Hallo zusammen,
ich bin neu hier im Forum, habe aber schon viele hilfreiche Sachen aus
verschiedenen Themen hier rauslesen können, nun habe ich aber selbst mal
eine Frage und hoffe das mir geholfen werden kann.
Ich möchte mit Hilfe einer Photodiode den genauen Mittelpunkt eines
Lasers bestimmen. Dazu habe ich mir schon durch verschiedenste Beiträge
eine Schaltung zusammengebaut. Diese besteht aus einem
Transimpedanzverstärker der den Photodiodenstrom verstärkt und in
Spannung umwandelt, einem dahinter geschalteten Spitzenwertdetektor und
zum Schluss einem Komperator der die Signale vergleicht.
Die Schaltung, die auch oben angefügt ist, funktioniert nach viel
Tüfftelei auch ganz gut, nur sind allein Bauteile verbaut die ich in
meinem Vorrat hatte.
Für die Widerstände habe ich 100k verwendet. Die OPV's sind LP324N, der
Komperator ein LM2901M, die Dioden 1N4007, C1=2,2uF, C2=10pF.
Das Ziel ist es den Laserstrahl so schnell wie möglich über die
Photodiode zu bewegen und trotzdem ein sehr exaktes, d.h. schnelles
Ausgangssignal zu bekommen. Ich habe mal überschlagen das das
Ausgangssignal dem Eingangssignal mit max. 0,4ms Verzögerung folgen
soll. Aber je schneller desto besser.
Zuerst hatte ich C1 weggelassen, jedoch schwingt die Diode recht stark.
Dann habe ich mich so langsam an die 2,2uF herangetastet und bin mit dem
Ergebniss recht zufrieden. Nur weiß ich nun nicht ob ich meine Schaltung
damit verlangsamt habe.
Allgemein stellt sich bei mir die Frage welche anderen (besseren)
Bauteile kann ich einsetzen um mein Ziel zu erreichen, bzw. was passiert
wenn ich die z.B. R2 ändere (oder R3 oder C2...)
Vielleicht kann mir jemand erklären welche Wirkung die einzelnen
Widerstände und Kondensatoren haben und wie ich diese optimieren kann.
Auch wäre ich über Vorschläge über andere OPV'S, Komperatoren oder
Photodioden dankbar.
Viele Grüße
Dominik
@ Dominik (Gast)
>Transimpedanzverstärker der den Photodiodenstrom verstärkt und in>Spannung umwandelt, einem dahinter geschalteten Spitzenwertdetektor und>zum Schluss einem Komperator der die Signale vergleicht.
Prinzipiell OK.
>Für die Widerstände habe ich 100k verwendet. Die OPV's sind LP324N, der
Also die langsamste Gurke, seit erfindung der Dampfmaschine ;-)
>>Komperator ein LM2901M, die Dioden 1N4007, C1=2,2uF, C2=10pF.1N4007 ist eine 50 Hz Diode! Die LANGSAM! Nimm 1N4148.
>Das Ziel ist es den Laserstrahl so schnell wie möglich über die>Photodiode zu bewegen und trotzdem ein sehr exaktes, d.h. schnelles>Ausgangssignal zu bekommen. Ich habe mal überschlagen das das>Ausgangssignal dem Eingangssignal mit max. 0,4ms Verzögerung folgen
Eine Ewigkeit.
>soll. Aber je schneller desto besser.
Wie schnell? 1us? 1ns?
>Zuerst hatte ich C1 weggelassen, jedoch schwingt die Diode recht stark.
Logisch, siehe
http://www.mikrocontroller.net/articles/Lichtsensor_/_Helligkeitssensor#Photodiode>Dann habe ich mich so langsam an die 2,2uF herangetastet und bin mit dem>Ergebniss recht zufrieden. Nur weiß ich nun nicht ob ich meine Schaltung>damit verlangsamt habe.
Und wie! 2,2uF ist VIEL ZU VIEL!!! Dort sind im Normalfall ein paar
Dutzend bis hundert PICOfarad dran!
>Vielleicht kann mir jemand erklären welche Wirkung die einzelnen>Widerstände und Kondensatoren haben und wie ich diese optimieren kann.>Auch wäre ich über Vorschläge über andere OPV'S, Komperatoren oder>Photodioden dankbar.
Kommt auf dein Ziel an. Welche bandbreite (Geschwindigkeit) soll
erreicht werden? Wie lange läuft der Laserstrahl über die Photodiode?
