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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik ultrakurzer LED Blitz


Autor: Andre M. (loonquawl)
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Guten Tag.

Ich würde gerne einen LED-Blitz für sehr schnell bewegte Gegenstände 
bauen.
Im Netz habe ich ein Paper gefunden, das von Blitzzeiten unter 50ns 
berichtet, was für meine Bedürfnisse mehr als ausreichend wäre (300ns 
waren mein Ziel).
Im Paper ist ein Schaltplan, der allerdings nur beispielhaft ist, und 
keine konkreten Bestückungen enthält - wäre jemand so 
freundlich&kompetent mir die Bestückung zu erklären?
Das Objekt ganz links soll übrigens ein Koax-Kabel sein, über das der 
Blitz gesteuert wird, der Trafo ist ein "high frequency miniature 
transformer"

Vielen Dank.

: Verschoben durch Admin
Autor: Jobst M. (jobstens-de)
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Das ist ja auch wieder schön 'Upside down' gezeichnet ...

Hmmm ... erst eine Basisschaltung und dann eine Kollektorschaltung.
Die LED scheint nur mit der Energie in C2 betrieben zu werden. Leuchtet 
die LED zu lange, zieht L1 den Strom weg ... oder so ...

Werte wären nicht schlecht ...


Gruß

Jobst

Autor: Sven (Gast)
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Ich will Dich ja nicht deprimieren, aber was willst Du damit beleuchten?

Bei 300ns und 100 Hz Wiederholrate hast Du im Durchschnitt noch 
1/30000stel der normalen LED-Leuchtstärke. Und glaub nicht, dass Du das 
durch höheren LED-Strom ausgleichen kannst, zumindest bei weissen LED 
nicht.

Also: Welche LED, welche Ströme, welche Wiederholrate?

Beim Pulsen von LEDs ist es wichtig, die Ladungsträger aus der LED 
wieder rauszubekommen. Dazu schließt man die LED entweder kurz, oder 
legt eine negative Spannung an (das mögen nicht alle LED). Dazu dient im 
obigen Plan L1.

Werte bekommst Du vlt am ehesten, indem Du das mal mit SwitcherCAD 
simulierst.

Ausserdem wäre interessant, wie lange der Leuchtstoff einer weissen LED 
nachleuchtet.

Autor: Sven (Gast)
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Ups, die Schaltung funktioniert anscheinend:

R1 50ohm
Tr 1:1, 10u, 10u
Steuerspannung 5V 100Hz, 50:50 Tast, Rechteck
L1 2u
LED LXK2-PW14
C1 22n
L2 => Widerstand 100ohm
T1 BC857A (PNP)
T2 BCW60A (NPN)
R2 500ohm-1kohm
Ucc 12V

ergibt mit LTspice-SwitcherCAD eine Pulsdauer (LED-Strom) von ca. 300ns. 
Variiert wird das durch L1 und C1.

Find ich ja spannend, dass das mit den grottigen Transistoren geht. Da 
sollte man vlt noch bessere spendieren, hatte grad nix passendes als 
Model da.

Autor: MaWin (Gast)
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> zumindest bei weissen LED nicht.

Weisse LEDs funktionieren eh nicht, der Leuchtstoff leuchtet zu lange 
mnahc.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Warum so aufwendig mit dem Drosselgedöns? Mit einem 74HC04 und ein paar 
parallel gehängten Ausgängen müßte das doch auch gehen.

Kai Klaas

Autor: Jobst M. (jobstens-de)
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Kai Klaas schrieb:
> Warum so aufwendig mit dem Drosselgedöns? Mit einem 74HC04 und ein paar
> parallel gehängten Ausgängen müßte das doch auch gehen.
>
> Kai Klaas

Wie aufwändig wird es denn z.B. 1,5A und negative Spannungen aus so 
einem Baustein zu holen?
Ich hatte schon mit roten LEDs zu tun, die diesen Strom (auch lt. 
Datenblatt) verkrafteten. Natürlich nur sehr kurz. Bezeichnung fällt mir 
aber nicht mehr ein :-/

Die oben gezeigte Schaltung ist schon die richtige für diesen Zweck.

Vielleicht kann Sven ja mal den Impulsstrom messen?


Gruß

Jobst

Autor: Sven (Gast)
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Strom im Peak ca. 1A in der Simu.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Wie aufwändig wird es denn z.B. 1,5A und negative Spannungen aus so
>einem Baustein zu holen?

Die Polarität der Spannung ist ja egal, wenn es nur darum geht, eine LED 
aufblitzen zu lassen. Und die 1,5A sind von dir. Andre hat über den 
LED-Strom ja überhaupt nichts geschrieben...

