Fototransistor-Signal mittels NPN verstarken---aber wie?

[Jens (Gast)]

Baue gerade eine IR-Lichtschranke mit PLL. Um die Reichweite zu erhoehen 
(lag bei etwa 5cm) moechte ich das Fototransistor-Signal (SFH313-FA, 
siehe [1]) mit einem BC517 Darlington-NPN verstaerken [2]. Den 
Schaltplan habe ich angehaengt.

Im Betrieb stellt sich heraus, dass der NPN permanent durchgeschaltet 
ist; folglich liegt der Eingang des Dekoder-ICs permanent auf Masse und 
nichts wird gemessen. Ohne die Transistorstufe funktioniert die 
Schaltung, allerdings ist die Reichweite mit 5cm nicht gerade 
berauschend.

Ist etwas grundsaetzlich falsch an der Verstaerkerstufe? Ich wuerde 
gerne einen OPV vermeiden, wenn moeglich, da die Schaltung 
anfaengerfreundlich sein soll.

[1] https://docs.rs-online.com/3b49/0900766b814f56d9.pdf
[2] https://www.mouser.com/datasheet/2/149/BC517-888613.pdf

[Jörg R. (solar77)]

Jens schrieb:
> Im Betrieb stellt sich heraus, dass der NPN permanent durchgeschaltet
> ist; folglich liegt der Eingang des Dekoder-ICs permanent auf Masse und
> nichts wird gemessen. Ohne die Transistorstufe funktioniert die
> Schaltung, allerdings ist die Reichweite mit 5cm nicht gerade
> berauschend.
>
> Ist etwas grundsaetzlich falsch an der Verstaerkerstufe? Ich wuerde
> gerne einen OPV vermeiden, wenn moeglich, da die Schaltung
> anfaengerfreundlich sein soll.

R4 schaltet den Transistor durch. Aber wie soll IN permanent auf Masse 
liegen? Da ist doch noch ein C vor.

[Jens (Gast)]

Stimmt natuerlich. Aber das Problem bleibt bestehen: der Fototransistor 
kann T2 nicht durchschalten. Also am besten R4 erhoehen, aber auf 
welchen Wert? Wie kann ich das errechnen?

[Jörg R. (solar77)]

Jens schrieb:
> Stimmt natuerlich. Aber das Problem bleibt bestehen: der
> Fototransistor
> kann T2 nicht durchschalten. Also am besten R4 erhoehen, aber auf
> welchen Wert? Wie kann ich das errechnen?

Der Fototransistor muss T2 nicht durchschalten, kann er auch nicht. Das 
macht R4. Die Schaltung ist so nicht korrekt. T2 wird auch nie sperren, 
denn dazu müsste das Basispotential heruntergezogen werden. R4 und der 
Fototransistor müssen die Plätze tauschen. Ob R4 vom Wert her so passt 
musst Du ausprobieren.

[Jens (Gast)]

Wenn T1 leitet, zieht das nicht die Basis herunter und sperrt T2?

[Falk B. (falk)]

Jens schrieb:
> Baue gerade eine IR-Lichtschranke mit PLL.

Warum willst du das Rad neu erfinden?

> Um die Reichweite zu erhoehen
> (lag bei etwa 5cm)

Beitrag "Re: Infrarot LED Lichtschranke"

> Ist etwas grundsaetzlich falsch an der Verstaerkerstufe?

Ja. Ganz so einfach ist es nicht. Aber für einen einfachen Versuch 
tausche mal R4 mit T1. Dann liefert T1 den Basisstrom. R4 kann man auch 
weglassen oder wenigstens mal deutlich größer machen, so 100k.

> Ich wuerde
> gerne einen OPV vermeiden, wenn moeglich, da die Schaltung
> anfaengerfreundlich sein soll.

Dann siehe den Link oben, DAS ist anfängerfreundlich.
Geht natürlich auch mit einem NE555 als Sender. Deine Schaltung des 
NE555 ist eher ungünstig, R1 und R2 sind zu klein, das kostet sinnlos 
Strom. Eher so.

R1=47k + 50k Poti
R2=10k
C1=470p

LED+Vorwiderstand zwischen VCC und OUT (invertiert).

[Jörg R. (solar77)]

Jens schrieb:
> Wenn T1 leitet, zieht das nicht die Basis herunter und sperrt T2?

Ich habe Dich so verstanden dass der Fototransistor T2 durchschalten 
soll, also wenn er Licht empfängt. Dann wäre Deine Schaltung falsch.


Jörg R. schrieb:
> T2 wird auch nie sperren,
> denn dazu müsste das Basispotential heruntergezogen werden.

Jens schrieb:
> Wenn T1 leitet, zieht das nicht die Basis herunter und sperrt T2?

Ja, dann sollte T2 sperren, dass habe ich oben falsch geschrieben. Was 
misst Du denn an der Basis von T2 wenn a) T1 dunkel ist und b) wenn T1 
hell ist? Ist T1 evtl. verpolt eingebaut?

[Jens (Gast)]

Falk B. schrieb:
> Warum willst du das Rad neu erfinden?

Naja, der LM567 ist doch ein netter Chip. Muss ja nicht immer alles 
direkt mit einem uC oder Arduino gemacht werden.

