Ich wollte mir eine einfache Lichtleiterübertragung basteln. Es geht um
2 separate Signalwege, die jeweils einfach nur den Zustand 0 und 1
übertragen müssen auf vielleicht 20cm.
Da dachte ich mir, ich nehme einfach eine 2-Farben-LED als Sender und
Empfänger, Rot emfängt Rot, Grün empfängt Grün und ich brauche so nur
einen Lichtleiter. Die Empfänger-LEDs geben dann ca. 1 Volt ab
(unbelastet).
Zuerst habe ich es mit einzelnen eingefärbten versucht. Rot geht klasse,
Grün funktioniert gar nicht. Blaue hatte ich nur klare. Das hat mit Rot
und Blau unterscheiden aber überraschend gut funktioniert, obwohl
letztere nicht eingefärbt waren.
Dann habe ich eine 3-Farben-LED genommen (2-Farben hatte ich nicht da)
und dabei erhalte ich seltsame Ergebnisse. Der Empfänger regiert nicht
unbedingt auf dieselbe Farbe, siehe angehängte Tabelle.
Wie kommt das zustande?
Die 3-Farben-LEDs haben für jede Farbe einen eigenen Chip (kann man
durch das Gehäuse erkennen) und einen eigenen Pin. Gut, auch hier hatte
ich zwar klare LEDs genommen und somit keinen Farbfilter, aber mit
Filter würde z.B. Blau dann ja fast gar nicht mehr funktionieren.
Dietmar S. schrieb:> Wie kommt das zustande?
Eine Photodiode ohne Farbfilter kennt keine Farben. Die Empfindlich
hängt zwar von der Wellenlänge ab, aber das ist meist ein eher sanfter,
wenig farbselektiver Verlauf.
Und ob bei dir 0 oder 1 raus kommt, hängt letztendlich von deinem
Schwellwert ab. Wenn du quantitativ die Empfindlichkeit bestimmen
möchtest, ist es immer ratsam den Strom zu messen. Die Abhängigkeit
der Spannung von der Helligkeit ist kräftig nichtlinear.
Dietmar S. schrieb:> ich nehme einfach eine 2-Farben-LED als Sender und> Empfänger
Das funktioniert garantiert nicht, als Empfänger ist die LED bei weitem
nicht selektiv genug. Du brauchst einen Photoempfänger, der RGB
separiert, oder du schaltest selbst Farbfilter vor die Photodioden
(RICHTIGE Filter, keine Farbfolien vom Bastlerbedarf). Und natürlich
müssen die Kurven von Sender und Empfänger jeweils übereinstimmen.
Georg
Wolfgang schrieb:> Wenn du quantitativ die Empfindlichkeit bestimmen> möchtest, ist es immer ratsam den Strom zu messen.
Um das mit dem 4. Quadranten zu verstehen, wie in diesem Artikel
beschrieben: http://www.sensorsynergy.com/helpfulhints.htm
Da heißt es man soll die LED wie eine Photodiode oder eine Solarzelle
betreiben. Heißt das in letzterem Fall, dass ich einfach einen
Lastwiderstand an die LED hänge (und folglich wie Du ja schon
geschrieben hast, den Strom messe bzw. den Spannungsabfall am
Widerstand)?
Dieter schrieb:> Farbenblinde LEDs> Beitrag zum Schaltungswettbewerb 2017 von Fritz Wegener> http://www.elektronik-labor.de/Lernpakete/Kalender17/Kalender17Contest1.html
Wie hast Du denn das gefunden, ich hab ewig recherchiert.
Georg schrieb:> Das funktioniert garantiert nicht
Ich will nur zwei sehr langsame Zustände übertragen, deswegen sehe ich
kein Problem. Meine ersten Versuche mit einzelnen LEDs haben auch
bestens funktioniert. Eine 2-Farben-LED wäre natürlich eleganter.
Hab mal versucht die LED negativ vorzuspannen, wie bei Sensorsynergy
empfohlen und den Strom zu messen. Meine Güte die liefern ja wirklich
nur wenige Nanoampere... Und dann verhalten sie sich auch so wie
beschrieben.
Vielleicht kann ich auf die Farbunterscheidung verzichten, da die beiden
Signale nicht zur gleichen Zeit vorhanden sein müssen, jedoch aus
unterschiedlicher Richtung. Müsste dann nur die Dioden bei Tx/Rx
umschalten.
