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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Optokoppler 4N25


Autor: Hannes M. (Gast)
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Hallo

Bin ziemlich neu auf dem Gebiet Optokoppler und brauche gleich mal eure 
Hilfe dabei.
Der Screenshot im Anhang stellt meinen ersten Testaufbau dar, der nach 
einer Schaltungsvorlage entworfen wurde.
Am Eingang habe ich ein Rechtecksignal mit +-20V , Frequenz 1Hz. Mit dem 
Ausgang rechts möchte ich am µC eine ISR auslösen.
Da mir das Datenblatt nicht viel weitergeholfen hat, bitte ich euch, mir 
die passenden Bauteilwerte anhand dieses Beispiels zu erklären.

mfg
Hannes M.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Hannes M. (Gast)

>Am Eingang habe ich ein Rechtecksignal mit +-20V , Frequenz 1Hz. Mit dem
>Ausgang rechts möchte ich am µC eine ISR auslösen.

Der Optokoppler 4N25 ist für dein Vorhaben OK, aber dein Bild zeigt 
einen anderen Typ. Der 4N25 hat einen Phototransistorausgang, deinBild 
zeigt einen TRIAC Ausgang.

Siehe Optokoppler.

MFG
Falk

Autor: Hannes M. (Gast)
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Ah, danke. Da hab ich in der Simulation das falsche Bauteil eingefügt.
So, jetzt funktionierts in der Theorie vorerst mal.
Nun noch eine Frage: In Zukunft hab ich vor, so ein DCC- Signal zu 
dekodieren. Da hab ich Periodendauern von 58 bzw. 116µS. Lässt sichs mit 
dieser Frequenz vernünftig mit ISR arbeiten?

mfg
Hannes M.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Der im Bild gezeigte Optokoppler enthält einen Foto-Triac, der 4N25
hingegen einen Fototransistor, der aber für deine Anwendung vollkommen
in Ordnung ist. Dieser hat drei Anschlüsse:

- Die Basis (Pin 6) brauchst du in diesem Fall nicht -> offen lassen.

- Der Kollektor (Pin 5) kommt an die positive Versorgungsspannung des
  Mikrocontrollers.

- Der Emitter (Pin 4) wird über einen Widerstand mit GND verbunden, wie
  schon in deiner jetzigen Schaltung.

Die LED des Optokopplers verträgt maximal 60mA, die meisten Angaben im
Datenblatt beziehen sich auf 10mA. Deswegen würde ich auch für deine
Schaltung diese 10mA als LED-Strom vorsehen. Bei diesem Strom entsteht
an der LED ein Spannungsabfall von 1,15V (Datenblatt von Freescale/
Motorola). Für eine Eingangsspannung von 20V muss also

  R1 = (20V - 1,15V) / 10mA = 1885Ω

sein, also nimmst du dafür 1,8kΩ.

Bei -20V Eingangsspannung wird die maximale Sperrspannung (6V) der LED
überschritten. Um das zu verhindern, musst du eine gewöhnliche Diode
(z.B. 1N4148) antiparallel zur LED (also von Pin 2 nach Pin 1) schalten.

Der 4N25 hat ein CTR (das Verhältnis von Ausgangs- zu Eingangsstrom) von
mindestens 20%. Bei 10mA Eingangsstrom kannst du also mit etwa 2mA am
Ausgang rechnen. Damit am Ausgang beim Durchschalten des Fototransistors
ein sauberer High-Pegel enstehen kann, sollte R2 mindestens 5V/2mA=2,5kΩ
sein (ich gehe einmal davon aus, dass die Versorgungsspannung 5V
beträgt). Damit der Fototransistor richtig sättigt, darf R2 gerne auch
ein Stück größer sein, somit sind die angegebenen 10kΩ in Ordnung.

> Nun noch eine Frage: In Zukunft hab ich vor, so ein DCC- Signal zu
> dekodieren. Da hab ich Periodendauern von 58 bzw. 116µS. Lässt sichs
> mit dieser Frequenz vernünftig mit ISR arbeiten?

Warum nicht? Du musst dir eben bewusst sein, dass du in diesen kurzen
Zeitintervallen keine beliebig komplexen Algorithemn durchrechnen
kannst.

Autor: A. K. (prx)
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Obacht! Generell steigt bei Optokopplern mit einfachem Fototransistor 
die Schaltzeit mit dem Lastwiderstand an. Aus den Fairchild Datasheet 
ergibt sich, dass bei 10mA LED-Strom und 10K Lastwiderstand bei 10V je 
nach Gehäusefarbe(!) bis zu 100µs zu erwarten sind.

M.a.W: Wenn die 58µs einigermassen sauber rüberkommen sollen, dann 
sollte der Lastwiderstand auf das noch vertretbare Minimum(!) reduziert 
werden.

Autor: Thilo M. (Gast)
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Ich hätte wegen der schnellen Schaltzeiten auch zu einem 6N139 mit 
nachgeschaltetem Transistor geraten. Der 4N25 verschleift die Flanken 
bei diesen Frequenzen extrem.

Autor: A. K. (prx)
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Wobei man auch gleich einen 6N137 nehmen kann, dann ist das Thema 
"Zeiten" definitiv vom Tisch.