Falk B. schrieb:
> Aber für einen einfachen Versuch
> tausche mal R4 mit T1. Dann liefert T1 den Basisstrom. R4 kann man auch
> weglassen oder wenigstens mal deutlich größer machen, so 100k.

So funktioniert es nun. Verstehe nur nicht, warum es umgekehrt nicht 
klappt. Wenn T1 leitet, sollte T2 doch sperren.

Falk B. schrieb:
> R1=47k + 50k Poti
> R2=10k
> C1=470p

Ups, gute Idee.

Falk B. schrieb:
> Dann siehe den Link oben, DAS ist anfängerfreundlich.

Arduinos auf alles draufzuwerfen ist zar heutzutage 
"anfaengerfreundlich" aber so richtig mein Ding ist es nicht ;-)

Jörg R. schrieb:
> Ja, dann sollte T2 sperren, dass habe ich oben falsch geschrieben. Was
> misst Du denn an der Basis von T2 wenn a) T1 dunkel ist und b) wenn T1
> hell ist? Ist T1 evtl. verpolt eingebaut?

Ich messe das morgen mal durch. Mit der vertauschten Anordnung klappt es 
jetzt, siehe Anhang.

[Joachim B. (jar)]

Jens schrieb:
> So funktioniert es nun. Verstehe nur nicht, warum es umgekehrt nicht
> klappt. Wenn T1 leitet, sollte T2 doch sperren.

wie kommst du darauf?

wenn T1 leitet wird die Basis vom T2 positiver und T2 leitet auch!

[Jörg R. (solar77)]

Jens schrieb:
> Jörg R. schrieb:
>> Ja, dann sollte T2 sperren, dass habe ich oben falsch geschrieben. Was
>> misst Du denn an der Basis von T2 wenn a) T1 dunkel ist und b) wenn T1
>> hell ist? Ist T1 evtl. verpolt eingebaut?
>
> Ich messe das morgen mal durch.

Eigentlich musst Du mit einem Oszi messen. Ein DMM wird, wenn überhaupt, 
nur Mittelwerte anzeigen. Zumindest dann wenn ein Signal gesendet wird.
Ohne IR-Signal (T1 dunkel) sollten an der Basis von T2 nahezu 0V 
anliegen, am Collector 9V (Versorgungsspannung).

> Mit der vertauschten Anordnung klappt es jetzt, siehe Anhang.

Ja, wie von Falk und mir geschrieben;-)

Aber Glückwunsch und Hut ab. Du gehst wenigstens auf die Kommentare ein 
und setzt die Ratschläge um.

[Jens (Gast)]

Jörg R. schrieb:
> Eigentlich musst Du mit einem Oszi messen.

Wird gemacht, Chef, allerdings erst morgen. Bin in den USA und hier 
gehen jetzt die Lichter aus. Vielen Dank fuer die Hilfe!

[Jörg R. (solar77)]

Joachim B. schrieb:
> Jens schrieb:
>> So funktioniert es nun. Verstehe nur nicht, warum es umgekehrt nicht
>> klappt. Wenn T1 leitet, sollte T2 doch sperren.
>
> wie kommst du darauf?
>
> wenn T1 leitet wird die Basis vom T2 positiver und T2 leitet auch!

Ich vermute Jens bezieht sich dabei auf die Schaltung aus dem 
Eröffnungsthread.

[Jörg R. (solar77)]

Jens schrieb:
> Jörg R. schrieb:
>> Eigentlich musst Du mit einem Oszi messen.
>
> Wird gemacht, Chef, allerdings erst morgen. Bin in den USA und hier
> gehen jetzt die Lichter aus. Vielen Dank fuer die Hilfe!

Bei uns wird es schon wieder hell;-)

[foobar (Gast)]

> Verstehe nur nicht, warum es umgekehrt nicht klappt. Wenn T1 leitet,
> sollte T2 doch sperren.

Nun, T1 muß gegen R4 ankämpfen.  Bei 5cm schafft er die ca 0.8mA noch - 
wenn's dunkler wird, reicht es nicht mehr.

[Wolfgang (Gast)]

Jens schrieb:
> Ist etwas grundsaetzlich falsch an der Verstaerkerstufe?

Du hast keine vernünftige Arbeitspunkteinstellung für T4.

[Wolfgang (Gast)]

Jens schrieb:
> Also am besten R4 erhoehen, aber auf
> welchen Wert? Wie kann ich das errechnen?

Insbesondere wäre der erforderliche Wert genaugenommen abhängig von der 
Temperatur von T4, da U_BE sich mit der Temperatur ändert. Hier ein 
Beispiel für eine gegengekoppelte Transistorstufe mit Berechnungen unter 
"Strom- und Spannungsverteilung".
https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0204134.htm

U_e kommt von deinem Spannungsteiler aus T1 und R4.

Jens schrieb:
> Ich wuerde gerne einen OPV vermeiden

Meinst du nicht, dass das einfacher wäre?

