Mehrere Fototransistoren; Messwiderstand dafür Im Unterforum Grundlagen - Beschreibung: Grundlagen und Fragen für Einsteiger in der Elektronik
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Mehrere Fototransistoren; Messwiderstand dafür |
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BID = 854718
vex7 Gerade angekommen
Beiträge: 6
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Hallo zusammen,
ich habe vor, mehrere Fototransistoren (Osram SFH 320 FA) zu verwenden, um die damit gemessene Lichtstärke mit einem Mikrocontroller weiter zu verarbeiten.
Ich würde das mit einer Schaltung wie im Anhang machen, wobei zwischen GND und out die Spannung gemessen wird.
Leider bin ich mir erstens nicht sicher, ob das überhaupt so funktioniert und zweitens, welchen Widerstand ich dann verwenden müsste.
Wenn ich mir das richtig gedacht habe, sollte das so funktionieren:
Wenn nur ein Transistor bestrahlt wird, ist das ähnlich wie hier.
Wenn mehrere Transistoren bestrahlt werden, addieren sich die Spannungen, die die einzelnen jeweils erzeugen.
Beim Widerstand wäre mein Ansatz folgender:
Maximalspannung eines Transistors = 35V
Maximalstrom = 15mA
–> Bei UCE von nur 5V fließen bei maximaler Bestrahlung pro Transistor 2,14mA (15mA/7)
–> durch den Widerstand fließen maximal 6,42mA
Wenn höchstens 5V zwischen GND und out anliegen sollen, dürfte der Widerstand also maximal ca. 0,75kΩ betragen, wenn die Bestrahlung sehr hoch ist.
Dieser Wert scheint mir aber ziemlich klein gegenüber den 10kΩ, die z.B. hier angesprochen werden.
Kommt das einfach daher, dass der Fototransistor unter normalen Bedingungen (Tageslicht, Bestrahlung mit handelsüblicher LED) niemals den maximalen Strom erreicht und man deswegen die Spannung weiter vergrößert, um genauer messen zu können?
Hab ich da einen Denkfehler gemacht oder ist das soweit tatsächlich korrekt?
(Ich glaube, nach einem optimalen Wert für den Widerstand zu fragen, ist zu viel verlangt, weil man da ja einiges mehr bedenken müsste – da werde ich wahrscheinlich nicht darum herum kommen, ein wenig zu experimentieren.)
Vielen Dank für die Antworten schon mal und viele Grüße
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BID = 854722
perl Ehrenmitglied
       
Beiträge: 11110,1 Wohnort: Rheinbach
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Zitat :
| –> Bei UCE von nur 5V fließen bei maximaler Bestrahlung pro Transistor 2,14mA (15mA/7) | Das ist der erste Fehler.
Der Strom ist in einem großen Bereich der Uce weitgehend spannungsunabhängig.
wenn du also dafür sorgst, daß die Messpannung am Widerstand nicht größer als 2,5V wird, geht das ok.
Ob du allerdings 15mA bekommst, das hängt von der Belichtung ab.
Ausserdem ist das der maximal zulässige Strom. Mehr darf nicht!
Typische Meßströme liegen eher bei 1mA oder weniger und damit bekommst du auch Strommeßwiderstände in der Größenordnung von 10 kOhm.
Generell sind Fototransistoren für geringere Lichtintensitäten geeignet, während Fotodioden eine bessere Linearität haben, aber wesentlich mehr Licht für einen bestimmten Strom benötigen.
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BID = 854760
vex7 Gerade angekommen
Beiträge: 6
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Hi, erst mal danke für die Antwort.
Das bedeutet also, dass der Strom, der durch den Fototransistor fließt, bei gleicher Bestrahlung praktisch immer der gleiche ist. Egal, welchen Wert die Spannung hat (außer bei außerordentlich großen/kleinen).
Dann ist es wohl eine gute Idee, wenn ich zuerst mal einen 10kΩ-Widerstand verwende. Als Versorgungsspannung dann aber nicht direkt die vollen 5V, sondern erst mal kleinere, um zu sehen, ob der Widerstand auch wirklich zur Beleuchtung passt.
Ich gehe davon aus, dass die Fototransistoren für meine Zwecke ausreichen – es geht nicht wirklich um eine präzise Messung, sondern darum, ein einfaches Signal zu erkennen.
Die Schaltung mit den drei Transistoren sollte aber funktionieren?
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BID = 854808
perl Ehrenmitglied
       
