Hallo, im Funkamateur 4/2015 (S. 400f) wurde ein Aufbau zur Messung der Lichtgeschwindigkeit vorgestellt. Es gibt einen Sender, der mit einer LED kurze Lichtblitze mit einer Frequenz von 10MHz aussendet (vgl. Bild). In einer Entfernung von ca. 5m befindet sich ein Retroreflektor, der die Lichtblitze zurück zu dem Sender wirft. Direkt neben dem Sender befindet sich ein Empfänger, der die Lichtblitze empfängt. Das Signal, das auf die Sende-LED gegeben wird, wird auf einen Kanal des Oszis gelegt, das Signal des Empfängers auf den anderen Kanal. Aus dem Zeitunterschied der Flanken und dem zurückgelegten Weg kann man dann die Lichtgeschwindigkeit bestimmen (oder zumindest schätzen). Ich würde diesen Versuch gerne nachbauen und habe dazu einige Fragen: - Im Schaltbild des Empfängers steht an C1 und C2 nur 220. Sind damit 22pF gemeint (22 * 10^0)? Oder könnte das noch eine andere Bedeutung haben? - Welche Kondensatortyp sollte ich für C1, C2 und C3 nehmen? Keramik? - Wie funktioniert diese Schaltung? Ich habe mir dazu folgendes überlegt (bitte verbessern falls unsinnig): D1 bildet mit R1 einen Spannungsteiler. Fällt mehr Licht auf D1, so steigt der Strom durch D1 und R1. Dann steigt das Potential an der Basis von Q1, die Kollektor-Emitter-Strecke leitet besser und das Potential am Kollektor von Q1 sinkt. Von diesem Signal wird mit C1 der Gleichanteil entfernt. Dieses Signal steuert dann eine ähnliche Stufe mit Transistor Q2. Warum braucht man überhaupt die zweite Stufe mit dem Transistor Q2? Vielen Dank für alle sinnvollen Rückmeldungen Michael
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Die BC549 sind NF-Transistoren und eignen sich weniger um schnelle und steile Impulse zu erzeugen. Ich würde zur Ansteuerung der LED oder des Laser lieber ein IC, wie etwas aus der 74AHC-Serie verwenden. Damit kann man wirklich kurze und steile Impulse machen, und der Ausgangsstrom dürfte auch ausreichend sein.
Michael B. schrieb: > Funkamateur 4/2015 Sicher, dass das keine Aprilscherz-Schaltung ist? SCNR, mfg mf
Michael B. schrieb: > Wie funktioniert diese Schaltung? Wenn sie denn für kurze Impulse überhaupt funktioniert. Viel zu hochohmig und unausgegoren (Trimmer).
Hp M. schrieb: > Die BC549 sind NF-Transistoren und eignen sich weniger um schnelle und > steile Impulse zu erzeugen. > Ich würde zur Ansteuerung der LED oder des Laser lieber ein IC, wie > etwas aus der 74AHC-Serie verwenden. Damit kann man wirklich kurze und > steile Impulse machen, und der Ausgangsstrom dürfte auch ausreichend > sein. Im Sender wird ein Quarzoszillator mit 10 MHz verwendet, dessen Signal mit einem 74HCT14 (inverter mit Schmitt-Trigger) in ein Rechteck umgewandelt wird. Das Schaltbild des Senders habe ich nicht angehängt - dazu habe ich keine Fragen.
Hp M. schrieb: > Wenn sie denn für kurze Impulse überhaupt funktioniert. > Viel zu hochohmig und unausgegoren (Trimmer). Ich erwarte keine hochpräzise Messung. Es geht darum, das Prinzip zu demonstrieren.
