PWM selber messen - welche Geräte müssen dazu gekauft werden?

  • Da ich selber sehr unter PWM leide, würde ich gerne entsprechende Messgeräte kaufen. Kann mir jemand möglichst günstige und dennoch effektive empfehlen? Es sollen auch extrem hohe Werte im KHz-Bereich zuverlässig erkannt werden.

  • Da es nur um niedrige Frequenzen geht, reicht eine Soundkarte als Oszi-Ersatz aus. Da gibt es diverse kostenlose Programme .. nur mal so als Beispiel:


    Dann braucht man halt noch 'ne Photodiode mit ein bißchen Schaltung drumherum:


    Im Prinzip müßte die "Konstantstromquelle mit Arbeitswiderstand" für diese Zwecke reichen. Ansonsten halt die Version mit Operationsverstärker.


    Aber wenn Du keine Motte oder sowas bist, sollten Dich eigentlich eh nur Frequenzen im Bereich unter 300Hz oder so beunruhigen.

  • Kann man im Prinzip auch mit einem Experimentier-Steckboard zusammenbasteln.
    BTW: Soundkarten vertragen meist nur 1.5V. Also wenn man z.B. ein 5V-Signal messen will, sollte man noch einen Spannungsteiler dazwischenschalten. Z.b. 200Ohm (am 5V-Signal) und 470 Ohm (zu GND) und das Signal zur Soundkarte dazwischen abgreifen.

  • 200Ohm (am 5V-Signal) und 470 Ohm (zu GND)


    -> dann liegen aber 3.5V an der Soundkarte an...


    Usoundkarte = [Ugesamt/(R1+R2)] * R2 --> Usoundkarte = [5/(200+470)] * 470 = 3.5V



    Die Widerstände müssten genau vertauscht sein...meiner Meinung nach.
    Also 470 Ohm (am 5V-Signal) und 200 Ohm (zu GND).

  • Ja, sorry, da habe ich einen kurzen Aussetzer gehabt ;)
    Die 200Ohm müssen natürlich zwischen Soundkarteneingang und Masse sein und die 470Ohm zwischen 5V-Signal und Soundkarteneingang.
    Mea culpa!

  • müsste die Photodiode ohne extra Spannungsquelle nicht auch genug Leistung liefern um die PWM-Frequenz zu messen?



    Edit:
    Mit der im Link angefährten Schaltung (mit 1MOhm Arbeitswiderstand) ergibt sich eine Grenzfrequenz von 8kHz - was bedeutet dies im Hinblick auf die PWM-Messung?
    Heißt das, dass bei PWM-Frequenzen über 8kHz die Amplitude am Oszi niedriger angezeigt wird als sie tatsächlich ist?


    Es wäre doch sinnvoller einen kleineren Widerstand zu wählen - oder?


    Edit2:
    Welche Spannung (also wie viel Volt ca.) liegt eigentlich am grünen Punkt an?

    Müssten etwas mehr als 5V sein oder?

  • Ohne äußere Spannung in Durchlassrichtung funktioniert die Diode wie eine kleine Solarzelle, liefert aber nur ein schwaches Signal mit viel thermischem Rauschen und ist sehr langsam. Als langsamer Helligkeitssensor ist sie so nutzbar, aber nicht, um Schwankungen im kHz-Bereich zu messen.


    In Sperrichtung arbeitet die Photodiode als Stromquelle, wobei der Strom proportional zur Lichtleistung (aber immer noch sehr klein) ist.
    Um diesen kleinen Strom messen zu können, benutzt man einen hochohmigen Widerstand als Mess-Shunt. Und weil der Strom halt sehr klein ist, braucht man einen hohen Widerstandswert, um einen brauchbaren Pegel zu bekommen. Wenn man also 100kOhm statt 1MOhm benutzt, bekommt man bei gleichem Strom halt auch nur ein Zehntel der Ausgangsspannung raus (also z.B. 0.5V statt 5V). Da die angelegte Spannung nur einen geringen Einfluß auf den Strom hat, der durch die Diode fließt (lediglich auf deren Sperrschichtkapazität und damit auf die Geschwindigkeit), kann man den Widerstand nicht beliebig klein machen. Aber wenn Du eh auf 1.5V runter willst, kannst du den Widerstand natürlich so weit reduzieren, daß am Ende bei der maximal möglichen Helligkeit nur 1.5V rauskommen. Dazu müßte man aber ein exaktes Datenblatt einer Diode haben (was nicht ganz so einfach ist) oder den Wert halt experimentell bestimmen (z.B. per Multimeter).