[Alois (Gast)]

Joachim B. schrieb:
> Jens schrieb:
>> So funktioniert es nun. Verstehe nur nicht, warum es umgekehrt nicht
>> klappt. Wenn T1 leitet, sollte T2 doch sperren.
>
> wie kommst du darauf?
>
> wenn T1 leitet wird die Basis vom T2 positiver und T2 leitet auch!

T2 - Vorverstärker für LM567 - gehört AC-gekoppelt. Was den LM567 
interessieren sollte ist nur der Wechselanteil des empfangenen Signals - 
und nicht die Umgebunghelligkeit oder gar Temperatur. Dazu braucht T2 
(BC517 ist hier nicht die beste Wahl) einen stabilen AP.

[Karl B. (gustav)]

Jens schrieb:
> Im Betrieb stellt sich heraus, dass der NPN permanent durchgeschaltet
> ist...

Kein Wunder:

Der Opto kommt auf Highside.
OK. Schaltung kann noch massiv eingedampft werden.
Nur vom Prinzip her so.

ciao
gustav

[Mohandes H. (Firma: مهندس) (mohandes)]

Jens schrieb:
> Um die Reichweite zu erhoehen (lag bei etwa 5cm) ...

Wie schon oben geschrieben, irgendwo wird mit dem korrekten R4 ein 
Empfindlichkeitsmaximum erreicht sein. Der Dunkelstrom des 
Fototransistors (temperaturabhängig) setzt dem eine natürliche Grenze.

Um dann die Reichweite weiter zu erhöhen mußt Du die optische Seite 
betrachten:

- Eine stärkere LED.
- Eine LED mit kleinerem Öffnungswinkel.
- LED mit Wellenlänge im Empfindlichkeitsmaximum des SFH313.
- Eine Optik, die den Strahl bündelt. Dies kann im einfachsten Fall eine 
Sammellinse sein (primär hinter der LED, u.U. auch vor dem 
Fototransistor).

[Zeno (Gast)]

Mach eine Darlingtonschaltung mit Deinem npn und dem Fototransistor.
Sieht dann so aus wie in dem Link 
https://de.wikipedia.org/wiki/Darlington-Schaltung, wobei der erste 
Transistor Dein Fototransistor ist.

[Zeno (Gast)]

Noch was: Hast Du Deinen Sensor gegen Fremdlicht abgeschirmt? Hohe 
Verstärkung und Fremdlicht verträgt sich auch nicht.

[Karl B. (gustav)]

Zeno schrieb:
> Mach eine Darlingtonschaltung mit Deinem npn und dem Fototransistor.
> Sieht dann so aus wie in dem Link

Hi,
man sollte aber noch einen R nach GND schalten, damit der T besser 
sperrt.
quasi wie im Bild oben.
Beitrag "Re: Fototransistor-Signal mittels NPN verstarken---aber wie?"

ciao
gustav

[sonnenschein (Gast)]

Alois schrieb:

> T2 - Vorverstärker für LM567 - gehört AC-gekoppelt. Was den LM567
> interessieren sollte ist nur der Wechselanteil des empfangenen Signals -
> und nicht die Umgebunghelligkeit oder gar Temperatur. Dazu braucht T2
> (BC517 ist hier nicht die beste Wahl) einen stabilen AP.

Na endlich!
Beim lesen des Threads fragt man sich die ganze Zeit, wann denn nun 
endlich das geschwurbel aufhört und der entscheidende Fehler der 
Schaltung erkannt wird.
Nimmt aber anscheinend niemand zur Kenntnis, es wird weiter an der 
unsinnigen Gleichspannungskopplung herumgedoktert... Man, man mc-net...

[Wolfgang (Gast)]

Karl B. schrieb:
> man sollte aber noch einen R nach GND schalten, damit der T besser
> sperrt.

Wenn ein BJT keinen Basisstrom bekommt, sperrt er. Das ist kein MOSFET, 
bei dem statische Ladung auf dem Gate hängen kann.

Mohandes H. schrieb:
> - LED mit Wellenlänge im Empfindlichkeitsmaximum des SFH313.

Vermutlich handelt es sich um den SFH313FA, da es IMHO davon keine 
Version ohne IR-Filter gibt. Damit die LED dazu passt, sollte es eine 
mit einem Maximum bei etwa 850nm sein. Aber selbst wenn die IR-LED bei 
940nm ihr Maximum hat, bricht dadurch die Empfindlichkeit nicht 
dramatisch ein.

Zeno schrieb:
> Noch was: Hast Du Deinen Sensor gegen Fremdlicht abgeschirmt?

Unter 700nm sieht der SFH313FA praktisch nichts. An welche Art von 
Fremdlicht dachtest du?

[Karl B. (gustav)]

Nach wie vor Emitterschaltung. Der Gleichspannungsanteil wird durch C6 
herausgefiltert.
Siehe auch Testschaltung im Dabla.
Da ist von spezieller Vorverstärkerschaltung mit Notwendigkeit zum 
Extra-BIAS nirgends die Rede. Die Pins sind oben richtig beschaltet für 
den korrekten Betrieb.
Zeig mir Deinen Verbesserungsvorschlag.

ciao
gustav

[Falk B. (falk)]

Jens schrieb:
> Falk B. schrieb:
>> Warum willst du das Rad neu erfinden?
>
> Naja, der LM567 ist doch ein netter Chip.

