Skocz do zawartości

Projekt gitara światłowodowa, elektronika / optoelektronika


niedziała

Pomocna odpowiedź

Witam

Może projekt mało bezpośrednio związany z robotyką, ale silnie z elektronika 🙂

Pomysł na projekt to gitara światłowodowa, gdzie sygnałem badanym będą straty zgięciowe w światłowodach plastikowych. Prosił bym o przejrzenie schematów elektronicznych, układ będzie rozłożony na 10 płytkach PCB ( 1x PCB to jedna zawartość prostokąta ) z tego powodu „konstrukcje” z pinami.

- 1 x moduł zasilania

- 1 x moduł sterowania

- 4 x moduł nadajnika

- 4 x moduł odbiornika

Gdzie istnieją dwie wersje modułu zasilania i modułu nadajnika w zależności od zastosowania nadajnika AVAGO SFH757 lub czystą diodę laserową U-LD-651070 / C w oprawie TO18.

Dla ułatwienia analizy dorzucam linki do datasheetów części które mogą być bardziej niestandardowe, aby nie trzeba było ich szukać samemu

Dioda laserowa http://www.uocnet.com/pdf/LD/U-LD-651071A,C-preliminary.pdf

Odbiornik http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0db8/0900766b80db88e5.pdf

Nadajnik http://www.avagotech.com/docs/AV02-2597EN

Nota aplikacyjna AVAGO http://www.avagotech.com/docs/AV02-3323EN

Światłowód http://www.xbest.pl/index.php?p88,patchcord-opto-sc-upc-sc-upc-mm-50-125-om2-duplex-1m

[rodzaj złącza może się nie zgadzać, chodzi mi o podanie mniej więcej typu światłowodu jaki będzie stosowany]

Przewiduje światłowód jednomodowy, mimo niskiej apertury numerycznej ( która nie jest problemem przy nadajniku AVAGO) to straty zgięciowe są funkcją długości fali i istnieje prawdopodobieństwo iż pomiary przejawiały by pewne nieliniowości [jako suma spadków dwóch funkcji z inny wsp proporcjonalności]

Układ jeszcze nigdy nie był składany i ciężko powiedzieć coś konkretnego o naturze sygnałów (wartości strat) więc na razie układ pomiarowy (ADC ) jest tylko pewną propozycją.

Gdy w układzie są umieszczone miejsca na pady, elementy są podpisane (montaż przewlekany – kondensatory elektrolityczne, nadajnik, odbiornik oraz dioda do których pewnie będą podciągnięte króciutkie kabelki [ elementy sztywno i trwale mechanicznie osadzone w obudowie aby nie przenosiły same obciążeń na PCB oraz do justowania układu [dioda laserowa] ] ).

Dioda lub nadajnik będzie pracować w trybie ciągłym.

Schamat elektroniki w załączniku

cz1.pdf

Link do komentarza
Share on other sites

Projekt wygląda jak koszmar elektronika albo jak bełkot noworodka próbującego naśladować język dorosłych - to tak na wstępie, zanim wątek wyląduje w koszu. Gdyby jednak dziwnym trafem Admin podjął inną decyzję i zostawił to na Forum, zadam Ci trzy pytania: ile masz lat, jakie masz wykształcenie i czy próbowałeś już robić układy o większym stopniu skomplikowania niż 555, w szczególności analogowe. Nie musisz odpowiadać, ale będzie mi trudno rozmawiać o błędach w układzie, którego schemat robi wrażenie poskładanego z klocków. Może poznajdowałeś je gdzieś w sieci lub na stronach aplikacji poszczególnych elementów, ale to nijak do siebie nie pasuje. Już samo założenie pracy stałoprądowej jest absurdalne w urządzeniu, które z definicji pracuje w zakresie audio. Jak szybko chcesz próbkować te 8 kanałów? Co to za bzdura z tym wzmacniaczem operacyjnym? Jaki prąd generują IC2 do IC5? Skąd wziąłeś pojemności 120nF? Jak jest funkcja R11? Widziałeś kiedyś BC547? Chcesz mu wepchnąć w bazę 50mA przez R9? Dioda laserowa ma wewnątrz dwie diody: jedną emitującą wiązkę a drugą pomiarową. Połączyłeś je równolegle? Jak jest rola R7 i R8? Rozładowywanie baterii? Jakiego prądu spodziewasz się w kolektorze T4 i jakiej amplitudy sygnału, skoro wstawiłeś tam 50Ω?

Itd, itp, nawet nie chce mi się tego wszystkiego wymieniać...

No i słowo moduł pisze się inaczej.

Link do komentarza
Share on other sites

Witam

1- Brak mi formalnego wykształcenia z tej dziedziny jeżeli już padło takie pytanie 🙂

2- Nie tworzyłem do tej pory skomplikowanych układów analogowych.

3- Tak jest poskładany z klocków - pozbieranych po notach aplikacyjnych

4- Praca stało-prądowa jest dla diody laserowej.

5- Dla nadajnika AVAGO steruję się napięciem, dla aplikacji istotne jest wprowadzenie mocy do światłowodu [element posiada bezpośrednie wyprowadzenie co znacznie ułatwia całe urządzenie], nie ma potrzeby "transmisji" tylko sam fakt nadawania więc nie wiem czemu akurat to jest takie absurdalne?