    Was die Grenzfrequenz angeht. An diesem Punkt ist die Amplitude (in einer logarithmischen Darstellung) um 3dB gefallen. Das heißt aber nicht, daß man höhere Frequenzen nicht mehr messen kann: wie Du schon richtig annimmst, wird lediglich die Amplitude von höherfrequenten Anteilen gesenkt. Um allerdings Mißverständnisse zu vermeiden: ein Rechtecksignal mit 8kHz besteht aus einer harmonischen/sinusförmigen Grundschwingung und höherfrequenten Anteilen, die in den steilen Flanken stecken. Bei 8kHz Grenzfrequenz ist ein 8kHz-Recktecksignal damit praktisch auf einen Sinus verschliffen und selbst z.B. ein 1kHz-Rechtecksignal hat schon viel von seiner "Rechteckigkeit" eingebüßt.


    Wobei die 8kHz jetzt ein Beispiel für eine Diode bei einer bestimmten Spannung ist (die Sperrschichtkapazität ist abhängig von der Diode und der anliegenden Spannung).
    Nebenbei: bei einer Soundkarte, die eh nur mit 22kHz oder 44kHz abtasten kann, wäre eine wesentlich höhere Bandbreite als 8kHz sowieso weitestgehend sinnlos. Nach Shannon/Nyquist muß die Abtastfrequenz mindestens das Doppelte der Signalfrequenz sein, um einen Sinus rekonstruieren zu können. In der Praxis ist (je nach Signal) ein Faktor >=10 aber eher brauchbar.
    Wenn Du also wirklich (warum auch immer) wesentlich höhere Bandbreiten als ein paar kHz im Auge hast, dann brauchst Du nicht nur die Schaltung mit dem Transimpedanzverstärker (denn man auf 100kHz oder so bringen können sollte), sondern auch ein entsprechendes (USB-)Oszilloskop, das eine Abtastrate im Bereich von 1MSa/s oder so hat. Eine Soundkarte reicht da jedenfalls nicht mehr.


    Die maximale Ausgangsspannung ist halt I * R und der Strom hängt von der Diode und der Lichtstärke ab. Andererseits kann die Spannung unterhalb der Diode natürlich auch nie (wesentlich) größer sein als die angelegte Spannung (weil die Photodiode auch in Sperrichtung noch eine Photodiode bleibt, kann die Ausgangsspannung etwas höher sein als die Eingangsspannung, z.B. 5.5V statt 5V bei extrem starkem Lichteinfall).


    Wie gesagt: am besten eine Photodiode besorgen, die im sichtbaren Bereich empfindlich ist und dann bei konstanter Maximalhelligkeit solange mit den Widerständen rumspielen, bis der Ausgangspegel im gewünschten Bereich ist.

  • danke für die gute Erklärung...


    eine Frage noch ...damit ich die Sounkarte nicht zerstöre :-)


    Muss ich den Spannungsteiler parallel zum Arbeitswiderstand schalten oder kann ich einfach einen weiteren Widerstand in Serie zum Arbeitswiderstand schalten und das Signal dann zwischen den beiden Widerständen abgreifen?


    Also:
    R1 = 200k
    R2 = 47K


    Ugesamt
    |
    |
    PhotoDiode
    |
    |
    R1
    |-------------->USoundkarte
    R2
    |
    |
    GND


    Laut Formel:
    Usoundkarte = [Ugesamt/(R1+R2)] * R2 --> wären das dann USoundkarte = ca. 1V



    Oder hab ich einen Denkfehler?

