![\"\"](\"http:\/\/crowave.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2026\/04\/chronograph_balistic_03.jpg\")
<\/a><\/p>\n <\/p>\n Kronometar HT50 omogu\u0107uje mjerenje brzina metaka u rasponu 1-999,9 m\/s ili 30-9999 fps. Kao i ve\u0107ina sli\u010dnih kronometara, mo\u017ee ra\u010dunati energiju projektila ukoliko se unese njegova masa. Omogu\u0107uje memoriranje do 50 rezultata mjerenja i ima mogu\u0107nost WiFi slanja podataka na mobitel ili sli\u010dni mre\u017eni ure\u0111aj. Deklarirana to\u010dnost mjerenja je bolja od 0,5 %. Napaja se preko 4 AA baterije.<\/p>\n Princip rada ovog kronometra temelji se na mjerenju vremena koje je potrebno metku da pro\u0111e fiksnu i to\u010dno odre\u0111enu udaljenost izme\u0111u dvije “svjetlosne zavjese”.<\/p>\n \u00a0<\/strong><\/p>\n <\/p>\n Svjetlosne zavjese (IC izvori)<\/strong><\/p>\n Svjetlosne zavjese se sastoje od IC dioda kao izvora svjetla\u00a0 i IC foto-dioda kao senzora svjetla. Kao IC izvor se koristi 12 IC dioda promjera 5 mm. Me\u0111usobno su raspore\u0111ene na razmaku od 9,5 mm tako da je duljina \u010ditave IC trake 105 mm. Traka je blago polukru\u017eno savijena (efekt reflektora) tako da je koncentracija ukupnog IC svjetla su\u017eena na otprilike polovicu du\u017eine. Na rub trake su dodane dvije zelene indikacijske LED koje ozna\u010davaju granicu detektorskog polja.<\/p>\n <\/p>\n <\/p>\n <\/p>\n <\/p>\n Baterijsko napajanje je 6 V tako da su IC diode vezane po tri u seriju, a tako dobivene \u010detiri grupe su zatim paralelno vezane na napajanje, preko serijskog otpornika od 51 \u2126. Izmjerio sam da je ukupna potro\u0161nja jedne trake (12 IC dioda i dvije zelene LED) oko 43 mA. Na zelene LED otpada najvi\u0161e 2 mA, a ostatak tro\u0161e IC diode. To zna\u010di da svaka IC grana tro\u0161i oko 10 mA struje.<\/p>\n Iz pokusa sa svjetlosnim zavjesama<\/a> saznali smo da su jeftine generi\u010dke IC diode deklarirane za maksimalne struje do 35 mA dok kvalitetne IC diode od 5 mm poput Osram SFH4550 mogu kontinuirano raditi i na struji od 100 mA. Podaci o strujama nisu izravna usporedba ja\u010dina zra\u010denja tih dioda jer generi\u010dke diode raspr\u0161uju zra\u010denje pod kutovima ve\u0107im od \u00b145\u00b0, dok SFH4550 koncentrira zra\u010denje u snop \u0161irine \u00b13\u00b0.<\/p>\n Iako se \u010dini da je ja\u010de bolje, na\u0161i testovi su pokazali da za svjetlosne zavjese to ba\u0161 i nije tako. Bolje je radila svjetlosna zavjesa sa generi\u010dkim IC diodama slabog i \u0161irokog zra\u010denja, nego sa sna\u017enim IC diodama uskog snopa zra\u010denja. Sa sna\u017enim IC diodama, foto senzori lako ulaze u zasi\u0107enje tako da mali pad intenziteta svjetlosti uzrokovan prolaskom metka ne uzrokuje dovoljnu promjenu napona jer je senzor jednostavno “zaslijepljen”. Tako\u0111er, sna\u017eni snopovi svjetla sna\u017eno osvjetljavaju i susjedne senzore, tako da \u201ezamra\u010denje\u201c glavne IC diode uspje\u0161no nadokna\u0111uju susjedne IC diode.