Schwachstrommessung mit AVR

[igor (Gast)]

Ich baue eine Lichtschranke. Das Problem ist: Ich bekomme viel zu viel 
Rauschen. Die Testschaltung ist hier in der Abbildung. Das Signal sieht 
aus wie 50Hz Spitzen, hier in der zweiten Abbildung. Für diese Messung 
habe ich den Fototransistor optisch komplett isoliert, das Signal müsste 
eigentlich Null sein. Unter folgenden Umstanden ist es auch Null: die 
Schaltung läuft mit Battarie, oder sie läuft mit einem Netzteil, aber 
GND vom der Schaltung ist mit der Erdung verbunden, z.B. mit der Erdung 
in der Steckdose, oder mit einem Heizunskörper, oder die Schaltung ist 
via USB mit einem Rechner verbunden, über einen Programmer oder ein FTDI 
USART-USB Kabel. In all diesen Fällen ist das Signal genau Null oder 
sehr nah bei Null, es gibt also kein Rauschen. Anderfalls ist das Signal 
wie in dieser Abbildung. Ich hab das mit drei verschiedene Netzteilen 
ausprobiert, mit demselben Ergebnis. Ich habe auch einen 470mkf 
Kondensator zwischen VCC und GND angeschlossen, der Signalpegel bleibt 
derselbe. Wenn ich mit einem Finger GND von der Schaltung berühre, ist 
der Signalpegel zur Hälfte reduziert. Kann mir bitte jemand erklären wie 
ich dieses Rauschen wegbekommen kann, ohne GND mit der Erdung zu 
verbinden? Es gibt nämlich keine Erdung in den Netzteilen, die ich 
benutze.

[Helge A. (besupreme)]

Du hast kein Rauschen. Du mißt, wie schlecht dein Netzteil ist, weil 
dein Fototransistor oder die Leitung dahin nit ordentlich abgeschirmt 
ist.

[MaWin (Gast)]

Ein AVR misst nur richrtig, wenn die Quellimpedanz
unter 10k liegt, deine ist 100 mal zu gross.
Man könnte mit einem 10nF Kondenstaor vom Eingang nach Masse
das Signal vermessern.
Als Lichtschranke taugt es aber sowieso wenig,
schon der Dunkelstrom mancher Phototransistoren kann
eine Spannung am 1M Widerstand hervorrufen.

Ordentliche Lichtschranken arbneiten mit moduliertem Licht
damit sie durch Sonnenlicht und ESL nicht gestört werden,
und der Empfänger filtert allen Gleichanteil raus und
verstärkt nur die Wechselspannung, möglichst per lock in
Verstärker. Und erst wenn diese Wechselspannung erkannt
wurde, fühlt sich die lichtschranke von der modulierten
LED beleuchtet.

  +---+--+----------------+------+--+-- +5V
  |   |  |                |      |  |
  |  4k7 |           +----+---+ 1M 220R
 E|   |  |           |    4   |  |  |
  >|--+--(--4k7---+--|5      1|--+  |
  |BC307 |       10k |LM/NE567|  |  |A
  |      |        +--|6       |  | LED
  |      |        |  |        |  |  |
 100R 10kPoti-22n-(--|3 2  7 8|--(--+--  kann bis 100mA nach Masse 
schalten
  |      |        |  +--+--+--+  |
 A|     C|        |     |  |     |
 LED=PhotoTrans  22n   2u2 |    4u7
  |      |        |     |  |     |
  +------+--------+-----+--+-----+----- GND

[igor (Gast)]

Danke, ich werde die Schaltung mit LM/NE576 ausprobieren. Produziert 
LM/NE576 an Pin5 ein harmonisches Signal?

Meine Schaltung oben ist natürlich nur ein Teil vom ganzen. Es gibt dort 
auch IR-LED die mit PWM über einen Transistor betrieben wird. AVR macht 
zwei Messungen für LED an/aus und subtrahiert die Ergebnisse. Diese LED 
kann bis 1.2A für sehr kurze Pulse aushalten und DC Abs Max ist 50ma. 
Wenn LM/NE576 ein harmonisches Signal produziert, dann kann LED 
vielleicht nur bis 100ma gehen. Würde das bedeuten dass ich mit AVR/PWM 
12mal höhere Empfindlichkeit als mit LM576 erzielen kann?

Ich sehe jetzt auch, dass das AVR Buch die Quellimpedanz nicht höher als 
10k empfielt. Aber in meiner Applikation ist LED schon bis 300ma mit PWM 
betrieben und der Fototransistor hat Pulsströme in 30na Bereich. Am 1M 
Widerstand ergibt es 30mV welche AVR messen kann. Nur dieses 50Hz 
Rauschen stört ein bisschen. Ich werde versuchen den Fototransistor und 
die Leitungen so gut wie möglich zu schirmen. In welcher Weise können 
alle drei Netzteile schlecht sein? Und zwar so dass die Glättung mit 
470mkf zwischen VCC und GND nicht hilft, aber die Erdung von GND schon.

[Ulrich (Gast)]

Das Problem mit den Netzteilen ist ggf. eine Spannung gegen Erde. Das 
ist zwar nur schwach Kapazitiv gekoppelt, aber schon ein paar pF gegen 
115 V geben genug Störungen bei einer so hochohmigen Leitung. Eine 
Abschirmung der Leitungen sollte aber auch helfen.

Das Signal von NE567 zur LED wird ein Rechteck sein. Das ist nicht ideal 
aber auch nicht so schlecht. Im Prinzip ginge es etwas besser mit eher 
kurzen Pulsen, etwa so so wie mit dem speziellen Empfänger IC IS471. So 
einfach wie oben gezeichnet mit nur Fototransistor, Widerstand und 
direkt auf den AD wird das aber eher weniger Empfindlich. Von der 
Tendenz sollte die Modulation deutlich über 50 Hz liegen - da sind die 
Störungen meist geringer, und man kann die 50 /100 Hz auch analog 
filtern.