Mag sein. Aber der macht allein noch keinen guten 
Lichtschrankenempfänger.

>> Dann siehe den Link oben, DAS ist anfängerfreundlich.
>
> Arduinos auf alles draufzuwerfen ist zar heutzutage
> "anfaengerfreundlich" aber so richtig mein Ding ist es nicht ;-)

Du musst das sinnerfassende Lesen noch mal üben. Mein Verweis bezog sich 
vor allem auf den fertigen Empfänger TSSP4038, denn der hat nur drei 
Anschlüse und ist damit fix und fertig. Der hat mehr Empfindlichkeit und 
damit Reichweite UND Störlichunterdrückung, als es deine Schaltung je 
haben wird. Den Sender kann man mit NE555 machen, schrieb ich ja.

[Stefan F. (Gast)]

Jens schrieb:
> So funktioniert es nun. Verstehe nur nicht, warum es umgekehrt nicht
> klappt. Wenn T1 leitet, sollte T2 doch sperren.

Dein Lösungsansatz geht von digitalem Schalten aus. Das ist der 
eigentliche Fehler.

Dein neuer Ansatz kann das Signal analog verstärken, kommt aber schnell 
aus dem Arbeitsbereich heraus, wenn sich die Helligkeit der Umgebung 
ändert.

Wenn du das weiter optimieren willst, dann orientiere dich an analoge 
Verstärker. Bedenke, dass du das parasitäre Tageslicht (Gleichspannung) 
nicht verstärken willst, sondern nur das für die Übertragung 
erforderliche Frequenzband.

In der Ausbildung konnte ich mit FM moduliertem IR Licht Musik in Hifi 
Qualität (allerdings in Mono) ganz locker 15 Meter weit übertragen. 
Dabei hingen störende Leuchtstoffröhren an der Decke und durch die 
Fenster schien die Sonne herein. Als Sender dienten zwei schlichte IR 
LEDs ohne zusätzliche Optik. Als Empfänger diente eine Photodiode mit 
einem 1-Transistor Verstärker und eben diesem LM567. Keine optischen 
Filter, keine Abschottung von Fremdlicht.

Also es geht schon, sofern der Verstärker richtig ausgelegt ist. Leider 
habe ich den Schaltplan nicht mehr. Trotzdem, vielleicht hilft dir diese 
Info, Mut zu fassen und weiter zu machen.

[Jens (Gast)]

An alle: danke fuer die Beitraege; aktuelle Schaltung im Anhang.

Alois schrieb:
> 2 - Vorverstärker für LM567 - gehört AC-gekoppelt.
Also ein weiterer 100nF Koppelkondensator vor die Basis, OK.

Jörg R. schrieb:
> Eigentlich musst Du mit einem Oszi messen.
Bei meiner maximalen Entfernung bei der die Schaltung noch empfindlich 
sein soll (ca 50cm), ist das Signal bei ca 10mV an der Basis von T2. 
Entspricht einem Strom von nur ca. 10mV/100k = 10muA, nicht sehr viel. 
Da der BC517 als Darlington allerdings eine Verstaerkung von 13,000 hat, 
sollte es dennoch moeglich sein, da was zu machen.

Alois schrieb:
> (BC517 ist hier nicht die beste Wahl)
Welchen wuerdest du empfehlen?

Mohandes H. schrieb:
> - LED mit Wellenlänge im Empfindlichkeitsmaximum des SFH313.
Empfindlichkeitsdmaximum ist bei 870nm, und die LEDs sind 870nm LEDs, 
also schon abgestimmt. Habe mir Plastik-Kollimatoren bestellt, die 
sollten Dienstag ankommen.

Falk B. schrieb:
> Du musst das sinnerfassende Lesen noch mal üben. Mein Verweis bezog sich
> vor allem auf den fertigen Empfänger TSSP4038,
Mea culpa. Im Prinzip versuche ich, mit dem LM567 und der 
Verstarkerschaltung ein solches Modul nachzubauen.

Stefan ⛄ F. schrieb:
> lso es geht schon, sofern der Verstärker richtig ausgelegt ist. Leider
> habe ich den Schaltplan nicht mehr. Trotzdem, vielleicht hilft dir diese
> Info, Mut zu fassen und weiter zu machen.
Interessant! Ich bemerke nur gerade meinen Nachholbedarf was 
Transistorschaltungen angeht---aber ich lese schon seit ein paar Stunden 
auf Elektronik-Kompendium und hoffe, dass ich das nachholen kann.

[Jens (Gast)]

Jens schrieb:
> Entspricht einem Strom von nur ca. 10mV/100k = 10muA, nicht sehr viel.
Uiuiui, eher 100nA.

[Karl B. (gustav)]

Hi,
Der T2 braucht in Emitterschaltung einen passenden Spannungsteiler.
So geht das nicht. Basis hängt in der Luft.
(BC517 ist ein Darlington. Deswegen geht Rechenprogramm nicht direkt.
B ist unbekannt, heute nimmt man auch "hfe" dafür als Begriff.)

ciao
gustav

Nachtrag:
Der Link:
https://www.electronicdeveloper.de/

[Gerald K. (geku)]

Karl B. schrieb:
> Hi,
> Der T2 braucht in Emitterschaltung einen passenden Spannungsteiler.
> So geht das nicht. Basis hängt in der Luft.
> (BC517 ist ein Darlington. Deswegen geht Rechenprogramm nicht direkt.
> B ist unbekannt, heute nimmt man auch "hfe" dafür als Begriff.)
> ciao
> gustav

Man kann auch einen Widerstand zwischen Kollektor und Basis schalten.

