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Applikationsschaltungen Band 2, Teil 1, Seite 259
8.2 Fotoverstärker mit automatischer Helligkeitsanpassung
https://d-nb.info/931037778/04
http://sites.schaltungen.at/10-000-applikationen/home/b-band-2
692_c_Appl.-z_BB02-Tl1-$1259 FotoVerstärker mit autom. Helligkeitsanpassung § BPY47 uA741_1a.pdf
An den Differenzeingängen eines Operationsverstärkers uA741 werden Gleichtaktsignale stark unterdrückt, Gegentaktsignale dagegen hoch verstärkt.
Nützt man dieses Verhalten aus, so läßt sich mit einfachen Mitteln ein interessanter Verstärker aufbauen, der sich vielseitig einsetzen läßt.
Als Anwendungsbeispiel dient ein Fotoverstärker hoher Empfindlichkeit, der sich an unterschiedliche Helligkeitsverhältnisse selbständig anpaßt (Abb. 8.2.1).
Anstelle des Fotoelementes BPY47 lassen sich aber auch beliebige andere Sensoren anschließen.
Wirkungsweise
Das Fotoelement F gibt einen der Beleuchtungsstärke proportionalen Strom ab, wovon ein Teil über den Empfindlichkeitssteller P 1 als Gleichtaktsignal auf die beiden Eingänge des Operationsverstärkers gelangt.
Da Gleichtaktsignale unterdrückt werden, bleibt im stationären Zustand der Ausgang des Operationsverstärkers auf null.
Sobald eine Helligkeitsänderung auftritt, kann sich diese nur am nichtinvertierenden Eingang sofort auswirken.
Am invertierenden Eingang wird sie durch den Kondensator C 1 verzögert wirksam.
Wegen der Verzögerung ergibt sich demnach eine Gegentaktansteuerung, bei der die Verstärkung v = (1 + R4 / R3) beträgt.
Nach Abklingen der Verzögerung geht die Ausgangsspannung wieder auf 0V zurück,
d.h. der Verstärker paßt sich selbständig an die neue Helligkeit an.
Im Ruhezustand liegt der Ausgang des Verstärkers also grundsätzlich auf 0V, unabhängig davon, ob das Fotoelement voll beleuchtet oder völlig abgedunkelt ist.
Ohne äußere Schaltungsmaßnahmen arbeitet der Verstärker symmetrisch.
Mit der Verzögerung am invertierenden Eingang ergeben Aufhellungen positive, Abdunkelungen negative Ausgangsimpulse, die sich
z.B. direkt zur Ansteuerung eines nachgeschalteten Speichers eignen.
Wird keine hohe Grenzfrequenz gefordert, so läßt sich die Schaltung mit jedem billigen Operationsverstärker (z.B. uA741) aufbauen.
Sie arbeitet trotz hoher Verstärkung absolut stabil.
Mit C1 = 100 uF steht das Ausgangssignal beim schnell Übergang von dunkel auf hell etwa 1 ses. an.
Bereits geringste Helligkeitsänderungen, wie sie
z.B. bei der Fehlersuche bewegter Materialbahnen in Form von Löchern auftreten, werden durch Impulse am Ausgang angezeigt.
Quelle:
Günter Kilian
Lichtänderungs-Schaltung 
die Spannung nach dem 100nF Kondensator ist über den PullUp immer 12V, davor auch, wenn der Transistor nicht leitet.