Wenn der Puls meinetwegen 100us lang ist, kommt man mit dem OPV und dem
Komparator hin, allerdings muss man die anderen Komponenten anpassen.
@Falk
erstmal vielen Dank für deine Antwort. Ich wollte das erstmal auf einem
Steckbrett austesten ob ich die Funktion an sich hinbekomme. Deswegen
habe ich erstmal Bauteile aus einem zugegebenermaßen alten Fundus
benutzt. Aber ich werde mir jetzt mal aufgrund deiner Vorschläge die
Bauteile beschaffen.
Die Schnelligkeit ist so eine Sache ich möchte wie gesagt mit dem
Laserstrahl über die Fotodiode fahren und möglichst exakt den
Mittelpunkt finden. Später soll das ganze mal per Roboter funktionieren
und mit diesem sind hohe Geschwindigkeiten möglich. Wichtig ist mir,
dass ich bei erreichen der höchsten Intensität einen Impuls an die
Robotersteuerung weiterliefere und damit meinen Nullpunkt des Lasers
bestimmt habe. D.h. je schneller der Roboter verfährt desto weiter bin
ich vom idealen Nullpunkt entfernt (bei gleichbleibender
Schaltgeschwindigkeit).
Ich wäre aber schon mit einer Impulsdauer von 20us zufrieden.
Beim Kondensator in der Rückkopplung vom TIA habe ich den erwähnten
Artikel auch schon gelesen und die Rechnungen angewendet. Den Wert für
den Kondensator habe ich auch ausgetestet. Jedoch hat das überhaupt
keine Änderung in der Schwingung gebracht. Dann habe ich so langsam die
Kapazitäten erhöht bis ich bei 2,2uF war. Da wurde das ganze dann
bedämpft.
Mit dem Schaltplan tut mir leid, das ist natürlich klar das das
unübersichtlich ist. Seht es mir nach, ich werde mich bessern.
@Krangel
was bewirkt die umgesetzte Diode, bzw. was ist an der ursprünglichen
falsch?
Gruß
Hi,
die Diode verhindert ein Übersteuern des OP2 bei negativen
Eingangssignalen. Rückkopplung zum Pluseingang wäre eine Mitkopplung,
die ist hier allerdings wirkungslos da sie auf den Ausgang des OP1
führt. Eventuell kommt da auch deine Schwingung her.
Grüße
@ Dominik (Gast)
>Robotersteuerung weiterliefere und damit meinen Nullpunkt des Lasers>bestimmt habe. D.h. je schneller der Roboter verfährt desto weiter bin>ich vom idealen Nullpunkt entfernt (bei gleichbleibender>Schaltgeschwindigkeit).>Ich wäre aber schon mit einer Impulsdauer von 20us zufrieden.
Klingt machbar. Der Komparator ist schnell genug, LM393 reicht, dort
sind nur 2 drin. Der OPV könnte knapp werden, muss man mal rechnen und
probieren. Man braucht ja kein Signal mit mehreren Volt, 100-200mV
reichen für den Komparator.
>Beim Kondensator in der Rückkopplung vom TIA habe ich den erwähnten>Artikel auch schon gelesen und die Rechnungen angewendet. Den Wert für>den Kondensator habe ich auch ausgetestet. Jedoch hat das überhaupt>keine Änderung in der Schwingung gebracht.
Deine Schwingung hat andere Ursachen. Möglicherweise fehlen
Entkoppelkondensatoren, möglicherweise kommen Störungen vom Netzteil.
http://www.mikrocontroller.net/articles/Kondensator#Entkoppelkondensator
Ein anderes Problem das bei der Schaltung auftritt ist, dass die
Photodiode schnell in Sättigung geht. Der Laser hat eine
Ausgangsleistung von 120mW bei einer Wellenlänge von 635nm. Die
Fotodiode eine Verlustleistung von 150mW, ihre maximale spektrale
Empfindlichkeit ist bei 850nm. Bei 635nm hat sie nur noch ca. 65%.
Kann man das so rechnen das sie bei 635nm nur noch 65% der Leistung
verbraucht und dadurch mit diesem Laser in Sättigung geht. Oder bin ich
da komplett auf dem Holzweg? Und wenn ja, wie kann man den mit den Daten
aus dem Datenblatt vom Laser die passende Photodiode aussuchen, bzw.
welche Parameter sind dafür interessant?
Ich hoffe dazu kann mir auch noch mal jemand helfen. Dankeschön :)
Schaltplan.PNG
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Oszi.JPG
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