Beiträge: 11110,1 Wohnort: Rheinbach
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Zitat :
| Dann ist es wohl eine gute Idee, wenn ich zuerst mal einen 10kΩ-Widerstand verwende. Als Versorgungsspannung dann aber nicht direkt die vollen 5V, sondern erst mal kleinere, um zu sehen, ob der Widerstand auch wirklich zur Beleuchtung passt. |
Du kannst ruhig die vollen 5V nehmen.
Der Strom wird ja sowohl durch die Beleuchtung als auch durch den Widerstand begrenzt.
Einfacher als diverse Festwiderstände auszuprobieren geht es mit einem einstellbaren Widerstand (fälschlicherweise meist Poti genannt) mit einem Widerstandswert von z.B. 50kOhm oder 20kOhm.
Wenn du noch einen Festwiderstand von 330 Ohm in diesen Stromkreis einfügst, ist es selbst mit bösem Willen nicht möglich die zulässigen 15mA zu überschreiten.
Generell stellt sich aber die Frage, ob ein linearer Sensor zweckmäßig ist.
In der Natur vorkommende Helligkeiten schwanken über einen extrem großen Bereich, und da ist ein linearer Sensor mit 10 Bit Auflösung schnell überfordert.
P.S.:
Zitat :
| Die Schaltung mit den drei Transistoren sollte aber funktionieren? |
Ja, du erhältst das Summensignal.
Es ist also egal, ob jeder Transistor mit der Intensität 1 bestrahlt wird, oder nur einer mit der Intensität 3.
Auch alle anderen Kombinationen mit der Summe 3 ergeben am Meßwiderstand die gleiche Spannung.
[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 29 Okt 2012 1:33 ]
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BID = 855312
vex7 Gerade angekommen
Beiträge: 6
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Gut, dankeschön.
Es geht mir dabei auch nicht darum, konkrete Werte zu messen, sondern zu unterscheiden zwischen normalem Tageslicht und zusätzlichem IR-Licht von einer Diode.
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BID = 855324
perl Ehrenmitglied
       
Beiträge: 11110,1 Wohnort: Rheinbach
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Zitat :
| unterscheiden zwischen normalem Tageslicht und zusätzlichem IR-Licht von einer Diode. |
Wenn der Unterschied nur gering ist, kann es die Störsicherheit verbessern, wenn man die Lichtquelle moduliert. Wenn man die IR-LED also ein- und ausschaltet und die zugehörigen Messwerte voneinander subtrahiert.
Dabei beachten, dass Fototransistoren relativ lahm reagieren!
Du solltest also zwischen dem Schalten der LED und dem Starten des ADC vielleicht 100µs verstreichen lassen.
[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 31 Okt 2012 17:26 ]
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BID = 855445
vex7 Gerade angekommen
Beiträge: 6
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Ja, modulieren werde ich auf jeden Fall. Ich werde zuerst versuchen, vier einfache Signale mit PWM zu unterscheiden und, wenn möglich, das dann zu einer richtigen Datenübertragung erweitern. ("Echte" IR-Receiver möchte ich dabei wegen des Preises umgehen.)
Auslesen werde ich dabei wohl nicht viel öfter als alle 300µs (wahrscheinlich deutlich seltener) – schon allein, weil der Mikrocontroller nicht viel mehr hergeben wird, wenn der noch ein paar andere Aufgaben bekommt.
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BID = 855477
perl Ehrenmitglied
       
Beiträge: 11110,1 Wohnort: Rheinbach
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Zitat :
| Auslesen werde ich dabei wohl nicht viel öfter als alle 300µs |
Der Auslesezeitpunkt ist nicht entscheidend, sondern wann du den ADC in Bezug auf die Ein-/Ausschaltung der LED startest.
Der nimmt dann nämlich sofort, während vielleicht 1µs, einen Spannungswert, speichert ihn und analysiert ihn anschliessend während der Wandlungszeit von typisch 15µs.
Anschliessend erscheint das Ergebnis dann im Ausgaberegister. Dort kannst du es auch noch nach einer halben Stunde abholen.
Nur - wenn die Probenahme erfolgt, während sich die Signalspannung noch nicht eingestellt hat, dann ist das Ergebnis eben fehlerhaft.
P.S.:
Zitat :
| Ich werde zuerst versuchen, vier einfache Signale mit PWM zu unterscheiden und, wenn möglich, das dann zu einer richtigen Datenübertragung erweitern. ("Echte" IR-Receiver möchte ich dabei wegen des Preises umgehen.) |
Ich fürchte, dabei bist du auf dem Holzweg!
Sowohl was die Kosten angeht, als auch die Technik.
Schreib doch einmal, was das Ganze soll.
[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 1 Nov 2012 14:45 ]
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BID = 856040
vex7 Gerade angekommen
Beiträge: 6
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Ja, das stimmt. Tut mir Leid, ich habe vergessen zu erwähnen, dass zwischen Ein- und Ausschalten des Signals immer mindestens 600µs vergehen. Wenn also wenigstens alle – ich sag mal – 450µs ausgelesen wird, habe ich immer zumindest einen Wert, der passt und mit dem ich dann arbeiten kann.
Mein Ziel, das zugegeben sehr ambitioniert ist für ein erstes Projekt, ist es, ein eigenes Laser-Tag-System zu basteln.
Der Lichtstrahl, der den "Schuss" simuliert, soll dabei nicht sehr groß gefächert sein (ø5cm), damit man auch wirklich noch zielen muss.
Um dann aber echte Treffer zu registrieren, sind recht viele Sensoren (ich vermute es werden um die 20) für jeden Mitspieler nötig.
Ich meine, der Preis für die fertigen Receiver liegt bei ca. 1,50€, wogegen die etwa 0,30€ für die Phototransistoren einen großen Unterschied ausmachen würden.
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BID = 856080
Offroad GTI Urgestein
     