6- Wzmacniacz operacyjny jest w układzie wtórnika emiterowego do wysterowania bramek tranzystorów. W przypadku odłączonego zasilania obydwie "nóżki" diody widzą masę i nie odkładają się na nich ładunki

7- Kanały ADC będe próbkował z najwyższą możliwą częstotliwością, ale jeszcze nie wiem jak silny będzie efekt tłumienia, jak będzie się zmieniał w czasie, więc na razie skupiam się na uruchomieniu układu.

8- Stabilizatory prądowe IC2 do IC5 są na prąd 200 mA.

9- kondensatory 100 nF np w takiej paczce są dostępne http://sklep.avt.pl/kondensatory-smd.html

10- Rezystor R11 jest do ustalenia prądu wpływającego na port NE555 gdy zaczyna zabierać cały prąd

11- Tak, przez R9 chcę podać 50 mA na bazę BC547

12- Tak, połączyłem równolegle diodę laserową i jej fotodiodę

13- Obecnie R7 i R8 nie spełniają żadnej funkcji, miał być do niej podłączony kanał ADC aby badać napięcie jakie aktualnie podaje bateria, ale skończyły mi się kanały 🙂

14- Niestety nie potrafię powiedzieć jaki dokładnie prąd będzie płynął w obwodzie kolektora T4

Za ten moduł to rzeczywiście przepraszam 🙂

Link do komentarza
Share on other sites

No i co tu z Tobą zrobić? Niby są Święta - czas radości, dobroci i pomocy, ale.. chyba jednak nie poddam się temu nastrojowi. Twój układ jest tak absurdalny, że trzeba go wymyślić od nowa. Już z pierwszego oglądu miałem wrażenie, że nie masz pojęcia o projektowaniu elektroniki. Miałem też co prawda niewielkie nadzieje, że może bardzo się spieszyłeś i nagryzmoliłeś coś na kolanie byle zdążyć przed Wigilią a potem będzie można podjąć merytoryczną dyskusję. Twoje rozbrajające odpowiedzi potwierdziły jednak tę gorszą wersję. Rzuciłeś się z motyką na Słońce. Coś pewnie wiesz o optoelektronice - na to wskazuje użycie kilku wyrazów nieznanych amatorom, ale niestety absolutnie to nie wystarcza by zrobić poprawnie działający układ tego typu.

Mamy dwie możliwości: albo ktoś zrobi (narysuje) to od początku poprawnie i wytłumaczy Ci jak powinno to wyglądać, albo (po Forumowemu) będzie prowadził Cię za rączkę przez cały proces projektowania począwszy od wypracowania koncepcji, poprzez wstępne obliczenia, stabilizowanie mocy (a nie prądu) nadawanej, dobieranie punktów pracy tranzystorów i ich kluczowe parametry, podstawowe układy pracy wzmacniaczy operacyjnych, systemy przetwarzania danych z czasem dyskretnym (teoria o próbkowaniu, filtry, rekonstrukcja sygnałów) itd itd.. Ja nie mam na to czasu a i Forum nie jest szkółką podstaw elektroniki. Możemy tu rozwiązywać drobne problemy na które konstruktorzy napotykają, ale nie projektować takie rzeczy od postaw. Moim zdaniem szkoda też Twojego czasu na zajmowanie się tak skomplikowanym (dla Ciebie) układem. Nic nie będzie działało i nie będziesz wiedział dlaczego a koszt nauki w ten sposób jest absurdalnie wysoki.

Najpierw spróbuj nauczyć się (i wypracować własne) reguły postępowania w przypadku projektów których nie ogarniasz. Nie, nie polegają na bezmyślnym składaniu ad hoc przypadkowych i niezrozumiałych klocków. Musisz, po prostu musisz rozumieć każdy fragment - jego działanie, parametry, ograniczenia zastosowanych elementów orz ich "ulubione" parametry. Tylko wtedy możesz zacząć składać do kupy coś większego z ogromną uwagą śledząc ich wzajemne interakcje. Symulacje, obliczenia i zrozumienie - to podstawa, podane w przypadkowej kolejności. Przystępując do budowania układu musisz wiedzieć jakich napięć i prądów - generalnie sygnałów spodziewać się w każdym punkcie. Tylko wtedy możesz zweryfikować przy pomocy odpowiedniego sprzętu czy to co zbudowałeś spełnia założenia. Jedyne niepewności to te związane z samym montażem, wpływem PCB, sprzężeń pasożytniczych i rozrzuty elementów itp, ale nawet i wpływ takich rzeczy możesz i musisz uwzględnić na schemacie. Musi on być w 100% poprawny zanim zabierzesz się za dalsze etapy projektu. Tutaj nie widzę żadnej z tych rzeczy. Brakuje wiedzy teoretycznej, brakuje przemyślenia idei, obliczeń i zrozumienia zasad działania prostych elementów.

Nie, to nie jest wtórnik napięciowy.

Robienie całego toru stałoprądowo gdy nie ma takiej absolutnej potrzeby (a tu nie ma) powoduje, że zaczynasz mieć problem z dryftami wszystkiego, kolejne stopnie wzmacniaczy widzą błędy offsetów poprzednich itd.

Nie, odpowiadanie na wszystkie Twoje punkty nie ma sensu, przykro mi. Piszesz o tym jak chcesz żeby było a nie to jak jest naprawdę.