<\/p>\n Kod ovakvih jeftinih ure\u0111aja masovne proizvodnje svaki cent u\u0161tede je bitan tako da se koriste najjeftiniji generi\u010dki IC emiteri, me\u0111utim ovdje je to \u010dak i po\u017eeljno. Iako problem slabih IC emitera mo\u017ee biti ve\u0107a osjetljivost na ambijentalno i vanjsko svjetlo (la\u017ene detekcije), to nije tako veliki problem kao potpuni izostanak detekcije koji bi se doga\u0111ao kad bi se koristili prejaki IC izvori. Struja od 10 mA je vjerojatno “sweet spot” za svjetlosne zavjese ovog kronometra koji ima aktivnu povr\u0161inu visine oko 20 cm i \u0161irine 5-10 cm. Na toj struji IC diode s jedne strane ne daju previ\u0161e svjetla, \u0161to ih \u010dini maksimalno osjetljivima na sjenu dijabole, a s druge strane ne daju ni premalo svjetla, tako da osjetljivost senzora ne mora biti pove\u0107ana do zna\u010dajne osjetljivosti na vanjska svjetla.<\/p>\n U uputama se navodi da treba izbjegavati upotrebu ovog kronometra pri jakim Sun\u010devim ili umjetnim svjetlima, a iz ove na\u0161e analize je jasno za\u0161to su dana ova ograni\u010denja.<\/p>\n <\/p>\n <\/p>\n Svjetlosne zavjese (IC senzori)<\/strong><\/p>\n Kao IC senzor, koristi se niz od 12 IC foto-dioda promjera 3 mm. Me\u0111usobno su raspore\u0111ene na razmaku od 4,5 mm tako da je duljina \u010ditave senzorske trake 50 mm. Sve foto diode su vezane paralelno \u010dime se one pona\u0161aju kao jedan veliki, neprekinuti senzor. Struja koja te\u010de kroz tu granu jednaka je sumi struja svih 12 foto-dioda. \u010cak i ako dijabola zakloni samo 5-10% ukupne povr\u0161ine jednog ili dva senzora, ukupna struja u krugu \u0107e pasti. Taj pad struje je mali, ali je nagli (brza promjena), \u0161to se onda koristi za detekciju.<\/p>\n <\/p>\n <\/p>\n Kod projekta svjetlosne zavjese za elektroni\u010dku metu<\/a> mu\u010dili smo se kako maksimalno smanjiti sve kapacitete u senzorskom krugu kako bi dobili \u0161to br\u017ee vrijeme odziva. Znamo da sve diode, pa tako i foto-diode, imaju vlastiti unutarnji kapacitet. Kod paralelno vezanih dioda ukupni kapacitet se zbraja, a ve\u0107i kapacitet u pravilu usporava sustav jer pove\u0107ava RC vremensku konstantu. To zna\u010di da je potrebno vi\u0161e vremena da se napon promijeni. Glede toga, ovdje bi bilo logi\u010dno da su foto-diode spojene serijski.<\/p>\n Me\u0111utim, kod ovakvih kronometra s paralelno spojenim foto-diodama, detektorska elektronika nije usmjerena na punjenje i pra\u017enjenje kondenzatora, odnosno na napon, ve\u0107 je usmjerena na mjerenje struje koju foto-diode generiraju (ampermetar). To zna\u010di da su senzori spojeni na neki strujno-naponski pretvara\u010d sa vrlo niskim ulaznim otporom (idealno nula). Tako glede RC konstante, ovdje istina imamo ve\u0107i kapacitet (C) zbog paralelno spojenih dioda, me\u0111utim otpor (R) je prakti\u010dno nula \u010dime opet dobivamo vrlo malu ukupnu RC konstantu i time brzi odziv senzorskog kruga. Smanjenje R vi\u0161e ubrzava sustav nego \u0161to ga pove\u0107anje C usporava.