Wenn die Spannung auf der Transistor-Seite langsam abfällt, fließt ein winziger Ladestrom, der nicht ausreicht, um auf der anderen Seite die Spannung über den PullUp auf < 1/3 Ub zu bringen. Nach dem Aufladen ist nach dem Kondensator wieder +12V (über den PullUp). Wenn am Collektor die Änderung von Plus nach GND schnell erfolgt, dann ist für einen kurzen Moment der Ladestrom ausreichend, um hinter dem Kondensator unter 1/3 Ub zu kommen und den Timer zu triggern; nach dem Aufladen liegen dann wieder 12V (über den PullUp) an. Ladestrom fließt immer nur so lange, bis der Kondensator mit der anliegenden Spannung geladen ist. Deswegen läßt er Wechselspannung durch und Gleichspannung nur ganz kurz, bis er aufgeladen ist; dann kann keine Gleichspannung mehr durch.
http://www.domnick-elektronik.de/elek555.htm
Sonnenfolger (Solar Seeker)
In diesem Analogtipp stellen wir eine Schaltung vor, mit der Sie die relative Helligkeit von zwei Lichtquellen ermitteln können, die sich in unterschiedlichen Räumen befinden.
Eine mögliche Anwendung ist ein Solarfolger.
http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD623.pdf
Bild 2:
Die Ausgangsspannung gibt Aufschluss über die relative Lichtstärke.
Eine Möglichkeit diese relative Lichtstärke zu bestimmen, besteht darin, die Unterschiede an den Ausgängen von zwei zusätzlichen Lichtdetektoren zu messen.
Dabei befindet sich ein Detektor im sogenannten Kontrollraum, der andere in einem anderen Raum.
Die Differenz wird in ein massebezogenes Signal gewandelt.
Die Schaltung in Bild 1 zeigt eine einfache, aber effiziente Möglichkeit.
Sie enthält mit R1 und R2 spezielle Widerstände, sogenannte LDR03 (Light Dependent Resistor, deutsch Fotowiderstand).
Ein Fotowiderstand ist ein passives Bauteil, dessen Widerstandswert sich proportional zu der auf seine Oberfläche auftreffenden Lichtmenge ändert.
In Bild 1 ist R1 der LDR in Raum 1 und R2 der LDR in Raum 2.
In der Regel haben Fotowiderstände bei Dunkelheit einen Widerstandswert von etwa 1 MΩ.
Beim Auftreffen von Licht auf den Fotowiderstand sinkt der Widerstandswert je nach Modell auf einige kΩ (10 bis 20 kΩ bei 10 lx, 2 bis 4 kΩ bei 100 lx).
Die Schaltung in Bild 1 enthält den Instrumentenverstärker AD623 und zwei Fotowiderstände.
Als Messwertgeber fungiert der Fotowiderstand R1 mit der „Referenzpunkt“-Lichtquelle.
R1 dient so als Richtwert für die Lichtstärke und befindet sich im Kontrollraum.
Bei einem Vergleich von mehr als zwei Lichtquellen sollte diese Lichtquelle als Referenz bei jedem Vergleich dienen.
Es dauert 8 bis 12 ms, bis sich der Widerstandswert ändert.
Bis der Widerstand seinen Ausgangswert wieder annimmt, vergehen einige Sekunden.
Die Schaltung ist einfach.
Die Versorgungsspannungen des Systems betragen ±5 V, die Spannung an beiden Eingängen beträgt Uin.
Deshalb wird die gleiche Spannung an einem Ende jedes Fotowiderstands angelegt, während das andere Ende auf Masse liegt.
Würde die gleiche Lichtmenge auf beide Fotowiderstände LDR05 auftreffen, wäre die Stromdifferenz zwischen ihnen Null, da ihre Widerstandswerte gleich groß sind.
Das Ergebnis ist eine Ausgangsspannung von 0 V.
Sind die beiden Räume nicht gleich beleuchtet, besteht ein Unterschied zwischen den Intensitäten der beiden Lichtquellen.
Dies erzeugt eine Spannung am Ausgang des Systems.
Die Polarität der Spannung signalisiert, welcher Raum heller beleuchtet ist.
Bei einer positiven Ausgangsspannung fällt mehr Licht auf LDR 2 und umgekehrt, falls die Ausgangsspannung negativ ist.
Bild 2 zeigt den Signalverlauf am Ausgang auf einem Oszilloskop.
Die rechteckförmige Eingangsspannung von 1 Vss bei einer Frequenz von 1 kHz und etwa 2 V am Ausgang zeigt, dass die Lichtquelle in Raum 2 heller ist.
