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Servus Zusammen,

ich habe vor ein paar Tagen eine Frage zu einer Lichstärkesensor-Schaltung gestellt: https://www.elektronik-kompendium.de/forum/board_entry.php?id=287279
Hat mir schon mal viel Spaß gemacht das aufzubauen, vor allem weil es (abgesehen von einem kleinen Denk- und Messfehler) gleich gut geklappt hat und ich dabei was gelernt habe.

Ich möchte die Lichtstärke ja mit einem µC (nennen wir ihn mal Arduino ) auslesen und da habe ich bei dem aktuellen OPV noch ein Problem mit dem virtuellen GND und common GND für die unterschiedlichen Versorgungsspanngen. Also habe ich mir heute Abend ein paar rail-to-tail OPV rausgesucht die mit +5V und GND funktionieren könnten. Dabei ist mir eingefallen, dass der ADC mit 10Bit (bei 5V Vcc) ja auch in 4.9mV Schritten messen kann. Könnte ich damit dann nicht sogar ohne OPV die Helligkeit halbwegs genau bestimmen? Hab mir mal folgende Schaltung überlegt und auf dem Steckbrett mit dem Oszi ausprobiert.



So auf den ersten Blick sieht das eigentlich nicht schlecht aus. Brauche ich da noch etwas Zusatzbeschaltung (Kondensatoren, etc.) oder bin ich komplett auf dem Holzweg und das taugt überhaupt nichts?

Schau im Datenblatt deines µC nach dem Eingangswiderstand des A/D-Wandlers.

Ohne wird es wohl nicht funktionieren. Du brauchst aber nicht zwingend einen Rail to Rail. Aus deinen 5 V lässt sich einfach +/- 12 oder +/- 5 oder auch +/- 15 machen
Hier ein Beispiel
https://www.reichelt.de/dc-dc-wandler-tma-1-w-12-v-40-ma-sil-7-tma-0512d-p120447.html?&trstct=pol_7&nbc=1
Die Ausgangsspannung ist galv. getrennt vom Eingang. Du kannst also theoretisch jeden der 3 Ausgänge mit deiner 5V Masse verbinden. Praktisch musst du natürlich den Mittelleiter der +/- 12V mit -5V verbinden.

» Servus Zusammen,
»
» ich habe vor ein paar Tagen eine Frage zu einer Lichstärkesensor-Schaltung
» gestellt:
» https://www.elektronik-kompendium.de/forum/board_entry.php?id=287279
» Hat mir schon mal viel Spaß gemacht das aufzubauen, vor allem weil es
» (abgesehen von einem kleinen Denk- und Messfehler) gleich gut geklappt hat
» und ich dabei was gelernt habe.
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» Ich möchte die Lichtstärke ja mit einem µC (nennen wir ihn mal Arduino
» ) auslesen und da habe ich bei dem aktuellen OPV noch ein Problem mit dem
» virtuellen GND und common GND für die unterschiedlichen
» Versorgungsspanngen. Also habe ich mir heute Abend ein paar rail-to-tail
» OPV rausgesucht die mit +5V und GND funktionieren könnten. Dabei ist mir
» eingefallen, dass der ADC mit 10Bit (bei 5V Vcc) ja auch in 4.9mV Schritten
» messen kann. Könnte ich damit dann nicht sogar ohne OPV die Helligkeit
» halbwegs genau bestimmen? Hab mir mal folgende Schaltung überlegt und auf
» dem Steckbrett mit dem Oszi ausprobiert.
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» So auf den ersten Blick sieht das eigentlich nicht schlecht aus. Brauche
» ich da noch etwas Zusatzbeschaltung (Kondensatoren, etc.) oder bin ich
» komplett auf dem Holzweg und das taugt überhaupt nichts?

Bei einer Photodiode kann man 3 Eigenschaften feststellen
1. Bei Beleuchtung erzeugt sie eine Spannung, die aber nicht linear mit der Helligkeit ist.
2. Bei Beleuchtung ist der Kurzschlusssstrom proportional der Helligkeit.
3. Bei Beleuchtung ändert sie ihren Widerstand, aber nicht linear mit der Helligkeit.
Nur der gemessene Kurzschlussstrom ist ideal zur Helligkeitsmessung
Da der Kurzschlussstrom aber nicht so leicht zu messen ist, benötigt man
einen Strom-Spannungswandler der aus dem Kurzschlussstrom eine Spannung
erzeugt (Transimpedanzwandler - nicht Transimpedanzverstärker)
Der wandelt den Kurzschlussstrom in eine proportionale Spannung um,
die man dann messen kann.
Den Transimpedanzwandler hattes du aber schon.
Also nicht direkt die Spannung am R10 messen.
Viel Spaß mit dem Projekt.