Zacznij od zbudowania jednego nadajnika do światłowodu i jednego odbiornika - to wydaje się prosty układ, nie stracisz na nim dużo pieniędzy. Zastanów się jak modulować prąd (a nie napięcie) - bo dioda nadawcza ma liniową zależność nadawanej mocy od prądu. Z drugiej strony policz elementy wokół tranzystora albo zrób ten wzmacniacz transimpedancyjny (bo przecież na wyjściu z fotodiody też dostajesz prąd a potrzebujesz sygnał napięciowy) na wzmacniaczu operacyjnym - będzie prościej policzyć punkt pracy diody i generalnie możesz zaniedbać nieliniowości tranzystora. Nie potrzebujesz pasma 100MHz więc i superszybki tranzystorowy stopień wejściowy nie jest Ci potrzebny. Jak już będziesz w stanie odbierać sygnał modulowany, możesz iść dalej. Procesor jest dużo, dużo później a i tak szczerze mówiąc nie wiem po co miałby tu być w podstawowym torze sygnałowym.

Przepraszam za tak niekonstruktywną krytykę, ale są jakieś granice naiwności. Ty je przekroczyłeś. Nie wiem, może ktoś tu się nad Tobą pochyli a jeśli nie, to spróbuj na jakimś Forum Audio lub na Elektrodzie. Może znajdziesz kogoś z gotowym rozwiązaniem lub takiego co za rączkę przez miesiące (Twojej) pracy poprowadzi.. Powodzenia.

Oczywiście w sprawie pytań szczegółowych zapraszam do dyskusji.

  • Lubię! 2
Link do komentarza
Share on other sites

Zarejestruj się lub zaloguj, aby ukryć tę reklamę.
Zarejestruj się lub zaloguj, aby ukryć tę reklamę.

jlcpcb.jpg

jlcpcb.jpg

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

Witam

Układ został przeprojektowany, proszę o komentarze

Zasilanie

schemat

przebieg wejściowy

Amplituda 1 V

F = 100k

DC 11.1 V

Dodany przebieg sinusoidalny do za symulowania niestabilności napięcia zasilania i obserwacji jego wpływu na zachowanie się układu.

Przebieg stabilizowany na wyjściu

Moduł odbiorczy

Dla nadajnika rezystancja statyczna dla 2V to ok 150 ohm więc z braku modelu nadajnik został zastąpiony jako obciążenie 150 ohm (R_nadajnik )

Do symulacji przyjmuje model fotodiody

http://www.analog.com/designtools/en/photodiode/#/circuitDesign

Reverse voltage = 5 V → C_złącza 3.5pF

Prąd ciemny → 1nA jest wartością typową która wprowadza błąd stały w układzie. Do obliczeń przyjmę połowę maksymalnej wartości 5nA

R_zlacza = V_reverse / I_dark = 5V / 5nA = 1G ohm

R_load przyjęto 50K ohm

Z symulacji wyszło iż źródło daje sygnał napięciowy na R_load nawet powyżej 5V, do których LT1013 (podobno dobry odpowiednik LM358) nie może podciągnąć sygnału. Zastosowano dzielnik napięciowy,

1- Zmiana wartości dzielnika zmniejsza wartość maksymalna napięcia do której musi podciągnąć wtórnik, ale zmniejsza również zakres dynamiczny. Czy najlepsza wartością dzielnika jest wartość która pozwala uzyskać najwyższa wartość sygnału (bez obcinania przebiegu) czy należy też brać pod uwagę inne czynniki (pytanie ogólne)

Model odbiornika

Moduł nadawczy

2- Z noty katalogowej detektora maksymalny prąd wyjściowy wynosi 110 uA dla 0,00025 W, co odpowiada -6dbm , a w nocie aplikacyjnej moc światła może wynosić -1 dbm i prąd do 350 uA

W notach zbudowane są 2 różne układy, prąd wyjściowy akurat można wytłumaczyć, że raz tyczy się on samego wyjścia detektora, a raz jako sterowanie prądem bazy i dopiero odkładanie się tego prądu na R_load. Ale czy w takim razie czy ten prąd znacznie bardziej powinien zależeć od samego tranzystora?

Nie mam pomysłu czemu noty różnią się wartością mocy optycznej.

Z tego powodu moduł odbiorczy jest do śmieci

schemat modułu nadajnika

Przebieg prądu przez nadajnik R_nadajnik

3-Stabilizacja prądu zależy od zmian wartości R_13 czy w tak niewielkim układzie potrzeba w gałęzi zawierającej R_13 stosować jakąś kompensacje temperaturową?

4- Czy zastosowany model analizy odbiornika, dla dobrze dobranej wartości prądu ze źródła będzie właściwy (wartość w symulacji jest niepewna z powodu wspomnianych wątpliwości )

Na forum niemożna dodawać plików symulacji (rozszerzenie .asc )

Link do komentarza
Share on other sites

No i masz - szacun za wytrwałość Kolego. Ponieważ wykazałeś się dużą dozą odporności, jestem Ci winien odpowiedź. No to zaczynamy.

