1.3.10: Lichtmessung mit den LEDs auf der Ping-Pong-Platine
Zufällig liegen einige der LEDs auf der Ping-Pong-Platine an den Pins
PC0...PC.3 des Mega8, die auch an den internen AD-Wandler führen. Da LEDs
bekanntlich auch als Fotodioden arbeiten tauchte die Frage auf, ob man mit den
LEDs auf der Platine nebenbei auch eine Lichtmessung durchführen kann. Nach
einigen Versuchen hat sich gezeigt: es geht! Die folgende Routine liefert eine
in erster Näherunge linear zur Beleuchtungsstärke proportionale Spannung. Dabei
spielen die LED-Kapazitäten eine wichtige Rolle. Der Port ist zunächst ein
niederohmiger Ausgang im Low-Zustand, die Kapazitäten werden also entladen.
Sobald der Port hochohmig geschaltet wird lädt der Fotostrom die
Diodenkapazitäten auf. Nach einer Millisekunde wird die erreichte Spannung
gemessen. Bis ca. 1 V ist das Ergebnis proportional zur Helligkeit. Irgendwo
über 1,5 V tritt die LED-Diodenkennlinie in Aktion und begrenzt den weiteren Anstieg.
Die ganze Messung wird übrigens mit dem Timer 2 synchronisiert, der für die
Multiplex-Ansteuerung der LEDs zuständig ist. Damit wird verhindert, dass
zufällig gerade in dem Moment gemessen werden kann, wo gerade die Ports
umgeschaltet werden, denn dabei könnten Störsignale entstehen.
Sub Lichtmessung
Loop Until Timer2 > 100
Portc.0 = 0
Ddrc.0 = 0
Waitms 1
U = Getadc(0)
Ddrc.0 = 1
Portc.0 = 0
End Sub
Bei den Versuchen hat sich gezeigt, dass die LEDs weißes Licht messen können.
Mit einem roten Laser dagegen geht absolut nichts! Die einzelnen Potonen müssen
mindestens eine Energie aufweisen, die dem Bandabstand des Halbleitermaterials
entspricht. Da das von den hellroten LEDs emittierte Licht eine kürzere
Wellenlänge besitzt als der Laser mit seinem dunkelroten Licht, reicht es
gerade nicht. Es muss schon mindestens hellrot oder gelb sein. Auch ein grüner
Laser geht, und natürlich weißes Licht.
Der Photoeffekt (auch Hallwachs-Effekt) wurde zuerst an geladenen
Metallplatten entdeckt. Bestrahlt man eine negativ geladene Zinkplatte mit
UV-Licht, dann entlädt sie sich. Licht größerer Wellenlänge bringt diesen
Effekt nicht. Mit der Entwicklung der Quantentheorie wurde klar: Die Energie
eines Lichtquants E = h*f (h = Plancksches Wirkungsquantum, f = Frequenz der
Lichtwellen) muss über der Bindungsenergie der Elektronen liegen. Das Licht des
grünen Lasers hat eine Wellenlänge von ca. 500 nm und damit eine Frequenz von
600 * 10^12 Hz. Daraus ergibt sich eine Energie von ca. 4 * 10^-19 J = 2,5 eV.
Ganz grob geschätzt kann eine LED dann als Fotodiode für dieses Licht arbeiten,
wenn ihre Durchlassspannung unterhalb 2,5 V liegt. Das ist bei den verwendeten
roten LEDs auf der Ping-Pong-Platine der Fall.
23.3.10: HF-Schwingungen im Röhernverstärker
Ein Leserfrage: Ich bin gerade dabei einen Röhrenverstärker für meine
Gitarre zu bauen.Ich habe bei dem Verstärker Probleme mit Eigenschwingungen.
Wenn man das Lautstärkepotentiometer mehr als etwa 10° aufdreht, fängt der
Verstärker an zu schwingen. Die Frequenz der Schwingung beträgt ca. 183 kHz. Es
ist ein fast tadelloser Sinus, der am Ausgang zu messen ist. Die Amplitude ist
so hoch wie es die maximale Aussteuerung erlaubt. Wenn man ein Signal am
Eingang einspeist, geht das völlig in der Eigenschwingung unter. Das Signal
welches zu hören ist, ist völlig verzerrt und von hochfrequenten Störungen
überlagert.
Lösungsvorschlag: Die 183 kHz lassen vermuten, dass es eine kapazitive
Rückkopplung vom Ausgang auf den Eingang ist. Sie können es testen, wenn Sie
den Eingang zur Probe mal mit einem Widerstand, z.B. 1 k überbrücken. Beheben
kann man das Problem vielleicht mit mehr Anstand zwischen den Leitungen oder
mit abgeschirmten Leitungen vor allem am Eingang.
Erfolg: Es war tatsächlich eine kapazitive Rückkopplung. Ich hatte die
Anodenspannungensleitungen vom AÜ, die an die Endröhren führen, zu dicht an der
Eingangsklinkenbuchse vorbei verlegt. Nach einer Änderung im Layout
funktioniert der Verstärker jetzt tadellos. Ein Zeichen für die Rückkopplung
ist auch die Abhängigkeit vom Lautstärkeregler, wie mir jetzt klar wird. Nur
setzt die Rückkopplung nicht ganz so sanft ein, wie bei einem Audion. ;-)