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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Fototransistor & Widerstand


Autor: Karlheinz (Gast)
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Welchen Vorteil hat die Kombination T3 / R1 gegenüber einem Widerstand 
allein? Das Bild stammt aus der EM1000-Bauanleitung von ELV.

Autor: Karlheinz (Gast)
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Hat denn keiner eine Idee warum der Fototransistor in Reihe zum 
PNP-Transistor liegt?

Autor: M. I. (seventh_son)
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Nein

Autor: Jens Plappert (Firma: FTSK) (gravewarrior)
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Bin mir unsicher, aber kann es sein, dass diese Konstruktion die 
Temperaturdrift ausgleichen soll?

Autor: geraten (Gast)
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steilere Flanken am IR-empfänger!?

Autor: flätz (Gast)
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Ich sehe da keinen Nutzen. Im Grunde ergibt das einen sehr 
temperaturempfindlichen Widerstand mit R=1M/Beta.

Autor: Karlheinz (Gast)
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... steilere Flanken am IR-empfänger

Habe ich simuliert: die Flanken sind flacher.

Autor: Gast (Gast)
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für was genau ist denn der IR-Teil zuständig? eine 
Temperaturkompensation erscheint mir an dieser stelle etwas untypisch da 
es sich ja nur um digital Pegel handelt!?

Autor: Karlheinz (Gast)
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Die IR-Diode beleuchtet eine silberne Zählerscheibe mit rotem Randstück 
(normaler Zähler im Haus). Der Transistor steuert durch solange es 
"silbern" ist; kommt der rote Strich der Scheibe sperrt der Transistor. 
Die IR-Diode wird mit Pulsen gesteuert.

Autor: Ich (Gast)
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Das dient meiner Meinung nach dazu, eine Strombelastung am Anschluß 
ST1/P5 zu ermöglichen. Bei nur einem Widerstand würde das Signal bei 
Belastung am Ausgang zusammenbrechen.

Autor: Karlheinz (Gast)
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Die Strombelastung spielt keine Rolle. Bei der Simulation liegen beide 
Beschaltungen (T mit R, entsprechender R alleine) im Rahmen von 
plus/minus 5 Prozent.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Karlheinz wrote:
> Die Strombelastung spielt keine Rolle. Bei der Simulation liegen beide
> Beschaltungen (T mit R, entsprechender R alleine) im Rahmen von
> plus/minus 5 Prozent.


????

Häng doch in deiner Simulation an den Ausgangspin 5 eine 'Last' in Form 
eines Widerstands, sagen wir mal 200 Ohm. Das müsste doch einen 
Unterschied machen.

Autor: Ich (Gast)
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Das was an P5 angeschlossen ist belastet den Spannungsteiler. Die 
Rückwirkung wird durch den Transistor minimiert gegenüber der Verwendung 
nur eines Widerstandes, denn der Widerstand muß einen gewissen (hohen) 
Wert haben für einen ausreichenden Spannungshub an ST1/P5.

Mit Strombelastung meinte ich den Eingangswiderstand der an P5 folgenden 
Schaltung.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Ich wrote:
> Das was an P5 angeschlossen ist belastet den Spannungsteiler. Die
> Rückwirkung wird durch den Transistor minimiert gegenüber der Verwendung
> nur eines Widerstandes, denn der Widerstand muß einen gewissen (hohen)
> Wert haben für einen ausreichenden Spannungshub an ST1/P5.
>
> Mit Strombelastung meinte ich den Eingangswiderstand der an P5 folgenden
> Schaltung.

Grundsätzlich denke ich, du hast recht.
Dazu hab ich aber trotzdem eine Verständnisfrage:
Wie unterscheidet denn der Transi dann den höheren Stromverbrauch durch 
die Last von dem höheren Verbrauch, den der 'Kurzschluss' des 
Fototransistors verursacht. Oder wird da ganz einfach ausgenutzt, dass 
T3 ja nicht beliebig weit 'aufmachen' kann und im Falle eines Kurzen 
sowieso irgendwann W.O. geben muss.

Autor: Ich (Gast)
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Der Transistor wird durch den Widerstand nur "etwas" aufgesteuert. Sinkt 
durch Belastung der Spannungspegel an ST1 bekommt der Transistor mehr 
Basisstrom und steuert weiter auf. Es stellt sich also ein gewisses 
Gleichgewicht ein. Bei Kurzschluß an ST1 kann nichts passieren, da durch 
die 1 MOhm und die Stromverstärkung des Transistors kein volles 
durchsteuern möglich ist.

Autor: Ich (Gast)
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Ergänzung:

Es wird sozusagen der "H-Pegel" bei nicht beleuchtetem Fototransistor 
konstant gehalten und damit der Spannungshub. Das ganze erspart einen 
Impedanzwandler.

Autor: flätz (Gast)
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> Es wird sozusagen der "H-Pegel" bei nicht beleuchtetem Fototransistor
> konstant gehalten und damit der Spannungshub. Das ganze erspart einen
> Impedanzwandler.