<\/p>\n \u0160to kad bi foto-diode ipak spojili u seriju? U tom slu\u010daju bi ukupni kapacitet bio manji, ali bi unutarnji otpor niza dioda bio ogroman. Da bi signal pro\u0161ao kroz serijski spoj dioda, on mora savladati otpor svih 12 dioda \u0161to bi u kona\u010dnici stvorilo tromiji sustav. Zbirni otpor dioda bi bio toliko velik da bi i onaj mali serijski kapacitet stvorio “trom” signal.<\/p>\n U paralelnom spoju, struja kroz krug je suma struja svih 12 dioda. Kada metak pro\u0111e i zakloni jednu diodu, ukupna struja padne za otprilike 8% (1\/12). To je sasvim dovoljno da operacijsko poja\u010dalo detektira pad. U serijskom spoju, struja u cijelom krugu je ograni\u010dena onom diodom koja prima najmanje svjetla. Da bi serijski spoj radio, metak bi morao skoro potpuno prekriti jednu diodu da bi zna\u010dajno promijenio struju cijelog niza. Budu\u0107i da je metak mali i leti brzo, u serijskom spoju bi bilo puno vi\u0161e “la\u017enih” signala ili potpunog izostanka detekcije ako metak ne pogodi to\u010dan centar diode.<\/p>\n <\/p>\n Detektorska elektronika<\/strong><\/p>\n Na plo\u010dici mo\u017eemo uo\u010diti pet integriranih krugova:<\/p>\n <\/p>\n <\/p>\n Tiskana plo\u010dica je sa crnom maskom gdje su tiskane veze prakti\u010dki nevidljive, no \u010dak i da je standardna zelena (poluprozirna) maska te\u0161ko bi na ovako maloj plo\u010dici i\u0161ta mogli pratiti. Ipak, na osnovu ugra\u0111enih integriranih krugova mo\u017eemo prili\u010dno to\u010dno pretpostaviti kako funkcionira senzorska elektronika.<\/p>\n <\/p>\n LM258 (Operacijska poja\u010dala)<\/strong><\/p>\n Sve foto-diode su spojene paralelno u fotokonduktivnom re\u017eimu (inverzno polarizirane). One su spojene na napajanje preko jednog zajedni\u010dkog pull-up (ili pull-down) otpornika. Kroz taj otpornik te\u010de suma struja svih 12 IC dioda, te sa njemu stvara stalni DC napon.<\/p>\n Izme\u0111u zajedni\u010dkog otpornika i ulaza u LM258 nalazi se kondenzator (obi\u010dno 100 nF do 1 \u00b5F). Njegova uloga je blokiranje DC napona kojeg preko foto-dioda stvara stalno ambijentalno svjetlo, odnosno sva svjetla koja sporo mijenjanju intenzitet. Kondenzator propu\u0161ta samo naglu promjenu napona. Kada metak pro\u0111e, struja naglo padne, napon na otporniku “trzne”, i taj trzaj (puls) prolazi kroz kondenzator izravno na ulaz poja\u010dala.<\/p>\n Operacijska poja\u010dala LM258 su konfigurirana kao strujno-naponski pretvara\u010di (jedno za ulaznu zavjesu i drugo za izlaznu zavjesu). Takva konfiguracija se naziva transimpedancijsko poja\u010dalo (TIA) i karakteristika je vrlo niska ulazna i izlazna impedancija \u010dak i uz vrlo visoko poja\u010danje. Veli\u010dina poja\u010danja jednaka je otporu povratne sprege. Ako je otpornik u povratnoj sprezi velik (npr. 1 M\u03a9), \u010dak i si\u0107u\u0161ni pad struje od 1 \u00b5A stvara mjerljiv skok od 1 V na izlazu. Poja\u010dala u TIA spoju se naj\u010de\u0161\u0107e koriste upravo kao ulazni krugovi za foto-diode i druge foto-detektore. Ve\u0107 smo kod opisa foto-dioda objasnili za\u0161to je niska ulazna impedancija klju\u010dna za odr\u017eavanje male RC konstante i time brzog odziva senzora.