Kai Klaas

Autor: Jobst M. (jobstens-de)
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Sven schrieb:
> Strom im Peak ca. 1A in der Simu.

Danke.

Kai Klaas schrieb:
> Und die 1,5A sind von dir.

Ich fand meine Schätzung gar nicht so schlecht.
:-)


Kai Klaas schrieb:
> Die Polarität der Spannung ist ja egal, wenn es nur darum geht, eine LED
> aufblitzen zu lassen.

Du benötigst aber sowohl positive, als auch negative Spannung. Einfach 
um die LED wieder schnell genug aus zu bekommen.


Gruß

Jobst

Autor: El Fotograf (Gast)
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Ich glaube ich bin leider nicht in der Lage, die Schaltung richtig zu 
verstehen es wäre nett wenn noch jemand ein paar Sätze dazu schreiben 
würde. Vielleicht auch in euren Augen Trivialitäten. :-( Es ist schon 
eine Weile her und ich verstehe die Basisschaltung nicht.
Wann 'zündet' die Led? Bei steigender Flanke eines Signals bei dem 
gezeigten Trafo?
Ich experimentiere viel mit Kurzzeit Fotos und vielleicht kann man ja 
eine Led/Motivkombination finden, wo man etwas ablichten kann - UND ich 
möchte wirklich gern etwas besser analoge Schaltungen verstehen lernen.
besten Dank! ach und Erklärungen wie kauf dir ein Buch oder Hirn oder 
beides.... die wären nicht erwünscht.

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Ich würds auch erstmal mit Logik-ICs probieren.

Ein 74ABT541 kann 64mA pro Ausgang (alle 8 parallel: 500mA).
Die Schaltzeit ist typisch 1ns.


Peter

Autor: Andre M. (loonquawl)
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Vielen Dank für die vielen Antworten.

Svens Antwort hört sich ja sehr ermutigend an, und 300ns sind ja genau 
das, was mir vorschwebt. Weisse LED sind in der Tat völlig ungeeignet, 
da sie mit einem Phosphor arbeiten, der das ursprünglich enge Spektrum 
ein wenig aufweitet, aber eben auch nachleuchtet.
Ich bin noch nicht sicher was für LED es werden, aber da das Bild sowiso 
monochromatisch sein wird, dachte ich daran ~800nm IR-LED zu verwenden 
um dem sensitiven Maximum der B/W-Kamera nahe zu kommen. Das Objekt ist 
reflektiv beschichtet, darum hoffe ich auch bei der geringen Lichtmenge 
auf Ergebnisse. Time will tell.
Zu der Wiederholrate: Schön wären zwei Zustände: ~100kHz (genauer Wert 
egal, aber nachträglich sollte das Timing sicher sein); und 
einzelSchuss, wobei die Auslösung recht zeitnah zum Trigger sein sollte 
(<100ns)

Ich werde mich mal mit Switcher Cad auseinandersetzen, um das Ganze auf 
verschiedene LED-Farben (wg. Spannung) anzupassen - habe aber noch nie 
damit gearbeitet (wusste ehrlich gesagt nicht, das es sowas kostenlos 
gibt), wird also ein bisschen dauern.

Danke noch mal.

Autor: Andre M. (loonquawl)
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Nachtrag:
der von [peda] erwähnte 74ABT541 klingt von den Schaltzeiten auch gut, 
allerdings erwähnten die Autoren des Papers, dass ein einfaches 
Abschalten des Stroms bei LED nicht zu sofortiger Dunkelheit führt - 
dafür braucht es eine Schaltung, die die Spannung nicht nur wegnimmt, 
sondern umdreht - würde das über den 74ABT541 auch funtkionieren?

Autor: Andre M. (loonquawl)
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Und noch mehr Nachtrag, für den, den es interessiert, semi-OT:

 Die Schaltung kommt aus "A LED Flasher for TUNKA experiment" von B.K. 
LUBSANDORZHIEV1, R.V.POLESHUK1, B.A.J. SHAIBONOV1, Y.E.VYATCHIN1, A.V. 
ZABLOTSKY
Am Anfang schreiben die Autoren: " [...] The highest level of light 
yield and at the same time the shortest light pulses are reached with a 
driver xploiting avalanche transistors to produce very short, a 
nanosecond or even less width current pulses running through LED with 
amplitudes of up to 3A [[12] R.V.Vasiliev, B.K.Lubsandorzhiev, 
P.G.Pokhil. Instrum. and Experim. Tech., 4, 168, 2000. [13] 
B.K.Lubsandorzhiev, Y.E.Vyatchin. Instrum. and Experim. Tech., 4, 33, 
2004.]."