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Der Darlington benötigt mindestens einen Widerstand zwischen B und E, 
damit sich C6 auch wieder entladen kann. Am besten ist natürlich eine 
Vorspannungserzeugung nach Gustav-Art. Dadurch wird die Schaltung 
empfindlicher.

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Gerald K. schrieb:
> Man kann auch einen Widerstand zwischen Kollektor und Basis schalten.

Klar, das geht auch. Der Widerstand liegt dann halt nur im 
Megaohmbereich.

[Karl B. (gustav)]

Hi,
als Eselbrücke beim Rechnen:
Habe beim Darlingtontransistor 2x Ube
also statt der ca. 0,7V
1,4V als Ansatz zu nehmen.

ciao
gustav

[Jens (Gast)]

Karl B. schrieb:
> Habe beim Darlingtontransistor 2x Ube
> also statt der ca. 0,7V
> 1,4V als Ansatz zu nehmen.
Im Datenblatt stehen auch 1.4V, passt also! So eichtig gerafft habe ich 
den Spannungteiler noch nicht, aber es gibt ja weiss Gott genug 
Webseiten zu dem Thema; mit denen werde ich mich heute beschaeftigen.

Michael M. schrieb:
> Der Darlington benötigt mindestens einen Widerstand zwischen B und E,
> damit sich C6 auch wieder entladen kann.
Upps, stimmt ja. Ich baue den 100k mal ein.

[Wolfgang (Gast)]

Jens schrieb:
> An alle: danke fuer die Beitraege; aktuelle Schaltung im Anhang.

Der Transistor hat immer noch keine Arbeitpunkteinstellung.

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Falls am Kollektor keine +4,5 Volt zustande kommen, kannst du den 4,7 
Megaohm Widerstand entsprechend anpassen. Mit dem 1k Trimmer kannst du 
die Verstärkung gerade so hoch einstellen, wie es nötig ist. Außerdem 
macht der 1k Trimmer die Schaltung temperaturstabiler.

Als Abschirmung gegen Umgebungslicht kann eine längs durchgeschnittene 
und zusammengerollte, mit Tesafilm fixierte, Klorolle dienen 🗞 :)

[Jens (Gast)]

Michael M. schrieb:
> Falls am Kollektor keine +4,5 Volt zustande kommen, kannst du den 4,7
> Megaohm Widerstand entsprechend anpassen.
Ist das so eine Art Faustregel, den Arbeitspunkt bei VDD/2 einzustellen? 
Danke sehr! Nur wuesste ich gerne, wie man auf diese 4M7 kommt.

Michael M. schrieb:
> Mit dem 1k Trimmer kannst du
> die Verstärkung gerade so hoch einstellen, wie es nötig ist. Außerdem
> macht der 1k Trimmer die Schaltung temperaturstabiler.
Danke! Was macht der 10uF?

Michael M. schrieb:
> Als Abschirmung gegen Umgebungslicht kann eine längs durchgeschnittene
> und zusammengerollte, mit Tesafilm fixierte, Klorolle dienen 🗞 :)
Nicht sicher, ob ich die brauche, da der SFH-313-FA ein schwarzes 
Kunstharzgehaeuse hat; aber danke sehr!

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Jens schrieb:
> Ist das so eine Art Faustregel, den Arbeitspunkt bei VDD/2 einzustellen?

Ja.

Jens schrieb:
> Nur wuesste ich gerne, wie man auf diese 4M7 kommt.

Experimentell ermittelt (je nach Darlington-Transistor).

Jens schrieb:
> Was macht der 10uF?

Der sorgt dafür, dass trotz stabilisierender Gegenkopplung (1k), die 
Wechselspannung weiterhin gut verstärkt wird. Dank des 1k Trimmers ist 
die Verstärkung sogar stufenlos einstellbar.

Jens schrieb:
> Nicht sicher, ob ich die brauche

So eine Abschirmung gegen Umgebungslicht bewirkt Wunder!

[Jens (Gast)]

Michael M. schrieb:
> Ja.
Ha, gut zu wissen. Diese "offensichtlichen" Sachen sind als Anfaenger 
schwer zu erraten, danke fuer die Klarstellung.

Michael M. schrieb:
> Experimentell ermittelt (je nach Darlington-Transistor).
Ja groesser hFE, desto groesser auch der R_CB?

Ich probiere mal mit der optischen Abschirmung sowie mit ein paar 
Kollimatorlinsen, die hier bald ankommen.

[Wolfgang (Gast)]

Michael M. schrieb:
> Als Abschirmung gegen Umgebungslicht kann eine längs durchgeschnittene
> und zusammengerollte, mit Tesafilm fixierte, Klorolle dienen 🗞 :)

Die nützt recht wenig, wenn der Sender vor einer hellen Wand steht.
Der Öffnungswinkel (FWHM) des SFH313FA beträgt sowieso nur 20°.

