Hallo,
ich habe eine Schaltung zur Ansteuerung und Verstärkung eines Cardio
Pulssensors gebaut (ähnlich http://embedded-lab.com/blog/?p=1671 bzw
http://www.zotteljedi.de/pulsemon/index.html).
Wenn ich für die IR-LED eine Transistor Stromquelle wie in der Schaltung
benutze, kann ich kein sauberes Signal (ich messe hinter der 2.
OpAmp-Stufe) bekommen. Das Signal ist von niederfrequenten
Rauschanteilen überlagert, die im Bereich des Nutzsignals liegen. Wenn
ich die IR-LED dagegen mit einem Vorwiderstand betreibe, verschwindet
der Rauschanteil und das Signal zeigt sauber den Puls. Kann es sein,
dass die Transistor-Stromquelle so stark rauscht (bzw. schwankt) im
Vergleich zum Widerstand? Natürlich ist es so, dass sehr kleine
Schwankungen der Lichtstärke zu großen Signaländerungen führen. Die
Stromänderungen sind aber wenn dann so klein, dass sie nicht messbar
sind. Auf den Screenshots sieht man den Unterschied der beiden
Varianten.
Suche ich vielleicht an vollkommen falscher Stelle?
Gruß
Reinhard
Dein Problem liegt sicher nicht an der Versorgung der LED, sondern am
Arbeitspunkt des LM324. IC1B und IC1C arbeiten mit auf Masse liegenden
Eingängen und werden daher auch mit recht großen negativen
Eingangsspannungen betrieben. Das geht so nicht und kann zu allen
möglichen Erscheinungen führen.
> warum geht es dann in der Variante mit> Vorwiderstand? Dadurch ändert sich ja nicht der Arbeitspunkt.
Offenbar doch, die Pegel sind anders. Wie hoch ist eigentlich die
Betriebsspannung?
Die Betriebsspannung ist 5V.
Ich habe jetzt zusätzlich mal folgendes gemessen. Zwischen IR-LED und
Fototransistor ist eine Folie, die das Licht ähnlich abschwächt, wie bei
der eigentlichen Pulsmessung, d.h. ich messe jetzt den reinen
Gleichlichtanteil ohne (Puls-)Modulation, damit liegt der Arbeitspunkt
des Fototransistors gleich.
a) R_LED_const_Light.png - LED mit Vorwiderstand
b) R_Curr_const_Light.png - LED mit Transistorstromquelle
Der Kanal2 des Oszilloskops misst den Arbeitspunkt des Fototransistors
an dessen Kollektor. Wie man sieht, ist diese Spannung in beiden Fällen
(1,55 - 1,6V), also kommt schon mal gleich viel Licht an.
Beim zweiten Screenshot sieht man die Schwankungen jetzt besonders
deutlich.
Schalte in die Kollektorleitung deines Stromquellentransistors einfach
einen kleinen Dämpfungswiderstand und von der Basis zu VCC (parallel zu
den Dioden) einen Elko.
W.S.
Schade, ich hatte gehofft, ein paar Ansätze zur Lösung zu bekommen. Na
ja, jetzt mach ich erst mal mit Vorwiderstand weiter. Werde wohl
demnächst die Schaltung nochmal auf dem Steckbrett aufbauen, dann geht's
vielleicht weiter.
Auf jeden Fall schon mal danke für eure Beiträge.
Gruß
Reinhard
Hallo
die 1N4148 hat ein Glasgehäuse. Dunkel die mal ab.
Früher ( in der Steinzeit ) gab es Transistoren im Glasgehäuse z.B. OC
70, die konnte man wunderbar als Phototransistor verwenden wenn man den
Lack abkratzte. Dioden im Glasgehäuse reagieren auch auf Licht.
Das Problem fängt schon damit an, dass der Strom vom Sensor über den
recht kleinen Widerstand R3 nach V+ in einen Spannung gewandelt wird.
Da hat man also alle Störungen von 5 + mit drauf.
Die Stromquelle sollte da das kleinste Problem sein - so schlecht wird
die nicht sein, eine Widerstand wäre aber auch nicht schlechter.
