Hochfrequenz blinkende LEDs und Sensor dafür

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Ich möchte, dass die LEDs schnell blinken. (mehr als 1000 Blinksignale pro Sekunde, schneller ist besser)

Erstens bin ich neugierig, dass die handelsüblichen LEDs in der Lage sind, mit einer so hohen Frequenz zu blinken.

Das Datenblatt der derzeit verwendeten LEDs finden Sie hier . Ich habe keine Ahnung, welche Informationen ich für meinen Zweck sehen soll. Oder Sie könnten mir andere Produkte vorschlagen.

Zweitens gibt es einen Sensor (Fotowiderstand usw.) mit einer so guten zeitlichen Auflösung, um schnell blinkende LEDs zu erkennen.

Meine Kandidaten sind zwei, CdS-Zellen-Fotowiderstand und Lichtempfindlicher Spannungsgenerator . Nochmals, welche Informationen muss ich prüfen?

ps Ich stelle diese Fragen, da ich ein Kommunikationssystem für sichtbares Licht bauen möchte. Es ist mir gelungen, die LEDs 32-mal pro Sekunde blinken zu lassen. Aber darüber hinaus kann ich nicht mit bloßen Augen herausfinden, ob es funktioniert oder nicht.

Jeon
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Nur 1kHz? Und hier dachte ich, Sie hätten eine Herausforderung ...
Ignacio Vazquez-Abrams
Ich meine, für den ersten Schritt reicht 1 kHz. Aber je schneller desto besser.
Jeon
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1 GHz ist eine Herausforderung. 1kHz, nicht so sehr.
Ignacio Vazquez-Abrams
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Eine Fernsehfernbedienung verwendet üblicherweise (IR) -LEDs, die mit 38 kHz moduliert sind, und diese sind ziemlich einfach zu konstruieren. (Daher sind diese Dinge günstig zu kaufen). S / PDIF-Schnittstellen (digitales Audio) verwenden (sichtbare rote) LEDs, die meiner Meinung nach mit etwa 2 MHz moduliert sind. Ihr Problem wird wahrscheinlich nicht die LED sein, sondern die Treiberschaltung.
jippie
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Für IR werden diese TSOP *** -Empfänger in Fernsteuerungsanwendungen verwendet (38 kHz, <1 USD). Suchen Sie einfach nach "tsop ir receiver".
JimmyB

Antworten:

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So adressieren Sie die Unterteile nacheinander:

Standard-LEDs können mit einer so hohen Frequenz blinken

Nahezu jede verfügbare LED kann mit weitaus höheren Blinkfrequenzen als 1 KHz betrieben werden: Weiße LEDs oder andere, die einen sekundären Leuchtstoff verwenden, sind am langsamsten und werden häufig im Bereich von 1 bis 5 MHz getoppt, während Standard-Primär-LEDs von der Stange sind LEDs (rot, blau, grün, IR, UV usw.) haben normalerweise eine Grenzfrequenz von 10 bis 50 MHz (Sinus).

Die Grenzfrequenz ist die maximale Frequenz, bei der die Lichtemission auf die Hälfte der ursprünglichen Intensität abfällt. In wenigen LED-Datenblättern ist die Grenzfrequenz aufgeführt, aber die Anstiegs- und Abfallzeit der LED ist häufiger - leider nicht für das in der Frage angegebene Datenblatt.

In der Praxis wäre es sicher, bei einem gut geformten Rechteckimpuls die Grenzfrequenz auf ein Zehntel zu erhöhen, so dass eine 1-MHz-Kommunikation mit sichtbarem Licht sehr vernünftig ist. Solange LEDs SMD sind oder sehr kurze Leitungslängen haben und die Kapazität und Induktivität der Leiterbahnen / Bauelemente auf ein Minimum beschränkt sind, ist die Ansteuerung einer LED auf 1 MHz ohne komplexe impulsformende Ansteuerschaltungen möglich.

Weitere akademische Informationen zum Thema LED-Grenzfrequenzen finden Sie hier .

Gibt es einen Sensor (Fotowiderstand, etc ...), der eine so gute zeitliche Auflösung hat, um schnell blinkende LEDs zu erkennen?