[Jens (Gast)]

Habe mich entschieden, einen MOSFET-Verstaerker zu verwenden, da bei 
diesen durch den verschwindend geringen Gatestrom der Arbeitspunkt 
stabiler einstellbar ist; Schaltung im Anhang, ich verwende den 2N7000. 
Habe mich bei der Dimensionierung an dieses Tutorial hier gehalten: 
https://www.electronics-tutorials.ws/amplifier/mosfet-amplifier.html

Das Signal liegt bei ca. 50cm Entfernung noch bei 50mV, also durchaus 
brauchbar. Aber da dies meine erste Schatlung mit einem MOSFET ist, 
frage ich mich, welche Verbesserungsvorschlaege es gibt.

[Jens (Gast)]

(R7 ist 2k, sorry fuer den Tippfehler im Schaltplan.)

[Falk B. (falk)]

Jens schrieb:
> Habe mich entschieden, einen MOSFET-Verstaerker zu verwenden, da bei
> diesen durch den verschwindend geringen Gatestrom der Arbeitspunkt
> stabiler einstellbar ist;

Unfug.

> Schaltung im Anhang, ich verwende den 2N7000.

> Habe mich bei der Dimensionierung an dieses Tutorial hier gehalten:

Die ist zweifelhaft.

> https://www.electronics-tutorials.ws/amplifier/mosfet-amplifier.html

> Das Signal liegt bei ca. 50cm Entfernung noch bei 50mV, also durchaus
> brauchbar. Aber da dies meine erste Schatlung mit einem MOSFET ist,
> frage ich mich, welche Verbesserungsvorschlaege es gibt.

Wozu? Du ignorierst sie doch sowieso.

[Stefan F. (Gast)]

Jens schrieb:
> Habe mich entschieden, einen MOSFET-Verstaerker zu verwenden

Die Schaltung gefällt mir gar nicht. Hier fehlt die Unterdrückung des DC 
Anteils (=Fremdlicht). Der Arbeitspunkt des Verstärkers wird sich je 
nach Sonnenstand massiv verschieben. Damit provozierst du, dass das 
Gerät zu bestimmten Tageszeiten oder nachts versagt.

Schau dir mal an, welche Spannung am Fototransistor anliegt wenn es

a) Stock dunkel ist
b) Die Sonne drauf scheint

Wenn man es richtig macht funktioniert der Empfänger trotzdem, so wie 
man es zu Recht erwartet.

[MaWin (Gast)]

Jens schrieb:
> Ist etwas grundsaetzlich falsch an der Verstaerkerstufe? Ich wuerde
> gerne einen OPV vermeiden, wenn moeglich, da die Schaltung
> anfaengerfreundlich sein soll.

Na ja, was ist denn mit Umgebungslicht ?


Du modulierst das Signal, trennst aber Umgebungslicht erst mit C6 ab.

Jens schrieb:
> So funktioniert es nun.

Alles eine Frage der Umgebungshelligkeit.

Alois schrieb:
> T2 - Vorverstärker für LM567 - gehört AC-gekoppelt. Was den LM567
> interessieren sollte ist nur der Wechselanteil des empfangenen Signals -
> und nicht die Umgebunghelligkeit oder gar Temperatur. Dazu braucht T2
> (BC517 ist hier nicht die beste Wahl) einen stabilen AP.

Eben. Aber Anfänger halt.

Jens schrieb:
> aktuelle Schaltung im Anhang.

So wird das auch nichts, aber der Anfang, nach dem Phototransistor den 
DC abkoppelnden C zu setzen, ist nicht ganz falsch. Blöderweise ist je 
nach Umgebungshelligkeit die durchschnittliche Spannnung an R4 nicht 
VDD/2, was für maximale Empfindlichkeit wunschenswert wäre.

Michael M. schrieb:
> Der Darlington benötigt mindestens einen Widerstand zwischen B und E,

Nein, ein Darlington ist kein MOSFET, aber ein Widerstand zur 
Vorspannungserzeugung ist schon nötig, im einfachsten Fall zwischen C 
und B.

> 20220710_181100.jpg

Besser, aber das Drama, falscher Arbeitspunkt für den Phototransistor, 
wird damit nicht behoben, sondern nur danach versucht, noch irgendwas zu 
retten.

Jens schrieb:
> Habe mich entschieden, einen MOSFET-Verstaerker zu verwenden

Leute, mit Ahnungslosigkeit wird es nicht besser.

[Helge (Gast)]

Der Verstärker muß sich einen halbwegs sinnvollen Arbeitspunkt suchen 
können. Daher würde ich eine dieser Varianten ausprobieren. Die 
Auswertung braucht ja nur so ab 100mV~.

[Jens (Gast)]

Helge schrieb:
> Der Verstärker muß sich einen halbwegs sinnvollen Arbeitspunkt suchen
> können.

Helge, mit dem 2N7000 funktioniert dein Vorschlag bis auf 70cm 
hervorragend, ist mit Abstand (Achtung Wortspiel) die am besten 
funktionierende Variante.