Hab mir heute dennoch zum experimentieren Duo-LEDs in Rot/Blau und
Rot/Grün bestellt. Grün-Blau hätte ich mir noch bestellen sollen...
Olaf schrieb:> Wäre da nicht ein moduliertes Signal mit nur einer LED besser?
Modulation wäre zu aufwändig, bei lediglich zwei Ein/Aus-Steuersignalen.
Aber es muss ja bidirektional funktionieren, sonst würde ich einfach
eine Photodiode nehmen.
Tim . schrieb:> Hier sind zwei interessante Masterarbeiten:>> https://digi.lib.ttu.ee/i/file.php?DLID=9345&t=1> https://pdfs.semanticscholar.org/acf0/2f479979a8e9ccd76fe86e1f18cfc8f72b0c.pdf
Interessant, zu was es alles Masterarbeiten gibt. Habe mir die
betreffenden Abschnitte der beiden Arbeiten durchgelesen. Bei der
letztgenannten Arbeit kam der Autor zu ähnlichen Testergebnissen wie
ich: Normal helle 3mm-LEDs eignen sich nicht und die 5mm verhalten sich
exakt wie bei meinen Versuchen.
Und es gibt LEDs die warmweiß leuchten und zugleich als Empfänger für
IR-Signale verwendet werden. Es gibt Weihnachtsbeleuchtung mit Batterien
und IR-Fernbedienung, die so funktionieren.
Dietmar S. schrieb:> Da heißt es man soll die LED wie eine Photodiode oder eine Solarzelle> betreiben. Heißt das in letzterem Fall, dass ich einfach einen> Lastwiderstand an die LED hänge (und folglich wie Du ja schon> geschrieben hast, den Strom messe bzw. den Spannungsabfall am> Widerstand)?
Eine Solarzelle betreibst du am MPP, eine Photodiode sinnvollerweise im
Kurzschlussbetrieb. Das sind völlig verschiedene Punkte auf der
Kennlinie.
Eine LED, die du als Detektor betreibst, ist eine (schlechte)
Photodiode.
Wenn du den Strom vernünftig im Kurzschlussbetrieb messen willst,
schickst du den Photostrom aus der Diode in einen virtuellen Massepunkt,
i.e. du wandelst ihn z.B. mit einem TIA in eine Spannung um.
https://de.wikipedia.org/wiki/Photodiodenverst%C3%A4rkerGeorg schrieb:> oder du schaltest selbst Farbfilter vor die Photodioden> (RICHTIGE Filter, keine Farbfolien vom Bastlerbedarf)
Für welchen Kundenkreis die Filter vermarktet werden, ist völlig egal.
Es kommt einzig drauf an, ob die spektrale Charakteristik geeignet ist
und wie hoch die Ansprüche an die Kanaltrennung sind.
Dieter schrieb:> Und es gibt LEDs die warmweiß leuchten und zugleich als Empfänger für> IR-Signale verwendet werden.
Bei den üblichen warmweißen "LEDs" leuchtet die eigentliche LED blau.
Guck dir mal das Spektrum an und achte auf den Peak bei 460nm. Der
Weißanteil des abgegebenen Lichtes stammt nicht von der LED, sondern vom
Phosphor.
Beim Betrieb als Detektor hat der Phosphor keine Bedeutung, weil er
nicht langwelliges in kurzwelliges Licht umwandeln kann (von
Doppelphotonenanregung mal abgesehen).
Dieter schrieb:> Und es gibt LEDs die warmweiß leuchten und zugleich als Empfänger für> IR-Signale verwendet werden. Es gibt Weihnachtsbeleuchtung mit Batterien> und IR-Fernbedienung, die so funktionieren.
Das halte ich für relativ unwahrscheinlich. In den Warmweissen LED regt
ein blauer emittierender LED chip einen Phosphor an. Der LED-Chip selbst
ist nur im blauen, bzw. UV als Photodiode nutzbar. Für Längerwelliges
Licht ist er blind.
Die besagte Weihnachtsbeleuchtung wird wahrscheinlich einen getrennten
IR-receiver nutzen.
Dieter schrieb:> Das ist kein Geruecht. Gibt sogar das Patent zu finden. Erst nach> dem> das nicht verlaengert wurde, kamen die Produkte auf den Markt.
Dann verlinke es doch bitte.
http://www.google.com/patents
Weiße LEDs gibt es noch gar nicht so lange, dass ein nennenswerter
Anteil der Patente abgelaufen sein könnte...
