Guten Tag, ich mache derzeit eine Ausbildung und habe zur Aufgabe die Helligkeit eines Displays zu messen. Die Werte sollen letztlich von der hellsten Stufe (11) zur dunkelsten Stufe (0) zwischen 0 und 5V liegen. Auf Grund der Linearität der Kennlinie habe ich mich für eine Fotodiode (genauer die SFH 203) entschieden. Das Hindernis ist dabei die Helligkeit: Auf der hellsten Stufe ist der Bildschirm vergleichsweise dunkel. Nun ist mein Problem, wie messe ich die Helligkeit? Wenn ich die Diode als Photoelement betreibe bricht mir die Spannung zusammen, sobald ich das Signal auf meine nichtinvertierende OpAmp-Schaltung gebe. Auch wenn ich mehrere Fotodioden parallel schalte um die Ströme zu addieren, bricht mir die Spannung zusammen. Ich vermute mal der Strom der Fotodiode reicht nicht aus?! Meine zweite Idee war es die Diode in Sperrrichtung und in Reihe mit einem Widerstand (120kOhm) zu verwenden. Somit erhalte ich durch den Strom am Widerstand eine Spannung, welche ich verstärken kann. Jedoch liegt diese Spannung im µV-Bereich und ich bekomme sie nicht verstärkt. Verwendet habe ich den OpAmp LM348M, den Komparator LM2901D, sowie den OPA4227UA. Wobei letzterer mir ab einer Verstärkung von ungefähr 100 eine negative Ausgangsspannung lieferte. Zum Schluss habe ich die Diode an einem Transimpedanzverstärker betrieben. Aber auch hier das gleiche Problem: Ich bekomme eine zu geringe Spannung, und wenn ich diese verstärke kann ich keine Helligkeitsunterschiede mehr detektieren. Fazit: Ich bekomme es nicht hin diese geringe Spannung vernünftig zu verarbeiten und auf 1-5V zu verstärken. Ich würde mich riesig über eine Hilfestellung von Euch freuen. Bis dahin und vielen Dank! LG Tina
Vielleicht sowas? Statt dem TGS4161 kannst ja dein LDR dran hängen
Tina R. schrieb: > sobald ich das Signal auf meine nichtinvertierende > OpAmp-Schaltung gebe. Schaltung zeigen. Such mal nach "transimpedanzverstärker fotodiode" Da gibts haufenweise Treffer auch hier im Forum.
Eine Photodiode als Spannungsquelle ist vollkommen unsinnig, mehr von der Temperatur als Beleuchtung abhängig. Ein Transimpedanzverstärker ist sinnvoll, sie misst den Strom. Die Geschwindigkeit reicht auch aus. Allerdings wird Helligkeit logarithmisch empfunden.
Hallo Tina, Du solltest erst vielleicht einen Spannungsfolger (OPAM) und dann das Signal verstärken. Ohne in Details geschaut zu haben würde ich auf den ersten Blick den OPA4227UA, da dieser OPA Rauscharm und aber auch kleine Baisstrom hat.
MaWin schrieb: > Eine Photodiode als Spannungsquelle ist vollkommen unsinnig, mehr > von > der Temperatur als Beleuchtung abhängig. > > Ein Transimpedanzverstärker ist sinnvoll, sie misst den Strom. Die > Geschwindigkeit reicht auch aus. > > Allerdings wird Helligkeit logarithmisch empfunden. Ich weiß das da keine Spannung raus kommt da muss man es als Spannungsteiler verwenden.
Nachtrag: Der LM348 ist doch ein Bipolar Typ mit viel zu hohem Eingangstrom. Der Opa sollte eher passen.
Stefan A. schrieb: > kannst ja dein LDR dran hängen Du kennst aber schon den Unterschied zwischen Fotodiode und LDR?