Zasilanie. Dobrze, że zacząłeś od pieca - zasilacz to ważna sprawa. Uzyskanie stabilizowanych 5V z wyższego napięcia stałego nie jest dziś sprawą trudną. Możesz użyć jednego z kwadrylionów układów mających wewnętrzne ustawione przez producenta napięcie wyjściowe lub możesz użyć stabilizatora regulowanego. Wybrałeś tę drugą opcję - dziwne, ale niech będzie. Tak dla przypomnienia wymienię tylko dwa kosztujące jakieś grosze: LM7805 produkowany chyba przez każdego kto umie robić scalaki i L4941 - bardzo fajny stabilizator od ST. Rozumiem, że miałeś model 317 od Lineara i dlatego trafił do Twojej symulacji. Gdy nie ma wymagań na sprawność czy szumy - dobry jak każdy. Ten stabilizator to też dinozaur i podobnie jak seria 78xx jest wykonywany w każdym garażu w Chinach. Mam natomiast wątpliwości co do samego sensu symulacji którą przeprowadziłeś. Charakterystyka częstotliwościowa stabilizatora podawana jest w jego nocie katalogowej. Tam zwykle dostajesz dwa wykresy: tłumienie zmian napięcia wejściowego w funkcji częstotliwości i to samo w funkcji zmian obciążenia. Przydaje się jeszcze rysunek zmian spadku napięcia we-wy (drop-out) w funkcji zmian obciążenia, no i szumy wyjściowe. Tak więc raczej nie interesuje nas to, jak zachowa się układ przy podaniu na wejście jednego prążka (u Ciebie 100kHz) bo to nie jest przypadek rzeczywisty. Lepszym byłoby badanie transient np. odporności na skok wejścia z 10 do 12V wykonany w krótkim czasie. Zapodajesz wtedy na wejście generator typu "pulse" z okresem np. 50ms, długością impulsu 25ms, napięciami 10 i 12V i czasami zboczy rzędu 1us. Wtedy możesz dobierać pojemności (oraz ich ESRy!) i ew. elementy sprzężenia zwrotnego tak, by odpowiedź na takie pobudzenie była najłagodniejsza. Dopiero to pokazuje jakość układu i jego zdolność tłumienia. Badanie przeprowadzasz oczywiście przy planowanym prądzie wyjściowym, bo impedancja wyjściowa stabilizatorów zmienia się z obciążeniem. Proponuję zebrać kilka różnych co bardziej popularnych układów i obejrzeć ich dane katalogowe a potem przepuścić przez symulator. Przyznam, że czasem dane tych najtańszych i najstarszych scalaków - szczególnie od co bardziej egzotycznych producentów - mieszczą się na jednej stronie i nie zawierają niczego prócz nazwy, rysunku obudowy i tabelki z parametrami granicznymi. Cóż, trzeba to zrozumieć. Stosując układy z najniższej półki nie można wymagać zbyt wiele. Ma dawać 5V? Daje? No to o co chodzi? Na szczęście LM317 został oryginalnie wyprodukowany przez National Semiconductors i jest bardzo dobrze opisany i zmierzony. Linear też się postarał i jego dane katalogowe LT317 mają odpowiedni wykres: dla 100kHz możesz oczekiwać ok. 30dB tłumienia. Akurat do tego nie trzeba symulatora.

Teraz transmisja przez światłowód. Nadajnik jest teoretycznie prostszy, bo przy sterowaniu diody "w ciemno" sprowadza się do źródła prądowego. W ciemno to znaczy bez kontroli mocy wyjściowej i bez użycia diody pomiarowej. W sumie dodanie dwóch tranzystorów lub wzmacniacza operacyjnego dałoby pomiar jej prądu i stabilizację mocy, ale rzeczywiście - w tym układzie (chyba) nie ma to aż takiego znaczenia. Może dla diagnostyki - kiedy coś nie będzie działać nie będziesz wiedział czy to strona nadajnika, odbiornika czy może światłowód. Twoje źródło na tranzystorach jest OK. Taki układzik poradzi sobie z każdą diodą pod warunkiem, że będzie miał odpowiedni margines napięcia zasilającego. Nie wiem jaki jest cel kondensatorów 1uF? Jeśli też nie jesteś pewien, zrób analizę transient dla zmian napięcia zasilania powiedzmy od 4.8 do 5.2V zapodawanych z prędkością zboczy 100ns. Zmiana zasilania to jedyne narażenie tego układu jakie napotka on w praktyce. Amplituda 0.4V jest oczywiście przesadzona, ale będzie już widać wpływ różnych pojemności jakie tam naczepiałeś. Zastępowanie diody laserowej rezystancją nie jest dobrym pomysłem. Rozumiem, że policzyłeś ją dla danego punktu pracy, lecz tutaj dobrze jest sprawdzić jak ten układ zachowuje się z prawdziwą diodą. Dwa tranzystory nie mają zbyt dużej impedancji wyjściowej (a pracując jako źródło prądowe powinny mieć ∞) więc prąd kolektora Q1 będzie trochę zależał zarówno od napięcia zasilania jak i od obciążenia. Jeżeli nie masz dobrego modelu - choćby stałoprądowego - swojej diody użyj kilku (3?) krzemowych połączonych szeregowo np. tak jak połączyłeś D6-D8 - niech to one będą Twoją diodą. R11 może zostać, ale R_nadajnik już raczej nie. Potem przeprowadź podstawową symulację DC w ciężkich warunkach: zmieniaj zasilanie od 0 do np. 5.5V i zobacz jak zmienia się prąd diody.