Die LEDs sind heute gekommen, hatte dann auch noch Duos in Blau-Grün
bestellt. Die eignen sich bestens und liefern eine überraschend hohe
Ausgangsspannung von über 2 Volt.
Das Verhalten ist auch vom Strom der Sende-LED abhängig. Blaues Licht
wird von der grünen und der blauen "empfangen". Bei 5mA sendeseitig
reagiert die blaue Empfangs-LED stärker, bei 15mA die grüne. Ich nehme
dann die die grüne LED als Empfänger und die blaue bei 10mA als Sender.
Wenn meine Schaltung fertig ist, lade ich den Plan hier hoch. Das wird
allerdings noch eine ganze Weile dauern, weil mir noch etliche Bauteile
fehlen.
LEDs als Empfänger würde ich eher in den Bereich "geht zwar irgendwie,
ist aber eher untauglich für die Praxis" einordnen.
Wenn das so toll wäre, würde die Halbleiterindustrie keine echten
Empfängerdioden anbieten.
So teuer sind die auch nicht...
In alten Videocamcordern sind z.B. RGB Sensoren drin, die die Werte für
den Weißabgleich liefern.
Da hast Du sowas schon in Perfektion fertig drin.
Wie schnell die sind weiß ich nicht, aber das fänd ich persönlich schon
spannender, wenn man damit etwas forscht...
Stefan M. schrieb:> LEDs als Empfänger würde ich eher in den Bereich "geht zwar irgendwie,> ist aber eher untauglich für die Praxis" einordnen.
Dietmars Begründung:
Dietmar S. schrieb:> Aber es muss ja bidirektional funktionieren, sonst würde ich einfach> eine Photodiode nehmen.
Stefan M. schrieb:> In alten Videocamcordern sind z.B. RGB Sensoren drin, die die Werte für> den Weißabgleich liefern.
An einen RGB-Sensor habe ich ja gar nicht gedacht. Aber auch gut so,
denn die LED-Methode eignet sich für meinen Anwendungsfall prima.
Funktioniert bidirektional und ist billig.
Ich hab nicht komplett alles durchgelesen, aber mal eine Frage: Hast du
schon mal dran gedacht, statt einem Lichtleiter zwei zu benutzen? Dann
hast du mit den Farben keine Probleme und ein Lichtleiter mit 20cm Länge
kostet auch nur ein paar Cent. Für 20cm muß es ja auch kein Glasfaser
sein, da reicht Kunststoff...
Dietmar S. schrieb:> Modulation wäre zu aufwändig, bei lediglich zwei Ein/Aus-Steuersignalen.> Aber es muss ja bidirektional funktionieren, sonst würde ich einfach> eine Photodiode nehmen.
So schlimm ist das nicht. Wenn man keinen MC programmieren kann, gehen
auch ein paar Gatter und FFs.
Der Master sendet kurze oder lange Pulse für 0/1 und der Slave sendet in
den Pausen kurz oder lang zurück.
Besser ist natürlich mit Trägerfrequenz, dann stört auch Umgebungslicht
nicht.
Da es zu den LEDs kein Datenblatt gab und der Händler sich nach dem Kauf
stumm stellt (was ich nicht anders erwartet hatte), war ich inspiriert
noch mal ein paar Versuche zu machen.
Eigentlich wollte ich nur die Durchlassspannung ermitteln und hab die
LED an eine Konstantstromquelle angeschlossen. Wieviel Strom die LED
verträgt weiß ich nicht, bei 30mA wurde sie weder heiß, noch ging sie
kaputt. Keine Ahnung ob ich sie jetzt mit max. 17mA betreiben soll oder
ob sie mehr verträgt. Ein deutlicher Helligkeitsanstieg lässt sich auch
zwischen 20 und 30mA noch wahrnehmen.
Das angehängte Diagramm: Durchlassspannung für die blaue LED als Sender
in Abhängigkeit vom Strom. Die dazugehörigen Ausgangsspannungen für die
grüne LED als Empfänger mit 100k, 1M und ohne Belastung (bzw. 10M fürs
Messgerät). Interessant das Verhalten bei 1M.
Tim . schrieb:> Weiße LEDs gibt es noch gar nicht so lange, dass ein nennenswerter> Anteil der Patente abgelaufen sein könnte...
Es gibt mW überhaupt keine weißen LEDs.
Die Dinger, die gemeinhin als weiße LEDs bezeichnet werden, sind blaue
LEDs mit einem Phosphor zur Wellenlängenkonvertierung.
