Hi,
Ich bin der Paul, Ich mache grade den Techniker.
Ich bin noch ganz am Anfang, bis jetzt läuft es sehr gut.
Ich darf nun eine Präsentation über einen Phototransistor machen.
Es geht eigentlich primär um die Funktion. Elektronen-Löcher Paare usw.
Das ist alles ok.
Zusätzlich schaue Ich mir grade ein Datenblatt vom SFH309 an und versuch daraus schlau zu werden.(das ist eigentlich noch nicht relevant für unseren aktuellen schulischen Stand, aber es intersssiert mich)
Könnt Ihr mir vllt sagen ob Ich es so richtig verstehe?
Aus dem ersten Schaubild kann ich zb. entnehmen:
bei 1mw/cm² / 5 V = 3mA
das bedeutet wenn Ich den collector an 5v klemme, emitter direkt an gnd und ich es schaffen würde genau mit 1mw/cm² zu bestrahlen würd ein Strom von 3mA fließen?
auf dem 2ten Bild sieht man spectrale sensitivität.
bei 900nm ist die am höchsten.
Bei ca 780nm liegt Sie bei 50%.
angenommen die erste Aussage stimmt, bedeutet das Ich müsste, wenn Ich eine Lichtquelle mit 780nm habe, die Beleuchtunstärke verdoppeln (2mw/cm2) um wieder 3mA fließen zu lassen?
Ich habe einen kleinen Versuchaufbau gemacht, Collector an 5v in Reihe einen 5kOhm Widerstand . Mit einen ESP32 messe ich die Spannung am Widerstand.
Phototransistor und eine IR LED sind in einem Karton, Ich messe 2V an meinem Widerstand.
Ich geh einfach davon aus aus die LED genau 900nm hat. Es soll nur zum Verständniss dienen. Keine Funktion erfüllen.
Wie rechne Ich nun die mw/cm2 aus? Ist das der Richtige Ansatz?
I = 2v / 5Kohm = 0,4mA (2v am Widerstand)
Up (Spannung am Phototransistor)
Up = 5v - 2V = 3V (5v gesammt Spannung)
Rip (Innenwiderstand Phototransistor)
Rip = 3v / 0,4mA = 7,5kOhm
also der Photoransistor hat bei dieses Bestrahlungstärke 7,5kOhm.
Jetzt die 5v aus dem Diagramm durch die 7,5KOhm
I = 5v/ 7,5KOhm = 0,66mA
Nun suche Ich im Datenblatt den passenden Punkt. und komm da so ungefähr auf 0,2mw/cm2.
macht das so Sinn oder ist das Quatsch?
Da man nicht genau weiss wie das Spektrum der IR LED ist, geht das nur teoretisch, man kann den Wert mw/cm2 dann nicht wirklich berechnen. stimmt diese Annahme?
Wenn Ich den Phototransistor mit der Handy Taschenlampe beleuchte, regt sich wenig. Bedeutet die Handy LED hat wenig IR anteil.
Halte Ich es unter eine Halogen Birne, schlägt er stark aus. bedeutet Dieses Leuchtmittel hat einen höheren IR Anteil.
Ich kann aber nur eine ungefähre Aussage über die mw/cm2 vom IR Teil treffen. Eine genaue Berechnung ist nicht wirklich möglich?
also der Photoransistor hat bei dieses Bestrahlungstärke 7,5kOhm.
Jetzt die 5v aus dem Diagramm durch die 7,5KOhm
I = 5v/ 7,5KOhm = 0,66mA
Das ist glaub ich so nicht richtig.
Die Kennlinien zeigen keinen linearen Stromanstieg mit der Spannung.
-eher einen konstanten Strom abhängig von der Beleuchtungsstärke. (geringe Abhängigkeit von der Spannung Uce)
Deshalb darf man aber auch nicht mit den Widerstandswerten rechnen.
Empfehlung: Widerstand entfernen und Messung wiederholen.
Das ist glaub ich so nicht richtig.
Die Kennlinien zeigen keinen linearen Stromanstieg mit der Spannung.
