueres zum Projekt:
Ich habe von einer CD die Silberschicht runtergesaugt (get 1A mit nem
Staubsauger, muss nur einmal mit nem Messer n kleines Loch
reingestochen/gekrazt werden), sodass eben meine grünlich transparente
Scheibe übrig blieb. Diese soll mit 2 Eddingstrichen am Rand als Encoder
dienen und damit die Drehzahl, sowie durch Schätzung die Position einer
Welle erfasst werden.
Und das ganze so schnell wie die CD mitmacht, oder eine Drehzahl von
8.000U/min (mit 2 Markierungen pro Umdrehung) erreicht wird.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Ich werde fürher oder später den selben Sensor mit in den
>Modellbaubereich tragen, wo Drehzahlen von 10.000U/min an 5-Blättrigen
>Rotoren durchaus drin sind.

10.000U/min sind 167U/sec, ergibt bei einem 5-blättrigem Rotor 835 
Pulse/sec, entsprecht einer Meßfrequenz von 835Hz? Das ist nicht sehr 
schnell, oder?

Ich würde wegen seiner Einfachheit den Transimpedanzverstärker mit 
47kOhm und 68pF in der Gegenkopplung verwenden, gibt eine Grenzfrequenz 
von 50kHz, was locker ausreichen dürfte für deine Zwecke. Wenn die 
47kOhm nicht reichen, kannst du den Widerstand wegen der Reserve immer 
noch vergrößern.

Kai

Autor: Hickhack0 (Gast)
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Fehler gefunden: Die von mir gefundene Schaltung funktioniert zwar für 
Lichtimpule, also kurze Lichtstöße, aber die von mir geplanten 
Lichtpausen werden durch den Kondensator verschluckt. Doofe 
Konstruktion.

Also Transimpedanzwandler. Vielleicht mir nem Poti ausgestattet, damit 
ich bequem einstellen kann zwischen Tempo und Verstärkung.

Autor: Hickhack0 (Gast)
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Ich werd nicht mehr, kann es denn so schwer sein?!
Jetz hab ich mir eine schöne Schaltung ausgedacht, die
- bei einstellbarem Lichtimpuls (oder eher Dunkelimpuls) (mittels R5,R6)
- einen zeitlich definiert langen Spannungspegel ausgibt
- bei nur 5V Versorgungsspannung
und muss jetzt feststellen, dass der im Transimpedanzwandler verwendete 
TS912 nur 0,4V/us schafft. Das ist schon sehr grenzwertig, bis zu 
langsam?!
Ausserdem brauche ich dazu 3!! Bausteine: NE555, 74HC14 und TS912 (siehe 
Anhang)
Gibts jemand, der Verbesserungsvorschläge hat? ich verzweifel langsam. 
Dachte nicht, dass Fotodioden so verkompliziert werden können.

Mein Hauptproblem ist halt, dass ich nur 5V Versorgungsspannung nutzen 
möchte um die Benutzung des Sensors möglichst simpel zu machen.

Autor: Hickhack0 (Gast)
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hab grad festgestell, dass ich in der Tabelle für 3V nachgelesen habe. 
bei 5V VCC sinds immerhin 0,6V/us (SR-) und 0,8V/us (SR+).
Besser, aber mit minimal 10us Signalbreite, mit dennen ich rechne, nicht 
die Welt. Hat da grad jemand nen schnelleren im Hinterkopf? ansonsten 
gebe ich mich mit dem zufreiden.

Tips für etwas unspektakuläre Schaltungen nehme ich aber trotzdem gerne 
noch an.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Hichhack,

>Hat da grad jemand nen schnelleren im Hinterkopf?

Ich nehme ganz gerne den TLC277 für solche Sachen. Der ist ein 
CMOS-Doppel-Opamp mit niedrgen Eingangsruheströmen und niedriger 
Offsetspannung. Kann 3V/µsec.

Den zweiten OPamp kannst du ja für den Schmitt-Trigger mit Hystere 
verwenden. Dann entfällt der 74HCT14.

Statt des NE555 würde ich einen CMOS555 wie den TLC555 verwenden. Diese 
haben viele Vorzüge gegenüber dem bipolaren Vorgänger.

Brauchst du überhaupt ein Monoflop? Wenn ja, kann es auch ein 
retriggerbares sein?

Kai

Autor: Hickhack0 (Gast)
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Danke für den TLC277, scheint ganz interessant für mich zu sein. Vielen 
Dank

Den Monoflop wollte ich einbauen um auf ein definiert langes Signal zu 
kommen.
Hmm, jetzt wo ich nochmal drüber so nachdenke, eigentlich brauche ich 
ihn nicht zwingend. Ich will halt am uC einen Interrupt auslösen und 
daraus die Drehzahl und Position bestimmen. Im prinzip vermutlich 
überflüssig, aber ich hab halt noch keinerlei Versuche gemacht und weiß 
einfach nicht wie sich der uC mit unterschidlichen Signallängen verhält. 
Nicht dass ausversehen 2 Interrupts hintereinander ausgelöst werden, 
oder einer ausgelassen wird.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Hickhack,

>Ich will halt am uC einen Interrupt auslösen und daraus die Drehzahl und 
>Position bestimmen.

Dann nimm doch einen flanken-getriggerten Interrupt und verwende die 
Flanke, die entsteht, wenn die Photodiode plötzlich viel weniger 
Intensisät empfängt. Beim 8051 jedenfalls wird beim flanken-getriggerten 
Interrupt nur ein Interrupt ausgelöst (im Gegensatz zum 
level-getriggerten). Dann brauchst du auch nicht das Monoflop. Damit 
läufst du ja eher Gefahr eine Flanke zu übersehen.

Kai

Autor: schon (Gast)
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Weiter obeen im Beitrag ist ein Link auf eine erheblich einfachere 
Schaltung. Keine Ahnung, was Dir an der nicht zusagt...

Autor: Qualder Wahl (Gast)
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Englische Beschreibung, hmm.
Zu große Auswahl an Schaltung (welche nehm ich?).
Schwierige Zeiten des Überangebotes!

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Weiter obeen im Beitrag ist ein Link auf eine erheblich einfachere
>Schaltung. Keine Ahnung, was Dir an der nicht zusagt...

Meinst du die Schaltung ganz oben? Vielleicht, weil sie 13 Bauteile 
enthält und individuell an die Steilheit des FETs angepaßt werden muß? 
FETs haben riesige Fertigungstoleranzen.

Kai

Autor: schon (Gast)
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Nö, die "Konstantstromquelle mit Arbeitswiderstand" enthält nur 2 
Bauteile plus beliebigen OPA

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Nö, die "Konstantstromquelle mit Arbeitswiderstand" enthält nur 2
>Bauteile plus beliebigen OPA

Welche der 15 Schaltungen meinst du denn?

Kai

Autor: schon (Gast)
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Es gibt in der Artikelsammlung zu Lichtsensoren nur eine Schaltug mit 
diesem Namen. Das Ding hier:
http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/f/fe/Phot...

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Ich dachte du meinst deinen eigenen Link:

>Schau mal was ich gefunden habe:
>http://sales.hamamatsu.com/assets/applications/SSD...

Sorry,

Kai

Autor: schon (Gast)
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Genau, das müsste gehen. Solange der Widerstand klein genug ist.

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