Förstärkare till BPW34 fotodiod

[Erik5678]

Hej!

Jag har en BPW34 fotodiod som jag tänkt använda med Soundcard Oscilloscope för att mäta flimmerfrekvens på bildskärmar/TV-apparater och liknande. Den är i nuläget lödd direkt till en 3,5mm-kontakt med 1 meter kabel mellan. Problemet är att signalen blir för svag.

När jag lyser på den med en stark LED-ficklampa så visar den en fin kurva med frekvens. Tyvärr så har jag för mycket 50Hz-brus för att kunna använda den med min stationära dator via ett Steinberg UR22 MkII-interface, så jag använde i detta fallet en app för Android med en Zoom H1n kopplad via USB. Med den på ca 7/10 i gain så får jag en fin signal från min Mini Maglite LED.

Om jag däremot försöker läsa av en bildskärm så räcker inte ens 10/10 för att få något nämnvärt utslag VU-mätaren eller oscilloskopet. Jag behöver alltså en förstärkare. Det finns en del kretsscheman för OP-amps till just BPW34, men jag vet inte om dessa är lämpliga för anslutning till ett ljudkort eller om jag kommer att grilla något.

En mätning med multimeter avslöjar att den som mest ger ca 500 mV utan förstärkare, och linjeingångar verkar vilja ha max 2 volt. Jag skulle alltså säkert kunna förstärka signalen 4x. Däremot tror jag inte att det blir tillräckligt för att få en bra signal från en relativt svag ljuskälla.

Några idéer? Jag är helt grön på OP-amps. Alla vettiga förslag välkomnas

[E Kafeman]

Hög spänning från en BPW34 är till glädje om du vill ladda ett batteri, lite grovt uttryckt. Det är ointressant om man vill avläsa snabbt varierande och svagare ljusvariationer på det viset du beskriver.
För att avläsa svaga ljusvariationer ska dioden ha reverserad bias med hög impedans på biaseringen för att kunna avläsa svaga variationer i backströmmen.
"Reverserad" innebär att dioden och dess bias byter polaritet.
Hellre hög bias-spänning och högt motståndsvärde på bias-motstånd än tvärs om.
Denna höga impedans tål dåligt att lastas av kablar och signal förloras, därför behövs en förstärkare. Förstärkning av spänning är inte förstärkarens viktigaste funktion utan det är att omvandla den höga impedansen till en lägre impedans som t.ex. kan skickas via kabel till krets som gör något med signalen.
Det är vanligt att man därför gör en mindre förstärkare/impedansanpassare med kortast möjliga ledare vid foto-sensorn och sedan skickar signalen vidare till huvudelektroniken.
För långa ledare, för att ge en uppfattning, ledare mellan diod och förstärkarkrets kan anses som prestandaförsämrande långa om de är 5 mm eller mer. Skärmning och jordplan har även det inverkan på prestandan. Bygger man skatbon så blir resultatet därefter.
Vill man vässa prestandan på ljussensorn ytterligare så är aktiv biasering möjlig. Då kan man finjustera så att dioden är som mest känslig för ljusvariationer oavsett omgivningsljusets allmän-nivå men för att läsa av bildskärmars frekvenser lär det inte behövas.

[Icecap]

Jag googlade på "bpw 34 amplifier" och det dök upp många scheman. Vissa var usla, andra riktigt bra.

Och jag instämmer med E Kafeman: vilken spänning den ger är ointressant om inte man har en ljuskälla som varierar mellan svart och mycket intensiv färg. Man mäter istället läckströmmen genom.

Detta betyder att om du t.ex. tar ett 9V batteri och kopplar - till anoden, sedan ett motstånd (100k eller så) till katoden och andra ändan av motståndet till +9V. En kondensator (+ på katoden) isolerar DC-komponenten, -9V är GND.

Denna koppling vill ge dig en ganska dålig "förstärkare" men du kan ju se om det fungerar. Rätt är såklart att bygga en aktiv förstärkare.

[Erik5678]

Okej, så jag var uppenbarligen fel ute.

Har ni något exempel på en lämplig krets till mitt ändamål? Att den ska sitta så nära dioden som möjligt är jag helt med på.

Problemet som ska lösas är att signalen jag får från bildskärmarna är för svag. Den ger inte ens utslag på oscilloskopet/VU-mätaren. Hur det löses är egentligen ointressant bara det fungerar. Jag har ingen speciell lösning i åtanke då jag är dålig på signalförstärkning, men såg att op-amp var ett populärt alternativ.

Det är viktigt att den ska kunna fungera att mäta bildskärmar vid så låg ljusstyrka som 10%, och på äldre prylar kan det vara ganska svagt.

[E Kafeman]

Gamla bildrörs-skärmar är det väldigt kraftiga signaler från. Däremot kan nyare bildskärmar vara lite luriga att mäta på då exklusivare skärmar själv buffrar pixelinfo, kantskärper, hdr osv så pixelelement går inte alltid i samma sync.
Att det inte fungerar för dej för närvarande, beror nog på att koplingen inte kan förväntas fungera något vidare.
Beroende på hur elektronik-kunskaperna ser ut, så kan OP kanske kännas som en svart magisk låda, medans förståelsen för transistorer är enklare.
Denna transistor-krets förstärker både strömmen och spänningen, allt byggs på samma kretskort och är lättbyggt att få igång och det blir kraftig signal, kanske för kraftig för en mikrofoningång.
Dubbla fotodioder är valfritt. De flesta småsignal NPN / PNP trissor duger.

bpw_ampl.png

[Erik5678]

Den där ser bra ut, tack! Det kan till och med hända att jag har komponenter hemma.