Der Arbeitspunkt für die Späteren Stufen ist zumindest nicht gut: über
den Widerstand R5 bzw. R13 und den Bias Strom des OPs kommt ein kleines
bisschen an Spannung, das meiste wohl über Gleichrichtung von Störungen.
karadur schrieb:> die 1N4148 hat ein Glasgehäuse. Dunkel die mal ab.
diese Idee hatte ich auch schon und, damit auch andere elektrische
Störungen abgeschwächt werden, habe ich alles in eine Blechkiste
gepackt, also dunkel und elektrisch geschirmt - leider keine Änderung.
Ulrich schrieb:> Das Problem fängt schon damit an, dass der Strom vom Sensor über den> recht kleinen Widerstand R3 nach V+ in einen Spannung gewandelt wird.> Da hat man also alle Störungen von 5 + mit drauf.
Der Widerstand hat 10k und an ihm fällt eine Spannung von ca. 3,2V ab,
das entspricht dem Gleichlichanteil, der Modulationsanteil ist mit ca.
2-3mV in der Tat sehr klein.
> Die Stromquelle sollte da das kleinste Problem sein - so schlecht wird> die nicht sein, eine Widerstand wäre aber auch nicht schlechter.
Eben, genau deshalb versteh ich ja auch den Unterschied nicht.
> Der Arbeitspunkt für die Späteren Stufen ist zumindest nicht gut: über> den Widerstand R5 bzw. R13 und den Bias Strom des OPs kommt ein kleines> bisschen an Spannung, das meiste wohl über Gleichrichtung von Störungen.
Was auch wieder für Stromquelle und Widerstand gilt. Optimieren kann ich
das natürlich zusätzlich. Was sollte ich tun? Der Tiefpass sollte ja
weiterhin bestehen bleiben.
Als erstes würde ich den Tiefpass richtig machen mit dem Arbeitspunkt.
Mit den schlecht definierten Arbeitspunkt ist die Schaltung nicht gut,
und vor allem nicht so einfach im Verhalten zu verstehen.
Der 2. Punkt wäre die Entkopplung der Versorgung für R3. Dafür könnte
man z.B. zwischen R3 und V+ noch einmal etwa 3,3 K schalten und dann
einen Elko und ggf. noch einen Kondensator parallel nach GND. Damit hat
man da eine saubere Spannung, und bekommt weniger Störungen von V+.
Erst danach würde ich mir die Stromquelle ansehen:
Bei der Stromquelle stellt sich die Frage wozu überhaupt, bzw. was stört
am Widerstand ?
An sich rauscht so eine Quelle nicht nennenswert, wenn man nicht beim
Transistor Emitter und Kollektor bei rel. hoher Spannung vertauscht hat.
Der Sensor (Optokoppler) sollte keine Nennenswerte Verstärkung des
Rauschens bingen. Falls wirklich die Stromquelle rauscht sollte man da
auch direkt am Strom sehen sollen, ohne den Einfluss des restlichen
Schaltung.
Ich denke, ich habe den Übeltäter identifiziert - die
Spannungsversorgung mit 5V über USB!
Wenn ich an der Basis des Transisors der Stromquelle messe, sehe ich im
mV-Bereich Störungen mit einem ganz ähnlichen Frequenzverhalten.
Der Arduino reicht die 5V Spannung von USB durch, sie wird zwar mit 100u
geglättet, aber das reicht nicht aus, um die niederfrequenten Anteile zu
filtern. Wenn der Arduino mit einem externen Netzteil betrieben wird,
werden die 5V mit einem Spannungsregler erzeugt und sind sauber, die USB
Spannungsversorgung ist dann abgekoppelt.
Die mV-Spannungsänderungen an der Basis des Transistors führen zu einer
(geringfügigen ) Modulation des IR-Lichtes. Ich habe mich irreführen
lassen, als ich die Schaltung mit Batterie betreiben habe, zum Aufnehmen
der Scope Bilder hatte ich ja immer USB mit dran hängen. ;-(
Ein Betrieb an einem anderen Computer führte sogar zu noch größeren
Schwankungen.
@Ulrich - deine Vorschläge werde ich ausprobieren
> Bei der Stromquelle stellt sich die Frage wozu überhaupt, bzw. was stört> am Widerstand ?
Genau das sage ich mir jetzt auch - es funktioniert ja mit einem
Widerstand und die Spannung ist auch ziemlich konstant. Es bleibt also
erst mal beim Widerstand.
Aber wenigstens weiß ich (doch hoffentlich) jetzt, wo die Störungen her
kommen.
PulsMon.png
(11 KB)
R_Curr.png
(33 KB)
R_LED.png
(33 KB)
