Oft behandelter Optokoppler

[Philipp R. (bastler83)]

Hallo

Ich bin auf der Suche nach einer Schaltung für Ein- und Ausgänge von TTL 
zu 24VDC SPS. Mein Vorschlag mit 4N33 funktioniert im Multisim soweit. 
Bin mir aber nicht sicher wie optimal die Widerstände gewählt wurden. Im 
Web sucht man sich dum und dämlich nach einer von diesen Beiden 
Schaltungen. Einzig brauchbares ist noch:
[http://www.mikrocontroller.net/attachment/40716/24vsps5V.gif]
[Beitrag "24V SPS Signal auf 5V TTL"]

Aber ich hätte gerne von 5V nach 24V und von 24V nach 5V den gleichen 
Optokoppler benutzt.

Hat mir villeicht noch jemand einen Tip? Ich hoffe ich bin nicht der 
einzige mit dieser Herausforderung und kann nach einer optimierten 
Schaltung das im WEB sinvoll posten für den "Nächsten"

Vielen Dank und Gruss Bastler83

[Wolfgang (Gast)]

Wo ist jetzt dein Problem? Der Widerstand auf der Eingangsseite begrenzt 
den Strom durch die LED des OC. Anhand von Eingangsspannung, Vf der 
Diode und erforderlichem Strom kannst du mit Hilfe des Ohm'schen Gesetz 
den Wert für den Vorwiderstand ausrechnen. Der erforderliche Strom durch 
die LED hängt vom Ausgangsstrom ab, das Übertragungsverhältnis steht im 
Datenblatt.

[Purzel H. (hacky)]

Die Ausgangsseite ist Schrott. An den Kollektor kommt die Speisung, an 
den Emitter der Ausgang, resp Testpunkt.

[MaWin (Gast)]

> Aber ich hätte gerne von 5V nach 24V und von 24V nach
> 5V den gleichen Optokoppler benutzt.

Das kannst du schon, bloss du solltest sie richtg anschliessen.
Wo hast du nur die Schrott-Beschaltung her ?
Nano Oschi sagt wie's richtg wäre.

Die Widerstandswerte kannst du besser an deine Spannungen anpassen,
ein 4N33 hat ein CTR von minimal 500, ist aber furchtbar langsam.

R1 mit 6k8 und R3 mit 1k passt besser,
und R2 mit 1k und R4 mit 6k8 wäre entsprechend.

[Purzel H. (hacky)]

Die Geschwindigkeit sollt man sich ja ueberlegen. Wie schnell soll das 
Ganze denn sein ?

[Klaus D. (kolisson)]

Jetzt habt ihr euch aber alle täuschen lassen oder...
... ich mich ?

Beide Schaltpläne sind doch ausgangsseitig fehlerhaft.
Einfacher und sinvoller erscheint mir, den Emitter des Kopplers auf GND
zu legen und einen der jeweiligen Spannung angepassten 
Kollektorwiderstand
einzusetzten.

siehe Anhang.

Gruss Klaus

[H.Joachim S. (crazyhorse)]

Hm, müsste man mal untersuchen...Macht es einen Unterschied, ob ich 
einen Fototransistor in Emitter- oder Kollektorschaltung betreibe? Ich 
glaube nein.
Ok, bei der Schaltung ganz oben ist der Arbeitswiderstand an der 
falschen Stelle. Aber ob Invertierung oder nicht kann ja schon einen 
Unterschied in der folgenden machen.
Probier ich morgen mal aus :-)

[Klaus D. (kolisson)]

Ganz oben ? linkes Bild ?

Was soll da fliessen ? von 5V nach 5V ?
10 kOhm Emittergegenkopplung ?

Ich finde es merkwürdig.
Es gibt durchaus Sonderfälle, wo es auch Speed ankommt,
da macht man es so ähnlich wie ganz oben.
Aber hier, sah ich Taster und ich hörte etwas von Haussteuerung.

Gruss Klaus

p.s.
und wer auch noch gute Schaltflaken haben will und (fast)
unabhängig von der Kollektorspannung sein will, der baut eine
PNP Konstantstromquelle als Kollektorwiderstand  ein.
Dann ist es universell und prima

[Peter R. (pnu)]

H.joachim Seifert schrieb:
> Hm, müsste man mal untersuchen...Macht es einen Unterschied, ob ich
> einen Fototransistor in Emitter- oder Kollektorschaltung betreibe? Ich
> glaube nein.
> Ok, bei der Schaltung ganz oben ist der Arbeitswiderstand an der
> falschen Stelle. Aber ob Invertierung oder nicht kann ja schon einen
> Unterschied in der folgenden machen.
> Probier ich morgen mal aus :-)

Fototransistoren haben eine relativ hohe Kapazität zwischen C und B. Mit 
C als Ausgangselektrode (B ist die Eingangselektrode)entsteht eine stark 
kapazitiv gegengekoppelte Stufe, mit tiefer Grenzfrequenz.

