Hallo,
ich habe eine Frage zu der Funktionsweise der oben skizierten Schaltung
(ich hoffe man kann halbwegs etwas erkennen).
Ich habe einen PNP Transistor, dessen Basis über einen digitalen Ausgang
eines beliebigen MCU geschaltet ist. Emitter gegen 5V. Der Kollektor ist
über einen 10K vs GND geschaltet. Ebenfalls am Kollektor ist über einen
2K7 Arbeitswiderstand der Spannungsteiler gegen GND geschaltet.
Schaltet man jetzt über den GPIO eines MCU den PNP Transistor liegen am
Fototransistor 5V an. Wofür braucht man jetzt genau noch den 10 K
Widerstand?
Die Spannung am 2K7 Widerstand sollte jetzt linear mit der Helligkeit
steigen und über einen AD-Wandler auswertbar sein.
Mir geht es jetzt nicht darum die Schaltung genau zu dimensionieren, ich
will nur gerne die grundsätzliche Funktionsweise verstehen und wissen ob
die Schaltung überhaupt so funktioniert.
Warum genau die 5V am Emitter des PNP etc. anliegen ist mir auch nocht
nicht ganz klar.
Danke und Gruß
make a photo schrieb:> Fototrans_1.JPG
Photomachen will auch gelernt sein. Photoapparat gerade halten und bei
weißem Papier immer überbelichten, weil die Belichtungsautomatik sonst
glaubt, ein Objekt mit 8% Albedo vor sich zu haben. Entsprechend grau
sieht der Schnee dann hinterher auf dem Photo aus.
5V am PNP Emitter: Ganz normale Emitterschaltung bei einem PNP. Da ist
halt im Vergleich zum NPN alles rumgedreht.
Der 10K ist der Lastwiderstand für den PNP, damit der nicht zu hart
gesättigt wird.
"
Die Spannung am 2K7 Widerstand sollte jetzt linear mit der Helligkeit
steigen und über einen AD-Wandler auswertbar sein."
Das mit der Linearität bezweifle ich ein bischen da du da einen
Transistor in Stromgegenkopplung betreibst und die Spannungsversorgung
für ebenjenen Transistor ein PNP Transistor ist, der relativ hart
sättigt wenn mich nicht alles täuscht.
Aber da wird eine Spannung sein, die über ADC auswertbar ist, ja.
Würde aber auch funktionieren, wenn du den pnp, den Basiswiderstand und
die 10 kOhm einsparst. Musst das Signal am GPIO nur mit inversem Pegel
zum Ein-, oder Ausschalten des Fototransistors liefern.
Bei 5 V Betriebsspannung des MCU/µC und den 2,7 kOhm am Emitter können
maximal < 2 mA fließen. Das sollten GPIOs locker schaffen...
Wird der MCU/µC mit weniger, als 5 V betrieben, z.B. 3,3 V und der pnp
liegt weiterhin an +5 V, funktioniert das Ausschalten nicht!
make a photo schrieb:> Schaltet man jetzt über den GPIO eines MCU den PNP Transistor liegen am> Fototransistor 5V an. Wofür braucht man jetzt genau noch den 10 K> Widerstand?
Den 10K Widerstand braucht man jetzt gerade nicht. Aber wenn der pnp-
Transistor ausgeschaltet ist, zieht der Widerstand die Spannung am
Kollektor des Fototransistors (= Kollektor des pnp) auf GND.
Ohne diesen (Pulldown-) Widerstand würde sonst die Spannung an diesem
Punkt floaten bzw. durch den Reststrom den pnp wären ein paar mV meßbar.
Warum der Entwickler dieser Schaltung das wichtig gefunden hat, vermag
ich nicht zu sagen. An sich ist das Schnuppe.
BESONDERS schnuppe, weil der Fototransistor ja bewusst aktiviert,
oder deaktiviert wird.
Ist schon manchmal komisch:
A) Bei einer zusammengepfriemelten Bastelschaltung grübelt man
wochenlang umsonst nach dem nicht vorhandenen Sinn eines Bauelements.
B) Bei einer (aus Erfahrung) klugen Schaltung denkt fast jeder, dass man
auf diverse Zutaten locker verzichten kann...
