Миниобзор простой схемы в продолжение недавнего
обзора.
Эксперимент выходного дня.
В ленте обсуждения прозвучало:
Не удавалось добиться точности на килогерцовых частотах.
Пришлось поднять архивные записи…
Схема:
C1, C2 — керамика 2,2 мкФ
Фотодиод VD — фд256, фд26к (или аналогичный)
Вместо опоры TL431 можно использовать светодиод (желтый или зелёный).
ОУ D1 — TS931 (это в идеале)
поскольку 931 в наличии не было (был только сдвоенный 932), пришлось использовать ОУ, который был запаян на платке — LF355N
ближайший отечественный аналог — к544уд1, к544уд2 (замкнуть 1-8)
Питание схемы было задумано от USB +5В, но до проверки дело не дошло.
Схема, которая на фото, была запитана от аудиофильского БП аккумулятора 7,4В
Важно: для ОУ ts931 питание не более 10В (это низковольтный ОУ).
Схему рекомендуется питать от кислотных SLA аккумуляторов 6 В, 12 В, аккумуляторов фото-видеокамер 6,8..8,4В, «Кроны» 9В, Li-Ion аккумуляторов и т.д.
Для желающих повторить схему: в качестве пульсирующего эталона для настройки\проверки рекомендуется использовать эконом-лампу.
Или лампу накаливания в крайнем случае (с ней надо быть внимательным, чтобы не получить клиппинг сигнала из-за очень сильной ИК составляющей).
Сигнал с фотодиода (даже с учетом усиления схемы) очень слабый, поэтому используется микрофонный вход ЗК компьютера.
Важный момент в при проверке схемы — шумовая полоса.
Проверяется при закрытом (черной крышкой) фотоприёмнике.
При этом шумовая полоса не должна содержать периодических\повторяющихся импульсов.
Схема проверялась с ноутбуком (как при питании от сетевого адаптера и от аккумулятора).
Со стационарным компом возможны сюрпризы.
Платка в сборе:
Внешний вид устройства:
Испытание схемы (экономка Luxel 20W standart spiral 6400K):
Исходная «осциллограмма» (в звуковом редакторе):
После нормализации (по уровню -3dB ):
Спектр сигнала (стрелками показаны максимумы):
Растянуто по оси времени (пульсации во всей красе):
Растянуто по оси времени до 1мс (SoundForge4.5 более не умеет растягивать, более новые растягивают вплоть до точек 1/Fдискр. ):
Q: Как вычислить коэффициент пульсаций по этим графикам?
A: Только по графикам — никак. К схеме надо добавить милливольтметр переменного тока и(или) вольтметр постоянного тока (потребуется замкнуть C2).
Или использовать осциллограф.
Выводы:
— схема пригодна, чтобы посмотреть спектр и форму пульсаций различных бытовых источников света
— схема пригодна для применения с современными компьютерными мониторами (проверено)
— диапазон частот ограничен сверху только типом фотодиода и быстродействием операционного усилителя
Всем удачных экспериментов. Берегите зрение!
по рекомендации участника scorpiosys
github.com/dbuezas/arduino-web-oscilloscope
Железо — ардуина на китайском чипе lgt328p.
Максимальная частота дискретизации 727.28 kSamples/sec.
Из плюсов против звуковой карты:
Можно смотреть как переменое так и постояное напряжение.
Частота дискретизации выше.
Один аналоговый и 2 цифровых входа.
Запускать без установки можно здесь
dbuezas.github.io/arduino-web-oscilloscope/
Все помнят к\ф «Голый пистолет» и
Так что нет смысла бороться за высокие частоты и широкий диапазон в таких датчиках. Гораздо важнее низкие частоты и регистрация постоянной составляющей.
поэтому я лично для себя занимался вопросами снижения пульсаций и всевозможными замерами
Всё удовольствие обойдется в 2$
ссылка
сейчас у каждого в кармане смартфон стоимостью 200-300 баксов
неужели каждый живёт с жабой гигантских размеров, которая не позволяет потратить 50-100 баксов на нормальный усб осциллограф?
зачем мне самопал на сопелях (пусть даже в каком-то корпусе)?