Autor: Hannes M. (Gast)
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@Yalu X.
Super, danke. Genau das habe ich gebraucht. Hab im Anhang schon die 
verbesserte Schaltung hinzugefügt.
In der Simulation läuft alles perfekt, ich bekomme einen sauberen 
Pegelunterschied.
@A.K. und Thilo M.
Hab das ganze nebenbei gleich mal am Steckboard aufgebaut, inklusive 
DCC- Generator von Roco. Da läuft das ganze nicht so rund. Sapnnung am 
Ausgang beträgt entweder 0V oder irgendwas zwischen 0 und 1V. Liegt das 
vielleicht schon am schlechteren Optokoppler?

mfg
Hannes M.

Autor: A. K. (prx)
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Bei statischem 20V-Steuersignal sollte das so funktionieren. Mit 
getaktetem DCC-Signal ist der 4N25 in dieser Auslegung eher zu langsam, 
da sollte der Lastwiderstand in jedem Fall runter auf die Yalu'schen 
2,5K. Eigentlich muss man für die angestrebten Zeiten unter 1K runter, 
dann also primär stärker befeuern.

Welche Spannung und Zeiten hat das für den Test verwendete Steuersignal 
für die LED? Was für ein 4N25 ist das genau (Fabrikat/Farbe)?

Autor: Thilo M. (Gast)
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Ich häng' mal eine Schaltung mit dem 6N139 dran.
Mit dem nachgeschalteten Transistor sind auch 250kHz kein Problem.
Den könntest du testweise auch mal am 4N25 probieren.

Autor: Eddy Current (chrisi)
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Vielleicht sollte man auch mal die Notwendigkeit des Optokopplers für 
Deine DCC-Anwendung in Frage stellen. Ist es die klassische Anwendung 
("ne Lok") oder doch was ganz was anderes? Hausbus oder so?

Autor: Hannes M. (Gast)
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@A.K.
Fabrikat ist Avago Technologies, Gehäuse ist schwarz.
Auf dem Optokoppler befindet sich die Aufschrift "4N25" und "0651".

http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/12...

Steuersignal: +-24V, 58µS für "1", 116µS für "0".


Bin jetzt auf die 2,5k runter, bringt auch nichts. Ich messe am Ausgang 
immer noch 0V.

@Thilo M.
Hab gerade die benötigten Bauelemente nicht bei der Hand.
Aber prinzipiell stellt es für mich kein Problem dar, auf einen 6N137 
oder 6N137 zu wechseln.

Hab hier sogar eine ähnliche Schaltung wie für mein Vorhaben gefunden, 
da wurde auch ein 6N136 verwendet.

http://www.opendcc.de/elektronik/HW1/platine_v12_s...

Jetz würd mich nur noch interessieren, ob ich meinen 4N25-Aufbau ohne 
großen Aufwand noch irgendwie zum Laufen bringen könnte.

mfg
Hannes M.

Autor: Hannes M. (Gast)
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Eddy Current schrieb:
> Ist es die klassische Anwendung
> ("ne Lok") oder doch was ganz was anderes? Hausbus oder so?

Nein, es handelt sich um einen DCC-Dekoder, der das DCC-Signal später 
über JAVA visualisiert. Es geht hier um ein reines 
Demonstrationsprojekt.

mfg
Hannes M.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Die Einwand von A. K. ist schon richtig. Als ich den ersten Teil meines
letzten Beitrags schrieb, bin ich noch davon ausgegangen

> Am Eingang habe ich ein Rechtecksignal mit +-20V , Frequenz 1Hz.

und habe mir deswegen keine Gedanken zum Zeitverhalten gemacht. Der
von A. K. vorgeschlagene 6N137 klingt vielversprechend.

> Jetz würd mich nur noch interessieren, ob ich meinen 4N25-Aufbau ohne
> großen Aufwand noch irgendwie zum Laufen bringen könnte.

Der 4N25 ist mit einem deutlich kleineren Lastwiderstand sicher schnell
genug, allerdings reicht dann die Ausgangsspannung nicht mehr für einen
High-Pegel. Eine Möglichkeit wäre, eine oder mehrere Transistorstufen
als Verstärkung hinzuzufügen (ähnlich wie in Thilos Vorschlag). Falls
dein Mikrocontroller einen Analogkomparator hat (wie die meisten AVRs)
könntest du das unverstärkte Signal an diesen anschließen und die
Vergleichsspannung auf einen enstprechend niedrigen Wert setzen.

Autor: Hannes M. (Gast)
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@ Yalu X.
Ok, das ist den Aufwand nicht wert, glaub ich. Ich werd mir einfach den 
6N137 bestellen und die gezeigte Schaltung mal ähnlich nachbauen.
Danke und wenn wieder was ist, halte ich euch am Laufenden:)

mfg
Hannes M.

Autor: A. K. (prx)
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Wobei der 6N137 bei vergleichbarer Ansteuerung invertiert, d.h. wenn die 
LED leuchtet, dann liefert er am Ausgang "low". Als Logikausgang kann er 
nicht wie in der Schaltung mit dem 4N25 betrieben werden.

Lösung: Entweder dreht der Controller die Information selber um - bei 
DCC wohl kaum ein Problem - oder die LED wird anders herum betrieben.

Autor: Hannes M. (Gast)
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Ok, das muss ich dann halt schauen.

mfg
Hannes M.

Autor: seppi (Gast)
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Hab gerade bei Conrad geschaut, die haben keinen 6n136/6n137.
Inwiefern unterscheidet sich der 6n139 von den anderen? Der 
Darlingtonausgang sollte nicht stören, oder?

seppi

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