Bidirektionale optische Uebertragung über Lichtleiter

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atzensepp
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Re: Bidirektionale optische Uebertragung über Lichtleiter

Beitrag von atzensepp » 15 Okt 2022, 14:12

Bis jetzt dachte ich, ich brauche unbedingt schnelle LF35x JFET-Operationsverstärker. Es hat sich herausgestellt, dass sie zu parasitären Oszillationen neigen und die Eingänge durch den hohen Eingangswiderstand "polarisieren". Das ist sehr unschön, da die Schaltung dann nach ein paar Stunden plötzlich aufhört und man den Triggerlevel der Komparatoren neu einstellen muss.

Man kann eine deutliche Verbesserung erzielen, wenn man die erste OPAMP-Stufe mittels Kondensator (100nF) an die zweite Stufe ankoppelt und den Arbeitspunkt des Eingangs der zweiten Stufen mit einem großen Widerstand (3M) auf GND (Mittelspannung) zieht. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Schaltung unempfindlich gegen Fremdlicht wird.

Des weiteren ist es auch möglich, die LF35X durch gewöhnliche ua 741 Operationsverstärker zu ersetzen. Diese verschleifen die Signale zwar, was aber bei meiner normalen I2C-Speed nichts ausmacht. Die UA 741 sind unempfindlicher gegen Störeinstrahlung und weisen weniger unerwünschte Oszillationen auf.

atzensepp
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Re: Bidirektionale optische Uebertragung über Lichtleiter

Beitrag von atzensepp » 15 Okt 2022, 15:23

Ich habe noch zwei "Probleme", für die ich gerne einen Rat hätte:

1. Der I2C-Baustein und auch der Arduino können die TTL-Gates nicht zuverlässig schalten. Offenbar reicht der Strom nicht aus.
Deshalb setze ich CMOS-Buffer (4050) gefolgt von einem 7407-Treiber ein. Den 7407 (Open Collector) verwende ich auch um die LEDs anzusteuern.
Gibt es eine Möglichkeit oder einen CMOS-Baustein, der LEDs treiben kann oder würdet Ihr die Logik auf CMOS umstellen und die LEDs mit Transistor schalten. CMOS hätte den Charm, dass sie auch mit den FT-Spannungen laufen.

2. Bei der blauen LED (nur bei der) kommt das Signal mit ca. 2 us Verzögerung an. Ich weiß nicht woran es liegt. Evtl. leuchtet sie erst bei höheren Spannungen. Dann würde es evtl. helfen, die LED "vorzuglühen". Wie mache ich das?

Was meint Ihr?

Grüße
Florian

atzensepp
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Re: Bidirektionale optische Uebertragung über Lichtleiter

Beitrag von atzensepp » 15 Okt 2022, 18:02

Falls jemand einen abgeschirmten Detektor bauen will:
Die BPW 34 - Diode wird auf ein mit der Bohrmaschine rundgedrehtes Stück Lochrasterplatine gelötet.
Das Gehäuse ist ein 15 mm- Kupfer-Fitting. Die Rückplatte eine Messingscheibe mit eingelöteter Schraubenfeder als Kabelknickschutz.
Detector4.jpg
Detector4.jpg (75.89 KiB) 1649 mal betrachtet
Detector1.jpg
Detector1.jpg (62.01 KiB) 1649 mal betrachtet
Detector2.jpg
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Detector3.jpg
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Re: Bidirektionale optische Uebertragung über Lichtleiter

Beitrag von Harald » 15 Okt 2022, 18:16

Dein Stichwort zu den Op-Amps lautet "Verstärkungs-Bandbreite-Produkt".

https://www.electronics-tutorials.ws/de ... ssung.html
Runterscrollen bis zur Grafik "OpAmp-Verstärkung"

Der 741 geht bis 1 MHz (siehe Datenblatt, "Open-Loop Large-Signal Differential Voltage Amplification vs Frequency"), d.h. das Produkt aus Verstärkung und Bandbreite ist 1000000 [1*Hz]. Du kannst nur soviel Verstärkung rausholen, bis bei der höchsten Komponente in deinem Signal dieses Produkt erreicht wird. Das Spektrum eines Rechtecksignals geht rechnerisch bis unendlich, aber irgendwo muss man eben mal die Oberwellen abschneiden, d.h. das Rechteck bekommt runde Ecken. Bei Ansteuerung mit 1 MHz Rechteck und Verstärkung 1 oder höher kommt nur noch die Grundwelle (als Sinus) hinten raus.