Hallo, TIA wurde schon gesagt. Die PD schön in Sperrichtung vorspannen (siehe Datenblatt). Für den TIA dann ein Festwiderstand und Poti zur "Feinabstimmung". Parallel ein C (ca. Faktor 10 größer als deine Eingangskapazität, falls es nicht auf Geschwindigkeit ankommt). Problematisch wird dein Umgebungslichtoffset. Dein Messgerät oder was auch immer müsste jedesmal neu kalibriert werden abhängig von der Umgebungsbeleuchtung. Es gibt aber auch dafür Trickschaltungen. Gruß.
Tina R. schrieb: > Auf Grund der Linearität der Kennlinie habe ich mich für eine Fotodiode > (genauer die SFH 203) entschieden. Linearität?? Eine Fotodiode hat praktisch immer eine logarithmische Kennlinie, die sieht wahrscheinlich nur linear aus weil sie in einer logarithmischen Skala aufgetragen ist. Tina R. schrieb: > Zum Schluss habe ich die Diode an einem Transimpedanzverstärker > betrieben. > Aber auch hier das gleiche Problem: Ich bekomme eine zu geringe > Spannung, und wenn ich diese verstärke kann ich keine > Helligkeitsunterschiede mehr detektieren. TIA ist schonmal die richtige Wahl. Wie sieht deine Schaltung aus, welche Verstärkung hast du eingestellt? Und wahrscheinlich misst du die Umgebungshelligkeit mit, das musst du auch berücksichtigen.
Tina R. schrieb: > Meine zweite Idee war es die Diode in Sperrrichtung und in Reihe mit > einem Widerstand (120kOhm) zu verwenden. Somit erhalte ich durch den > Strom am Widerstand eine Spannung, welche ich verstärken kann. Jedoch > liegt diese Spannung im µV-Bereich und ich bekomme sie nicht verstärkt. Diese Schaltung ist zwar nicht besonders gut (nicht linear und nicht besonders schnell) aber das hätte zumindest insoweit funktionieren müssen als dass Du damit ohne weiteres eine deutliche Spannungsänderung um etliche Volt (von beinahe 0 bis beinahe Vcc, je nach Widerstand und Beleuchtung) ganz ohne Verstärker alein mit dem Oszi oder den Multimeter hättest messen können müssen. Sicher daß Deine Diode noch lebt oder es sich bei dem Bauteil überhaupt um eine Photodiode handelt?
Hallo, erst einmal ganz lieben Dank für die schnellen und freundlichen Hilfen von Euch! Zunächst habe ich Euch im Anhang einmal meine Schaltung angehängt. Die Fotodiode ist auf jeden Fall eine und sie ist funktionstüchtig. (Als einfachsten Test habe ich die Spannung in Abhängigkeit der Helligkeit gemessen.) Um die Umgebungshelligkeit auszublenden, habe ich die Fotodiode in einen Schuhkarton gesetzt und diesen über das Display gestülpt. Anschließend habe ich das ganze noch mit einem Stoff komplett abgedunkelt, sodass die Fotodiode nur noch die Helligkeit des Displays messen kann. Ich werde mir heute den Transimpedanzverstärker genauer ansehen und verschiedene neue OpAmps ausprobieren (habe mir 6 verschiedene besorgt). Hoffentlich klappt es dann die geringe Helligkeit bzw. den Strom zu messen. Leider konnte ich mit der ersten Schaltung und dem "TLC271BCD" nicht wirklich etwas anfangen. Für mich sieht es nach einer nichtinvertierenden OP-Schaltung aus, jedoch ist mir die Beschaltung nicht ersichtlich. Vielen Dank und liebe Grüße Tina
Mit TIA sähe es dann ähnlich wie im Anhang aus aber Vorsicht: Ist der Feedback recht groß (Mega- bis Gigaohmbereich), kann es schnell passieren, dass man sich allerhand "Elektrosmog"-Dreck einfängt und hier mit Abschirmen beginnen muss da der OPV dann entweder nur an einem Rail klebt oder zu Schwingen beginnt.
