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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik LWL-Messadapter für Oszi -> Strom 0-20mA auf Diode aufprägen


Autor: Andreas K. (derandi)
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Also, Niemand soll sich beschweren die Frage wäre unscharf definiert, 
daher mal eine Beschreibung meines Vorhabens inklusive Skizze 
(Widerstände und sonstiges bitte vernachlässigen, soll nur das Prinzip 
verdeutlichen)

Um ohne Gefahr für mein Oszi über eine sichere Distanz von mehreren 
Metern auch auch Spannungen im kV-Bereich messen zu können will ich 
einen (bzw. zwei) Adapter bauen, der eine Spannung von, sagen wir mal 
4Vpp in einen Strom von 0-20mA verwandelt und damit eine LED treibt.*
Dessen Licht wird durch einen Lichtwellenleiter an eine Photodiode 
geleitet, die daraus wieder ein Signal machen soll, das ganze erfolgt 
Analog.

Laut den Kurven in den Datenblättern kann das so funktionieren, der 
Lichtstrom der LED ist beinahe Linear vom Strom, der Photostrom der 
Photodiode ist im Quasi-Kurzschluss ebenfalls linear.
Erste Versuche haben auch ergeben das das so prima klappt, aber nun zu 
meinem Problem (siehe Sternchen):
Woher kriege ich die 0-20mA, und zwar in der Form, das sie auch durch 
die Leuchtdiode fließen? Einfacher Op-Amp wie gezeichnet wird nicht 
funktionieren, die Diode ist ja kein Widerstand, noch dazu steigt die 
Durchbruchspannung bei steigenden Strom noch weiter an.

Ahja, angedacht wurde das natürlich für Wechselspannung, maximal 200 
kHz. Mal sehen ob ich mit der Photodiode so weit hochkomme.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Woher kriege ich die 0-20mA, und zwar in der Form, das sie auch durch
> die Leuchtdiode fließen?
Eine steuerbare Konstantsromquelle wäre dafür ideal ;-)
http://de.wikipedia.org/wiki/Konstantstromquelle
Konstantstromquelle

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Such mal nach spannungsgesteuerte Stromquelle.

0-20mA Schaltungen gibt es genug im web.

4-20mA würde ich für Deine Anwendung sinnvoller finden.

Die Lienarität ist übrigens bescheiden, aber so +/- 20% "Meßgenauigkeit" 
sind machbar.

Nebenbei: Es gibt auch fertige HV-Tastköpfe fürs Scope, bis 20 kV.
Bei is zu 200 kHz sogar für kleines Geld.

Autor: Andreas K. (derandi)
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Andrew Taylor schrieb:
> Such mal nach spannungsgesteuerte Stromquelle.
>
> 0-20mA Schaltungen gibt es genug im web.

Tu mir doch nen gefallen und zeig doch mal, ich finde immer nur dämliche 
LED-Treiber mit JFet, nicht grad optimal linear.
Bisher bin ich auch auf einen Op-Amp mit Stromausgang gestoßen, aber 
dazu findet man fast nichts weiter.

> 4-20mA würde ich für Deine Anwendung sinnvoller finden.

Ist auch richtig, 0-20 mA wäre Vollaussteuerung. Die Kennlinie der LED 
bricht bei sehr kleinen Strömen etwas ein. Darum fließen bei 0V am 
Eingang auch 10mA, quasi Klasse-A-mäßig. Ich dachte da so an eine 
Spannweite von 2-18mA.

> Die Lienarität ist übrigens bescheiden, aber so +/- 20% "Meßgenauigkeit"
> sind machbar.

Tolerierbar, besser als Schätzen.

> Nebenbei: Es gibt auch fertige HV-Tastköpfe fürs Scope, bis 20 kV.
> Bei is zu 200 kHz sogar für kleines Geld.

Ungeeignet.
Ich will den Hintergrund etwas erweitern: Mit dem Teil will ich an 
laufenden Teslaspulen messen. Im Primärkreis fließen mehrere duzend 
Ampere bei Spannungen um die 10 kVp, und der Sekundärkreis produziert 
durchaus meterlange Entladungen, also ein sehr, sehr starkes, 
elektrisches Wechselfeld. Keine gute Umgebung für jede art von 
Elektronik, man kann schon über kleinste Kapazitäten viel Leistung 
übertragen, u.A. auch in Tastköpfe.
Leuchtstoffröhren fangen allein und ohne weitere anschlüsse an zu 
leuchten wenn sie nur in die Nähe kommen.
Größere Objekte in der Nähe wirken als kapazitiver Transformator und 
erzeugen durchaus mehrere hundert mA Verschiebestrom.
Aus diesem Grund will ich mein Oszi auch gerne mehrere Meter weit weg 
aufstellen, ohne jede galvanische Verbindung dahin.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Tu mir doch nen gefallen und zeig doch mal, ich finde immer nur dämliche
> LED-Treiber mit JFet, nicht grad optimal linear.
Ich wiederhole mich ungern, aber dort ist eine Schaltung:
http://de.wikipedia.org/wiki/Konstantstromquelle
Nimm die linke davon:
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Qu...
1. Ersetze RV durch deine LED

