Ausgewählte Sensorschaltungen: Vom Datenblatt zur Simulation by Peter Baumann

By Peter Baumann

In diesem Buch werden die Schritte angegeben, mit denen guy aus den Datenblättern der Sensor-Hersteller die Modellparameter ermitteln kann, die zu einer Schaltungssimulation benötigt werden. Des Weiteren wird gezeigt, wie dem jeweiligen Sensor die Abhängigkeit von Temperatur, Feuchte, Licht, Druck, Kraft oder Magnetfeld in Gleichungsform aufgeprägt werden kann. Zu Sensorschaltungen wie Bandabstandsquelle, Feuchtesensor, RGB-Farbsensor, Reflexlichtschranke, DMS-Brücke, Reed-Relais, Piezo-Summer sowie Ultraschall-Abstandswarner werden die PSPICE-Analysen ausführlich dokumentiert. Die simulierten Sensorschaltungen können für sich und als Ausgangspunkt zu Messungen im Rahmender Bachelor-Ausbildung genutzt werden.

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Mit GAIN = 16 M wird U A = 2 V bei I p = 125 nA. Für U A = 2 V beträgt die Bestrahlungsstärke Ee = 14,6 µW/cm2 , siehe Tab. 4. Es ist somit Ee = x I p mit x = 1,168 108 µW/cm2 /A. Aufgabe: Darstellung der Kennlinie Für den Licht-Spannungswandler TSL250R ist die Abhängigkeit der Ausgangsspannung von der Bestrahlungsstärke Ee im Bereich Ee = (0,1 bis 30) µW/cm2 zu analysieren. Analyse PSpice, Edit Simulation Profile Simulation Settings – Abb. 168E08/1 A Übernehmen, OK PSpice, run Die Abszisse und die Ordinate werden wie im Datenblatt des Herstellers logarithmisch geteilt.

19 werden die Werte der Anstiegs- und Abfallzeit des Datenblatts bei C = 7,5 pF mit tr = tf 260 µs erfüllt. 5 Photovoltaik-MOSFET-Relais Das lichtgesteuerte Relais nach Abb. 20 besteht aus zwei gegeneinander geschalteten n-Kanal-Anreicherungs-Leistungs-MOSFET, deren Gate-Source-Spannungen durch eine Kette impulsartig beleuchteter Silizium-Photoelemente auf Werte oberhalb der Schwellspannungen angehoben werden können. Eine GaAs-LED beleuchtet die Reihenschaltung von neun Si-Photoelementen (vom Typ wie BPW34).

58nA/lx Abb. 6 RGB-Farbsensor 57 Options: Primary sweep Sweep variable: Global Parameter Parameter Name: Ev Sweep type: Logarithmic Decade Start value: 10 End value: 10 k Points/Decade: 100 Übernehmen: OK PSpice, run Das Analyse-Ergebnis nach Abb. 23 entspricht der Datenblattangabe. Die Dunkelkennlinie kann mit der Schaltung nach Abb. 24 simuliert werden. Abb. 23 Kurzschlussströme als Funktion der Beleuchtungsstärke des Farbsensors 7505-1  I UR D1 Drot 0 Abb. 24 Schaltung zur Simulation der Dunkelkennlinie der Diode Drot 10Vdc 0 58 3 Optische Sensoren Aufgabe: Dunkelkennlinie Zu analysieren ist die Dunkelkennlinie I R = f (U R ) bei Ev = 0 für U R = 0,01 bis 10 V.

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