Mit Emitter als Ausgangselektrode ist die frequenzbegrenzende Wirkung 
des C wesentlich geringer.

[Dietrich L. (dietrichl)]

Peter R. schrieb:
> Fototransistoren haben eine relativ hohe Kapazität zwischen C und B. Mit
> C als Ausgangselektrode (B ist die Eingangselektrode)entsteht eine stark
> kapazitiv gegengekoppelte Stufe, mit tiefer Grenzfrequenz.
>
> Mit Emitter als Ausgangselektrode ist die frequenzbegrenzende Wirkung
> des C wesentlich geringer.

Das ist hier aber nicht relevant: der Fotostrom ist potentialfrei und 
fließt in die Basis. Wenn bei Kollektorschaltung der Emitter hoch geht, 
geht auch das Potenzial des Fotostroms hoch und die 
Kollektor-Basis-Kapazität wirkt genauso als Gegenkopllung.
(Vernachlässigt sind bei der Betrachtung die Koppelkapazität zwischen 
LED und Basis).

Gruß Dietrich

[Peter R. (pnu)]

@ Dietrich

bezüglich der Gleichstromwerte entsteht kein Unterschied, beim 
Umschalten gibts aber deutliche Unterschiede.

Mit dem Emitterschaltung an Masse entsteht eine Verstärkerschaltung, 
deren Ausgangsspannung am Kollektor zur Basis gekoppelt wird. Die 
Kapazität wirkt dann um den Miller-Effekt vergrößert auf die Basis ein. 
und beeinflusst die Grenzfrequenz erheblich.

Beim Kollektor direkt an Plus wird die Kapazität CBC kleinsignalmäßig 
aus dem niederohmigen Emitter gespeist, die Grenzfrequenz ist dann 
deutlich höher.

[MaWin (Gast)]

> bezüglich der Gleichstromwerte entsteht kein Unterschied,
> beim Umschalten gibts aber deutliche Unterschiede

Märchenstunde ?

Im Transsitro sind alle Kapazitäten und Spannungen gleich.

Nur die Kapazität der Basis nach aussen "dem Äther" wäre
überhaupt unterschiedlich vom Spannungsverlauf her, aber
ich bin überzeigt, daß das keinen relevanten Einfluss hat.

[Peter R. (pnu)]

Peter R. schrieb:
> Mit dem Emitterschaltung an Masse entsteht eine Verstärkerschaltung,
> deren Ausgangsspannung am Kollektor zur Basis gekoppelt wird. Die
> Kapazität wirkt dann um den Miller-Effekt vergrößert auf die Basis ein.
> und beeinflusst die Grenzfrequenz erheblich.
>
> Beim Kollektor direkt an Plus wird die Kapazität CBC kleinsignalmäßig
> aus dem niederohmigen Emitter gespeist, die Grenzfrequenz ist dann
> deutlich höher.

bei der Aussage zum Miller-Effekt bleibe ich, C behindert da den 
Spannungsanstieg an der Basis, weil die Spannungsänderung am Kollektor 
als Gegenkopplung wirksam wird. Je größer der Kollektorwiderstand desto 
stärker die Gegenkopplung.

Mit R am Emitter wird zwar die Spannungsänderung an der Basis von Cbc 
belastet. Aber C wird nicht durch die Verstärkung erhöht wirksam.

[MaWin (Gast)]

> bei der Aussage zum Miller-Effekt bleibe ich

Also wenn ich es in LTSpice simuliere, kommt in beiden 
Schaltungsvarianten exakt dasselbe raus, schliesslich ändert scih auch 
die Spannung über C2 genau so wie über C1.

[H.Joachim S. (crazyhorse)]

Und das wäre dann das Ergebnis, was ich von Anfang an vermutete..

[Peter R. (pnu)]

Ich hab die beiden Schaltungen gesteckt, das Zeitverhalten ist in beiden 
Fällen fast gleich.