Nun muss ich nur noch verstehen, was da genau passiert. Laut dem 
Tutorial 
[https://www.electronics-tutorials.ws/amplifier/mosfet-amplifier.html] 
wird der Arbeitspunkt von MOSFETs ja ueblicherweise mit einem 
Spannungsteiler am Gate eingestellt, doch hier wird es mit einem 
Widerstand zwischen Gate und Drain geloest. R4/C5 ist ja ein 
330Hz-Tiefpass; also gehe ich davon aus, dass fuer meine 
Modulationsfrequenz von ca 22kHz dieser Gate-Drain-Widerstand effektiv 
nicht existiert, bzw. unendlich gross ist. Bin ich da auf dem richtigen 
Dampfer?

Durch den SFH313-FA Infrarot-Fototransistor (der ja durch sein 
Epoxy-Gehaeuse einen primitiven Tageslichtfilter eingebaut hat) fliessen 
in einem dunklen Raum um die 5uA. Nach Einschalten der Zimmerbeleuchtung 
steigt es auf ca 8uA. Bei Einstrahlung mit der passenden 870nm-Diode 
beim gewuenschten Maximalabstand von ca. 1m kommen 30uA zustande.

[Stefan F. (Gast)]

Jens schrieb:
> Helge, mit dem 2N7000 funktioniert dein Vorschlag bis auf 70cm
> hervorragend, ist mit Abstand (Achtung Wortspiel) die am besten
> funktionierende Variante.

70 cm ist traurig wenig. Wie gesagt hatte ich damals in der Ausbildung 
15 Meter erreicht - ohne Linsen. Vielleicht hatte ich Glück, aber ich 
würde mindestens 5 Meter erwarten. Irgendwas ist da noch grob falsch.

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Jens schrieb:
> Nach Einschalten der Zimmerbeleuchtung steigt es auf ca 8uA.

Normalerweise hat das was Helge sagt, Hand und Fuß (👐 + 🐾). Hier fehlt 
allerdings, wie Stefan schon sagt, die DC Abtrennung (10nF), damit die 
Schaltung ihren Arbeitspunkt auch bei Zimmerbeleuchtungsunterschiede 
konstant hält.

Jens schrieb:
> R4/C5 ist ja ein 330Hz-Tiefpass; also gehe ich davon aus, dass fuer
> meine Modulationsfrequenz von ca 22kHz dieser Gate-Drain-Widerstand
> effektiv nicht existiert, bzw. unendlich gross ist. Bin ich da auf dem
> richtigen Dampfer?

Es handelt sich dabei um eine Gegenkopplung. Alle Frequenzen unterhalb 
von 330Hz werden gedämpft, so wird das 50Hz Flackern von der 
Zimmerbeleuchtung unterdrückt.

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Wie gesagt hatte ich damals in der Ausbildung 15 Meter erreicht - ohne
> Linsen.

Das war wirklich Glück. Ich hatte damals immerhin die obligatorischen 5m 
erreicht, allerdings mit einem zweistufigen Verstärker.

Schalte doch einfach noch eine Emitterschaltung hinter dem FET und 
tausche am Eingang die Plätze von Fototransistor und 100k Widerstand.

[Stefan F. (Gast)]

Michael M. schrieb:
>> Wie gesagt hatte ich damals in der Ausbildung 15 Meter erreicht - ohne
>> Linsen.

> Das war wirklich Glück.

Vor allem war es schwierig zu testen, denn kein Raum im Gebäude war so 
lang. Meine Teststrecke bestand am Ende aus einem großen Raum und einen 
Flur in passender Anordnung.

[Falk B. (falk)]

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Vor allem war es schwierig zu testen, denn kein Raum im Gebäude war so
> lang.

Wozu ein Raum? Eine gescheite Lichtschranke funktioniert auch draußen, 
selbst bei starkem Sonnenschein.

[Stefan F. (Gast)]

Falk B. schrieb:
> Eine gescheite Lichtschranke funktioniert auch draußen,
> selbst bei starkem Sonnenschein.

Das stimmt wohl, dafür hätte ich aber Batterien gebraucht, die mir 
damals nicht zur Verfügung standen. Zudem war der Empfänger ein Modul 
für unser 19" Gehäuse, das nur für Netzbetrieb vorgesehen war.

Ich hatte vor dem Test auch nicht erwartet, so weit zu kommen. 5 Meter 
hatte ich mir erhofft.

[MaWin (Gast)]

Michael M. schrieb:
> Hier fehlt allerdings, wie Stefan schon sagt, die DC Abtrennung (10nF),
> damit die Schaltung ihren Arbeitspunkt auch bei
> Zimmerbeleuchtungsunterschiede konstant hält

Nein.

Gerade keine 100k vom Phototransistor nach Masse.

Sondern einen MOSFET der seine Leitfahigkeit so einstellt, dass gerade 
VDD/2 am Knotenpunkt erreicht werden.

Nimmt man einen MOSFET dessen UGS(th) im interessanten Bereich liegt, 
geht das einfach:

+5V
 |
|< Photo
 |E
 +-------+--C-- out
 |       |
 |      10M
 |2N7000 |
 I|------+
S|       |
 |      10uF
 |       |
GND     GND

In vielen Fällen reicht der Pegel an out schon für den NE567, in anderen 
Fällen kann man frequenzselektiv nachverstärken.