Hier würde ich, da der TO auch keine zu beachtenden Betriebsbedingungen
anführt, auf A) tippen. - Wer hält dagegen?
@ Graph: einen gibt es immer, der was zu meckern hat. Man kann doch
eindeutig alles erkennen :)
@Alle anderen: Vielen Dank schon einmal. Das hat mir sehr geholfen.
Nehmen wir einmal an der Emitter des PNP ist mit 5V beschaltet und der
Ausgang des MCU schaltet auch im Bereich von 5V.
Ich fasse zusammen:
- 1K Widerstand reguliert Basistrom
1. GPIO auf LOW Level -> T. sperrt -> der 10K Widerstand legt
Kollektorspannung auf GND -> ADC Wert über MCU ist die untere Grenze
auswertbar.
2. GPIO auf HIGL Level -> T. schaltet durch -> 5V/2700Ohm = 1.95 mA
können fließen -> ADC Wert ist über Spannungsteiler von 5V,
Fototransistor und 2K7 Widerstand auswertbar
@Asgard: Es handelt sich in der Tat um a). Die Schaltung stammt aber
natürlich nicht von mir. Ich würde sie aber trotzdem gerne
nachvollziehen können.
make a photo schrieb:> Nehmen wir einmal an der Emitter des PNP ist mit 5V beschaltet und der> Ausgang des MCU schaltet auch im Bereich von 5V.
Das ist eine ausgesprochen komische Formulierung für: Emitter des pnp
hängt an der Betriebsspannung (die hier halt zufällig 5V ist). Und daß
ein CMOS-Ausgang für H ziemlich genau die Betriebsspannung liefert.
> Ich fasse zusammen:> - 1K Widerstand reguliert Basistrom
Nicht "reguliert". "Begrenzt" trifft es eher.
> 1. GPIO auf LOW Level -> T. sperrt> 2. GPIO auf HIGL Level -> T. schaltet durch
Falsch. Gehe zurück auf Los ... nein, geh besser zu Wikipedia oder sonst
einer Wissenquelle deines Vertrauens und lies nach wie ein Transistor
funktioniert. Wie soll denn bei H am µC-Ausgang an Basisstrom in den pnp
fließen?
Mal noch eine kleine Äußerung von mir... Mit dieser Schaltung wird
offenbar die Belichtungsstärke anhand der damit verbundenen
Wiederstandsänderung des Fotoelektrischen Widerstandes gemessen. Dieser
Sensor ist durch den PNP-Transistor ein- bzw. ausschaltbar. Die
Widerstandsänderung wird über einen ADC mit Hilfe eines Spannungsteilers
berechnet. Der 10k Widerstand dient meiner Meinung dazu, im
ausgeschalteten Zustand des Sensors, den ADC-Eingang auf GND zu ziehen.
Die Spannung am ADC-Eingang berechnet sich dann mit Hilfe der
Spannungsteilerregel:
(Ua/Ue)=(2.7k)/(R_Foto+2.7k).
Beachte, dass über den Transistor ungefähr 0.7V abfallen...
Somit ist Deine Spannung Ue = (Ue1-0.7V)
LG Christian
make a photo schrieb:> make a photoAsgard schrieb:> Wird der MCU/µC mit weniger, als 5 V betrieben, z.B. 3,3 V und der pnp> liegt weiterhin an +5 V, funktioniert das Ausschalten nicht!
Eine kleine Frage noch:
Das bedeutet dass der PNP ohne weiteres auch an 3,3V liegen kann, wenn
der MCU mit 3.3V schaltet???!
> Das bedeutet dass der PNP ohne weiteres auch an 3,3V liegen kann, wenn> der MCU mit 3.3V schaltet???!
Nicht nur kann, sondern muss. Eben damit der Transistor nicht dauerhaft
durchschaltet.
Sparfüchse kriegen dass mit einem einzigen digitalen I/O Pin hin.
Vielleicht hast Du Lust, das auch mal auszuprobieren:
1
100Ω 100nF
2
I/O Pin o---[===]----+----||------|
3
|
4
+---[===]----|
5
Photowiderstand oder Transistor
Zuerst schaltest zu den I/O Pin als Ausgang und auch High, dadurch lädt
sich der Kondensator auf. Ein bisschen warten, dann den I/O Pin als
Eingang umschalten (ohne Pull-Up) und abwarten, bis er auf Low geht. Je
mehr Licht auf den Sensor fällt, umso schneller passiert das.