Was an meiner Überlegung jetzt schief war: Der Fotostrom wird als 
Stromquelle parallel zu C-B eingespeist, das entspricht nicht der 
Verstärkerschaltung mit Ansteuerung an der Basis, da liegt die 
Steuerquelle beidesmal zwischen Basis und Masse, nicht zwischen Basis 
und C.
Na,ja ich sag nichts mehr.  :-(

[Philipp R. (bastler83)]

Vielen Dank für eure Bemühungen. Ich habe jetzt ein wenig optimiert.
-Den Optokoppler hab ich ausgewechselt durch den CNY17-1.
-Diode für Verpolungsschutz am Eingang eingebaut.
-Widerstand R1 = UE-1.2V/0.02A = 24V-1.2V/0.02A=1140 = 1k2
-Widerstand R2 PullUp 4k7
[http://mitchsoft.de/Elektronik/AVR/Grundschaltungen/Optokoppler.html]
[http://www.mikrocontroller.net/attachment/40716/24vsps5V.gif]
-Widerstand R3 = UE-1.2V/0.02A = 5V-1.2V/0.02A=1140 = 190 = ca. 220R
-Widerstand R4 PullUp 4k7

Jetzt ist sie invertiert. Was für meine Anwendung auch funktioniert. 
(Sind Ein Ausgänge für Endschalter und Start Stop Befehle für 
Schrittmotorsteuerung (Nanotec SMCI36))

Aber auf:
[http://www.mikrocontroller.net/articles/Optokoppler]
ist ja eine Schaltung die nicht invertierend ist (hab ich zuerst 
kopiert:-))
[http://www.mikrocontroller.net/articles/Datei:Optokoppler_grundschaltungen.png]
Wieso geht die nicht?

Ich hoffe ich schaff das noch.
Mein Ziel:
Von SPS Ausgängen zu Schrittmotorendstufe und Endschalter zu 
Schrittmotorendstufe: 30Stk. 24V zu 5V
Von Schrittmotorendstufe zu SPS Eingängen: 15Stk. 5V zu 24V

Gruss

[H.Joachim S. (crazyhorse)]

Philipp Rey schrieb:
> Von Schrittmotorendstufe zu SPS Eingängen: 15Stk. 5V zu 24V

Du weisst schon, dass es die als 4fach-koppler gibt?

[Dietrich L. (dietrichl)]

Philipp Rey schrieb:
> Aber auf:
> [http://www.mikrocontroller.net/articles/Optokoppler]
> ist ja eine Schaltung die nicht invertierend ist (hab ich zuerst
> kopiert:-))
> [http://www.mikrocontroller.net/articles/Datei:Opto...]
> Wieso geht die nicht?

Die geht schon!

Wichtiger ist noch zu berücksichtigen, wie der an den 
Optokoppler-Ausgang angeschlossene Eingang arbeitet bzw. spezifiziert 
ist!

Annahme:
- 5V-Ausgang geht auf µC-Eingang: wenn am µC-Eingang kein Pullup 
eingeschaltet ist, gehen beide Varianten, da fast kein Strom fließt.
Bei Deiner Dimensionierung (20mA für die LED, 1mA schaltet der 
Transistor) ist der Transistor auch kräftig übersteuert, sodass die 
Pegel niedrig genug (invertierend) bzw. hoch genug (nichtinvertierend) 
sind.

- 24V-Ausgang geht auf SPS: wie sind dort die Pegel und Eingangsströme 
spezifiziert? Oft muss bei "High" Strom in den Eingang fließen, bei 
"Low" keiner (der Eingang kann also offen bleiben). Da ist die 
nicht-invertierende Schaltung besser, da braucht man nicht mal einen 
Widerstand nach 0V. Außerdem sind die Pegelreserven meist groß genug, 
das der Transistor auch nicht so stark in die Sättigung gehen muss und 
daher den höheren Strom locker kann (bei 4,7k ist das ja ca. 5mA).

Aber prüfe, ob das bei Dir auch so ist!

Gruß Dietrich

[Mike M. (mike_m24)]

H.joachim Seifert schrieb:
> Du weisst schon, dass es die als 4fach-koppler gibt?

Hallo kann mir zufällig jemand die genaue Bezeichnung hierzu nennen ? 
Finde leider keine 4fach Version des CNY17-1.

Habe im prinzip daselbe Problem wie hier geschildert auch SPS und 
Arduino und brauch 8 mal 24V-->5V und einmal 5V-->24V.

// Edit: CNY 74-4, falls noch jemand sucht :)