Hallo, letztendlich wird die Empfängerschaltung eine gewisse Verzögerung der Flanken bewirken, die man im Voraus ermitteln sollte. Zusätzlich sollte das Oszilloskop für beide Kanäle möglichst gleiche Signallaufzeiten haben. Gleiche Leitungslängen sind vorteilhaft. Da bei konstanter Frequenz gemessen wird, sind im Prinzip nur diese Flankenverzögerungen relevant. Dann erst erhält die bebachtbare Verzögerung zwischen beiden Strahlen eine Aussagekraft. MfG
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Ich habe schon Laufzeitdemonstrationen von handelsüblichen Signalleitungen mit 0,67 ... 0,95 c (Lichtgeschwindigkeit) auf dem Oszilloskop gemacht. (Fang mal damit an!) Je nach Leitungslänge braucht es dafür möglichst kurze und steile Pulse im Bereich von wenigen (10) ns, wobei als Wiederholrate kHz ausreichend sind. Die optische Reflektion in Luft (0,999... * c, 5 m hin, 5 m zurück) dauert 10 m / 300.000.000 m/s = 33 ns Da ist eine 10 MHz-Auflösung (100 ns, oder 50 ns für die Halb-Periode) schon mal schwach... Bei 50 m (100 m hin-rück: 333 ns) wird das Empfangssignal so schwach, dass man eher Verstärkerlaufzeiten, als Ausbreitungszeiten misst... Und da man nur kHz an Wiederholrate braucht, kann man einfacher loslegen: Ein billiger 555-Schaltkreis - und hintendran eine Pulserzeugung, die keinen Quarz braucht, sondern mit schnellen Transistoren und kleinen Cs funktioniert.
Ich kenne Das Prinzip in der Form, dass die Impulse zum Sender und vom Empfänger folgendermaßen verarbeitet werden: Die Impulse des Empfängers und des Senders werden gegenseitig verNICHTet. Das heißt, wenn die Impulse exakt übereinander liegen, hast Du am Ausgang keine Spannung. Durch eine Phasenverschiebung bei Entfernung hast Du also deinen Senderimpuls aber noch nicht sofort den Empfängerimpuls. Der Senderimpuls erzeugt also ganz kurz eine Spannung, welche ausgewertet wird und in dem Moment, wo dein Empfängerimpuls eintrifft, wird der Senderimpuls wieder inaktiv. Je größer die Phasenverschiebung, desto breiter der Impuls am Ausgang deiner Schaltung. Du kannst also im Mittelwert eine Spannung analog zur Impulsbreite erzeugen.
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Michael B. schrieb: > im Funkamateur 4/2015 (S. 400f) wurde ein Aufbau zur Messung der > Lichtgeschwindigkeit vorgestellt. Das habe ich seit Jahren vor. Mein Weg wäre ein Laufzeitoszillator mit Spiegel in 75 cm Abstand. Ein Laser wie in einem Pointer verwendet und eine BPW34 plus Verstärker. Schaltung anbei. Die BPW ist mit falscher Polarität im Bild. Könnte auch den Photostrom // zur Diode annehmen, dann könnte sie in Sperrichtung gezeichnet werden. Laser mit 5-20 mA angesteuert, er muss immer im Lasermode bleiben, sonst geht gar nichts. An der BPW34 wird, erprobt, mit 0,3 mA gerechnet. Wenn der Oszillator schwingt und die Elektronik NULL delay hätte, sollte die Schwingfrequenz eben 100 MHz sein. Wahrscheinlich sind es etwa 80 MHz wegen Elektronik Verzögerung. Bisher keine Zeit dazu. Vielleicht hat jemand mehr Zeit. Der Verstärker ist mit LTspice simuliert, siehe Ergebnisse. Die Bandbreite des Verstärkers incl. BPW34 und Laser gute 400 MHz. C4 ist die BPW34 Sperrschichtkapazität. Thread gehört eigentlich in die Analogtechnik.
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Christian S. schrieb: > letztendlich wird die Empfängerschaltung eine gewisse Verzögerung der > Flanken bewirken, die man im Voraus ermitteln sollte. Dazu wäre meine Idee folgendes: Ich schiebe zunächst den Reflektor sehr nah an Sender / Empfänger ran. Dann messe ich im Prinzip nur die Verzögerung, die durch den Empfänger entsteht. Dann könnte man bei diesem Versuch auch noch die Kanäle am Oszi tauschen um zu prüfen, ob Unterschiede in den beiden Kanälen eine Rolle spielen. Rudi D. schrieb: > Thread gehört eigentlich in die Analogtechnik. Stimmt: @Mods: Könnt ihr den Thread bitte verschieben? Jakob schrieb: > Und da man nur kHz an Wiederholrate braucht, kann man einfacher > loslegen: Ein billiger 555-Schaltkreis - und hintendran eine > Pulserzeugung, die keinen Quarz braucht, sondern mit schnellen > Transistoren und kleinen Cs funktioniert. Ich vermute, dass es dem Autor des Atrikels im Funkamateur darum ging, auf dem Oszi die Rechtecke zu sehen und gleichzeitig noch den Zeitraum zwischen den Flanken messen zu können. Eine solche Abbildung ist im Artikel mit drin. Klar, die Frequenz der Pulserzeugung spielt keine rolle. Aufwendig oder teuer ist die Schaltung des Senders aus dem Artikel nicht - also mache ich es einfach so. Vielen Dank für alle Antworten; könntet ihr bitte mal nach der Frage zu dem Kondensator schauen. Steht 220 für 22pF (22*10^0) oder könnte damit auch etwas anderes gemeint sein?