2. mach für Uss=4V den RM so, dass gilt
   RM = 4V/Iled = 4V/20mA = 200 Ohm

Autor: Andreas K. (derandi)
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Prima, danke. :)

Autor: oszi40 (Gast)
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Theoretisch schön. Nur der Aufbau wird in diesem Fall sehr entscheidend 
sein, da jeder Draht im Strahlungsbereich auch eine phantastische 
Antenne ist. Interessnt wäre noch womit die OPVs gespeist werden.

Für erste Experimente am Tesla-Trafo würde ich mal vorsichtig einen 
Drahtring mit 2 einfachen antiparallelen Leuchtdioden in die Umgebung 
bringen um erste Erkenntnisse über die Energie der Einstrahlung für 
diese Schaltung zu erhalten. In ungünstigen Fällen bleibt ein Häufchen 
Elektronikschrott übrig.

Autor: Andreas K. (derandi)
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Aus genau diesem Grund wandert der linke Teil des Schemas (=Eingang) 
zusammen mit einer Batterie in ein schönes Metallgehäuse. Sonst wäre der 
Lichtleiter ja auch umsonst dran.

Das ist im übrigen auch ein Grund für den recht simplen Aufbau, im 
Gegensatz zum Oszi kostet mich der Spaß dann nicht viel.

Autor: oszi40 (Gast)
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Kontaktsichere Stecksockel könnten die Reparatur erleichtern.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Ein umfangreiches Handlager der wesentlichen Komponenten könnte die 
Reparatur beschleunigen. ,-)

Autor: Andreas K. (derandi)
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Pah, reparieren! Da geht nix kaputt!

Autor: Christian S. (kruemel)
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Hallo,

ich habe zur Zeit auch solch ein Projekt, nur bekomme ich die Daten 
schon Analog in paralleler Form, die müssten nun sehr schnell seriell 
umgewandelt und getaktet werden und dann über LWL übertragen werden.

Mein Problem ist die Umwandlung von parallel in seriell mit einem 
SerDes, wie krieg ich das am einfachsten hin?

Übertragen werden sollen 10Bit es soll 30Mhz Abtastung sein, sprich 
100KSamples und eine Übertragunf von 1 Gbit/s.

Ist dies möglich?

Gruß

Autor: Harald (Gast)
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Hallo!

Ich habe das gleiche Problem nur etwas extremer.

Wir schalten eine 12kV Kondensatorbank mit Schaltfunkenstrecken und 
erhalten so Entladeströme um die 3-4kA. (ca.30MWpeak 2kA/us)
Unsere Zündtrafos (für die Schaltfunkenstrecke) schaffen ~30kV/us 
Spannungsanstieg und liefern 180kWpeak.

Uns ist schon öfters unser Tek abgestürzt :-)


Wir haben mal einen LWL-Linearkoppler bis X Mhz gebaut.
Bsp.: http://www.gmelectronica.com.ar/catalogo/il300.pdf
Als Sender haben wir die Laserdiode eines Laserpointers verwendet und 
das austretende Licht in zwei LWL eingekoppelt.
LWL1 wurde auf der Schaltung an die Fotodiode angekoppelt und war ca. 
15cm lang.
LWL2 wurde an die Fotodiode des Empfängers angekoppelt. Länge 5m.

Ankopplung: LWL (Kunststoff-LWL mit 1mm Kern) mit Cutter gerade 
abschneiden und mit 1000er Schleifpapier nass schleifen. Mit 
Glas-Sekundenkleber auf Photodiode kleben. Mit Epoxi vergießen und mit 
schwarzer Farbe lichtdicht kapseln.

Alles immer gut mit Kupferblech schirmen und mit Batterie versorgen. 
(Batterie in die Metallbox einbauen.)

Strommessung:
Ein 1mOhm Shunt der 30mm lang ist hat eine +3dB Frequenz von ~10kHz.
=> Koaxialshunt oder Rogowskispule

Spannungsmessung:
Frequenzkompensierte Spannungsteiler (mit Rechtecksignal abgleichen)


Mit freundlichen Grüßen
Harald

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