Der LF* geht weit höher hinauf, und dann kommt es darauf an, bei welcher Frequenz das Rückkopplungsnetzwerk (mitsamt der auf dem Basteltisch üblichen "fliegenden Verdrahtung" und was sonst noch so in der Nähe ist) eine Phasendrehung von 180° produziert und gleichzeitig noch eine Verstärkung > 1 erreicht wird. Wenn der Ausgang um 180° verdreht auf den invertierenden Eingang zurückwirkt, kommen 360° (180° mal -1) zusammen, das Ganze schaukelt sich auf, und dort schwingt der ganze Aufbau. Du musst also die Verstärkung (im Ganzen, oder frequenzabhängig, d.h. mit einem Tiefpass) soweit zurücknehmen, bis die höchste "schwingungsfähige" Signalkomponente auf eine Verstärkung < 1 trifft. Das hat der 741 sozusagen schon eingebaut ;)

Gruß,
Harald
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Re: Bidirektionale optische Uebertragung über Lichtleiter

Beitrag von atzensepp » 17 Okt 2022, 20:12

Hallo Harald,

Guter Hinweis auf das Gain-Bandwidth-Product und die anschauliche Erklärung für die Oszillationen!
Das größere GBP war auch der Grund weshalb ich mich zunächst für die LF35x entschieden hatte und ich war überrascht, dass es auch mit dem 741 geht. Aber für die 100 kHz i2c sind 1MHz noch kein Problem. Spannender wird es, wenn man dann auf 400 kHz gehen würde.

Übrigens bin ich beim Digitalteil voll auf CMOS umgestiegen. Nur als Treiber für LED nehme ich noch den 7407. Vielleicht kann ich ihn durch FET-Transistoren ersetzen.

Florian

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Re: Bidirektionale optische Uebertragung über Lichtleiter

Beitrag von atzensepp » 17 Okt 2022, 20:58

Signal mit 741
Signal mit 741
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Signal mit LF357
Signal mit LF357
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Re: Bidirektionale optische Uebertragung über Lichtleiter

Beitrag von atzensepp » 17 Okt 2022, 23:55

Die optische Übertragung geht auch im "Freifeld" ganz gut.
Durch die oben beschriebene Kondensator-Entkopplung ist der Aufbau sehr unempfindlich gegenüber Umgebungslicht, so dass keine Einhausung nötig ist.
Dateianhänge
Slave Transceiver
Slave Transceiver
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Blick in die Optik des Master Transceivers
Blick in die Optik des Master Transceivers
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Master Transceiver
Master Transceiver
Freespace_Master.JPG (42.14 KiB) 1564 mal betrachtet

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Re: Bidirektionale optische Uebertragung über Lichtleiter

Beitrag von Harald » 18 Okt 2022, 12:40

atzensepp hat geschrieben:
17 Okt 2022, 20:58
ua741.JPG
LF357.JPG
Sehr schöne Bilder! Man sieht die träge Anstiegsflanke und die verschliffenen Kanten vom 741, während der LF357 steile Flanken, zackige Ecken mit Überschwingern und noch etwas Zappelei mittendrin zeigt. Aus der Anstiegsflanke kann man auf die obere Grenzfrequenz der Schaltung schließen: https://de.wikipedia.org/wiki/Flankensteilheit

Gruß
Harald
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Re: Bidirektionale optische Uebertragung über Lichtleiter