Pomijając jakość stabilizacji ten układ ma jedną podstawową wadę: brak możliwości regulacji prądu. Jego działanie opiera się na napięciu Vbe dolnego tranzystora i na rezystancji R13. Można niby wstawić potencjometr 50 czy 100R, ale to słabe rozwiązanie. Pomyśl o tym. W czasie uruchamiania układu na pewno będziesz wielokrotnie chciał zmienić punkt pracy zarówno nadajnika jak i odbiornika. Wciąż będziesz przelutowywał oporniki? Podpowiadam układ ze wzmacniaczem operacyjnym i tranzystorem npn lub NMOS na wyjściu. Nie dość, że współczynnik stabilizacji prądu jest pewnie ze dwa rzędy wielkości lepszy to jeszcze czyste sterowanie napięciem umożliwia regulację prądu czymkolwiek: potencjometrem lub np. odfiltrowanym sygnałem PWM z procesora. I to wielu układów na raz.

Odbiornik. Zamiast zastanawiać się nad tym jaki będzie punkt pracy odbiornika pomyśl nad tym jaki będziesz miał na tle tego sygnał. TO tak naprawdę definiuje wymagania na tor odbiorczy. Samą składową stałą sygnału odfiltrujesz jednym kondensatorem. Jeżeli po tym zostanie Ci jakieś µV sygnału w paśmie audio - nic z tym nie zrobisz w amatorskich warunkach, bo utoną w szumie. Tak więc najważniejsze jest nie to jakie tłumienie będzie miał światłowód i ile mocy dostarczysz do odbiornika, ale to jakie przewidujesz zmiany tego tłumienia. To będzie Twoim sygnałem użytecznym. Jeżeli przy prądzie odbiornika rzędu 100uA zmiany tłumienia spowodowane odginaniem światłowodu zamkną się w 0.1% to kaszana. Taki prąd odłożony nawet na rezystorze 10k da napięcie 1mV, ale szumy nadajnika obecne w sygnałach nadawanym i odbieranym (od prądu 1000 razy większego!) przykryją Twój sygnał i trzeba będzie wrócić do projektu nadajnika.

Napisz co o tym myślisz.

Link do komentarza
Share on other sites

Jeżeli chodzi o moc (głębokość modulacji) sygnału nadajnika to na przykład mamy tutaj takie opracowanie

http://romaniuk.web.cern.ch/romaniuk/public-files/Books/OpticalFiberMeasurements.pdf

Od strony 71

Widać, że straty zgięciowe potrafią być znaczne (rzędu 1dbm na 1cm ) ale dla bardzo niewielkich promieni zgięcia. Praktyka jednak mówi, że uszkodzenia mechaniczne płaszcza, oraz naprężenia bardzo znacząco podnoszą straty zgięciowe. Jak bardzo to niestety nie umiem powiedzieć ani znaleźć opracowania na ten temat.

Rozsądnym podejściem do tematu było by założenie strat w linku na poziomie (dla przyjętego punktu pracy -2dbm) 10 , 20 % ponieważ jest kilka parametrów którymi będzie można sterować aby ustawić przeciętne straty na tym poziomie. Najwyżej jeżeli wzrost strat nie będzie tak duży aby zrobić z tego gitarę w „powszechnym” pojęciu [czyli z długimi strunami i niewielkimi (w rozważanym kontekście) wychyleniami ]. Zawsze istnieje szansa, że na UMCS przez przypadek kiedyś zrobili jakiś fotoniczny światłowód o gigantycznych stratach, ale na takie poszukiwania jest jeszcze za wcześnie 🙂

A więc zakładając taką moc w linku, przeliczając to na W i zakładając głębokość modulacji rzędu 10% oraz R_odbiornika na 10k otrzymujemy

delta U = ( delta P * R_odbiornika) ^ (1/2)

P = 0.63095734448 mW

delta P = 0,126 mW

Otrzymamy zmiany na poziomie 0,8 V to raczej niewiele (szczególnie ,że jest to wartość maksymalna), ale jest to zawsze wartość w amatorskim układzie mierzalna, na razie układ przygotuję na radzenie sobie z sygnałami o amplitudzie całkowitej 1 V.

Wracając do nadajnika

SCHEMAT NADAJNIKA

Układ stabilizuje wzmacniacz operacyjny U2, gdzie z rezystora próbkującego R_12 podajemy sygnał błędu. Do sygnału błędu jest dodawany sygnał całkowany z źródła V2 (dalsza część)

Sygnał podawany ze źródła V2 jest (a raczej będzie bo w symulacji nie ma tego zaprogramowanego) zależny od zmian napięcie które będzie badane przez układ ADC atmegi 128 – przebieg napięcia na R_21 (układ na U4 ,aby zapewnić niewielki wpływ na prąd stabilizowany pomiaru – duża impedancja wzmacniacza [ port uC ~ 40 K ohm] ) dla wzmacniacza (tu nie jestem pewien czy to ten parametr Input Bias Current / V_zasilania co da nam impedancję rzędu 10 M ohm, co jest całkiem sensowne )

Korekcja sygnałem PWM będzie realizowana na algorytmie PID

Źródło V2 symuluje sygnał PWM z uC który jest całkowany przez U5. W przypadku sygnału PWM może wystąpić

-Planowany uC to atmega 128 daje to częstotliwość (dla przyjętego prescalera N = 16 )

(atmega z f_clock = 16 Mhz ) i pojemności licznika 256

f_PWM ~ 4 K hz i rozdzielczości 1,3 mV. Rozdzielczość tego rzędu jest oczywiście przybliżona (zjawisko przeregulowania itp. ). Nie mam doświadczenia, ani układu w którym mógłbym z oscyloskopem posiedzieć, jakieś sugerowane wartości?