-eher einen konstanten Strom abhängig von der Beleuchtungsstärke.
(geringe Abhängigkeit von der Spannung Uce)
Deshalb darf man aber auch nicht mit den Widerstandswerten rechnen.
Empfehlung: Widerstand entfernen und Messung wiederholen.
Ja ich kann es ohne den Widerstand überprüfen und mit dem Multimeter den Strom messen. Das kann Ich testen.
Bedeutet die Handy LED hat wenig IR anteil.
... Halogenbirne ...
Dieses Leuchtmittel hat einen höheren IR Anteil.
Vorweg: "Wenig Anteil" gibt es nicht.
"Anteil" kann relativ oder absolut gemeint sein. Meist ist es relativ gemeint, was du misst, ist aber absolut.
Angenommen, das Licht der Halogenlampe enthält nur sehr wenig IR-Licht, sagen wir z. B. 1 %, dann kann dieses eine Prozentchen absolut gesehen doch sehr viel sein. ;-)
Bei dem TEMT6000X01 ist im Datenblatt die Einheit lux im Diagramm angegeben. Das ist schön. Danke für die Empfehlung.
Die frage nach der Rechnung würde da aber auch bleiben.
Wenn Ich den in Reihe mit einem Widerstand schalte und dann am Widerstand die Spannung messe.
Könnte Ich dann wie im ersten Beitrag rechnen?
Also Spannung am Widerstand bestimmen, dadurch den Stromfluss in der Reihenschaltung.
Dann die Innenwiderstand des Phototransistors bei der aktuellen beleuchtung berechnen.
und mit dem Diagramm im Datenblatt vergleichen?
Die frage nach der Rechnung würde da aber auch bleiben.
Wenn Ich den in Reihe mit einem Widerstand schalte und dann am
Widerstand die Spannung messe.
Könnte Ich dann wie im ersten Beitrag rechnen?
Ja.
Mit dem Widerstandswert wird eingestellt, in welchem Strombereich (entspricht Helligkeitsbereich) man arbeiten möchte.
Also Spannung am Widerstand bestimmen, dadurch den Stromfluss in der
Reihenschaltung.
Dann die Innenwiderstand des Phototransistors bei der aktuellen
beleuchtung berechnen.
und mit dem Diagramm im Datenblatt vergleichen?
Der zweite Teil ist nicht notwendig. Im Datenblatt ist der Strom durch den Transistor angegeben, Umrechnung auf einen fiktiven Widerstand braucht man nicht.
Das linke Diagramm zeigt auch: Der Strom ändert sich fast nicht, egal ob am Transistor 2 V oder 10 V anliegen. Die Spannung muss also nicht sehr genau sein und die sich ändernde Spannung am Widerstand und am Transistor ändert wenig am Strom.
Das Diagramm Strom über Beleuchtungsstärke zeigt aber nur typisches Verhalten.
Das Diagramm zeigt ca. 1,6 mA bei 0,5 mW/cm². Das entspricht der Mitte der Selektionsgruppe -4 (1,0...3,2 mA).
Der Strom folgt ziemlich linear (proportional) der Beleuchtungsstärke. Also beispielsweise 10-fache Beleuchtungsstärke führt zu 10-fachem Strom.
Der Widerstand in Reihe ist auch notwendig, dass der maximal zulässige Strom von 15 mA niemals überschritten werden kann, auch wenn mal versehentlich z. B. die Sonne drauf scheint.
Angenommen, das Licht der Halogenlampe enthält nur sehr wenig IR-Licht,
sagen wir z. B. 1 %
Das ist eine völlig falsche Annahme.
Hypothetische Annahmen, mit denen ein logischer Gedankengang gezeigt werden soll, sind nie falsch. Falsch klingt es nur für den, der diese winzige Abstraktionsstufe nicht hochklettern kann.
