Thema: Einfaches PSD Interface

Es fängt damit an, dass man nach dem Strukturbild rechts eine Division ausführen soll, mit Größen, die positiv und negativ sind.

Die Ströme i1 und i2 haben jeweils die Größe von 0 bis zum maximalen Wert is (is ist der Summenwert bei dem gerade der andere Strom null ist). Die Differenz der beiden Ströme im Zähler ist damit im Bereich von – is bis +is. Im Nenner steht auch gerade is. Der Weg x geht damit von –is/k bis +is/k oder –xm bis +xm.


Überträgt man den Bereich von –xm bis +xm linear in einen anderen Bereich für y von 0 bis ym, dann ist y = ( x + 1 ) / 2.
Aus der Gleichung
x = k * (i1 – i2) / ( i1 + i2) wird damit
y = c * ( (i1 – i2) + ( i1 + i2) ) / 2 * ( i1 + i2)
also
y = c * i1 / (i1 + i2)


Damit erhält man Operationen die aus positiven Größen i1 und i2 eine positiven Wert von y bestimmen und eliminiert damit die Division von negativen Größen.

Vielleicht ist die Schaltung links damit besser in ihrer Funktion zu analysieren.
Manfred

Die Schaltung im Bild besteht aus 4 Teilen:
A) dem linken OPV als Hilfsspannungsquelle,
B) den Dioden des PSD mit den Schaltern,
C) dem rechten OPV als Integrator,
D) den beiden Invertern als Schmitt Trigger.

Bei D wird ein PWM Signal p ausgegeben das der Position y/ym entsprechen soll. Das Signal p geht an den Schalter S1 und das inverse Signal (1-p) geht an den Schalter S2.

Die Dioden liegen in Reihenschaltung in entgegengesetzter Richtung am Eingang des Integrators. Da die beiden Signale die Schalter abwechselnd schließen ist jeweils eine Diode kurzgeschlossen und die andere liegt für sich allein am Eingang und ihr Strom ist der Eingangsstrom des Integrators.

Bild hier  
Das Bild von oben noch einmal.

Während der relativen Einschaltdauer p ist der Schalter S1 geschlossen und der Strom i2 der Diode D2 fließt in den Eingang. Während der übrigen Zeit (1-p) fließt der Strom -i1 der Diode D1 in den Integrator.

Damit erhält der Integrator pro Periode den Strom i2 * p – i1 * ( 1 - p ). Da der Integrator zwischen den Schaltpunkten des Schmitt Triggers hin und her regelt ist der Mittelwert des Stroms null und es gilt:

i2 * p = i1 * ( 1 - p )
i2 * p = i1 – i1 * p

p = i1 / ( i1 + i2 )

Damit ist dann p = y/ym, proportional zur Position des Lichtflecks, gemessen ab dem linkem Rand des PSD.

Bei einer Änderung der Intensität des Lichtflecks auf dem PSD ändert sich die Frequenz des Ausgangssignals aber nicht die relative Einschaltdauer p, das wurde ja auch so berechnet. Schön ist auch dass die Schaltung ohne Spezialbauteile aufgebaut ist und nicht mehr als 1mA benötigt.
Manfred