Darlington Schaltung für Infrarot Diode

Guten Abend Harald,

vielen Dank für deine erste Einschätzung.
Dass der Empfänger minderwertig ist kann natürlich gut sein. Schließlich 
werden die LED Streifen irgendwo kostengünstig produziert und wer weiß 
wie die Schaltung dort aussieht.

Im Rahmen meiner Recherchen bin ich zuvor auf eine Webseite gestoßen, 
die einen bauartgleichen LED-Treiber wie den meinen etwas genauer 
untersucht hat. 
http://blog.allgaiershops.com/2012/05/10/reversing-an-rgb-led-remote/
Leider ist der Link auf Englisch.

Um das Aussenden der IR Signale kümmert sich die Software WinLIRC, die 
leider nicht mehr weiterentwickelt wird, nur noch der ursprüngliche 
Linux-Klon LIRC aus dem WinLIRC hervorgegangen ist.
Wenn ich das richtig interpretiere wird dort einfach nur ein Digital 
Signal über den TXD Ausgang ausgegeben.
Die Timings der IR Fernbedienung hat das Programm zuvor angelernt 
bekommen.

IRSeb schrieb:
> Das Vorhaben funktioniert bereits hervorragend - nur die Reichweite der
> IR Diode ist durch die max. 100mA arg eingeschränkt (ca. 50cm). Konkret
> möchte ich diese Reichweite auf praxistaugliche 3-4m ausbauen.

Für die 8-fache Reichweite müßtest du die Leistung der LED um einen 
Faktor 64 (in Worten: vierundsechzig) erhöhen. Das wirst du deiner LED 
nicht wirklich zumuten wollen.

Da solltest du erstmal den Fehler suchen und ergründen, warum die 
Reichweite so minimalistisch ist.

Wolfgang schrieb:
> Für die 8-fache Reichweite müßtest du die Leistung der LED um einen
> Faktor 64 (in Worten: vierundsechzig) erhöhen.

Puh, das ist natürlich dann etwas unrealistisch...

Bei der Beschaltung vermute ich, dass der LED-Transistor zu stark
zurück gesteuert wird. Ich würde den Widerstand vom Emitter zum
Kollektor versetzen. Scheint mir sinnvoller zu sein. Wurde der
LED-Strom mal gemessen?

Die Schaltung könnte so im Prinzip funktionieren. Ggf. könnten die 
Widerstände am Eingang etwas niederohmiger werden.

Mit mehr Strom wird es aber schwer - die geringe Reichweite spricht 
etwas dafür, dass das Signal nicht so ganz richtig / optimal ist. IR 
Signal per UART ist schon nicht so einfach, dann noch über USB/UART chip 
gibt zusätzliche Fehlerquellen / Einschränkungen. Wenn man Glück hat nur 
der Pegel für die IR Led in der alten Version zu niedrig, dann geht es 
mit der Schaltung.

Ein Wecker über Windows -  naja.

"Ein Wecker über Windows - naja."

Ja, ich habe vermutet, dass das irgendwann kommen würde und kann das im 
Prinzip nur unterstreichen. Allein, dass meine verwendete Software nicht 
mehr weiterentwickelt und schlecht dokumentiert ist ist schon störend 
genug.
Ich habe ebenso an eine Umsetzung per Raspberry Pi oder Arduino und 
Konsorten nachgedacht, dann hätte ich jedoch entsprechende Teile kaufen 
müssen.
Die IR-Dioden und den USB-UART hingegen hatte ich noch hier rumfliegen. 
;)

Das Versetzen des LED-Widerstandes werde ich auf jeden Fall umsetzen. 
Danke für deinen Input, nemesis!

Wozu dienen denn die beiden Dioden an der Basis des zweiten NPNs?

Nach weiteren Tests habe ich nun die von mir verwendete 1N4148 Diode 
zunächst probeweise ausgelötet.
(Schaltung: TXD-Ausgang -> 1N4148 -> TSAL 6200 -> 2 Ohm Widerstand -> 
GND).
Die Reichweite hat sich nun drastisch gebessert auf knapp 2-3m.

Das widerum zeigt mir, dass die Spannung am TXD Ausgang des CP2102 
vermutlich am unteren Ende der Spezifikationen liegen muss oder beim 
Sendevorgang zu stark einbricht.
Daher vermutlich umso sinnvoller, die o.g. Transistorschaltung 
umzusetzen...

HI,
deine Schaltung liefert aber nur 60 mA. Im Einschaltmoment entsteht wohl 
eine 400 mA Spitze, durch den Kondensator.
Entferne den Kondensator, ändere den 10 Ohm in 2,2 und den Transistor 
sollte mindestens ein BC237 sein.