Blödsinn. Das Gleiche passiert mit einem Widerstand. Vermutlich sollte 
das mal eine Stromquelle werden (hohe Verstärkung), und Irgendjemand hat 
Teile davon wegrationalisiert

Autor: Ich (Gast)
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Wenn wir Dich nicht hätten wären wir jetzt dumm gestorben, vielen Dank!

Autor: flätz (Gast)
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Gerne. Jederzeit wieder.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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flätz wrote:
>> Es wird sozusagen der "H-Pegel" bei nicht beleuchtetem Fototransistor
>> konstant gehalten und damit der Spannungshub. Das ganze erspart einen
>> Impedanzwandler.
>
> Blödsinn. Das Gleiche passiert mit einem Widerstand.

Ich wüsste nicht, wie ein rein passives Bauelement mit wechselnden 
Widerständen am Pin 5 klar kommen könnte. Aber vielleicht erleuchtest du 
uns ja mal.

Autor: flätz (Gast)
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> Ich wüsste nicht, wie ein rein passives Bauelement mit wechselnden
> Widerständen am Pin 5 klar kommen könnte. Aber vielleicht erleuchtest du
> uns ja mal.

Und wie soll dieses Gebilde besser damit klarkommen? Abgesehen von der 
EB-Spannung ist die Spannung über dem Transistor dieselbe wie über dem 
Widerstand. Der Strom durch das Gebilde ist I(R)*(1+Beta). Also ergibt 
das einen künstlichen Widerstand mit Rk=U(R)/(1+Beta).
Und jetzt dürft Ihr mich erleuchten.

Autor: flätz (Gast)
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> künstlichen Widerstand mit Rk=U(R)/(1+Beta).


Pardon, Rk=U(R)/(I(R)(1+Beta))=R/(1+Beta).

Autor: Bensch (Gast)
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> Vermutlich sollte das mal eine Stromquelle werden (hohe Verstärkung), und 
Irgendjemand hat Teile davon wegrationalisiert

Könnte so sein, jedenfalls eine typische ELV-Schaltung...
Der Bastler im "Labor" hat solange rumprobiert bis das ganze rein 
zufällig gelaufen ist. Mit einem anderen Exemplar (anderes Beta) und bei 
anderer Temperatur hab ich da ernsthafte Zweifel.

Autor: yalu (Gast)
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Ich bin ebenfalls der Meinung von flätz.

Die Transistor-Widerstands-Kombination verhält sich im Wesentlichen wie
ein einfacher Widerstand mit einem zusätzlichen Spannungsabfall in Höhe
der Basis-Emitter-Spannung des Transistors. Da das B des BC858C im
Bereich 420 bis 800 liegt, liegt der resultierende Widerstand im Bereich
1,2 bis 2,4 kOhm.

Belastet wird die Schaltung so gut wie nicht, da das Signal einem ADC
zugeführt wird. Aber selbst bei Belastung würde sich die Schaltung, wie
flätz schon schrieb, nicht besser verhalten als mit einem einfachen
Widerstand.

Der "Transistorwiderstand" hat auf Grund von Exemplarstreuungen und der
Temperaturabhängigkeit deutlich schlechtere Eigenschaften als ein
normaler Widerstand. Die Schaltung funktioniert aber trotzdem, da die
Auswertesoftware nur die Signaländerungen betrachtet, so dass der genaue
Arbeitspunkt unerheblich ist. Das muss schon allein deswegen so sein,
weil sich der Arbeitspunkt auch mit der Umgebungshelligkeit ändert.

Möglicherweise nutzt der Entwickler irgendwelche Dreckeffekte im
Transistor (bspw. die Abhängigkeit von Ube vom Basisstrom oder die
Abhängigkeit von B vom Kollektorstrom), um der Schaltung besondere
Eigenschaften zu geben, ich wüsste aber nicht, was das für Vorteile
bringen würde.

> Vermutlich sollte das mal eine Stromquelle werden (hohe Verstärkung),
> und Irgendjemand hat Teile davon wegrationalisiert

Diese Erklärung von flätz halte ich durchaus für plausibel :)

Vielleicht haben wir es aber auch mit einer völlig verunglückten
Kaskodeschaltung zu tun, die aber bei dem recht langsamen Signalverlauf
ohnehin wenig Sinn hätte.

Wahrscheinlich hatte der Entwickler einfach gerade keinen geeigneten
Widerstand in seiner Box, so dass er zu diesem Trick griff ;-)

Autor: Ich (Gast)
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Es darf nicht außer acht gelassen werden, daß durch die Verwendung des 
Transistors der Einfluß von Fremdlicht auf den Fototransistor bezüglich 
der Signalamplitude eliminiert wird. Es macht also schon Sinn es so zu 
bauen.

Autor: flätz (Gast)
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> Es darf nicht außer acht gelassen werden, daß durch die Verwendung des
> Transistors der Einfluß von Fremdlicht auf den Fototransistor bezüglich
> der Signalamplitude eliminiert wird. Es macht also schon Sinn es so zu
> bauen.