-Tętnienia napięcia dodawanego na sygnał wzmacniacza błędu ( U2 ). Symulacja to jedno, jak w rzeczywistych przypadkach na jakie zachowania należy uważać?

PRZEBIEGI DC SWEEP 0-5V DLA V2

Jak widać badając napięcie na R_21 (przebieg czerwony) można sterować prądem nadajnika (zielony przebieg), niebieski to przebieg na V2 [przybliżenie napięcia jakie wyjdzie z całkowania, pokazuje zależność idealną]

Zmieniając wzmocnienie ( R_19 , R_20 ) można dopasować stromość charakterystyki czerwonej aby pokryć cały zakres dynamiczny. Na razie rozważam zmianę punktu pracy na ok 40 mA a jak damy tam potencjometr to uzyskamy możliwość regulacji

Jakość całkowania

Symulacja przeprowadzona dla źródła V2- pulse t_rise = t_fall = 100n , V_on 5v , V_off = 0 V, t_on 0,135ms , t_period = 0,25 ms

Warunki odpowiadają sygnałowi PWM o 4 K hz

Prądy na kondensatorze C_17 osiągają wartości -30 mA i + 30 mA, planuję dać elektrolit (duże pojemności), ale tutaj mamy prądy o zmiennej polaryzacji, czy są to warunki ABSOLUTNIE wykluczające użycie elektrolitów? Należy tutaj użyć np. foliowego?

PRZEBIEG NA R_28

Przebieg napięcia na rezystorze R_28 jako wynik całkowania

PRZEBIEG NAPIECIA NA REZYSTORZE PRÓBKUJACYM I MIERZONYM

Niebieski przebieg to rezystor próbkujący (ucieło skale więc wartości są od 23 mA do 42 mA )

Zielony to przebieg na rezystorze badanym R_21

PRZEBIEG NAPIECIA ZASILANIA ORAZ PRZEBIEG NA DIODACH

DUŻE PRZYBLIŻENIE PRZEBIEGU W WARUNKACH USTALONYCH

Akcja całkująca zaczyna się po 300 ms analizy, dlatego najpierw się ustala prąd a dopiero potem zaczyna się zmieniać. Jak widać na symulacji mamy stabilizację na 3 miejscu po przecinku przy prądzie ~30 mA, szpilka napięciowa praktycznie nie przenosi się na diody.

SCHEMAT ZASILANIA

1 Dopasowanie strat kondensatorów

Dla kondensatora znalazłem taki datasheet

http://katalog.we-online.de/pbs/datasheet/885012107012.pdf

DF = ESR * 2 Pi * f * C → ESR = DF / ( 2 PI * f *C )

Co oznacza że im większa częstotliwość tym mniejsza rezystancja

-jakiego rzędu częstotliwości zakłada się na zakłócenia impulsowe? (na razie przyjmę 100K oraz 10k)

Daje to wartości do pojedynczych ohmów, parametr wpływa na szybkośc gromadzenia ładunku na kondensatorze. W przypadku dużych i nagłych skoków napięcia przez kondensator popłynie duży prąd, co może zdarzyć się tylko dla kondensatora C_1 ,dlatego gdy jego rezystancja szeregowa wynosi ok 0,7 ohma dokładam do niego 10 ohm (rezystor R_29 ) co ogranicza wartość impulsów prądowych do 50mA z 11 A! ale oznacza to dla układu pogorszenie wartości tłumienia dla takiego sygnału (przenoszona jest szpilka napięciowa o wartości [bez rezystora 5.24 V] a z rezystorami 5.34V . Dodawanie pojemności równolegle do C_1 nie poprawia w żadnym stopniu działania układu.

Dla modelu diody wpływ jest nie istotny, przyjęty model w tym zakresie raczej już nie pomoże, trzeba będzie tą część przebadać.

Brak czasu, dużo materiału do opracowania, propozycja odbiornika wkrótce 🙂

Link do komentarza
Share on other sites

Rany, tyle energii zmarnowane 😕

Już raz to pisałem, ale powtórzę się: podchodzisz do tego projektu od... tyłu. Zacznijmy od tego: po co piszesz tutaj swoje posty? Chcesz coś udowodnić, komuś zaimponować czy też oczekujesz zwykłej pomocy? Jeżeli dwa pierwsze, nie mamy o czym mówić. Jeżeli prosisz o pomoc, ja proszę o trochę pokory.