Beiträge: 12805 Wohnort: Cottbus
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Zitat :
| ein eigenes Laser-Tag-System zu basteln. |
Schön ausgetrickts, da wird perl aber gar nicht begeistert sein
_________________
Theoretisch gibt es zwischen Theorie und Praxis keinen Unterschied. Praktisch gibt es ihn aber.
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BID = 856102
dl2jas Inventar
     
Beiträge: 9914 Wohnort: Kreis Siegburg
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Warum das?
Wenn es das ist, was ich vermute, rennen da Leute mit futuristischen Weltraumpistolen herum, aus denen ein Infrarotimpuls kommt.
Als ich Kind war, haben wir Cowboy und Indianer oder Verbrecher und Gendarm gespielt. Als junger Jugendlicher konnte ich schon einfache Schaltpläne lesen sowie diese Schaltungen als Drahtigel oder auf Punktraster aufbauen. Damals bauten wir uns ein pistolenähnliches Gebilde aus einer alten Taschenlampe, einem dickeren Elko und einem Kippschalter. Beim Betätigen des Schalters wurde der Elko über die Glühlampe entladen, gab einen kurzen Lichtimpuls aus der Taschenlampe.
Als Ziel nahm ich einen LDR, für heutige Zeiten ein recht träger Empfänger. Wurde dieser durch den Lichtimpuls getroffen, wurde damit ein einfaches RS-FLipflop gesetzt. War eher wenig Fremdlicht vorhanden, funktionierte das über einige Meter.
DL2JAS
_________________
mir haben lehrer den unterschied zwischen groß und kleinschreibung und die bedeutung der interpunktion zb punkt und komma beigebracht die das lesen eines textes gerade wenn er komplizierter ist und mehrere verschachtelungen enthält wesentlich erleichtert
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BID = 856174
perl Ehrenmitglied
       
Beiträge: 11110,1 Wohnort: Rheinbach
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Zitat :
| meine, der Preis für die fertigen Receiver liegt bei ca. 1,50€, wogegen die etwa 0,30€ für die Phototransistoren einen großen Unterschied ausmachen würden. |
Das wird wohl nicht funktionieren, weil die Laser mit 36kHz oder so moduliert sein werden, damit eine ausreichende Störsicherheit erzielt wird.
Sonst bringt nämlich schon direkte Sonneneinstrahlung eine Leistungsdichte wie ein Laserpointer in kurzem Abstand.
Deshalb muß man etwas gegen dieses Fremdlicht unternehmen.
Eine Maßnahme ist es den Kunststoff des Sensors so einzufärben, daß er nur das IR-Licht des Lasers durchlässt, eine weitere das Laserlicht zu modulieren und auf der Empfängerseite nur den Wechselstromanteil zu verstärken.
Für die dabei gebräuchlichen Frequenzen reagiert ein Phototransistor übrigens zu langsam. Man benutzt eine Photodiode und danach ziemlich viel Verstärkung mit einem Transimpedanzverstärker.
Des weitzeren ein Filter, das nur die richtige Modulationsfrequenz durchlässt und danach wird die selektiv verstärkte wechselspannung gleichgerichtet und einem Impulsformer zugeführt.
Das alles ist ein dem fertigen Empfänger-IC enthalten und unter diesen Gesichtspunkten ist es vielleicht doch nicht so teuer.
Im Übrigen sind die fertigen Empfänger auch deutlich billiger, wenn man sie nicht in der Apotheke kauft: http://www.reichelt.de/Fotodioden-e.....&
http://www.ebay.de/itm/5Pcs-IR-Rece.....ab1f1
Vorab solltest du aber klären, welche Modulationsfequenz bei den Fertiggeräten gebräuchlich ist, sonst spielst du allein.
[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 6 Nov 2012 5:19 ]
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BID = 859214
vex7 Gerade angekommen
Beiträge: 6
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(Nur damit jeder weiß was gemeint ist: dl2jas hat das ganz treffend beschrieben, was ich basteln will. Der Laser steckt da nur in der Bezeichnung – "geschossen" wird mit gebündeltem Infrarotlicht bei einem Durchmesser von vielleicht 5cm. Gefährlich wird da also nichts.)
Dass es die IR-Receiver so günstig gibt, hab ich bisher nicht gesehen. Das ändert natürlich vieles.
Eine Frage habe ich zu denen bei Reichelt:
Die Abbildung 12 im Datenblatt (Seite 4) verstehe ich so:
Wenn Licht mit der Intensität 1 etwa im 70°-Winkel zur Mittelachse einfällt, wird es genauso stark registriert wie Licht, das mit der Intensität 0,35 frontal auftrifft.
Stimmt das so?
Es ist nämlich wichtig, dass die das Signal aus möglichst großen Winkeln noch erkennen.
Bei der Übertragung werde ich mich an das Protokoll von MilesTag halten, das soweit ich weiß sehr weit verbreitet ist. ( http://www.lasertagparts.com/mtformat-2.htm). Als Trägerfrequenz sind 40KHz dann also genau passend.
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