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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Grobe Signalauswertung mit einer Fotodiode


Autor: StefanNRW (Gast)
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Hi!

Ich habe ein Problem bei der Beschaltung einer SFH203. Leider habe ich 
nicht so viel Ahnung von Elektronik - ich dachte der eigentliche Versuch 
kommt ohne viele Schaltungen aus...

Ich möchte die Drehfrequenz von einem Drehspiegel messen, dessen 
Frequenz zwischen 50 und 500 Hz liegen dürfte und der von einem Laser 
bestrahlt wird. Die Idee ist, dass ich eine Fotodiode in den Strahl 
stelle und das Signal mit einem Oszilloskop aufzeichne. Dann sollte man 
auf dem Oszilloskop ja eigentlich immer wenn der Laser die Diode trifft 
kleine Peaks sehen können und der Abstand dieser Peaks entspricht einer 
Umdrehung. Ich brauche also keine große Genauigkeit, sondern nur diese 
Peaks...

Dummerweise klappt von dem, was ich so gefunden habe - dabei in erster 
Linie die hier angegebenen Schaltungen

http://www.mikrocontroller.net/articles/Lichtsenso...
(kann der Transimpedanzverstärker überhaupt mit dem OP 741 
funktionieren? Hab gelesen, dass der nicht so gut ist...)

nichts so richtig. Auf dem Oszilloskop ist hauptsächlich ein 50 Hz 
rauschen zu sehen. Ich sehe zwar schon, dass sich die Spannung am 
Oszilloskop je nach Lichteinfall verändert, aber sobald ich nur den 
Laser benutze und den Drehspiegel anmache überlagert dieses 50 Hz 
Rauschen alles.

Welche Schaltung wäre für diesen Zweck überhaupt am sinnvollsten? Und 
gibt es gute Möglichkeiten das Rauschen zu eliminieren?

Beste Grüße

Stefan

Autor: Falk Brunner (falk)
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@StefanNRW (Gast)

>Umdrehung. Ich brauche also keine große Genauigkeit, sondern nur diese
>Peaks...

Ist einfach.

>(kann der Transimpedanzverstärker überhaupt mit dem OP 741
>funktionieren? Hab gelesen, dass der nicht so gut ist...)

Kann schon, aber das ist die älteste Gurke vor dem Herrn. Nimm 
wenigstens den LM358, und der ist schon alt.

Dein 741 brauch bipolare Versorgung etc.

>Welche Schaltung wäre für diesen Zweck überhaupt am sinnvollsten?

Einfacher Fotoempfänger wie du ihn schon versucht hast aufzubauen. Sowas 
gibt es teilweise auch als fertigen IC.

> Und gibt es gute Möglichkeiten das Rauschen zu eliminieren?

Deine Schaltung hat noch nie funktioniert, da musst du dir um das 
Rauschen erstmal keine Gedanken machen. Und dein Laser hat so viel 
Dampf, dass man da keinen Super empfindlichen Empfänger braucht. Bei 500 
Hz reicht sogar schon ein popeliger Phototransistor + Widerstand.

MfG
Falk

Autor: Ulla (Gast)
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Du mußt uns schon einen Schaltplan zeigen...

Achtung, der 741 ist kein Rail-to-Rail Typ und wird anstelle eines LM358 
eher nicht funktionieren.

50Hz Brumm ist eigentlich kein Problem bei einer solchen Schaltung, wenn 
du sie kompakt aufbaust, also die Fotodiode in unmittelbarer Nähe zum 
OPamp anordnest. Du solltest die Schaltung vielleicht auch ein wenig mit 
Alufolie abschirmen und die Folie direkt mit Signalmasse verbinden. In 
die Folie machst du dort, wo die Fotodiode sitzt, ein kleines Loch. 
(Vorsicht mit dem LASER, wenn die Alufolie das Licht ungewollt 
reflektiert!)

Umgebungslicht kann auch ein Problem sein, dann wirst du aber eher 100Hz 
Brumm sehen.

Autor: StefanNRW (Gast)
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Danke schonmal für die Antworten!

Also eine der Schaltungen, die absolut nicht funktioniert hat, war die 
erste im Anhang. Dabei wurde der OP 741 mit +- 15 V symmetrischer 
Spannungsversorgung betrieben. Auf dem Oszilloskop war dann aber eine 
lichtunabhängige, sehr hohe Spannung abzulesen. Warum das so war, habe 
ich ehrlich gesagt gar nicht verstanden!

Der einfache Versuch die Diode direkt ans Oszilloskop anzuschließen ohne 
irgendetwas anderes, hat zumindest eine Lichtabhängigkeit der Spannung 
gezeigt. Aber wie gesagt, bei der genauen Messung konnte immer nur das 
Rauschen gemessen werden. (Das 100 Hz Rauschen vom Umgebungslicht hatte 
ich auch erst, aber das lässt sich ja durch komplette Verdunkelung gut 
eliminieren :-) ) Würde hier Abschirmung durch Alufolie also Besserung 
bringen? Und eine blöde Frage: Was bedeutet OPamp?

Ein weiterer Versuch war dieser hier:

http://www.google.de/imgres?imgurl=http://www.harz...