2) зачем мне использовать
свистоперделкусмартфон за 200-300 баксов с пальцетыкательным интерфейсом, если передо мной 15" или 24" экран и удобная клавиатура+мышь?НЕ измерительный прибор
если бы наравне в жпс модулем на борту стоят скоростной АЦП, то функция «осциллограф» была бы по умолчанию ;)
одно дело спаять схемку на паре транзисторов или ОУ
совсем другое дело — измерительный прибор
кому хочется попаять, вперёд
жизнь не бесконечна…
Так что не Боги горшки обжигают, тем более что сейчас у любого школьника возможности гораздо больше, чем у ученого-физика тех времен.
И это правильно! Надо заниматься творчеством для души, иначе какой в этом смысл? Человек чтото сам спаял, настроил, порадовался что у него получилось, заодно новые знания/навыки приобрел.
Просто не надо обобщать
Доп. функция — развлекательный центр.
Не осциллограф\спектроанализатор\вольтметр или ещё какой-то измерительный прибор.
Если говорить честно, 99%
примочекандроидных приложений — баловство и впаривание рекламного контента.Поэтому хотеть от смартфона можно хоть чего, но суть не поменяется. ;)
Сравнивали показания этого приложения по лампам с известным Кп?
Честно говоря, уже давно не интересуюсь этим вопросом. ШИМ сейчас используется везде и лучше ориентироваться на наличие или отсутствие дискомфорта. Восприимчивость у всех разная и впадать в паранойю по поводу OLED экранов или светодиодных лампочек явно глупо, если это не очевидное (именно для вас) дерьмо.
Фотодиод — фд263
Наушники — любые с хорошей чувствительнотью (koss porta pro подойдут).
Тестирование схемы:
за 5 минут были «прослушаны» все лампочки в доме: КЛЛ гудят, покупные СДЛ по разному (кто-то гудел, кто-то совсем молчал), СД, запитанные от постоянки — тоже тишина.
можно поучиться паять мелочёвку
если что пойдёт не так (белый дым например), невелика потеря
пс ну и Гудвином себя почувствовать тоже профит
Вопрос в том, что измерить коэффициент пульсаций, для этого нужна постоянная составляющая, которая через звуковые карты не проходит.
К сожалению, предлагаемые методы позволяют в какой-то мере оценить качественно уровень пульсаций, опираясь на сопоставление эталонной лампы на более-менее фиксированной дистанции (что дает примерно тот же уровень освещенности и соответственно примерно по порядку тот же уровень постоянной составляющей на выходе измерительной схемы).
А Ваша гипотеза какова, почему начинает падать амплитуда пульсаций?
Вот так выглядит сигнал от лампы при дистанции сантиметров 50:
Понятно, что если приблизить еще — коэффициент пульсаций будет уменьшаться.
Фотодиод входит в насыщение (если входит) по пиковому значению светового потока, а не по его среднему значению за период (как нам нужно). Соответственно это никак не поможет «уровнять разные лампы по световому потоку», если характер пульсаций у сравниваемых ламп различный.
т.о. дальнейшее уменьшение расстояния уменьшает показания, поэтому уменьшая-увеличивая расстояние, можно найти макс значение.
получается, что подбирая расстояние под конкретную лампу, находится точка „проваливания“, которая связана с определенным значением освещенности (ФД)».
Фотодиод без линзы работает также.
посветить на такой приёмник лазером из кабеля TOS-Link (оптический выход со звуковой карты компьютера, например).
Чувак говорит, что получается звук, пусть и с помехами :)
всё, что укладывается в звуковой диапазон, слышно очень даже
А в эксперименте «toslink > фотодиод» автоматически срезаются все высокочастотные колебания, и есть шанс выделить аналговую огибающую за счёт большего количества нулей при уменьшении громкости.
когда на 1й работе меня заставили заниматься ультразвуком, были излучатели\приёмники на 40кГц
подавалась короткая (несколько мс) посылка на излучатель: на слух было слышно как слабый однократный щелчок
чтобы зазвенел LF355 с его частотой единичного усиления 2,5МГц и скоростью 5В/мкс
надо очень постараться )))
это уд26 в любой схеме заводятся
так и лежат без толку в красивых позолоченных корпусах
Если прикинуть ёмкость на входе 100 пФ, то конденсатор нужен не меньше 10 пФ. Но даже если воткнёте 1 нФ то на полезный сигнал не сильно повлияет.