  • Der Widerstand zu Messung des Stroms und die Diode bilden eigentlich selber einen Spannungsteiler. Wie gesagt kannst Du auch einfach diesen Widerstand so anpassen, daß Deine Ausgangsspannung die 1.5V nicht übersteigt.
    Wenn Du ihn durch zwei Widerstände bzw. durch z.B. ein 1MOhm-Poti mit mittlerem Abgriff ersetzt, kannst Du natürlich die Ausgangsspannung ändern, ohne das Frequenzverhalten zu verändern.
    Weiß aber nicht, ob es das wirklich wert ist.

  • Der Spannungsabfall an der Diode ist aber 0 - oder nicht?
    Wenn ich also die Spannung direkt nach der Diode messe zerstöre ich die Soundkarte.


    Oder fallen die 5V vollständig an der Diode ab weil sie in Sperrrichtung eingebaut ist?
    Dann bleibt ja erst keine Spannung mehr zum Messen übrig...


    Wo ist mein Denkfehler?

  • Solange kein Licht auf die Diode scheint, verhält sie sich wie jede andere Diode in Sperrichtung und läßt (quasi) keinen Strom durch (bzw. nur einen minimalen "Dunkelstrom" von einigen nA). Solange bestimmt also der Widerstand gegen Masse das Potential. Theoretisch liegt dann der Ausgang (hinter der Diode) auf Massepotential. In der Praxis sorgt der Dunkelstrom (über den hochohmigen Widerstand) immer für eine kleine Spannung am Ausgang (z.B. 10nA an 1MOhm -> 10mV).
    Um so mehr Licht auf die Diode fällt, um so höher wird der Strom und um so höher wird deshalb die Spannung, die über dem Widerstand abfällt.
    Dabei wird die Diode aber nie wirklich niederohmig, aber wenn z.B. 5µA durch die Diode fließen, fallen an einem 1MOhm-Widerstand trotzdem 5V ab.
    Wobei 5µA halt z.B. auch nur dann durch die Diode fließen, wenn die anliegende Spannung hoch genug ist.
    In erster Näherung muß ja die Energieerhaltung gelten mit der kleinen Anmerkung, daß in einer Photodiode halt Photonen für eine Ladungstrennung sorgen, wodurch die Ausgangsspannung halt um die (natürlich wieder lichtabhängige) Leerlaufspannung der Photodiode höher liegen als die Eingangsspannung.

  • du Frage ist also wie viel Strom bei voller Helligkeit fließt.
    Wenn das 5uA sind hätte ich mit 1MOhm ein Problem.
    Die BPW34 lässt bei 5V und 1000lux 50uA durch.


    Hab ich mal gelesen, dass am mic-Eingang auch eine Ausgangsspannung vorhanden ist. (Speisespannung für Elektretmikrofone).
    Könnte ich die irgendwie nutzen?

  • Ich würde lieber beim Line-In bleiben. Die Spannung am Mic-Eingang ist eher hinderlich und der Eingang ist noch empfindlicher.


    Nebenbei: um den Eingang wirklich sicher zu schützen, kann man antiparallele Dioden benutzen. Speziell rote Leuchtdioden haben üblicherweise eine Vorwärtsspannung von 1.6V~2V, was als Schutz ausreichen sollte.
    Hier ist auch noch mal eine Beschreibung von Schutzschaltung für Line-In- und Mic-Eingang:


    Was ich noch vergessen hatte zu erwähnen: leider sind die Eingänge von Soundkarten üblicherweise kapazitiv gekoppelt. Dadurch kann man keine Gleichspannungssignale messen und der Gleichanteil von getakteten Signalen wird auch nicht richtig dargestellt.
    Um die Taktung der Hintergrundbeleuchtung auszumessen dürfte es trotzdem reichen.
    Ansonsten bliebe nur ein preiswertes USB-Oszilloskop. Im Prinzip würde sowas reichen, ist aber leider ein Bausatz (und bei ELV weiß man nie so genau, ob man da jetzt wirklich SMD löten oder nur zusammenschrauben muß):

    Sehr viel mehr als 150€ würde ich für ein USB-Scope nicht ausgeben wollen, auch wenn es auf dem Papier tolle Daten hat.
    Für unter 300€ bekommt man schon einigermaßen brauchbare China-Scopes mit 50MHz/1Gsa/s:


    Was Deinen Strom angeht: wenn Du maximal 50µA erreichst, dann wäre theoretisch ein 30kOhm-Widerstand nötig, um bei maximalem Lichteinfall 1.5V Spannungsabfall zu messen. Durch den Einfluß der Vorwärtsspannung können das aber auch 2V sein. Ich würde das aber halt erstmal mit einem Multimeter messen.