Wobei der Widerstand zwischen 1 kOhm und 100 kOhm dimensioniert war. Die 
Versorgungsspannung wurde zwischen 1 Volt und 10 Volt eingestellt. Auch 
hier war am Ende das Rauschen stärker...

Autor: Ulla (Gast)
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>Auf dem Oszilloskop war dann aber eine lichtunabhängige, sehr hohe
>Spannung abzulesen.

Schwingt vielleicht der OPamp? Ist das eine hohe Gleichspannung oder 
eine hohe Wechselspannung? Verstell mal die Ablenkzeit für hohe 
Frequenzen.

Hast du dem Widerstand einen kleinen Cap (33pF) parallelgeschaltet? Am 
Ausgang des OPamp würde ich noch einen Schwingschutz-Widerstand von um 
die 100R vorsehen.

>Würde hier Abschirmung durch Alufolie also Besserung bringen?

Ein Versuch ist es wert.

>Und eine blöde Frage: Was bedeutet OPamp?

Dasselbe wie "OPV".

Autor: StefanNRW (Gast)
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> Schwingt vielleicht der OPamp? Ist das eine hohe Gleichspannung oder
> eine hohe Wechselspannung? Verstell mal die Ablenkzeit für hohe
> Frequenzen.

Ist eine hohe Gleichspannung. Kann mir das nur durch Fehler in meiner 
Umsetzung der Schaltung erklären, aber da hab ich keinen Fehler 
gefunden.

>
> Hast du dem Widerstand einen kleinen Cap (33pF) parallelgeschaltet? Am
> Ausgang des OPamp würde ich noch einen Schwingschutz-Widerstand von um
> die 100R vorsehen.

Das werd ich glaub ich mal probieren. (kann ich erst morgen wieder) 
Diese Schaltung sollte also auch das gewünschte Ergebnis bringen können?

Autor: Ulla (Gast)
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>Ist eine hohe Gleichspannung. Kann mir das nur durch Fehler in meiner
>Umsetzung der Schaltung erklären, aber da hab ich keinen Fehler
>gefunden.

Na ja, wenn der Widerstand in der Gegenkopplung sehr groß ist, kann ein 
hoher "input bias current" des 741 schon problematisch werden. Aber auch 
normales Umgebungslicht kann dann ein Problem werden. Wir groß ist denn 
R?

Oder hast du vielleicht die beiden Eingänge des OPamp vertauscht?

>Das werd ich glaub ich mal probieren. (kann ich erst morgen wieder)
>Diese Schaltung sollte also auch das gewünschte Ergebnis bringen können?

Klar, ist eine Standardschaltung.

Autor: StefanNRW (Gast)
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So, nu hat es endlich geklappt. Es ist mir schon fast peinlich das 
zuzugeben, aber ich hab die Fotodiode von der falschen Seite 
bestrahlt... man muss sie von "oben" bestrahlen, nur für alle, die 
später denselben Fehler machen... dann hat es mit jeder der 
ausprobierten Schaltungen geklappt! In der Schaltung mit dem OPV war 
vorher doch noch ein kleiner Fehler. Der Spiegel dreht sich mit um die 
500 Hz. :-)

Danke für die Hilfe!

Jetzt habe ich wahrscheinlich ein neues Problem. Ich brauche schnelle 
Lichtpulse, am besten im Bereich von 5 ns. Perfekt wäre ein gepulster 
Laser oder eine gepulste Laserdiode in diesem Bereich. (bis 100 ns rauf 
wäre auch in Ordnung, zwar nicht total gut, aber ok). Es kommt wieder 
nicht so sehr auf Genauigkeit an, ich muss nur nach 30, 40 Metern 
Laufzeit noch ein Signal empfangen können.

Gibt es gepulste Laserdioden zu kaufen? Bei Conrad habe ich keine 
gefunden. Und ich muss zugeben: Selbst eine Laserdiode mit der 
erforderlichen Geschwindigkeit zu pulsen traue ich mir kurzfristig nicht 
zu. Gibt es da verhältnismäßig einfache Lösungen?

Autor: Ulrich (Gast)
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Laserdiode zu pulsen ist nicht so einfach. Die Laserdioden sind sehr 
Empfindlich gegen Überschwinger mit negativer Spannung oder zu hohem 
Strom (bei den normalen LD).

LEDs sind da weniger Empfindlich, aber nicht alle LEDs gleich schnell. 
Bei einigen (z.B. einige IR oder rote) könnte es mit 100 ns nichts 
werden. Eine, wenn auch etwas brutale Methode ist es einen kleinen 
Kondensator (z.B. 1 nF auf z.B. 200 V) zu laden und dann über die LED 
mit parallelem Widerstand von z.B. 50 Ohm und eventuell 10 Ohm in Reihe 
zu entladen.  Man hat so den Vorteil, das der Schaltende Transistor nur 
schnell einschalten muss - die Länge des Pulses wird durch den 
Kondensator bestimmt.  Angeblich gehen so ähnlich auch Pulse bis in den 
ps Bereich.  Die Pulsform ist allerdings kein digitales aus - an - aus.

Autor: Martina (Gast)
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Die Schaltzeit einer roten LED liegt bei rund 50nsec. Bei grün kann es 
bis zu 500nsec sein. Dazu kommt noch die Sperrschichtkapazität von rund 
50pF.

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