Grüße

Die Dioden begrenzen die Spannung auf etwa 1,4 V. Damit bleiben rund 0.7 
V für den 10 Ohm Widerstand und damit rund 70 mA als Strom. Ohne die 
Dioden wird die Spannung höher und damit auch der Strom höher, ist aber 
nicht mehr so einfach berechenbar. Eine 3. Diode in Reihe würde auch 
schon den Strom etwa verdoppeln, alternativ auch eine gelbe / orange LED 
(gibt auch etwa 2,1 V).

Ein BC237 wäre etwas kleine - sollte wohl BD237 heißen. Ganz so groß 
muss nicht, aber so etwas wie BC635 / BD135 sollte es schon mindestens 
sein.

An den Arduino könnte man die IR LED auch relativ einfach anschießen, 
auch mit der gleichen (oder ähnlichen) Transistorschaltung. Der Vorteil 
gegenüber der USB Lösung ist die bessere Kontrolle über das Signal und 
der wohl geringere Stromverbrauch.

Wenn man noch mehr aus der Endstufe raus holen möchte, empfiehlt
sich wohl ein FET mit entsprechend kleinem Rdson. Conrad spuckt
da den BUZ11 als ersten in der Liste aus.

Der Widerstand muss im Emitter bleiben. Es handelt sich um eine 
Konstantstromquelle. Die beiden Dioden erzeugen eine halbwegs stabile 
Spannung, der Spannungsabfall über die Basis-Emitterstrecke des 
Transistors ist auch (fast) immer gleich, smoit ist der Spannungsafall 
am Emitterwiderstand und somit der Strom ( auch der durch die LEDs) auch 
immer gleich. Durch die Stromgegenkopplung gerät der Transistor nicht in 
die Sättigung und arbeitet in der geforderten Geschwindigkeit. Nimmst Du 
den Widerstand in den Kollektor, schliesst die basis-Emitterstrecke des 
Transistors deine Dioden kurz, der Basistrom wird nur durch den 100R 
begrenzt. der Transistor schafft es NIEMALS in der kurzen Zeit seine 
Basis auszuräumen und zu sperren.
Klar ist auch, das die 100 Ohm schon etwas kleiner werden könnten. Bei 
hohen Strömen sinkt idR die Stromverstärkung bei solchen transistoren.
der Maximalstrom durch die LED wird durch den Emitterwiderstand bestimmt 
und über dessen Spannungsabfall. wurde schon genannt, ich weiß.

Ich finds nicht gut, das jemand aus Leichtschultrigkeit meint, "hoho, 
der Widerstand muss da weg und unbedingt in den Kollektor". Der 
Threadopener, der offensichtlich nicht genau weiß, was Sache ist, sich 
auch noch bedankt mit : "Das Versetzen des LED-Widerstandes werde ich 
auf jeden Fall umsetzen." und NIEMAND schreitet ein...
Dann braucht es kein Forum! Dann reichen drei, vier oder fünf am 
Stammtisch in der Kneipe.

Und dann noch mitm BUZ11 um die Ecke kommen.
bestell Dir bei Reichelt einen Logiklevel-FET.
Die Schaltung muss dann aber komplett anders werden, der Ansatz 
Konstantstromquelle mit FET setzt höhere Spannungen voraus, weil U_gs 
idR meist deutlich höher liegt.

https://www.reichelt.de/Transistors-IRFU-IRFZ-/IRFU-1018E/3/index.html?ACTION=3&GROUPID=2894&ARTICLE=90351&OFFSET=16&;

nemesis... schrieb:
> ... spuckt da den BUZ11 als ersten in der Liste aus.

Und womit würdest du den ansteuern wollen?

Dem musst du schon deutlich Spannung am Gate anbieten, damit der in die 
Hufe kommt ...

Hi,

Lurchi schrieb:
> Ein BC237 wäre etwas kleine - sollte wohl BD237 heißen. Ganz so groß
> muss nicht, aber so etwas wie BC635 / BD135 sollte es schon mindestens
> sein.
 Jo Tippfehler, meinte BC337. Wenn man mal den RC5 Code anwendet, 
entstehen 100 mW. Statisch kann man diese Schaltung damit aber nicht 
betreiben. Dann muss es ein BD135 sein.


Grüße

Felsentreu zeigte:
Darlington_Schaltung_fuer_Infrarot_Diode.gif

Hi Krangel,
warum nicht einfach einen Emitterfolger direkt an das Eingangssignal und 
die IR-LED mit einem Vorwiderstand in die Emitterleitung? Man spart 
etliche Bauelemente und viel Strom bei höherer Schaltgeschwindigkeit.