Wie schnell muss dein Sensor denn sein und welchem Bereich an Messwerten willst Du was zuordnen? Es gibt im Web Anleitungen zum Selbstbau von (Foto)belichtungsmessern nach beiden Prinzipien: Stromquelle oder Spannungsauswertung. Du lernst viel, wenn Du selbst ermittelst, welche total unterschiedlichen Vorteile beide Typen haben, obwohl sie im Endeffekt das selbe messen. Gruß Achim
Huhu :) Aaaaalso ich habe jetzt alle 3 Schaltungsarten durch... Am meisten "Erfolg" habe ich mit der Diode im quasi Kurzschluss und dem Transimpedanzverstärker. Nur leider lässt sich das Signal nicht weiter verarbeiten... Zunächst erkennt man mittels des Oszis eine sinusartige Spannung an der Fotodiode (vermutlich kommt diese durch die Frequenz des Displays// 50Hz). Meine Schritte für die Messung waren ein Integrator, ein Impedanzwandler, und verschiedenste invertierende, sowie nichtinvertierende Verstärkerschaltungen. Nach Absprache mit meinem Ausbilder sind wir der Meinung, dass die Diode nicht für diese geringe Lichtintensität gemacht ist. Somit habe ich mir ein paar LDRs bestellt, die ich morgen ausprobieren werde. Ich finde diese Lösung zwar unschöner, aber vielleicht verhelfen mir die lichtabhängigen Widerstände ja zum Erfolg. Falls das dann immer noch nicht funktionieren sollte, probiere ich es wieder mit einer Fotodiode und einer zusätzlichen Sammellinse. Natürlich halte ich Euch über weitere Erfolge auf dem laufenden. Falls ihr aber noch Ideen habt, wäre ich Euch sehr dankbar! Liebe Grüße Tina
Wie gross war die Photodiode ? Die SFH203 Photodiode ? Man kann mit denen bis nahezu beliebig geringen Lichtintensitaeten messen. Zeig mal das Schema. Wichtig an einem Transimpedanz ist ein kleiner Eingangsstrom, der nur mit einem FetOpAmp erreicht wird. Ein 741, 358 oder dergleichen taugt nicht dazu.
Ich hatte mal einen Lichtsensor mit der BPW21 Fotodiode gemacht...die hat einen vergleichsweise riesigen Chip und liefert so richtig gut Strom. Da braucht man sich normalerweise nicht zu sorgen, dass kein Signal rauskommt. Abgesehen von Temperaturproblemen und Frequenzverhalten würde ich mal sagen, dass ein Einsatz als Fotoelement (also die erzeugte Spannung messen) der menschlichen Wahrnehmung (logarithmisch) wesentlich näher kommt (ich frage mich, warum eine Spannung an einem nicht-invertierenden Eingang bei einem OP-Spannungsfolger mit z.B. TL071 zusammenbrechen kann, wo doch der Eingangswiderstand extrem hoch ist). In der Kurzschlussanwendung (Messung des Stroms) bekommt man bei diesen Dingern einen lt. Datenblatt über 7 Dekaden zur Beleuchtungsstärke linearen Stromverlauf ... nur welcher OP und welcher AD Wandler schafft 7 Dekaden? Grüße FireHeart
Tina R. schrieb: > Zunächst erkennt man mittels des Oszis eine sinusartige Spannung an der > Fotodiode (vermutlich kommt diese durch die Frequenz des Displays// > 50Hz). Meine Schritte für die Messung waren ein Integrator, ein > Impedanzwandler, und verschiedenste invertierende, sowie > nichtinvertierende Verstärkerschaltungen. 50 Hz klingt weniger als Display-Frequenz als vielmehr irgendwelche externen Einkopplungen. 50 Hz sind Netzfrequenz, Displayfrequenzen typischer Weise bei 60 Hz und Aufwärts. War der Aufbau des TIAs samt Photodiode geschirmt? War eine Lichtquelle in der Nähe und eingeschaltet? Deren Strahlung misst man ohne weiteres zutun nämlich auch mit. Ein qualitativ hochwertiger Hoch- oder Bandpass könnte hier weiter helfen. Alternativ muss man es halt "dunkel" machen sodass das Display die primäre Lichtquelle ist (Stichwort: Dunkelkammer). Mit LDRs wirst du wahrscheinlich ähnliche Probleme bekommen wenn du dich nicht um die Störobjekte kümmerst.