Hallo,
vielleicht ist dies eine Alternative:
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/opt3001.pdf
I2C Interface, und ein Infrarot-Filter ist auch schon drin.
Grüße
Altgeselle

» oder bin ich
» komplett auf dem Holzweg und das taugt überhaupt nichts?

nimm den da
https://www.mouser.com/datasheet/2/588/TSL230RDTSL230ARDTSL230BRD-P-519226.pdf

Wie schaut die "Figure 2" für deine Diode aus?

» Schau im Datenblatt deines µC nach dem Eingangswiderstand des A/D-Wandlers.
Laut Datenblatt [1] S. 265 ist die Analog input resistance 100MOhm.

[1] https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel-7810-Automotive-Microcontrollers-ATmega328P_Datasheet.pdf

» Ohne wird es wohl nicht funktionieren. Du brauchst aber nicht zwingend
» einen Rail to Rail. Aus deinen 5 V lässt sich einfach +/- 12 oder +/- 5
» oder auch +/- 15 machen
Cool, aber braucht das dann nicht wesentlich mehr Strom? Ich denke da an Batteriebetrieb (wobei der Sensor dann nicht permanent laufen wird).

» Hier ein Beispiel
» https://www.reichelt.de/dc-dc-wandler-tma-1-w-12-v-40-ma-sil-7-tma-0512d-p120447.html?&trstct=pol_7&nbc=1
» Die Ausgangsspannung ist galv. getrennt vom Eingang. Du kannst also
» theoretisch jeden der 3 Ausgänge mit deiner 5V Masse verbinden. Praktisch
» musst du natürlich den Mittelleiter der +/- 12V mit -5V verbinden.
Da hab ich zu wenig Ahnung, darum frag ich einfach mal. Ich habe 0V (= GND) und +5V von einer Batterie (oder Netzteil) und verbinde +Vin mit 5V, -Vin mit GND und Common mit GND und das klappt dann? Für den ADC im µC brauche ich halt einen gemeinsamen GND.

Edit: 0V und GND gleichgesetzt

» Nur der gemessene Kurzschlussstrom ist ideal zur Helligkeitsmessung
» Da der Kurzschlussstrom aber nicht so leicht zu messen ist, benötigt man
» einen Strom-Spannungswandler der aus dem Kurzschlussstrom eine Spannung
» erzeugt (Transimpedanzwandler - nicht Transimpedanzverstärker)
» Der wandelt den Kurzschlussstrom in eine proportionale Spannung um,
» die man dann messen kann.
» Den Transimpedanzwandler hattes du aber schon.
Ja, da hatte ich nur das Problem mit dem gemeinsamen GND für den ADC vom µC. Beim suchen nach einem eventuell besser geeigneten OPV ist mir dann die Idee gekommen das komplett via µC zu machen. Das ganze hat schon ein bisschen was von Jugend Forscht auch wenn ich zu alt bin um da mitzumachen

Die ersten Anregungen wie ich so einen Sensor bauen könnte habe ich wirklich in einem Jugend Forsch Beitrag gefunden:
https://www.dgzfp.de/Portals/24/IZ/PDF/Jugend%20forscht/RW%20Berlin-Nord%202014.pdf

» Viel Spaß mit dem Projekt.
Danke, denke da werde ich noch viel Spaß haben (jetzt wirklich, nicht ironisch gemeint) und noch einiges lernen

Hallo,
» vielleicht ist dies eine Alternative:
» https://www.ti.com/lit/ds/symlink/opt3001.pdf
» I2C Interface, und ein Infrarot-Filter ist auch schon drin.
Das ist für mich keine Alternative aber eine sehr gute Ergänzung um einen Vergleich für meine selbstgebauten Sensoren zu bekommen
Danke, da suche ich mir in der Bucht mal ein günstiges Platinchen raus, dann kann ich damit schon mal ein paar vergleiche machen ohne mir jemand mit einem teuren Messgerät suchen zu müssen.

