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

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?

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

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.

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!

> 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.

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

Du hast keine vernünftige Arbeitspunkteinstellung für T4.

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?

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.

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.

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

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...

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?

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.

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

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.

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

Der Transistor hat immer noch keine Arbeitpunkteinstellung.

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. 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.

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°.

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.

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

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.

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.

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~.

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.

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. 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. 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.

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:

1

+5V

2

 |

3

|< Photo

4

 |E

5

 +-------+--C-- out

6

 |       |

7

 |      10M

8

 |2N7000 |

9

 I|------+

10

S|       |

11

 |      10uF

12

 |       |

13

GND     GND

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

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. 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.

@ 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.

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.

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.

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Helligkeitsunterscheide viel größer.

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

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.

Helge schrieb:
> vermutlich 1uA-1mA

1:1000 klingt gut