именно поэтому я и использую медленные дешёвые ОУ
а с быстрыми ОУ получается возбуд и прочие прелести
нельзя ровнять всех по нормам, которые придуманы для написания диссертации
И, таки да, люди разные. Мне, к примеру, холодный белый цвет приятнее тёплого, а пульсаций в LED-лампах вообще не замечаю, просто никак.
Хотя дома куча древних дешёвых бездрайверных кукуруз не проходящих ни тест карандашом, ни камерой мобилки.
А в часто используемом налобнике так и вообще жесть какой строб в режиме половинной яркости, но даже и его совершенно не вижу! :)
Так что обзору плюс, хорошая идея!
и еще, фотодиод не зашунтирован, тоесть показывает больше погоду на марсе, его шунтануть не мешает.
китайцы не выпускают светодиоды отдельно для себя, они их штампуют образно говоря в третью смену по тем же технологиям, какие применяют A-бренды, и китайцам куда дешевле поливать одним люминофором всю продукцию, чем перенастраивать конвейер под другой химсостав ради лампочек по 50р.
проблема дешевых лампочек в тонкой фольге алюминиевого стакана, в плохом охлаждении, в непонятных электролитах, которые внутри лампы деградируют от перегрева раньше светодиодов.
сейчас еще и схемотехника меняется в направлении источника тока при отсутствии конденсатора фильтра после диодного моста, ну так это лечится конденсатором, а не выбором филипса, где конденсатора нет тоже )
благодаря резистору отрицательной обратной связи R2 операционный усилитель будет на своем выходе поддерживать напряжение такое, чтобы свести к минимуму (в теории к нулю) разность потенциалов инвертирующего и не инвертирующего входов.
поскольку на не инвертирующем входе напряжение зафиксировано стабилитроном (при включении которого параллельно конденсатору, как уже написали, 431 становится генератором) — то работа фотодиода на инвертирующий вход в предложенной схеме эквивалентна КЗ на землю (на ИОН в лице tl431).
правильно было бы делитель из двух резисторов цепи ООС включить между ИОН и инвертирующим входом, тогда коэффициент усиления схемы равен 1+соотношение R2/второй отсутствующий сейчас резистор.
а фотодиод, соответственно, подключать к не инвертирующему входу, возможно в составе тоже делителя напряжения (резистор между + питания и верхним по схеме выводом фотодиода).
тогда можно обсуждать какое-либо усиление, а сейчас оно порядка единицы.
Это называется «трансимпедасный усилитель» и такая схема считается оптимальной для фотодиода.
См. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Том 1 (3-е издание, 1986)
Схема включения ФД
(цитируя Maxim_Sed)
такая схема считалась оптимальной для фотодиода в 1986 году (а учитывая скорость написания книги, и еще раньше) и возможно, с точки зрения быстродействия, тут действительно всё ок, но я не уверен, что за тридцать с лишним лет в схемотехнике в обсуждаемом контексте ничего не изменилось.
Фотодиод SFH229.
для меня несколько неожиданно, что фотоэлементы настолько медленные, как, впрочем, и наличие/необходимость обнаруживать и подавлять мерцание с частотой десятков кГц, поскольку даже небольшие, дешевые керамические конденсаторы эффективны в этом случае, и казалось бы, почему китайцам не впаивать их сразу и везде — себестоимость копейки.
так что нормы — лесом
и каждый делает свет для своих глаз
Есть напряжение. И есть ток. И это — не одно и то же. Иногда узел работает по напряжению, а иногда по току. А иногда по мощности. Внимательно обращайте внимание на режимы работы, и да пребудет с вами Сила.
что при постоянстве законов Ома и Кирхгофа сильно улучшило параметры усилителей на дискретных компонентах без ООС.
в приемниках практически перестали каждый каскад на одном транзисторе отделять конденсаторами от предыдущего и следующего (собственно, и приемники на рассыпухе практически ушли в прошлое).
раньше и класс D сложно было представить, и вполне допускаю, что в то время рекламу аудиотехники с почти равной потребляемой и выходной мощностью сочли бы мошенничеством.
я бы не удивился, если за это время фотоэлементы стали быстрее.
увы, нет: погуглил и просто 100% схем включения фотодиода с ОУ используют работу в режиме КЗ т.е. с низким входным сопротивлением.
Это разве плохие параметры?
только спектроанализатор потребуется до 300 МГц ;)
наверное, все хорошо, осталось узнать имя )