Eine CdS-Fotozelle wäre für die Erfassung von Hochfrequenzlicht nicht geeignet: Die Anstiegs- und Abfallzeit für übliche CdS-Zellen liegt in der Größenordnung von zehn bis hundert Millisekunden. Zum Beispiel erwähnt dieses zufällig ausgewählte Datenblatt eine Anstiegszeit von 60 ms und eine Abfallzeit von 25 ms. Somit liegt die höchste Frequenz, die es verarbeiten kann, unter 11 Hertz.

Fotodioden und Fototransistoren sind bevorzugte Optionen zum Erfassen von Lichtimpulsen mit höherer Geschwindigkeit bei geringer bis mäßiger Intensität (dh in einem Abstand von der LED-Quelle). Dieses Datenblatt für die PIN-Diode BPW34 gibt Anstiegs- und Abfallzeiten von jeweils 100 Nanosekunden an, die eine 5-MHz-Signalisierung tolerieren würden. Daher wäre es angenehm, einen Sicherheitsspielraum von 1 MHz einzuhalten.
BPW34

Für höhere Signalgeschwindigkeiten und geringere Signalintensität haben superteuere Hochgeschwindigkeits-Silizium-Avalanche-Fotodioden wie diese Anstiegs- und Abfallzeiten von nur 0,5 Nanosekunden und ermöglichen ein 1-GHz-Signal, das weit über die Standard-LEDs hinausgeht.
Lawinen-Fotodiode


Wenn die Intensität des ausgesendeten Signals hoch genug sein kann, beispielsweise indem die LED-Quelle und der Sensor nahe beieinander liegen, oder wenn geeignete Linsen verwendet werden und die gewünschte Signalbandbreite nicht zu hoch ist, ist eine Standard-LED mit geeigneter Farbe selbst a geeigneter Lichtsensor. LEDs eignen sich gut als Lichtdetektoren und eignen sich für die Signalisierung von Frequenzen von Hunderten von kHz, möglicherweise sogar bis zu MHz, abhängig von der für Emitter und Sensor ausgewählten spezifischen LED.

Ein interessanter Artikel von Disney Research befasst sich mit dieser speziellen Anwendung: " Ein LED-zu-LED-Kommunikationssystem für sichtbares Licht mit softwarebasierter Synchronisation "

Anindo Ghosh
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Eine Korrektur. Normale Silizium-Fotodioden können viel schneller sein, als Sie denken. Das Thorlabs FDS010 thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=FDS010 hat zum Beispiel Anstiegs- und Abfallzeiten von 1 nsec und kann daher in Hunderten von Megahertz verwendet werden. APDs werden in der Regel weniger aufgrund ihrer Geschwindigkeit als vielmehr aufgrund ihrer Empfindlichkeit eingesetzt.
WhatRoughBeast
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@ WhatRoughBeast Noted und entsprechend bearbeitet. Vielen Dank.
Anindo Ghosh
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Ich habe nie darüber nachgedacht, eine LED als Fotodetektor zu verwenden, aber das ist sehr neu und interessant. Vielen Dank für diese Antwort
David Wilkins
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@ David: Nun, eine LED hat die wesentlichen Teile einer Fotodiode: PN- oder PIN-Verbindung, die optisch an die Umgebung gekoppelt ist.
Ben Voigt
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Anindo hat Ihnen bereits hervorragende direkte Antworten gegeben, also müssen Sie zwei Seitenpunkte hinzufügen.

Zuerst möchten Sie die Kommunikation "sehen" oder zumindest die LED blinken sehen. Das wird nicht über ein paar Zehntel Hz hinaus passieren, da die Sehkraft Ihrer Augen sehr hoch ist. Ihre Augen sind viel langsamer als LEDs.

Zweitens, da Sie ohnehin keine Impulse oder kein Blinken bei 1 kHz sehen, können Sie möglicherweise Ihre Anforderung für die Signalisierung von sichtbarem Licht lockern. Die LED-Signalisierung erfolgt in der Regel aus gutem Grund mit IR-LEDs. IR-LEDs benötigen im Allgemeinen weniger Energie für dieselbe Lichtstärke oder können höhere Stromimpulse verarbeiten. Das Umgebungslicht ist im IR normalerweise geringer. Es gibt auch Siliziumdetektoren, die sich gut zur Detektion von IR-Licht eignen. 940 nm ist eine übliche Wellenlänge. Hier finden Sie sowohl LEDs als auch Fotodioden, die dafür optimiert sind.

Olin Lathrop
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