(Chyba) Wszystko rozumiem - młody człowiek, nasłuchał się wiedzy, dostał do ręki symulator i próbuje coś przy jego pomocy sklecić. Tylko, że symulator zniesie wszystko a przed rysowaniem schematów, symulacją, obliczeniami itp powinno iść zastanowienie i chwila refleksji. Gdybyś napisał: chcę napędzać diodę laserową ze źródła prądowego to możemy o tym pogadać. Jak zrobić sterowane źródło prądowe, jak wygenerować napięcie z PWM procesora a nawet jak zrobić kompensację temperaturową prądu. To wszystko są proste rzeczy. Nadal cierpisz jednak na brak rozeznania w technice analogowej i to widać na każdym kroku, przy wymyślaniu ogólnej idei i przy łączeniu ze sobą poszczególnych bloków. Nawet o zwykłym kondensatorze piszesz głupoty: przecież elektrolit nie boi się przepływu prądu w dwie strony (bo jak inaczej mógłby być ładowany i rozładowywany) tylko odwrócenia polaryzacji a do tego przecież tu nigdy nie dojdzie. Nie chcę się czepiać szczegółów - po prostu szkoda Twojego czasu. Narysowałeś bezsensownie skomplikowany układ a potem tracisz czas na jego symulacje. Podajesz jakieś liczby z dokładnością do 12 miejsc - przecież nie ma na Ziemi aparatury mierzącej takie rzeczy. W świecie inżynierskim - jeśli nie wysyłasz sondy na Marsa, wystarczają trzy cyfry. To tylko taka dygresja.

Ale może zacznijmy od początku:

1. Chcesz mieć napięcie analogowe proporcjonalne do wypełnienia PWM - doskonale. Bazując na małej impedancji wyjściowej portu procesora i dobrej stabilności jego zasilania robisz zwykły dolnoprzepustowy filtr RC z elementów rzędu 10k/10uF. Przy tak małym obciążeniu port procesora możesz traktować jak przełączane źródło napięciowe. Masz stałą czasową 100ms która jest w dobrym optimum między szybkością reakcji na zaburzenia typu zmiana temperatury a jednocześnie wystarczająco filtruje sygnał PWM. Przy procesorze 8MHz i nawet 10-bitowym generatorze PWM dostajesz PWM z częstotliwością ok. 7.8kHz. Po filtrze dostaniesz tętnienia ok. 1.5mVpp nałożone na składową stałą 0...5V - moim zdaniem wystarczy. Tak więc za jednym zamachem uzyskałeś napięcie sterujące, pozbyłeś się wzmacniacza operacyjnego i jego bezsensownego obciążania kondensatorem 47uF.

2. Masz już napięcie którym chcesz sterować swoje źródło, ale zrobiłeś je tak, że na wejściu wymagasz sygnału prądowego. To zły pomysł. Konfigurując inaczej wzmacniacz ("+" to wejście, "-" podajesz na rezystor pomiarowy R12 a wyjście tak jak teraz do bazy Q2) dostajesz źródło sterowane czystym napięciem. Ponieważ Twój rezystor pomiarowy ma 10R a chciałbyś dysponować prądem do np. 100mA to na wejście "+" musisz podawać napięcie w zakresie 0..1V. Dzielisz więc to co uzyskałeś w pkt. 1 przez 5 np. dzielnikiem 82k/20k. Nie musi być idealnie dokładnie 1/5, to nie apteka. Zmniejsza to trochę stałą czasową filtru (bo dołączasz równolegle 100k), ale taki jest świat - chyba można to przeżyć. To masz już bardzo dobre źródło prądowe 0...100mA sterowane PWM 0...100% z procesora. Po co dodatkowo mierzysz napięcie na kolektorze Q2 - nie wiem.

3. Do stabilizacji punktu pracy diody laserowej wykorzystujesz diodę pomiarową umieszczoną w tej samej obudowie - i tak za nią zapłaciłeś, żal nie skorzystać. Budujesz prosty wzmacniacz zamieniający prąd na napięcie..., ech, nie ma co tu pisać podręcznika. Przeczytaj może to:

http://www.ti.com/lit/an/sboa035/sboa035.pdf

Sygnałem z tego wzmacniacza karmisz procesor a ten wyznacza nowy prąd diody taki, by generowana moc była stała. Od biedy możesz po prostu umieścić tani czujnik temperatury gdzieś obok diody laserowej i jego sygnałem mierzonym przez ADC (lub z szyny I2C lub z 1-wire) napędzać prostą funkcję programową wyznaczania nowego prądu.

Link do komentarza
Share on other sites

Dziękuje bardzo za uwagi

1 – Rzeczywiście układ z filtrem RC jest wystarczający, co upraszcza układ 🙂

2- Kolejne uproszczenie układu, również działa 🙂

Miałem zamiar mierzyć napięcie na kolektorze Q2 aby korygować wartości wypełnienia sygnału PWM, da się korygować w ten sposób zmiany wprowadzane przez zmiany rezystancji R_12.... tylko, że sytuacja robi się nieciekawa gdy zmienia się rezystancja nadajnika ( R_17), wtedy wprowadzanie poprawek do sygnału PWN względem napięcia kolektora jest absolutnie bez sensu.

Logika jakaś za tym była, ale zupełnie bez sensu.

3 - Dobrze, może nie zaznaczyłem tego wystarczająco wyraźnie w poprzednich postach

-NIE chce zrobić układu sterującego diodą laserową, ponieważ element który chcę sterować prądowo to SFH757, który z punktu widzenia schematu sprowadza się w zasadzie do diody – zwykłej, nie układu połączonych diody laserowej i diody pomiarowej. Z tego powodu w układzie nie można zastosować sugerowanej metody stabilizacji prądu z wykorzystaniem diody pomiarowej której po prostu nie ma. Jak w poprzednim poście zasugerowałeś, w układzie zamodelowałem nadajnik jako te 3 diody i jeden rezystor.