Bei ca 780nm liegt Sie bei 50%.
angenommen die erste Aussage stimmt, bedeutet das Ich müsste, wenn Ich
eine Lichtquelle mit 780nm habe, die Beleuchtunstärke verdoppeln
(2mw/cm2) um wieder 3mA fließen zu lassen?
das bedeutet wenn Ich den collector an 5v klemme, emitter direkt an gnd
und ich es schaffen würde genau mit 1mw/cm² zu bestrahlen würd ein Strom
von 3mA fließen?
Ja. Aber das sind nur typische Werte. Je nach Exemplar kann das deutlich davon abweichen. Wo die Toleranzen liegen, sagen dir üblicherweise die Kennwerte im DB.
auf dem 2ten Bild sieht man spectrale sensitivität.
bei 900nm ist die am höchsten.
Bei ca 780nm liegt Sie bei 50%.
angenommen die erste Aussage stimmt, bedeutet das Ich müsste, wenn Ich
eine Lichtquelle mit 780nm habe, die Beleuchtunstärke verdoppeln
(2mw/cm2) um wieder 3mA fließen zu lassen?
Ja.
Wie rechne Ich nun die mw/cm2 aus? Ist das der Richtige Ansatz?
I = 2v / 5Kohm = 0,4mA (2v am Widerstand)
Up (Spannung am Phototransistor)
Up = 5v - 2V = 3V (5v gesammt Spannung)
Rip (Innenwiderstand Phototransistor)
Rip = 3v / 0,4mA = 7,5kOhm
also der Photoransistor hat bei dieses Bestrahlungstärke 7,5kOhm.
Jetzt die 5v aus dem Diagramm durch die 7,5KOhm
I = 5v/ 7,5KOhm = 0,66mA
An Deiner Plausibilitätsprüfung musst Du aber noch arbeiten. Wenn Du bei einer simplen Reihenschaltung über zwei unterschiedliche Rechenwege zwei unterschiedliche Ströme rausbekommst, dann muss was falsch sein (und damit auch die 5V, die Du an dieser Stelle im Diagramm nachsehen willst)
Nun suche Ich im Datenblatt den passenden Punkt. und komm da so ungefähr
auf 0,2mw/cm2.
Eigentlich richtig, aber da Du ja mit dem falschen Strom gesucht hast, sind auch die mW/cm² falsch.
Ansonsten ist es ohnehin eher sinnlos, den Widerstand des Fototransistors zu ermitteln, da ein Transistor eher eine Stromquelle ist (dessen Innenwiderstand theoretisch gegen unendlich geht), und nicht wie ein ohmscher Widerstand wirkt. Damit kannste jedenfalls keinen Blumentopf gewinnen.
An Deiner Plausibilitätsprüfung musst Du aber noch arbeiten. Wenn Du bei
einer simplen Reihenschaltung über zwei unterschiedliche Rechenwege zwei
unterschiedliche Ströme rausbekommst, dann muss was falsch sein (und
damit auch die 5V, die Du an dieser Stelle im Diagramm nachsehen willst)
Ich hab meinen Gedanken Gang scheinbar nicht gut rüber gebracht.
Ich ging davon aus der der Strom im Diagramm nur gilt wenn der Phototransistor ohne Widerstand in Reihe betrieben wird.
Sobald Ich einen Widerstand in Reihe zum Phototransistor habe, reduziert sich der Strom und das Diagram würde nicht mehr passen. Vllt liegt da mein Gedanken Fehler?
Daher habe Ich über den Umweg den Innenwiderstand vom Phototransitor bei einer Gewissen Bestrahlung berechnet. und dann mit diesen Innenwiderstand eine Ersatzschaltung ohne den zusätzlichen Widerstand in Reihe angenommen. um auf den Strom zu kommen der teroetisch fliessen würde wenn der Phototransistor ohne weiteren Reihenwiderstand angeschlossen wäre. Daher hab Ich 2 Ströme.
Der grössere Strom würde fliessen wenn der Phototransitor ohne zusätzlichen Widerstand angeschlossen wäre.
Ansonsten ist es ohnehin eher sinnlos, den Widerstand des
Fototransistors zu ermitteln,
Ok Ich verstehe.