Tim . schrieb:> Dieter schrieb:>> Das ist kein Geruecht. Gibt sogar das Patent zu finden. Erst nach>> dem>> das nicht verlaengert wurde, kamen die Produkte auf den Markt.>> Dann verlinke es doch bitte.
Das Patent hat google leider bei der Suche nicht ausgespuckt. Aber die
Physik dahinter wäre:
https://www.elektormagazine.de/news/led-mit-einem-wirkungsgrad-von-100
"denn am zweiten Hauptsatz der Thermodynamik kommt man auch in Boston
nicht vorbei. Die Auflösung:
Wärme entspricht Schwingungen des Kristallgitters und diese erleichtern
es Photonen, ausgesendet zu werden. Die Photonen werden also nicht nur
von der eingespeisten elektrischen Energie angetrieben, sondern nutzen
auch die vorhandene Wärmeenergie. Das Resultat ist, dass dabei der
LED-Kristall leicht abkühlt bzw. Wärmeenergie aus der Umgebung aufnimmt.
Eine Art Miniwärmepumpe also. Und schon sind wir bei einem
Gesamtwirkungsgrad von unter 100% – die Welt ist wieder im
Gleichgewicht."
In dem Falle ist diese zusätzliche Energie die IR-Strahlung des
modulierten Senders. Der Strom der LED wird dabei mitmoduliert.
Im Gegensatz hierzu ist bei dem Post mit den Bildern auf dem zweiten
Bild der Oberseite auch ein IR Bauteil (IR-Diode oder Transistor) zu
erkennen.
Beitrag "Weihnachtskerzen IR-Protokoll"
Es gibt dann noch eine Variante mit einem SMD-Chip, wo nichts zu sehen
ist von einem IR-Empfänger, dh auch keine noch so kleine IR-SMD-Diode.
Es gibt auch IR-durchlässigen Kunststoff. Das SMD-Chip Gehäuse ist
daraus.
Wobei es schon Kerzen gibt, da ist gar kein SMD drauf, sondern auf der
Platine eine kleine ovale schwarze Fläche, Spule und LED (sonst nichts),
ca 1mm dick und 7mm Durchmesser. Wenn man auf dieser kratzt und schräg
gegen das Licht hält, ist diese Masse geringfügig unterschiedlich, als
wie man diese sonst von solcher Bauweise gewohnt ist. Ist auch
IR-durchlässiger Kunststoff.
Dieter schrieb:> Es gibt dann noch eine Variante mit einem SMD-Chip, wo nichts zu sehen> ist von einem IR-Empfänger, dh auch keine noch so kleine IR-SMD-Diode.> Es gibt auch IR-durchlässigen Kunststoff. Das SMD-Chip Gehäuse ist> daraus.
Dann wäre ein Photo davon interessant.
>Wobei es schon Kerzen gibt, da ist gar kein SMD drauf, sondern auf der>Platine eine kleine ovale schwarze Fläche, Spule und LED (sonst nichts),>ca 1mm dick und 7mm Durchmesser. Wenn man auf dieser kratzt und schräg>gegen das Licht hält, ist diese Masse geringfügig unterschiedlich, als>wie man diese sonst von solcher Bauweise gewohnt ist. Ist auch>IR-durchlässiger Kunststoff.
Aha! Also evtl. ist der IR-Empfänger im IC mit integriert? Das erscheint
aus technischer Sicht wesentlich realistischer.
Dietmar S. schrieb:> Interessant das Verhalten bei 1M.
Was ist daran so aufregend?
Bei 20mA(?) geht die Spannung der mit mit 1MΩ belasteten LED in die
Sättigung, bei 10MΩ schon unterhalb von 4mA(?), bei 100kΩ wird die
Sättigung nicht erreicht?
Guck dir mal die Ausgangskurve einer Photodiode oder Solarzelle an.
Wolfgang schrieb:> Dietmar S. schrieb:>> Interessant das Verhalten bei 1M.>> Was ist daran so aufregend?
Nichts. Mir ist nur aufgefallen, dass die Kurve bei 1M nicht wie bei
100k linear ist. Für meinen Zweck ist das eh nicht von Belang.
Die Essenz war eigentlich, dass bei den neuen LEDs die grünen bei
Beleuchtung mit einer blauen genug Strom liefern, um mit einer einfachen
Beschaltung auszukommen.
led.png
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