Das hätte ich jetzt aber gerne etwas genauer erläutert:-)

Autor: yalu (Gast)
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> Es darf nicht außer acht gelassen werden, daß durch die Verwendung des
> Transistors der Einfluß von Fremdlicht auf den Fototransistor
> bezüglich der Signalamplitude eliminiert wird.

Sicher? Der Widerstand als praktisch perfekt lineares Bauteil bildet
doch die Stromänderungen des Fotortransistors besser in proportionale
Spannungsänderungen ab als der Widerstand mit dem Transistor.

Autor: Ich (Gast)
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Es geht hier aber nicht um proportionale Spannungsänderung. Nur High und 
Low.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Ich weiß ich sollte mich raushalten. Dafür versteh ich von Elektronik zu 
wenig. Seht es mir nach :-)

Der Widerstand steuert doch den Transistor über die Basis auf, wenn die 
Spannung abzufallen droht (weil zb. der Fototransi leitend wird) und 
gleicht damit diesen Abfall aus. Stimmt das bisher?

Könnte das dann nicht der Versuch sein, einem linear abfallenden 
Lichtintensität eine schöne Schaltschwelle zu verpassen?

Autor: flätz (Gast)
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> Könnte das dann nicht der Versuch sein, einem linear abfallenden
> Lichtintensität eine schöne Schaltschwelle zu verpassen?

Ein Versuch ja, mehr aber nicht. Man kann das durchaus schaffen, braucht 
dann aber einen dynamischen Widerstand. In diesem Fall müsste der bei 
kurzer Verdunklung hochohmig werden, und ansonsten recht niederohmig 
sein.

Autor: Ich (Gast)
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Es wurde mit der Schaltung billigst was funktionierendes "kreiert". Also 
macht mich nicht zum Verteidiger der ELV-Ergüsse.  :-)

Es geht um eine Zählerscheibe, wo High und Low Signale entstehen müssen. 
Es gibt dafür Spannungsgrenzen die eingehalten werden müssen. Fremdlicht 
und Lastwiderstand verringern den H-Pegel. Deshalb der Transistor.

Fremdlicht bringt den Fototransistor nicht zum durchschalten. Die Höhe 
des H-Pegels muß aber bleiben. Transistor öffnet also etwas weiter und 
Pegel stimmt wieder. Bei voller Durchsteuerung des Fototransistors 
spielt der Transistor keine Rolle mehr.

Autor: flätz (Gast)
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> Fremdlicht bringt den Fototransistor nicht zum durchschalten. Die Höhe
> des H-Pegels muß aber bleiben. Transistor öffnet also etwas weiter und
> Pegel stimmt wieder. Bei voller Durchsteuerung des Fototransistors
> spielt der Transistor keine Rolle mehr.

Das wäre dann allerdings eine typische Stromquelle. Solange der 
Fotostrom kleiner ist als der Quellenstrom -> High, sonst Low.
In dem Fall müsste der Umschaltpegel relativ genau festgelegt sein.

Autor: Ich (Gast)
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Weitere Fragen bitte an den Forschungspraktikanten in der
Ein-Mann-Entwicklungsabteilung von ELV richten und dort herausfinden,
was er sich dabei gedacht hat. ^^

Der Umschaltpegel ist definiert mit Reflektion Licht von der Sendediode 
und keine Reflektion vom Licht der Sendediode. Mit dem Einsatz des 
Transistors hat es dann warscheinlich funktioniert.

Autor: yalu (Gast)
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> Es geht um eine Zählerscheibe, wo High und Low Signale entstehen
> müssen.

Wie gesagt, das Signal geht an den ADC des Mikrocontrollers. Die
Entscheidung, on H oder L, erfolgt per Software.

> Fremdlicht bringt den Fototransistor nicht zum durchschalten.

Der Fototransistor ist kein Schmitt-Trigger, der nur die Zustände Ein
und Aus kennt. Je nach Stärke des Fremdlichts wird er mehr oder weniger
leiten.

> Der Umschaltpegel ist definiert mit Reflektion Licht von der
> Sendediode und keine Reflektion vom Licht der Sendediode.

Auch das an der Scheibe reflektierte LED-Licht geht nicht komplett an
oder aus. Es wird vom silbernen Teil der Scheibe etwas mehr und vom
roten Teil etwas weniger reflektiert. Der Unterschied ist vermutlich
nicht sehr groß.

Das Signal an ST1 wechselt also mit der Rotationsfrequenz der Scheibe
zwischen zwei Spannungspegeln, die beiden irgendwo zwischen 0V und 5V
liegen. Wo genau, hängt von mehreren Faktoren ab:

- Abstand der LED und des Fototransistors von der Scheibe
- Bauteiltoleranzen
- Fremdlicht

Diese Einflüsse werden auch durch den zusätzlichen Transistor nicht
eliminiert, sondern allein dadurch, dass kein fester Schwellwert
zwischen H und L entscheidet, sondern in der Software jede Messung in
Relation zur vorangegangenen betrachtet wird, so dass der Schwellwert
quasi adaptiv nachgeführt wird.

Leider wird in dem ELV-Artikel vieles erklärt, aber nicht die Funktion
von T3. Ob es die ELV-Jungs vielleicht selbst nicht wissen?

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