» nimm den da
» https://www.mouser.com/datasheet/2/588/TSL230RDTSL230ARDTSL230BRD-P-519226.pdf
Auf den ersten Blick auch interessant, aber ich finde ich da niemanden der mir einen IC für einen akzeptablen Preis verkaufen möchte. Bei eBay gibt es den ab 19€, Mouser hat den aktuell nicht vorrätig (wobei Mouser ja eh nur B2B verkauft)

» Wie schaut die "Figure 2" für deine Diode aus?

Quelle: https://www.vishay.com/docs/81521/bpw34.pdf Seite 3

Hallo,
wie schon erwähnt, kann man eine Photodiode als Photoelement betreiben. In der Kennlinie spielt sich das im IV Quadranten ab. Nur ist im Leerlauf, die Ausgangsspannung "am Anschlag" - es gibt keine dem Licheinfall proportionale Reaktion mehr. Belastest Du die ja als Spannungsquelle arbeitende Diode, so gelangst Du in einen Bereich, in dem die Diode etwa proportional arbeitet. Ich denke, dass in Deiner Schaltung der R10 dafür sorgen soll. Praktisch bedeutet das, dass Du Dir anhand der Daten Deiner Diode unter Berücksichtigung der Exemplarstreuungen und des einfallenden Lichtes einen Arbeitspunkt suchen kannst, der Deinen Linearitätsansprüchen entspricht. Also grundsätzlich kann Dein Vorhaben gelingen. Betreibst Du die Diode im Kurzschluß, so ist U konstant "0", und Du hast die maximal mögliche Linearität, ohne Dich um einen Arbeitspunkt kümmern zu müssen. Allerdings mußt Du den Kurzschluß für diese Betriebsart sozusagen elektronisch über einen Transimpedanzverstärker (engl. (Google) TIA-Trans Impedance Amplifier) oder -Konverter erzeugen. Der zusätzliche Aufwand ist eigentlich gering, nur bedarf es evtl. einer +/- Versorgung der OPs. Das geht natürlich auch durch halbieren der vorhandenen Ub, indem man Ub/2 dann als 0V/gnd "deklariert". Am Ausgang der Schaltung wird das wieder durch analoge Subtraktion von Ub/2 rückgängig gemacht - wobei das ein µC besser kann.
Grüße
Hartwig

» Hallo,
» wie schon erwähnt, kann man eine Photodiode als Photoelement betreiben. In
» der Kennlinie spielt sich das im IV Quadranten ab. Nur ist im Leerlauf, die
» Ausgangsspannung "am Anschlag" - es gibt keine dem Licheinfall
» proportionale Reaktion mehr. Belastest Du die ja als Spannungsquelle
» arbeitende Diode, so gelangst Du in einen Bereich, in dem die Diode etwa
» proportional arbeitet. Ich denke, dass in Deiner Schaltung der R10 dafür
» sorgen soll. Praktisch bedeutet das, dass Du Dir anhand der Daten Deiner
» Diode unter Berücksichtigung der Exemplarstreuungen und des einfallenden
» Lichtes einen Arbeitspunkt suchen kannst, der Deinen Linearitätsansprüchen
» entspricht. Also grundsätzlich kann Dein Vorhaben gelingen. Betreibst Du
» die Diode im Kurzschluß, so ist U konstant "0", und Du hast die maximal
» mögliche Linearität, ohne Dich um einen Arbeitspunkt kümmern zu müssen.
» Allerdings mußt Du den Kurzschluß für diese Betriebsart sozusagen
» elektronisch über einen Transimpedanzverstärker (engl. (Google) TIA-Trans
» Impedance Amplifier) oder -Konverter erzeugen. Der zusätzliche Aufwand ist
» eigentlich gering, nur bedarf es evtl. einer +/- Versorgung der OPs. Das
» geht natürlich auch durch halbieren der vorhandenen Ub, indem man Ub/2 dann
» als 0V/gnd "deklariert". Am Ausgang der Schaltung wird das wieder durch
» analoge Subtraktion von Ub/2 rückgängig gemacht - wobei das ein µC besser
» kann.