Die beschriebene Pulsdauer von <1ns brauchen die Autoren übrigens für 
Tests ihres Equipments (Lichtdetektoren in diesen riesigen 
Neutrino-fangenden Wassertanks)

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Andre M. schrieb:
> Nachtrag:
> der von [peda] erwähnte 74ABT541 klingt von den Schaltzeiten auch gut,
> allerdings erwähnten die Autoren des Papers, dass ein einfaches
> Abschalten des Stroms bei LED nicht zu sofortiger Dunkelheit führt

Ich vermute, es sollte auch schon reichen, die Ladung bis unter die 
Brennspannung abzusaugen. Dazu müßte man dem Vorwiderstand noch ne 
schnelle Diode parallel schalten.

Umpolen könnte man, indem man nur je 4 Treiber parallel schaltet und die 
invertiert ansteuert.


Peter

Autor: faustian (Gast)
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Schau Dir mal an wie die RONJA-Leute das gemacht haben, die modulieren 
LEDs mit Ethernet-Geschwindigkeit...

Autor: MaWin (Gast)
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> Am Anfang schreiben die Autoren: " [...] The highest level of
> light yield and at the same time the shortest light pulses are
> reached with a driver xploiting avalanche transistors

Ja, nur die Schaltung ist das offensichtlich nicht.

Autor: Kupfer Michi (Gast)
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>avalanche transistors to produce very short ...

So sieht mein einfacher Avalanch Pulser aus.
Die Pulse sind wesentlicher kürzer als 1 ns, nur mein 200MHz Tek 2445B 
kann nicht so schnell so dass mann letztendlich auf dem Scope nur noch 
die Bandbreite des Scopes sieht.

Die Schaltung ist auch nichts besonderes. Die "grösse" (länge des Coax-) 
Kondensators bestimmt die Länge des Avalanche Pulses.

Getriggert wird das ganze von einem einfachen HC14 RC Oszillator.

Autor: Jobst M. (jobstens-de)
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Andre M. schrieb:
> Zu der Wiederholrate: Schön wären zwei Zustände: ~100kHz

Ich denke bei den Strömen und der Wiederholrate, wird die LED recht 
schnell sterben. Da musst Du dann vermutlich den Strom runter drehen.

Peter Dannegger schrieb:
> Ein 74ABT541 kann 64mA pro Ausgang (alle 8 parallel: 500mA).
> Die Schaltzeit ist typisch 1ns.

Die Schaltzeit der LED aber nicht.
Ausserdem benötigt man dann immernoch eine Schaltung, die die Impulse 
generiert.
Da finde ich eine Schaltung mit 2 T, 2 L, 1 C, 1 R und der LED weit 
sympathischer. Impulserzeugung, Negativpulserzeugung und Eigensicherheit 
schon inklusive ...


Gruß

Jobst

Autor: Hauke Radtki (lafkaschar) Benutzerseite
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Nunja, IR LEDs haben oft einen wesentlich höheren Dauerstrom, und einen 
noch höheren Impulsstrom. Rechne einfach den Mittleren Strom aus oder 
schau ins Datenblatt deiner Diode, dort sollte (besonders bei IR Dioden 
die z.b. extra für Modulationsaufgaben gebaut sind) dann genauer drin 
stehen wie hohe ströme wie lang fließen dürfen.

Autor: Andre M. (loonquawl)
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@Sven, falls du noch mitliest, oder andere, die sich mit LT Spice 
auskennen: Ich habe den Schaltplan jetzt in das Programm übernommen, 
stehe aber noch vor ein paar Problemen. Die Versorgungsspannung - woher 
kommt die im Programm?, und: wie ist das mit dem Bauteil L2, das sollte 
doch eigentlich kein ohmscher Widerstand sein, oder?
-und last, but not least: wenn das Ganze dann steht - was dann? Kleiner 
Kickstart wäre toll. Vielen Dank.

EDIT: Versorgungsspannung habe ich jetzt begriffen: Spannungsquelle, 
deren Minus an Erde sitzt.

Autor: Andre M. (loonquawl)
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...und @ faustian: vielen Dank für den Tip mit RONJA - ich habe mal 
nachgesehen (http://ronja.twibright.com/nebulus/building.php) - der 
eigentliche Schaltplan überfordert mich völlig, aber ausser jeder Menge 
Dioden und Caps nutzen sie 3 74AC04 parallel und dann noch je ein BD139 
und 2N3904. Für den Fall das jemand sich die Mühe machen will das, für 
meinen Anwendungsfall auszudiskutieren hänge ich den Schaltplan mal an 
(ist Open Source)

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Jetzt weiß ich endlich, was "f*cking chips" sind...

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