Im Versuchsaufbau befinden sich zwei LEDs am Ausgang des AD623.
Die rote LED mit dem Pluspol am Ausgang würde bei einem positiven Ausgangssignal (Raum 2 ist heller) leuchten.
Die gelbe LED mit dem Pluspol auf Masse würde leuchten, wenn Raum 1 heller wäre.
Die Helligkeit der LED zeigt die relative Lichtstärke im Raum.
Sind beide Räume gleich hell, liegen am Ausgang 0 V an und beide LEDs sind ausgeschaltet.
Die Spannung am Ausgang der Schaltung beträgt Uout = Uin * 50 K *(1/R1 – 1/R2).
Der Effektivwert des Ausgangs entspricht der Lichtstärke der beiden Lichtquellen.
Nach der Kalibrierung des Widerstandes R1 lässt sich, um mit dem genauen Widerstandswert bei einer bestimmten Helligkeit zu arbeiten, der LDR R1 durch einen „normalen“ Widerstand ersetzen.
In diesem Fall vergleicht das System ständig den Wert von R2 mit dieser „Kontroll“-Helligkeit.
Der Widerstand mit festem Wert ist die am besten bekannte Lichtreferenz.
Diese Schaltung kann beispielsweise als Sonnenfolger (Solar Seeker) verwendet werden.
Das ist ein einfaches Gerät, das einer Lichtquelle folgt und Solarpanels stets zur Sonne ausrichtet.
Ein Servomotor dreht dabei die Fotowiderstände.
Fazit:
Mit der beschriebenen Schaltung lässt sich die relative Lichtstärke von zwei Lichtquellen mit den Widerständen R1 bzw. R2 ermitteln, die sich in unterschiedlichen Räumen befinden.
Die Schaltung kann mit zwei AA-Batterien versorgt werden.
Quelle:
Chau Tran
Analog Devices
Elektronikpraxis 2018-06-07 Nr.11 Seite 18
https://www.analog-praxis.de/die-relative-lichtstaerke-zweier-lichtquellen-einfach-messen-a-715327/
http://files.vogel.de/vogelonline/vogelonline/issues/ep/2018/011.pdf
3.19 Lichtschwankungsmesser als Differenzverstärker
Die Schaltung nach Abb. 3.19-1a zeigt einen empfindlichen Lichtdifferenzverstärker.
In der Schaltung nach Abb. 3.19-1a ist die Basis des Fototransistors nicht angeschlossen.
Es werden 2 gleiche Fototransistoren,
z.B. Typ BPY62, eingesetzt, die über je einen Emitterfolger BC107 den Operationsverstärker uA709 symmetrisch ansteuern.
Die Widerstände R1 und R2 in der Emitterleitung der Fototransistoren müssen je nach Umgebungshelligkeit festgelegt werden.
Gegebenenfalls können sie regelbar ausgeführt werden, wobei ein Begrenzungswiderstand von 3,3 kOhm vorzusehen ist.
Beide Widerstände werden so gewählt, daß an den Eingängen pin-2 und pin-3 und damit am Ausgang pin-6 eine Spannung von 0V gegen Masse zu messen ist.
Mit dem 100k Potentiometer P2 ist sowohl eine Unsymmetrie des Eingangsteilers als auch die des Operationsverstärkers auszugleichen.
Das 1M Potentiometer P1 stellte die Verstärkung des Operationsverstärkers ein und damit die Empfindlichkeit der Schaltung.
Die Schaltung kann für mannigfaltige Verwendungen eingesetzt werden.
Sie registriert sofort, wenn die Helligkeit beider Fototransistoren unterschiedlich ist oder sich auch nur geringfügig ändert.
Das kann bei Bewegungssteuerungen an Maschinen sein oder beim Vergleich der Helligkeit zweier Strahler.
Auch sind damit Zeitmessungen an sich bewegenden Objekten möglich.