220 sind 220pF, hat nichts mit der Darstellung auf dem Gehäuse zu tun. Das Thema wurde schon von vielen behandelt. Hier etwas ähnliches: http://www.jensign.com/sol/index.html
pegel schrieb: > 220 sind 220pF, hat nichts mit der Darstellung auf dem Gehäuse zu tun. Ok, ist die Konvention in Schaltplänen also einfach folgendes: Wenn kein SI-Vorsatz hinter der Zahl steht, ist es pF; ansonsten gilt der SI-Vorsatz?
Michael B. schrieb: > Ok, ist die Konvention in Schaltplänen also einfach folgendes: > Wenn kein SI-Vorsatz hinter der Zahl steht, ist es pF; ansonsten gilt > der SI-Vorsatz? Es gab auch schon vor SI Schaltpläne und in manchen wirst du sogar noch µµF oder cm finden.
Michael B. schrieb: > pegel schrieb: > 220 sind 220pF, hat nichts mit der Darstellung auf dem Gehäuse zu tun. > > Ok, ist die Konvention in Schaltplänen also einfach folgendes: > Wenn kein SI-Vorsatz hinter der Zahl steht, ist es pF; ansonsten gilt > der SI-Vorsatz? Das Rätselraten um die gemeinten Werte war früher und auch heute noch ein leidiges Thema. Manchmal sind einfach Fehler drin, die man vor dem Aufbau durch Nachdenken eliminieren sollte. Für den Empfänger würde ich eher die Verwendung von HF Transistoren und Anpassung der Widerstände empfehlen. MfG
Christian S. schrieb: > Für den Empfänger würde ich eher die Verwendung von HF Transistoren und > Anpassung der Widerstände empfehlen. Ich denke, der Empfänger aus meinem link mit AD8001 und der schnellen BPV10 ist auch nicht verkehrt.
Christian S. schrieb: > letztendlich wird die Empfängerschaltung eine gewisse Verzögerung der > Flanken bewirken, die man im Voraus ermitteln sollte. Dafür könnte man z.B. nahe des Senders eine Glasplatte schräg in den Strahl stellen und einen geringen Anteil des erzeugten Lichts direkt auf den Detektor leiten. Dann erhält man am Empänger einen Doppelimpuls - bzw. bei einem Rechtecksignal eine Stufe - und braucht man nicht einmal einen Zweikanaler. LED----\----------->Reflektor APD----/-----------<
Hp M. schrieb: > Dafür könnte man z.B. nahe des Senders eine Glasplatte schräg Ich muss wohl doch noch mal den link von oben wiederholen: http://www.jensign.com/sol/index.html
Die absolute Verzögerung ist doch egal. Man kann den Spiegel z.B in 2m und dann 3m aufstellen... der Laufzeitunterschied entspricht dann der Zeit, die das Licht fürs Zurücklegen von 2x 1m benötigt... nur so eine idee
Na jedenfalls ist es dem FA gelungen, daß man noch Jahre danach über den Scherz ernsthaft diskutiert :-)))
npn schrieb: > Na jedenfalls ist es dem FA gelungen, daß man noch Jahre danach über den > Scherz ernsthaft diskutiert :-))) In den 80er Jahren des vorigen Jahrhunderts konnte man in der Schule die Lichtgeschwindigkeit einfach mit einem Drehspiegel (Motor mit Spiegel drauf) messen. Und mit einem vernünftigen schnellen Oszi direkt an der Photodiode kann man die Verzögerung eines 5cm langen BNC-Adapters messen. Mit "Scherz" meinst du hoffentlich nur die Komponentenauswahl der Schaltung, oder?