Wäre es dann der richtige Weg die Spannung am Widerstand zu messen, daraus den Strom zu ermitteln und dem im Diagramm abzulesen? Würde ohne Widerstand nicht ein höhere Strom fliessen? Vermutlich habe Ich da einen Gedanken Fehler.
Der ALS-PDIC144-6C/L378 hat wirklich ein Schönes Datenblatt. Da stehen direkt die Spannungen drin die am Widerstand abfallen würden. Das macht es einem einfach.
Hallo Joachim.
Ich verstehe was du meinst.
Danke für den Link.
Ich möchte einfach so "tun" als ob ich genau diesen hätte. So wie wir in der Schule so "tun" als ob wir ideale Spannungsquellen hätten bei unseren theoretischen Berechnungen.
Es ging mir nur darum wie man es theoretisch berechnen könnte. Es gibt halt ein Diagramm Strom und mw/cm2 und ich versuchen zu ergründen wie sich das verhält wenn ich noch einen Widerstand in Reihe habe.
Wenn im Datenblatt steht bei 1mw/cm2 fließen 3mA, dann tu ich jetzt einfach Mal so als ob das stimmt.
Ich verstehe es so das die 3mA fließen würden wenn der phototransistor direkt an 5v hängt und mit 1mw/cm2 bestrahlt wird.
Wenn ich jetzt noch einen 5k Widerstand in Reihe mache, vermute ich das der Strom sich reduziert.
Kann ich rechnerisch den neuen Strom ermitteln? Den Innenwiderstand vom Phototransistor zu errechnenen wurde ja erklärt macht keinen Sinn.
Sobald Ich einen Widerstand in Reihe zum Phototransistor habe, reduziert
sich der Strom und das Diagram würde nicht mehr passen. Vllt liegt da
mein Gedanken Fehler?
Warum sollte das Diagramm nicht passen?
Auf der x-Achse ist die Kollektor-Emitter-Spannung angegeben, auf der y-Achse der Strom und auf welcher der Kurven du dich befindest, hängt von der Beleuchtungsstärke ab. Wenn wegen eines Widerstandes nur wenig Spannung für den Phototransistor über bleibt, befindest du dich weit links auf der jeweiligen Kurve. Die Spannung über dem Transistor ergibt sich aus der Versorgungsspannung und dem Schnittpunkt von Transistorkennlinie und Widerstandskennlinie.
Wenn bei Uce = 5 V der Strom 3 mA beträgt und du schaltest einen Widerstand mit 5 kOhm in Reihe, würde an dem Widerstand 3 mA * 5 kOhm = 15 V abfallen. Das ist mehr als die Versorgungsspannung und der Transistor gerät in Sättigung. 5 kOhm an 5 V ist also zu groß für diesen Strom.
Nimmst du 1 kOhm, fällt daran 3 mA * 1 kOhm = 3 V ab.
Damit bleiben am Transistor 5 V – 3 V = 2 V übrig, also 3 V (60 %) weniger als 5 V.
Das Diagramm Ipce = f (Uce) zeigt, dass bei Änderung der Uce von 5 V auf 2 V der Strom sinkt von 3,0 mA auf ca. 2,9 mA, also um ca. 3 %.
3 % Stromänderung bei 60 % Spannungsänderung ist vermutlich vernachlässigbar. Der Transistor ist eine gute (nicht ganz ideale) Stromquelle.
Bei Betrieb an 5 V muss der Vorwiderstand mindestens 5 V / 15 mA = 330 Ohm betragen, damit der maximale Kollektorstrom nicht überschritten werden kann.
Strom.jpg
...
Zusätzlich schaue Ich mir grade ein Datenblatt vom SFH309 an und versuch
daraus schlau zu werden.
Die Kurven, die du zeigst, haben mit den spektralen Eigenschaften der SFH309 nichts zu tun. Die gehören zur SFH309FA, steht auch drüber. Die SFH309 sieht bei etwa 570nm noch 50%, bei 780 nm noch etwas 85%.
Strom.jpg
(100 KB)