<\/p>\n <\/p>\n <\/p>\n Iako samo operacijsko poja\u010dalo (kao \u0161to je LM258) ima ekstremno veliku ulaznu impedanciju na svojim pinovima, u TIA spoju se doga\u0111a efekt virtualne mase.<\/p>\n Negativna povratna veza (preko otpornika Rf) stalno poku\u0161ava odr\u017eati razliku napona izme\u0111u ulaza (+) i (-) na nuli. Kada foto-dioda preko kondenzatora ubaci strujni impuls na invertiraju\u0107i ulaz (-), poja\u010dalo trenutno reagira i preko povratnog otpornika \u0161alje suprotnu struju kako bi taj ulaz zadr\u017ealo na fiksnom potencijalu (npr. na masi). Budu\u0107i da se napon na ulazu gotovo ne mijenja bez obzira na struju koja u njega ulazi, iz perspektive foto-diode taj ulaz izgleda kao kratki spoj prema masi.<\/p>\n Ovo je op\u0107enito svojstvo operacijskih poja\u010dala s negativnom povratnom vezom, ali je u TIA spoju posebno izra\u017eeno. Negativna povratna veza prisiljava izlaz da zauzme to\u010dno onaj napon koji je potreban da poni\u0161ti struju na ulazu. Ako optere\u0107enje na izlazu (npr. sljede\u0107i stupanj s LM393) poku\u0161a povu\u0107i vi\u0161e struje i time stvoriti pad napona, povratna veza to odmah osjeti kao odstupanje na ulazu. Poja\u010dalo trenutno pove\u0107ava svoju izlaznu struju kako bi kompenziralo taj pad i vratilo napon na to\u010dnu vrijednost. Upravo ta sposobnost poja\u010dala da odr\u017eava fiksni napon bez obzira na optere\u0107enje definicija je niske izlazne impedancije.<\/p>\n Niska ulazna impedancija TIA poja\u010dala omogu\u0107uje da foto-diode rade u strujnom re\u017eimu, \u0161to ih \u010dini vrlo brzim (eliminira se utjecaj njihovog unutarnjeg kapaciteta). Niska izlazna impedancija TIA poja\u010dala pak omogu\u0107uje da signal bez gubitaka i izobli\u010denja putuje do slijede\u0107eg stupnja sa komparatorom LM393.<\/p>\n <\/p>\n Me\u0111utim, u na\u0161em slu\u010daju na plo\u010dici oko integriranog kruga LM258 ne nalazim komponente koje bi o\u010dekivali kod TIA poja\u010dala. Nema otpornika velike vrijednosti (reda M\u2126) za dobivanje velikog poja\u010danja, a ne vidim ni dva kondenzatora manjih vrijednosti koji bi bili vezni za foto-diode. Svakako se vide jednake komponente s obje strane pinova \u010dipa \u0161to potvr\u0111uje da se jedno poja\u010dalo koristi za ulaznu, a drugo za izlaznu zavjesu. Otpornici su 2×10 k\u2126, 2×30 k\u2126 i jedan od 6,8 k\u2126, a tako\u0111er vidimo i dva para elektrolitskih kondenzatora od 10 \u00b5F.