Der µC kann sicher an einem anderen Pin ein Rechtecksignal ausgeben, das dann mit Kondensator, Diode und Diode, Kondensator zu einer symetrischen höheren Spannung gleichgerichtet werden kann, um den Analogteil zu versorgen.

» » nimm den da
» »
» https://www.mouser.com/datasheet/2/588/TSL230RDTSL230ARDTSL230BRD-P-519226.pdf
» Auf den ersten Blick auch interessant, aber ich finde ich da niemanden der
» mir einen IC für einen akzeptablen Preis verkaufen möchte. Bei eBay gibt es
» den ab 19€, Mouser hat den aktuell nicht vorrätig (wobei Mouser ja eh nur
» B2B verkauft)
»
» » Wie schaut die "Figure 2" für deine Diode aus?
»
» Quelle: https://www.vishay.com/docs/81521/bpw34.pdf Seite 3

Wenns ein Luxmeter werden soll, dann ist die spektrale Empfindlichkeit ein Thema. Auch beim Taos wirst noch einen Filter brauchen der dann für dein Luxmeter zum selben Ergebnis wie beim Auge führt. Wenn es ein Helligkeitssensor werden soll nimm eine Diode oder LDR.
Der Messbereich ist auch noch eine Herausforderung .
Für Kunstlicht Anwendungen musst auf die 3Banden Leuchten achten. Sonst wird das eher ein Lottozahlen Generator.

» » » nimm den da
» » »
» »
» https://www.mouser.com/datasheet/2/588/TSL230RDTSL230ARDTSL230BRD-P-519226.pdf
» » Auf den ersten Blick auch interessant, aber ich finde ich da niemanden
» der
» » mir einen IC für einen akzeptablen Preis verkaufen möchte. Bei eBay gibt
» es
» » den ab 19€, Mouser hat den aktuell nicht vorrätig (wobei Mouser ja eh
» nur
» » B2B verkauft)
» »
» » » Wie schaut die "Figure 2" für deine Diode aus?
» »
» » Quelle: https://www.vishay.com/docs/81521/bpw34.pdf Seite 3
»
» Wenns ein Luxmeter werden soll, dann ist die spektrale Empfindlichkeit ein
» Thema. Auch beim Taos wirst noch einen Filter brauchen der dann für dein
» Luxmeter zum selben Ergebnis wie beim Auge führt. Wenn es ein
» Helligkeitssensor werden soll nimm eine Diode oder LDR.
» Der Messbereich ist auch noch eine Herausforderung .
» Für Kunstlicht Anwendungen musst auf die 3Banden Leuchten achten. Sonst
» wird das eher ein Lottozahlen Generator.

Filter kannst nehmen
Schott BG18 https://www.elektronik-kompendium.de/forum/upload/20210213101458.pdf
oder Hoya cM500 ginge auch

zum kalibrieren könntest Du den Belichtungsmesser einer Digitalkamera verwenden: Vergleichsmessungen...

Gruß
Ralf

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» https://www.mouser.com/datasheet/2/588/TSL230RDTSL230ARDTSL230BRD-P-519226.pdf
» » » Auf den ersten Blick auch interessant, aber ich finde ich da niemanden
» » der
» » » mir einen IC für einen akzeptablen Preis verkaufen möchte. Bei eBay
» gibt
» » es
» » » den ab 19€, Mouser hat den aktuell nicht vorrätig (wobei Mouser ja eh
» » nur
» » » B2B verkauft)
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» » » » Wie schaut die "Figure 2" für deine Diode aus?
» » »
» » » Quelle: https://www.vishay.com/docs/81521/bpw34.pdf Seite 3
» »
» » Wenns ein Luxmeter werden soll, dann ist die spektrale Empfindlichkeit
» ein
» » Thema. Auch beim Taos wirst noch einen Filter brauchen der dann für dein
» » Luxmeter zum selben Ergebnis wie beim Auge führt. Wenn es ein
» » Helligkeitssensor werden soll nimm eine Diode oder LDR.
» » Der Messbereich ist auch noch eine Herausforderung .
» » Für Kunstlicht Anwendungen musst auf die 3Banden Leuchten achten. Sonst
» » wird das eher ein Lottozahlen Generator.
»
» Filter kannst nehmen
» Schott BG18
» https://www.elektronik-kompendium.de/forum/upload/20210213101458.pdf
» oder Hoya cM500 ginge auch