So fern die Steuerspannung einen definierten Wert hat, kann man das mit 
dem Emitterfolger so machen. Bei nicht so klar definiertem Pegel am 
Eingang wird es schon schwieriger, weil dann der Strom von der 
Steuerspannung abhängt.

So viel schneller wird der Emitterfolger auch nicht, und es sind auch 
nur 2 Dioden und ein Widerstand mehr.

Lurchi schrieb:
> es sind auch nur 2 Dioden und ein Widerstand mehr.

Nö, es sind 3 Widerstände, 2 Dioden und ein Transistor zuviel. Man 
braucht nur einen Transistor, die LED und ihren Vorwiderstand.

Guten Abend zusammen!
Ich komme nun endlich mal zum antworten.

Vielen Dank für eure zahlreichen Inputs zu meinem Thema.
Ich habe eure Tips berücksichtigt, Datenblätter gewälzt und meine 
Schaltung überarbeitet.
Auch habe ich kurzzeitig über den Einsatz eines ULN2003A als LED-Treiber 
anstelle meiner Schaltung nachgedacht, diese Idee aber aufgrund der 
Bauteilgröße (16-Pin DIL) erstmal verworfen.
Zunächst verfolge ich also unverändert den obigen Ansatz einer 
Darlington Schaltung mit Konstantstromquelle.

Hier die Änderungen der Schaltung - von links nach rechts - im 
Überblick:

Signalquelle: TLL-Signal! HIGH-Pegel liegt typ. bei VDD-0,8V des CP2102. 
VDD liegt bei 3,3V. (Min/Max: 3,0-3,6V laut Datenblatt)

Basiswiderstand R1 von Q1: alte Schaltung (war ausgelegt für Signalpegel 
der seriellen Schnittstelle): 15k Ohm. Neue Schaltung: 1k Ohm
Berechnung: Ziel: Basisstrom Q1 2mA -> 2,5V / 0,002A = näherungsweise 
1000 Ohm.
Der Basisstrom liegt dann je nach Signalpegel zwischen 2,2 und 2,8mA. 
Wäre das in Ordnung?

Widerstand R2 der von Basis Q1 gen Masse verläuft: alte Schaltung: 100k 
Ohm.
Neue Schaltung: Entsprechend des Verhältnisses der Änderung von R1 (alt 
15k -> 1k) ermittelt (6,8k Ohm), dann auf Basis von Simulationen in 
Yenka auf 15k heraufgesetzt.

Transistor Q1: sei BC547B bei angenommen hFE 200.

Basiswiderstand R3 von Q2: keine Änderung.

Dioden der Konstantstromquelle: 1N4148. 2 Stück in der alten Schaltung. 
3 in der neuen Variante um Strom in der Endstufe zu erhöhen.
Danke an stromtuner und Lurchi für die Warnungen, dass es sich um eine 
Konstantstromquelle handelt! Das hat mich bei meinen Recherchen 
weitergebracht.

Transistor Q2: sei BC337-40 bei angenommen hFE 170.

Emitterwiderstand R4, gleichzeitig LED Vorwiderstand:
Berechnung: (UD1 + UD2 + UD3 - UBE) / IPulse = (3V-1,2V)/0,4A= 4,4 Ohm.
Auf Basis meiner Yenka Simulation vorerst bei 2 Ohm belassen.

Kondensator C1: entfällt. Danke an Felsentreu für deine Berechnung!

Feinsicherung F1: Neu. 500mA, Auslösecharakteristik flink oder 
mittelträge. Zum Schutze des USB Ausgangs am Mainboard.

Was mich verunsichert: der ungenaue Stromverstärkungs-Bereich, den 
Transistoren mit sich bringen. Kann das bedeuten, dass der Transistor 
temperaturabhängig einen höheren hFE-Wert annimmt und der LED somit ein 
höherer Strom zur Verfügung gestellt wird? Wie kann hier das Ergebnis 
der Schaltung, also der Berechnung präzisiert werden? Den hFE-Wert der 
Transistoren nach Kauf durch Messung ermitteln, Transistor entsprechend 
großzügig dimensionieren und kühlen oder spielt das bei meiner einfachen 
Schaltung eine untergeordnete Rolle?
Zunächst habe ich mich dazu entschieden eine Feinsicherung zu verbauen, 
die das Mainboard vor Lastspitzen schützen soll.

Macht meine Schaltung in der jetzigen Ausführung Sinn oder sollte ich 
lieber einen anderen Ansatz wählen?