Oder noch eine andere Variante mit nur einem I/O Pin, jedoch einem
analogen:
1
2
I/O Pin o------[===]----|
3
Photowiderstand oder Transistor
Du konfigurierst den I/O Pin als Eingang mit internem Pull-Up
Widerstand. Dann misst du die Spannung an dem Pinmit dem ADC. Je mehr
Licht auf den Sensor fällt, umso geringer ist die Spannung.
In beiden Fällen schaltet man den Ausgang auf Low, wenn man Strom sparen
will während man den Sensor gerade nicht benötigt.
> Beachte, dass über den Transistor ungefähr 0.7V abfallen...
Nicht ganz richtig. An der Basis-Emitter Strecke fallen ca 0,7V ab.
Aber an der Basis-Kollektor Strecke fällt bei derart geringen Strömen
wesentlich weniger ab. Ich würde hier ca 0,1V erwarten.
Hallo Stefan,
vielen Dank für die ganzen Infos.
Ich werde das erstmal versuchen zu verstehen und dann einmal
umzusetzten.
Konkret würde ich jetzt mit dem folgenden PNP Transistor, den ich hier
rumfliegen habe versuchen umzusetzen:
http://www.futurlec.com/Transistors/S9012.shtml
Ich würde es gerne wie oben (Schaltung example) angegeben ausprobieren:
PNP Transistor mit Emitterschaltung. Emitter vs 3,3V. 1K Strombegrenzer
über digitalen I/O des MCU. PNP schaltet durch wenn I/O Pin auf LOW
Level.
ADC an analogen Pin des MCU lässt sich dann nach Formel
(Ua/Ue)=(2.7k)/(R_Foto+2.7k auswerten.
Funktioniert dies so?
Schönen Dank an Alle
make a photo schrieb:> Ich würde es gerne wie oben (Schaltung example) angegeben ausprobieren
<seufz>
Warum haben wir dir eigentlich oben eine Schaltung erklärt, die
zumindest prinzipiell funktioniert (auch wenn es einfacher ginge)
wenn du jetzt mit so einem dysfunktionalen Müll daher kommst?
Axel S. schrieb:> wenn du jetzt mit so einem dysfunktionalen Müll daher kommst?
Die Schaltung ist etwas verquer gezeichnet, aber der einzige Unterschied
zur prinzipiell funktionierenden Originalschaltung ist, dass der pnp
jetzt mit 3,3V versorgt wird (was zur Ansteuerung mit 3,3V passt).
Sofern der Fototransistor richigrum eingebaut wird sollte das also
funktionieren.
make a photo schrieb:> ADC an analogen Pin des MCU lässt sich dann nach Formel> (Ua/Ue)=(2.7k)/(R_Foto+2.7k auswerten.
Bei einem Fotowiderstand passt die Formel - dort wird wirklich der
Widerstandswert durch die Beleuchtung verändert und das ganze
funktioniert als Spannungsteiler.
Ein Fototransistor wirkt aber im Wesentlichen wie eine lichtgesteuerte
Stromquelle: bei mehr Licht fließt mehr Strom, der Innenwiderstand der
Schaltung ist in allen Fällen hoch (zumindest solange der Fototransistor
nicht in Sättigung geht). Dein Signal ergibt sich daher einfach aus U_e
= I_photo*2k7.
Achim S. schrieb:> Axel S. schrieb:>> wenn du jetzt mit so einem dysfunktionalen Müll daher kommst?>> Die Schaltung ist etwas verquer gezeichnet, aber der einzige Unterschied> zur prinzipiell funktionierenden Originalschaltung ist, dass der pnp> jetzt mit 3,3V versorgt wird (was zur Ansteuerung mit 3,3V passt).
Oh f*ck. Wer zeichnet denn sowas - GND nach oben und die 3.3V Versorgung
nach unten. Aber gut, ich hätte auch selber genauer hinsehen sollen.
Ich ziehe meinen Rant hiermit zurück :-|
Fototrans_1.JPG
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