Du säger att signalen kanske blir för kraftig för en mikrofoningång. Menar du då att signalen är för kraftig för att kunna använda, eller att den riskerar att skada ingången? Det bör ju gå fint med en linjeingång om den den är något för kraftig för mikrofoningång.

Hur stor skillnad skulle dubbla fotodioder göra i praktiken? Har nämligen två stycken liggande.

Bifogar även en bild på vad jag lyckades få ut med en ensam BPW34 kopplad med 1,5 meter hörlurskabel till en Zoom H1n ansluten till en Android-telefon. Detta med en Maglite Mini LED på högsta styrka. Med en ljusstark bildskärm på 100% ljusstyrka fick jag inte ens något utslag.

[Icecap]

Dubbla dioder ger dubbla läckströmmen - men även dubbla kapacitansen. Testa först med en.

[E Kafeman]

Med för kraftig menar jag att det kan överstyra signalingången. Den kan inte skadas av denna kretsen då max ström är begränsad.
Överstyrningen kan vara pga av modulation från bildskärm men även av annat. Som du nämnde tidigare, om mesta av ljuset i rummet kommer från lampor som blinkar med 50 eller 100 Hz så blir dom den starkaste signalen man plockar upp.

Kabel bör vara skärmad signalkabel. Oskärmat och man tar emot 50Hz em-fält den vägen. Det sker samma sak som om du använder mikrofon via oskärmad kabel. Det blir en massa brum.
Det finns ingen anledning att använda dubbla dioder för ditt ändamål. Anledning till att använda dubbla dioder är att det ökar läckströmmen något och kan ge en bättre arbetspunkt vid riktigt mörk omgivning men samtidigt minskar man motsvarande på max nivå av omgivningsljus som förstärkaren kan hantera. Effekterna är marginella i ditt fall.

[Erik5678]

Tack!

Då tror jag att jag har koll på vad jag behöver göra.
Skärmad kabel får jag se till att skaffa. Extern strömmatning blir lite tråkigt, men det får funka. Det vore smidigast att mata med +5V så kan jag använda ett vanligt batteripaket för laddning av telefoner, om det inte är för mycket skräp på dess utgångar.

Men nu finns det en plan. Tack alla som har hjälpt till!

[hcb]

Jag har bara telefonen till hands så set blir en Dropboxlänk i stället fören bilaga.

https://www.dropbox.com/s/gx1b0jvr5uyid ... s.pdf?dl=0

Det är en applikationsnot från UDT sensors med litet exempel på kopplingar.

[E Kafeman]

Ett 9V batteri lär räcka i 500 timmar eller mer så det behövs ingen extern spänningsmatning. Det går bra att limma fast batteriet på samma PCB som förstärkaren.

[Erik5678]

Tack för det dokumentet hcb, det var intressant!

E Kafeman: Hela kretsen ska rymmas i en gammal filmbehållare för 35mm-film. Ett 9V-batteri går inte ens i om den är tom.

Jag skulle kunna ändra till något lite större, men det måste vara ljustätt så att jag kan lägga mot skärmar och mäta i rum med normal ljusnivå. Den önskas dessutom vara väldigt portabel så att den är lätt att ta med. Jag får fundera lite på den biten. Jag antar att ett USB-batteripaket kommer att ge för mycket störningar eftersom det är switchat.

Nu ska jag bara hitta lite tid att bygga ihop det här.

[E Kafeman]

Elektroniken är iofs inte större än att den ryms på toppen av ett 9V batteri.
Gjut in det i svart silikon där fototrissan endast syns. Silikon gör att det blir lite flexibelt så man inte skrapar lacken på gamla bildskärmsytor som dessutom är lite svängda i ytan så det kan bli svårt att få ljustätt med en hård burk.
Om man inte har batteriet riktigt nära denna förstärkaren så behöves åtminstone läggas till avkoppling för matningsspänningen för annars skapas oönskade slingor som kan plocka upp EM-skräp eller ge ostabil förstärkare.

Möjligen kan man omdesigna förstärkaren att få matningsspänning via mikrofonkabeln, men då måste det göras ytterligare en burk för batteri och signal-avskiljare, vilket är lite overkill för denna rätt simpla kretsen.

Är inbyggnad i gammal filmrulle ett krav så finns en mängd batterier som får rum och lämnar lagom spänning.
Denna typ av batteri används i bl.a kameror och svetshjälmar:

gp-ultra-23ae-12v-alkaline-battery-a23-v23ga-mn21.jpg

[Erik5678]

Det är en poäng med avståndet till strömkällan. Att burken är hård spelar ingen roll. Jag har en mjuk tätning runt öppningen för fotodioden som både skyddar skärmen och gör det ljustätt.

Nu funderar jag på att använda en lämplig plastkapsling med plats för ett lämpligt batteri istället för filmburk. Kan ljusisolera insidan vid fotodioden. Det blir nog bra. Kanske en metallkapsling är bättre för skärmning? Tål att tänkas på.