  • Thx! Zum USB Oszi hab ich folgendes bei Amazon gefunden:



    "Der Zusammenbau gestaltet sich mit der beiliegenen Anleitung sehr einfach, da SMD-Bauteile bereits angelötet sind. Es müssen nur ein paar Kondensatoren, ein Relais und die Anschlüsse angelötet werden."


    Gibts eigentlich auch fertige Tastköpfe mit Photosensor integriert?

  • Ich sag ja: das ist bei ELV-Bausätzen immer etwas eigenartig. Ich hatte bisher nur welche, bei denen viele Schritte in der Aufbauanleitung nicht nötig/möglich waren, weil alles sehr viel weiter vorgefertigt war als beschrieben. Speziell bei diesem Teil schwabulieren Kunden auf der ELV-Seite von Lötlupen rum. Möglicherweise gibt es von den Bausätzen auch verschiedene Stadien: am Anfang soll man wirklich alles selber machen, aber bei den ersten Rückläufern und Kundenbeschwerden wird dann immer mehr vorbestückt oder so...
    Aber nochmal zur Warnung: ich habe dieses Teil in einer Minute recherchiert. Ich selber habe es nie gesehen und die Software sieht auf den Screenshots reichlich schlicht aus. Immerhin sind die Kritiken relativ positiv und man kann es eventuell später nochmal für was anderes nutzen. Wobei man bei Elektronikbasteleien ganz schnell mindestens zwei Kanäle braucht.


    Was den Tastkopf mit Helligkeitssensor angeht: sicher wird es sowas kommerziell geben, aber vermutlich nicht zu Preisen, die Du zu bezahlen bereit bist. Helligkeitsmessungen per Scope sind halt schon ein recht kleines Feld, also eher kleine Stückzahlen, möglicherweise sogar manueller Aufbau -> teuer. Ich habe jetzt zwar nicht recherchiert, aber ich würde jetzt mal schätzen, daß Du da ganz schnell bei ein paar hundert Euro bist, selbst wenn der Materialwert vielleicht nur 20€ oder so ist. Und bei solchen sehr speziellen Elektrotechnikteilen ist es oft sogar schwer, überhaupt jemanden zu finden, der einen als Privatperson beliefert.
    Insofern bist Du da mit einem Eingenbau gut beraten. Du braucht übrigens ja keinen richtigen Tastkopf. Kauf Dir einfach 'ne BNC-Buchse mit Lötanschluß und bastel da die Schaltung mit der Photodiode dran. Brauchst dann ja auch keine Schutzschaltzung mehr. Nur noch die Spannungsversorung per billigem Steckernetzteil oder Batterie (z.B. ein 9V-Block).

  • na mal sehen... ich glaub ich bestell mir den Bausatz mal.
    Dazu den Tastkopf und eine BPW34 + 1MOhm Messwiderstand - oder sollte ich einen kleineren Widerstand nehmen?


    Die 5V für die Diode hol ich mir von einem USB-Anschluss am PC.

  • Wie gesagt: die Tastköpfe brauchst Du für diesen Fall nicht unbedingt. Sie machen u.U. das Handling eher schwieriger und ein billiger BNC-Anschluß mit flexibler Litzenleitung ist nicht nur preiswerter, sondern auch weniger fummelig, wenn Du den Sensor irgendwie vor dem Monitor drapierst.


    Wobei die Teile vermutlich ok sind. Ich hatte mal Lookalikes davon bei einem Owon-Chinascope und die waren ok. Aber bei den Chinesen weiß man halt nie: Nachbauten von Nachbauten von ordentlichen Nachbauten und irgendwann kommt plötzlich völliger Schrott raus.

  • Hat sich schon was ergeben? Ich sitze leider immer noch auf meinen BPW 34 und einem Multimeter wie der Ochs vorm Berg. So ganz ohne Elektronikkenntnisse und vor allem Anleitung kommt man da einfach nicht weiter.