[Jens (Gast)]

Michael M. schrieb:
> damit die
> Schaltung ihren Arbeitspunkt auch bei Zimmerbeleuchtungsunterschiede
> konstant hält
Naja, der Fototransistor ist ein IR-Modell, und ich habe ja oben 
geschrieben, dass sich der Dunkelstrom nur minimal durch Umgebungslicht 
aendert, daher denke ich, das sollte okay sein. Oder sehe ich das 
falsch?

Michael M. schrieb:
> Schalte doch einfach noch eine Emitterschaltung hinter dem FET und
> tausche am Eingang die Plätze von Fototransistor und 100k Widerstand.
Habe den 100k mal weggelassen. So wie im Anhang?

MaWin schrieb:
> Nimmt man einen MOSFET dessen UGS(th) im interessanten Bereich liegt,
> geht das einfach:
Konzipiert fuer 5V; da ja kaum Strom durch den Fototransistor fliesst, 
sollte ich die 5V auch mit Spannungsteiler aus meinen 9V (Batterie) 
bereitstellen koennen, oder?

[Falk B. (falk)]

Jens schrieb:
> Michael M. schrieb:
>> damit die
>> Schaltung ihren Arbeitspunkt auch bei Zimmerbeleuchtungsunterschiede
>> konstant hält
> Naja, der Fototransistor ist ein IR-Modell, und ich habe ja oben
> geschrieben, dass sich der Dunkelstrom nur minimal durch Umgebungslicht
> aendert,

Nö. Du redest von funzeligem Licht in deinem Zimmer aus ner kleinen 
Glühlampe oder gar LED. Sonnenlicht hat einen verdammt hohen IR-Anteil!

> daher denke ich, das sollte okay sein.

Nö.

> Oder sehe ich das
> falsch?

Ja.

> Michael M. schrieb:
>> Schalte doch einfach noch eine Emitterschaltung hinter dem FET und
>> tausche am Eingang die Plätze von Fototransistor und 100k Widerstand.
> Habe den 100k mal weggelassen. So wie im Anhang?
>
> MaWin schrieb:
>> Nimmt man einen MOSFET dessen UGS(th) im interessanten Bereich liegt,
>> geht das einfach:
> Konzipiert fuer 5V; da ja kaum Strom durch den Fototransistor fliesst,
> sollte ich die 5V auch mit Spannungsteiler aus meinen 9V (Batterie)
> bereitstellen koennen, oder?

Alles unnötiger Aufwand. Aber mach mal, warum einfach, wenn's auch 
kompliziert geht.

Beitrag "Re: Fototransistor-Signal mittels NPN verstarken---aber wie?"

https://www.tme.eu/de/details/tssp4038/ir-empfangermodule/vishay/

[Jens (Gast)]

Falk B. schrieb:
> Sonnenlicht hat einen verdammt hohen IR-Anteil!
Okay, stimmt, Fehler eingesehen.

Falk B. schrieb:
> warum einfach, wenn's auch kompliziert geht
Genau! Warum Basics lernen, wenn es fertige Module gibt.

[Helge (Gast)]

@ MaWin: Das Schaltungsprinzip ist besser als meins.
Aber: 10M / 10u dürfte zu träge sein, für die gewünschten 20kHz reicht 
ja schon ein (grob) 10kHz-Hochpaß. C muß zwar groß sein gegenüber 
Millerladung, aber auch R muß groß sein gegenüber delta Fotostrom. 
Tricky.

[MaWin (Gast)]

Jens schrieb:
> Konzipiert fuer 5V; da ja kaum Strom durch den Fototransistor fliesst,
> sollte ich die 5V auch mit Spannungsteiler aus meinen 9V (Batterie)
> bereitstellen koennen, oder?

Nein, dann nimmt man einen MOSFET mit 4.5V UGS(th).

Ungefähr.

Also bei dem Strom, den die übliche Umgebungsbeleuchtung am 
Phototransistor ergibt. Oder eher so, dass bei starker Beleuchtung 3/4 
der 9V nicht überschritten und bei schwacher Beleuchtung 1/4 der 9V 
nicht unterschritten werden.

[Stefan F. (Gast)]

MaWin schrieb:
> Oder eher so, dass bei starker Beleuchtung 3/4
> der 9V nicht überschritten und bei schwacher Beleuchtung 1/4 der 9V
> nicht unterschritten werden.

Leider sind die alltäglichen Helligkeitsunterscheide viel größer.

[Helge (Gast)]

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Helligkeitsunterscheide viel größer.

egal, der Transistor regelt nach. Mim 7002 vermutlich 1uA-1mA dürfte 
funktionieren.

[MaWin (Gast)]

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Leider sind die alltäglichen Helligkeitsunterscheide viel größer.

Macht nichts, da auch die UGS vs. ID Kurve logarithmisch/exponentiell 
ist, passt das gut.

[Stefan F. (Gast)]

Helge schrieb:
> vermutlich 1uA-1mA

1:1000 klingt gut