Beitrag von atzensepp » 25 Okt 2022, 09:28

Die Dokumentation schreitet voran. Ein Bild sagt mehr als viele Worte:
Bidirektionale optische Datenübertragung
Bidirektionale optische Datenübertragung
rect111.png (87.51 KiB) 1440 mal betrachtet

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Re: Bidirektionale optische Uebertragung über Lichtleiter

Beitrag von atzensepp » 19 Nov 2022, 21:07

Statt das Licht über Lichtwellenleiter zu übertragen, versuche ich es nun direkt. Damit stimmt der Titel dieses Threads nicht mehr ganz.
Optischer Axial-Übertrager mit ft
Optischer Axial-Übertrager mit ft
AxialUebertrager.JPG (45.17 KiB) 1291 mal betrachtet
Der Aufbau des optischen Axial-Übertragers ist einfacher als die Übertragung über Lichtwellenleiter.
Die Justieranforderungen sind jetzt geringer. Dadurch kann man eine 3-Farb-Fotodiode und eine RGB-Sendediode verwenden.
Als Strahlteiler kann man transparente ft-Steckplatten verwenden.

Mittig auf der Achse sitzt ein Hamamatsu-3-Farb-Sensor, der 3 Photodioden unf Filter enthält (https://www.hamamatsu.com/eu/en/product ... S9702.html)
Farbsensor HAMAMATSU S9702
Farbsensor HAMAMATSU S9702
Farbsensor.JPG (31.03 KiB) 1291 mal betrachtet
Als Strahlteiler zum Einkoppeln des Rück-Signals dient eine transparente ft- Platte.
Transceiver im rotierenden Bezugssystem
Transceiver im rotierenden Bezugssystem
Rot-Stage.JPG (46.21 KiB) 1291 mal betrachtet
Der Sender ist eine lichtstarke 3-Farb-RGB-Diode.
Transceiver im festen Bezugssystem
Transceiver im festen Bezugssystem
Fixed-Stage.JPG (54.37 KiB) 1291 mal betrachtet
(Mindestens) zwei Probleme gilt es noch zu lösen:
- Ein kompakter Schaltungsaufbau, der im rotierenden System untergebracht werden kann
Was blöd ist: Ein Ende der Achse muss frei sein und vor dem ersten Lager muss der Aufbau samt Schaltung mit 8 ICs und I2C-Sensor rein.
Für die Schaltung brauch' ich mindestens 5 cm Höhe. Ansonsten müsste ich die LED- und Detektor-Signale über eine Hohlachse führen. Das versuche ich erst gar nicht.

- Eine Stromversorgung: zunächst mit Batterie, oder später mittels drahtloser Energieübertragung (z.B. Royer-Transformator)

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Re: Bidirektionale optische Uebertragung über Lichtleiter

Beitrag von atzensepp » 22 Nov 2022, 20:33

Im Supermarkt habe ich ein bezüglich dieses Threads interessantes Angebot entdeckt:
Farbfilter.jpg
Farbfilter.jpg (94.67 KiB) 1220 mal betrachtet
Aus der Kunststoffbox in sattem transparenten Rot könnten ideale rote Farbfilter gewonnen werden.
Die Box war jetzt nicht grad billig und lohnt sich natürlich nur, wenn man auch für den Ihnalt Verwendung hat. Hicks!
:lol:

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Harald
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Re: Bidirektionale optische Uebertragung über Lichtleiter

Beitrag von Harald » 23 Nov 2022, 11:53

Für Erkenntnisgewinn und technischen Fortschritt muss man manchmal eben ziemlich große Opfer bringen ;)
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Re: Bidirektionale optische Uebertragung über Lichtleiter

Beitrag von Karl » 23 Nov 2022, 13:56

Da war bestimmt nicht nur die "Dose" in rot verlockend. Nur die Verbindung
mit der optischen "Nachrichtentechnik" machte den "Zugriff" einfacher.

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