Schönen Abend,
Sebastian

Der Eingangspegel der Schaltung ist größer als 2,5V, es fließen keine 
10mA in den Eingang (auch keine 3mA).

Der 1k in Reihe zum Eingang ist sinnlos.

Die 3 Dioden in Reihe wären bei Ue=2,5V sinnlos, weil die dann niemals 
leiten könnten.

Der Kondensator über dem Emitterwiderstand muss raus!

> sollte ich lieber einen anderen Ansatz wählen?

Ja, nimm einen 3V3-Logik-Level-Mosfet und schalte die IR-LED mit 
Vorwiderstand in die Drainleitung.

Problem gelöst!

Nach endlosen Versuchen habe ich das Übel gefunden:
meine USB-to-Serial Schnittstelle hat den reibungslosen Ablauf 
verhindert.
Ein Auslöser, den ich mangels Alternativen nie in Betracht gezogen habe.

Symptomatik: Verwendeter MOSFET (IRLZ34N) hat stets durchgesteuert, die 
IR-Emitter haben immer geleuchtet. Signalreichweite <1m.
Auch ein Vorwiderstand auf dem Gate und ein zum GND geschalteter 10k-Ohm 
Widerstand wussten das Problem nicht zu beheben, sodass ich zunächst 
einen defekten MOSFET vermutet habe.

Nachdem ich nun auf einen anderen USB-zu-Seriell Adapter umgestiegen bin 
(Prolific Chipsatz) funktioniert mein IR Emitter einwandfrei.

Nach mehreren Versuchsaufbauten die sich als nicht zufriedenstellend 
oder überladen erwiesen haben, habe mich nun der Einfachheit halber für 
den von dir, Arno, vorgeschlagenen Aufbau entschieden. Als MOSFET habe 
ich den IRLZ34N verwendet. In der Drainleitung sitzen zwei in Reihe 
geschaltete IR Emitter sowie ein 3-Ohm-Vorwiderstand.

Daten zur IR-Diode:
Harvatek HE1‑220AC
Wellenlänge: 850nm
Abstrahlwinkel: 20°
UF: 2V
IF: 50mA
Ie: 90mW/sr

Vielen Dank für eure zahlreichen Inputs!

IRSeb schrieb:
> Sets ähnlich wie: https://www.amazon.de/dp/B00WUCZV8W/

IRSeb schrieb:
> Wellenlänge: 850nm

Hmm, Amazon Angebote sind wie immer eine Frechheit von der Katze im 
Sack, aber die meisten Infrarotfernbefienungsempfänger reagieren auf 950 
oder 940nm, mit 880nm ist man schon weit davon weg.

Dein Treiber könnte gehen, man kann aus 10 Ohm auch 2 Ohm machen und 15k 
zu 1k5.

MaWin schrieb:
>die meisten Infrarotfernbefienungsempfänger reagieren auf 950
> oder 940nm, mit 880nm ist man schon weit davon weg.
>
> Dein Treiber könnte gehen, man kann aus 10 Ohm auch 2 Ohm machen und 15k
> zu 1k5.

Auch das werde ich nochmal beherzigen und ausprobieren. Meine bisheren 
Versuche mit Dioden in diesem nm-Bereich waren nicht unbedingt von 
Erfolg gekrönt. Meist weil meine Muster einen sehr engen Abstrahlwinkel 
hatten und nicht so viel Leistung.

Die üblichen IR Filter bei den Empfängern lassen IR licht ab etwa 750 nm 
durch, die Empfangsdiode selber geht bis etwa 1000 nm. Die maximale 
Empfindlichkeit hat man üblicherweise bei etwa 850-900 nm. Da ist es 
also realtiv egal ob eine Sendediode mit nominal 880 nm oder 940 nm hat.
Bei 950 nm sind die Sendedioden ggf. etwas effektiver, dafür ist bei 880 
nm der Empfänger etwas besser - das nimmt sich nicht wirklich viel.

Wenn man die Sendediode ausreichten kann, hilft es eine Menge wenn die 
Diode einen kleinen Öffnungswinkel hat. Ein halber Öffnungswinkel 
erlaubt die etwa 4 fache Intensität.

Hi,
der Vorwiderstand der LEDs ist zu klein. Bei 50 mA errechne ich 40 Ohm.



Lurchi schrieb:
> Wenn man die Sendediode ausreichten kann, hilft es eine Menge wenn die
> Diode einen kleinen Öffnungswinkel hat. Ein halber Öffnungswinkel
> erlaubt die etwa 4 fache Intensität.

Nur haben die Dioden eine dermaßen schlechte Gehäuselinse, dass man jede 
einzeln, anhand des Empfangssignals ausrichten müsste.

Grüße