Ale te kilka stron będzie niesamowicie użyteczne przy projektowaniu odbiornika.

NADAJNIK

Stabilizator prądu działa całkiem dobrze (względem zmian rezystancji obciążenia), punkt pracy będzie się zmieniał wraz ze zmianą rezystancji w obwodzie emitera Q2.

A zetem pytam : Jak zrobić kompensację temperaturową prądu?

Pomysł z wykorzystaniem czujnika temperatury ( np. DS18b20 ) - czujnik pozwala osiągnąć dużą rozdzielczość pomiaru do 12 bitów, ale i tak większość tego to będzie zwykły szum, 10 bitów spokojnie starcza, odczyt co 200 ms w przypadku algorytmu regulacji dla tak wolno zmiennego elementu powinien spokojnie starczyć.

Do stabilizacji można by było użyć termistorów NTC, ale będzie to wymagać dopasowywania charakterystyk, do czego akurat zupełnie przekonany nie jestem.

Najlepszy byłby pomiar napięcia na elemencie ale

- obwód kolektora się do tego nie nadaje ponieważ napięcie tam jest zależne od wartości rezystancji samego nadajnika

- Badanie napięcia na rezystorze próbkującym też jest bez sensu

- Czy w prosty sposób można taki pomiar zrealizować?

Racja, z kondensatorem to głupotę powiedziałem, jakoś tak bez refleksji, głupio mi teraz 🙂

Braki w elektronice analogowej są bardzo wyraźne i niestety jedyne co mogę z tym zrobić to konstruować kolejne układy, aż błędy nie będą rażące, przy okazji zawsze zauważę jakieś efekty o których często bym nie pomyślał, na tym polega nauka.

Oczekuję zwykłej pomocy, raczej sugestii, a nie prowadzenia za rękę, czy rysowaniu schematów. Oczywiście zdaje sobie sprawę z faktu, że w układzie który po prostu nie działa ciężko jest o sugestie, bóle porodowe zawsze są najgorsze 🙂

Za każdą pomoc jestem bardzo wdzięczny i jest mi bardzo miło, że posty znajdują odpowiedz. 🙂

Link do komentarza
Share on other sites

No tak, ale jeżeli nie masz diody laserowej, to problem stabilizacji prądu w ogóle odpada. Przecież po stronie nadajnika masz teraz praktycznie idealne źródło prądowe, więc prąd jest taki jak zadasz, niezależnie od ch-ki obciążenia w kolektorze tranzystora. Prawdopodobnie podczas uruchamiania układu prąd ten zostanie (po kilku próbach) ustawiony na jakąś wartość i po co go zmieniać? Jakie zmiany chcesz kompensować? Mocy nadawanej? Tej wg. "Figure 3" z danych katalogowych Avago? Ja tam widzę (dla danego prądu) zmiany mocy w zakresie może 1dBm przy zmianach temperatury od -40 do +85. Co tu poprawiać, tym bardziej, że wolnozmienne wahania mocy związane ze zmianami temperatury nadajnika, napięcia zasilania procesora itp nie przenoszą się do sygnału wyjściowego, bo są poza pasmem akustycznym. Ważne, by nie zmieniły w istotny sposób punktu pracy odbiornika, ale przecież fotodiody są liniowe z zakresie 6-7 rzędów wielkości mocy odbieranego promieniowania.

Acha, w tym urządzeniu nie musisz używać tak wypasionych wzmacniaczy. LT1013 to precyzyjny wzmacniacz niskomocowy a Tobie wystarczy tu zwykły LM258 za 1zł. Jego 100x większy offset (5mV) i tak sprowadzi się do błędu prądu wyjściowego maks. 500uA a typowo 100uA - to bez znaczenia w tym układzie.

Dobra, myśl nad odbiornikiem. Na pewno już coś czytałeś o trybach pracy fotodiod i wzmacniaczach z nimi współpracujących. Może spróbuj pokazać jakąś propozycję schematu bez jakichś dogłębnych symulacji - spróbujemy to ocenić "z marszu".

Link do komentarza
Share on other sites

Dołącz do dyskusji, napisz odpowiedź!

Jeśli masz już konto to zaloguj się teraz, aby opublikować wiadomość jako Ty. Możesz też napisać teraz i zarejestrować się później.
Uwaga: wgrywanie zdjęć i załączników dostępne jest po zalogowaniu!

Anonim
Dołącz do dyskusji! Kliknij i zacznij pisać...

×   Wklejony jako tekst z formatowaniem.   Przywróć formatowanie

  Dozwolonych jest tylko 75 emoji.

×   Twój link będzie automatycznie osadzony.   Wyświetlać jako link

×   Twoja poprzednia zawartość została przywrócona.   Wyczyść edytor

×   Nie możesz wkleić zdjęć bezpośrednio. Prześlij lub wstaw obrazy z adresu URL.

×
×
  • Utwórz nowe...

Ważne informacje

Ta strona używa ciasteczek (cookies), dzięki którym może działać lepiej. Więcej na ten temat znajdziesz w Polityce Prywatności.