Die Eingangsschaltung nach Abb. 3.19-1b ist den umgebenden Lichtverhältnissen besser angepaßt.
Die Punkte A und B werden wieder mit dem Operationsverstärker nach Abb. 3.19-1a verbunden.
Das Potentiometer P1 (10k) und / oder P2 legt für die beiden Fototransistoren die Basisspannung fest.
Dadurch kann für irgendwelche Helligkeitswerte die Ausgangsspannung auf 0V eingeregelt werden.
Dabei kann eine Feineinstellung mit dem Potentiometer P3 (5 kOhm) erfolgen.
Applikations-Schaltungen, Band 1, Teil 3, Kapitel 6, Seite 105,
691_c_Appl.-z_Bd01-Tl3-$0685 Lichtschwankungsmesser als Differenzverstärker § BPW22 BPY62 uA709 BC107_1a,pdf
Applikations-Schaltungen, Band 2, Teil 2, Kapitel 3, Seite 109,
Bd02-Tl2-$xxxx Lichtschwankungsmesser als Differenzverstärker § BPY62 uA709 BC107
2.11 Temperaturmessung mit dem Operationsverstärker als Differenzverstärker
Die vorliegende Schaltung Abb. 2.11-1 zeigt einen Operationsverstärker uA741 mit nachgeschalteten Schalttransistoren zur Relaisansteuerung.
Im Eingangskreis des Operationsverstärkers ist eine Widerstandsbrückenschaltung gebildet worden, in deren einem Zweig der als Temperaturfühler eingesetzte PTC- oder NTC-Widerstand R1 zu sehen ist.
Der abgleich der Brücke wird so vorgenommen, daß mit P1 das Potential an A auf Ub / 2 eingestellt wird.
Die Widerstände R2 und P2 werden so gewählt, daß sie in Verbindung mit dem benutzten Temperaturfühlerwiderstand mit P2 ebenfalls eine einstellbare Spannung an Punkt B für die gewünschte Temperatur ergeben.
Somit ist nach Abgleich die Spannung der Brücke zwischen den Punkten A und B = 0V.
Gegen Masse gemessen führen beide ein Potential von Ub / 2 .
Ändert sich von der gewählten mit P2 einstellbaren Basistemperatur jetzt die Temperatur, so kommt die Brücke aus dem Gleichgewicht.
Zwischen den Punkten A und B tritt eine symmetrische Differenzspannung auf, welche den Operationsverstärker jetzt ansteuert.
Der Widerstand R3 bestimmt dabei im wesentlichen die Verstärkung.
Die Ausgangsgleichspannung steuert die Relaisstufen an.
Wird die Ausgangsspannung positiver, so werden die Transistoren BC107 und BC360 angesteuert, welche das Relais 1 zum Ansprechen bringen.
Bei negativ werdender Ausgangsspannung wird das Relais 2 über die Transistoren BC213 und BSY86 angesteuert.
Die Größe des mit P3 eingestellten Widerstandes bestimmt die Schaltschwelle der Anordnung und damit den Temperaturbereich von der Solltemperatur aus, der die Relais ansprechen läßt.
Bei einem kleinen Widerstand von P3 wird die tote Steuerzone der Transistoren BC107 und BC213 ca. 1,2V betragen.
R3 bestimmt hier die maximale Empfindlichkeit, die bei ± 0,1°C vor der Solltemperatur liegen kann.
Wird P3 größer geregelt und evtl. zusätzlich R3 verkleinert, so ist der Ansprechbereich kontinuierlich bis z. B. ± 5°C zu ändern.
Die Relais 1 und 2 können Maßnahmen steuern, die in dem überwachten Raum ein gegenläufiges Temperaturverhalten — Erwärmen oder Abkühlen — einschalten.
Applikations-Schaltungen, Band 2, Teil 2, Kapitel 2, Seite 74,
Bd02-Tl2-$xxxx Temperaturmessung mit dem Operationsverstärker als Differenzverstärker § NTC10k uA741 BC107 BC360 BSY86 2xRel.
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