Versuchsanleitung EP13 (Version 9.2012)

wenn der Phototransistor in zu heller Umgebung betrieben wird. Falls Sie mit Ihrem Signal nicht zufrieden sind,
prüfen Sie, ob der Phototransistor z.B. in Richtung Fenster oder Deckenlampe sieht und stecken Sie den Fingerpulssensor
andersherum auf den Finger. Die IR-LED ist das Bauteil im durchsichtigen Gehäuse.
2. Bestimmung des Signal-Rausch-Verhältnisses SRV
Bestimmen Sie das SRV. Sie können dazu folgende Abschätzungen machen:
Wie groß ist die Amplitude (Uss, also Spitze-Spitze, von Minimalwert zu Maximalwert) des eigentlichen Sensorsignals?
Wie groß ist die Amplitude der Störsignale? Die quadrierten Amplituden (Spannungen) sind die Leistungen,
bilden Sie deren Verhältnis.
3. Differenzieren/Filtern des Sensorsignals
Wir wollen das Signal zunächst mit Filtern und Verstärkern weiterverarbeiten.
Das erste Problem des Fingerpulssensorsignals ist, daß es einen großen und evtl. langsam veränderlichen Gleichspannungspegel
(Offset) hat. Um diesen zu beseitigen, trennen wir ihn mit einem Hochpaßfilter (Differenzierer)
ab. Dazu müssen wir uns passende Bauteile wählen (siehe auch die Fragen und Tips unter dem Schaltplan). Wichtig:
Wenn das Sensorsignal durch CH und RH differenziert wurde, ist es nicht mehr nötig, am Oszilloskop die
AC-Kopplung zu aktivieren; stellen Sie also ab jetzt immer DC-Kopplung ein.
Welche Grenzfrequenz ist sinnvoll? Welche Werte für RH und CH sollten Sie daher nehmen? Beachten Sie, daß
die Signalquelle (der Phototransistor und das Potentiometer) einen deutlichen Innenwiderstand hat, den Sie nicht
zu stark belasten können. Was ist also bei der Auswahl vonRH undCH zu beachten? Im Schaltplan unten ist dem
Fingerpulssensor ein Emitterfolger mit einem BC550 nachgeschaltet; was ist der Vorteil?
Das Sensorsignal hat einen relativ langsamen Verlauf. Hochfrequente Störsignale können wir daher mit einem
Tiefpaßfilter unterdrücken, das wir dem Hochpaßfilter nachschalten.
Welche Grenzfrequenz ist sinnvoll? Welche Werte für RT und CT sollten Sie daher nehmen? Bedenken Sie, daß
das Hochpaßfilter durch das nachgeschaltete Tiefpaßfilter nicht zu stark belastet werden darf, damit sich die Grenzfrequenz
nicht verändert. Was ist also bei der Auswahl von RT und CT zu beachten? Passen Sie notfalls RH und
CT an.
Falls es Ihnen schwer fällt, brauchbare Bauteilwerte für eine gute Signalfilterung zu finden, hier ein paar Tips:
FürRH ist 10 kΩ ein guter Wert (wenn der Emitterfolger vorgeschaltet ist). Um fürCH einen guten Wert zu finden,
beantworten Sie folgende Fragen:
- Welche Frequenzf hat der Pulsschlag ungefähr?
- Welche PeriodendauerT = 1/f ist das? Setzen Sie diese Periodendauer mit der Zeitkonstanten des RC-Kreises
τ = RH CH gleich.
- Wie groß ist dann CH? Nehmen Sie das Steckelement, dessen C diesem Wert am nächsten liegt! Tip: Probieren
Sie CH = 10µF. Messen Sie mit dem Oszilloskop zunächst hinterCH (also überRH).
4