Wolfgang schrieb: > konnte man in der Schule die Lichtgeschwindigkeit einfach mit einem > Drehspiegel (Motor mit Spiegel drauf) messen. Die Verzögerung resultierte aber nicht von der Lichtgeschwindigkeit, sondern lag einfach daran, dass der Motor eine gewisse Zeit benötigt um sich von der einen Fotozelle zur nächsten weiter zu drehen.
Ich hatte mal Musik über FM moduliertes IR Licht übertragen. Bei diesem Projekt hatte ich gelernt, dass ich für die damalige Trägerfrequenz von 500 kHz bereits nicht mehr jede beliebige IR-LED verwenden kann. Bei 10 MHz wird es schon speziell, denke ich.
Nein, ich weise nicht noch einmal auf den link oben hin. ;) Zitat daraus: "A Vishay 870 nm IR LED (TSFF5210) was chosen with a bandwidth of 25 MHz with tr/tf ~ 15ns."
Jürgen von der Müllkippe schrieb: > Die Verzögerung resultierte aber nicht von der Lichtgeschwindigkeit, > sondern lag einfach daran, dass der Motor eine gewisse Zeit benötigt um > sich von der einen Fotozelle zur nächsten weiter zu drehen. Nein, eine Fotozelle war da gar nicht im Spiel. Laserlicht wird über den Drehspiegel auf die Messstrecke geschickt. Während die Photonen auf der Messstrecke unterwegs waren, hat sich der Motor mit dem darauf sitzenden Spiegel weiter gedreht. Der am Ende der Messstrecke reflektiert Lichtstrahl fragt per Lichtzeigerprinzip die in der Lichtlaufzeit erfolgte Drehwinkeländerung ab. https://de.wikipedia.org/wiki/Drehspiegelmethode
Wobei ich mich frage wie man mit so modernen Messmitteln so viel schlechtere Ergebnisse Ergebnisse erhält : https://web.archive.org/web/20131113014437/http://vorsam-server.physik.uni-ulm.de/Versuche/O/html/O_030V00.htm Zm Vergleich ein Ausszug aus Wikipedia: 1879 ergaben Messungen von Albert A. Michelson mit der Drehspiegelmethode eine Lichtgeschwindigkeit von 299.910±50 km/s. Nachdem er den Versuchsaufbau weiter verbessert hatte, veröffentlichte Michelson 1883 einen Wert von 299.853±60 km/s. Dieser Wert kommt der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum von 299.792,458 km/s schon sehr nahe.
Messknecht schrieb: > Wobei ich mich frage wie man mit so modernen Messmitteln so viel > schlechtere Ergebnisse Ergebnisse erhält : Erstaunlich ist insbesondere, dass sich jemand traut, aus auf 3 Stellen genauen Entfernungs- und Frequenzmessungen eine Lichtgeschwindigkeitsangabe mit 9 Stellen abzuleiten. Die Fehlerrechnung möchte ich mal sehen.
Wolfgang schrieb: > ... aus auf 3 Stellen genauen ... sorry, muss heißen eine Stelle ("Ablenkung x = 3 mm")
Habe mit der Messung der Lichtgeschwindigkeit auf unterschiedliche Arten Erfahrung, siehe https://forum.mosfetkiller.de/viewtopic.php?f=35&t=64036
pegel schrieb: > Nein, ich weise nicht noch einmal auf den link oben hin. ;) Schade, denn diesen habe ich selbst schon als Erstsemester im Physik Praktikum so durchführen müssen. Die Doppelimpuls Methode ist nicht nur besser wegen nur einem Oszikanal, sondern auch weil sich die Geschwindigkeit/Verzögerung des Empfängers so ganz gut unterdrücken lässt: "The beamsplitter was adjusted to ensure that both received optical pulses were of comparable amplitude to minimize any possible source of intensity dependence of pulse shape." Also bitte weise doch noch ein letztes Mal auf den Link hin. Danke dir Pegel. :-)
Damit kannst du evtl. die Entfernung bestimmen. Die Lichtgeschwindigkeit steht fest.
Wolfgang schrieb: > Wolfgang schrieb: >> ... aus auf 3 Stellen genauen ... > sorry, muss heißen eine Stelle ("Ablenkung x = 3 mm") 3,000 mm sind auch nur 3 mm
Messknecht schrieb: > 3,000 mm sind auch nur 3 mm Aber 3 mm können genausogut 2,500 mm oder 3,499 mm sein
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