Hallo Tina Anbei noch mal meine Vorschläge. Ziemlich genau so haben wir das damals - für eine industrielle Anwendung - gebaut und es hat so funktioniert, wie es sollte. Die linke Schaltung sollte etwa maximal 6V liefern, wenn die Fotodiode hell angeleuchtet wird. Das Signal ist etwa logarithmisch zur Beleuchtungsstärke. Sehr geringe Beleuchtungsstärken sind daher auch immer noch mit etwa 100mW gut zu messen. Die rechte Schaltung liefert eine dem Kurzschlusstrom der Fotodiode proportionale Spannung. Der Widerstandswert ist geschätzt, keine Ahnung wie viel Licht du für 5V Spannung brauchst. Wenn Du nur den Mittelwert der Lichtstärke eines Displays brauchst, kannst Du parallel zu den Widerständen (10k bzw. 100k) noch einen Kondensator machen .. dann hast Du auch gleich einen Tiefpass, der die 50Hz rausfiltert. Grüße FireHeart
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Die Fotodiode ist für kleine Intensitäten schon gut geeignet. Man braucht aber ein Abschirmung. Die Diode ist ein schneller Sensor, kann also die 50 Hz und steile Flanken bei einem CRT monitor auflösen. Beim TIA kann man aber einen Kondensator parallel zum Feedback schalten so dass die hohen Frequenzen unterdrückt werden - egal ob das jetzt die Bildwiederholfrequenz oder Störungen von der Netzspannung sind. Wegen der Störungen bei 50Hz, 100 Hz und der Bildwiederholfrequenz wird die Filterung der Störungen schon etwas aufwändiger. Für nur 12 Werte sollte aber einfach ein Tiefpassfunktion ausreichen, ggf. noch integrieren/mitteln über ein vielfaches von 20 ms um die 50 und 100 Hz gut zu unterdrücken. Wegen des logarithmischen Helligkeits-empfinden muss man ggf. erst mit mehr als 12 Stufen arbeiten und die Stufen dann nach ggf. exponentieller oder quadratischer Verteilung festlegen. Rein linear liegen die 12 Stufen sonst gefühlt ungleich verteilt und man hat zu wenige stufen im Dunkeln und zu viele im hellen. Die Messung der Spannung an der Photodiode ist eine Methode um eine logarithmische Skala zu bekommen, allerdings temperaturabhängig. Mit einer Kompensation der Temperatur ist das durchaus eine Möglichkeit. Der LDR ist dagegen ein langsamer Sensor, der schon von sich aus 50 und 100 Hz schon abschwächt. Der LDR ist aber relativ nichtlinear und nicht temperaturstabil. Es geht damit, wird aber nicht unbedingt besser.
Guten Morgen, es hat geklappt :) War im Endeffekt eine ziemlich einfache Schaltung. Ich habe gelernt, dass ein Fototransistor besser geeignet ist, da dieser einen größeren Strom schalten kann, sodass bei geringeren Intensitäten immer noch eine Spannung gemessen wird. Diese liegt bei mir zwischen 560mV und 3,55V. Mit Hilfe dem Arduino Bord bilde ich zum Schluss einen Mittelwert von 100 Messwerten. Vielen Dank an alle die mir geholfen haben und liebe Grüße!
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