<\/p>\n Sve upu\u0107uje na klasi\u010dnu konfiguraciju neinvertiraju\u0107eg poja\u010dala s AC vezom, no ako je otpornik od 30 k\u2126 (kao najve\u0107i otpornik) u povratnoj sprezi, a otpornik od 6,8 k\u2126 je za poja\u010danje, onda je poja\u010danje ovog poja\u010dala svega 5,4 puta. To je relativno malo poja\u010danje \u0161to bi zna\u010dilo da senzori daju dosta struje ili da se “fina” detekcija odra\u0111uje kasnije u komparatoru LM393. Jedan otpornik od 10 k\u2126 vjerojatno slu\u017ei kao pull-up za foto-diode, a drugi postavlja radnu to\u010dku (bias) na neinvertiraju\u0107em ulazu (+) kako bi poja\u010dalo bilo u linearnom podru\u010dju. Sve su ovo naga\u0111anja jer je iz ovakve plo\u010dice nemogu\u0107e izvesti elektroni\u010dku shemu.<\/p>\n Ipak, mogu barem napraviti mjerenja na konektoru gdje se spajaju foto-diode. Ovdje sam izmjerio da je napon na foto-diodama oko 2,7 V kada su osvijetljene IC izvorom, a raste na vrijednost napona napajanja (cca 6 V) ako se posve prekriju (bez svjetla). To definitivno ukazuje na klasi\u010dni krug djelitelja napona sa foto-diodom prema masi i pull-up otpornikom prema Vcc. Prolaskom metka nastaje vrlo mali porast (trzaj) napona, reda desetak mV, no ve\u0107 i moj mjerni osciloskop bez problema reagira na tu malu promjenu i okida trigger svaki put kada kroz zavjesu bacim neki mali predmet.<\/p>\n Ovo svakako potvr\u0111uje kako se ovdje ne koristi TIA poja\u010dalo, ve\u0107 klasi\u010dno naponsko poja\u010dalo (Non-inverting amplifier). Razlog tome je posve sigurno ekonomski. Iako je strujna detekcija (TIA) tehni\u010dki bolja, naponska detekcija s pull-up otpornikom je jeftinija za izvesti i ne zahtijeva posebno precizne ili skupe komponente. Kod strujne detekcije, operacijsko poja\u010dalo mora biti vrlo kvalitetno (niski input bias current i offset). LM258 je prastar i jeftin \u010dip koji nije idealan za vrhunska TIA poja\u010dala. Koriste\u0107i ga kao obi\u010dno naponsko poja\u010dalo uz AC vezu (kondenzator), Kinezi su elegantno zaobi\u0161li potrebu za kvalitetnijim (skupljim) \u010dipom.<\/p>\n TIA poja\u010dalo je vrlo osjetljivo. Ako promijenite tip foto-diode ili se njezine karakteristike promijene zbog temperature, TIA mo\u017ee postati nestabilna ili oscilirati. Naponski djelitelj (otpornik + diode) je s druge strane posve robustan krug i radit \u0107e s gotovo bilo kojom generi\u010dkom IC diodom koju proizvo\u0111a\u010d na\u0111e na prodajnoj akciji taj tjedan. U kona\u010dnici, naponski dizajn zahtijeva manje linija na plo\u010dici i manje kriti\u010dnih to\u010daka oko mase (GND). Za TIA poja\u010dalo trebala bi se izvesti vrlo \u010dista masa i oklopljeni vodovi kako bi se izbjeglo da npr. WiFi signal (ESP8285) “curi” u osjetljivi strujni ulaz.<\/p>\n<\/a><\/p>\n<\/a>Sa donje strane je otvor za smje\u0161taj baterija i standardni vijak za fotografski stalak.\u00a0<\/span><\/em><\/p>\n
\n<\/a><\/p>\n<\/a><\/p>\n<\/a>Ovo je snimak svjetlosnog traga koji zra\u010de IC diode. Vidi se da je ukupna koncentracija svjetla usmjerena na senzore i pokriva cijelu povr\u0161inu unutar okvira kroz koji mora pro\u0107i metak.<\/em><\/span><\/p>\n<\/a>Shema spajanja 12 IC dioda (izvora) i dvije zelene indikacijske LED.<\/span><\/em><\/p>\n<\/a><\/p>\n\n
<\/a><\/p>\n<\/a><\/p>\n<\/a><\/p>\n<\/a><\/p>\n<\/a>TIA poja\u010dalo.<\/span><\/em><\/p>\n
\n