Fragen zu einem Infrarot Lichtschranken-Paar

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hallo, ich brauche für ein Schulprojekt eine Lichtschranke. Dazu benötige ich diesen Artikel: http://www.pollin.de/shop/dt/NzA0OTc4OTk-/Bauelement… . Leider verstehe ich das Datenblatt nicht ganz. Ich habe unterschiedliche Spannungen sowohl für die IR-LED, als auch für die IR-Fotodiode gefunden. Daher bitte ich euch um Hilfe.

Link zum Datenblatt: http://www.pollin.de/shop/downloads/D120592D.PDF

Ich brauche diese Werte:
Anschlussspannung der IR-LED (Minimum und Maximum)
Stromdurchfluss der IR-LED (Minimum und Maximum)
Spannungsbereich der IR-Fotodiode (Minimum und Maximum)
Maximaler Stromdurchfluss der IR-Fotodiode
Sofern möglich den Widerstand der IR-Fotodiode, d.h. welches der Diagramme das ist

Ich komme leider nicht mit den Begriffen der Elektronik klar, das habe ich nie irgendwo lernen können. Deswegen suche ich jemanden, der mir das erklären kann, nicht etwa, weil ich zu faul zum Lesen wäre.

#2

Hallo Gruß- und Namenloser

Anschlussspannung der IR-LED (Minimum und Maximum)
Stromdurchfluss der IR-LED (Minimum und Maximum)
Spannungsbereich der IR-Fotodiode (Minimum und Maximum)

Die Diode muss wie jede Leuchtdiode mit einem Vorwiderstand betrieben werden, welcher den Strom durch die Diode begrenzt.
Du solltest sie maximal mit IF = 50mA betreiben.

Maximaler Stromdurchfluss der IR-Fotodiode

Der Grenzwert bei kontinuierlichem Strom und einer Umgebungstemperatur von 20°C ist 80mA, Bei einer Umgebungstemperatur von 40°C nur noch 70mA
Siehe Diagramm Figure 2

Sofern möglich den Widerstand der IR-Fotodiode, d.h. welches der Diagramme das ist.

Die Diode hat eine nichtlineare Kennlinie, das heißt, Du kannst nicht mit einem festen Widerstandswert rechnen.

Die „Brennspannung“ VF der Diode beträgt zwischen 1,25V und 1,6V. Ich würde mit 1,5V rechnen.

Ich weiß nicht, welche Betriebsspannung VB Dir zur Verfügung steht, ich würde 12V wählen.

Dann errechnet sich der Vorwiderstand wie folgt:
RV = (VB-VF)/IF = (12V-1,5V)/0,05A = 210 Ohm
der nächste übliche Wert ist 220 Ohm

Ich komme leider nicht mit den Begriffen der Elektronik klar, das habe ich nie irgendwo lernen können

Dann zieh Dir mal den folgenden Link zum Thema Leuchtdioden rein:
http://de.wikipedia.org/wiki/Leuchtdiode

Viel Erfolg
merimies

#3

Wenn du das Wort „Diode“ verwendest, meinst du dann die Leuchtdiode, oder die Fotodiode?

mfg Christoph

#4

Hallo !

Ich bezweifele ja stark,daß Du bei den geringen Elektronikkenntnissen die Schaltung korrekt aufbauen kannst.
Ich kenne auch nicht alle technischen Begriffe in Englisch.

@merimes sprach von der Leuchtdiode. Er hat extra für Dich den Vorwiderstand für eine Spannung von 12 V,bei einem LED-Strom von 50 mA ausgerechnet(220 Ohm). Mehr würde ich auch auf keinen Fall einstellen,eher weniger Strom.
Der Empfänger in der Lichtschranke ist keine Fotodiode sondern ein Fototransitor(ohne Basis,den Basisstrom erzeugt der Lichteinfall).

Deshalb sind die Beinchen des Detektors(Fototransistors) auch mit den Kennbuchstaben C und E markiert(also Kollektor und Emitter).

MfG
duck313

#5

Hallo,

Ich bezweifele ja stark,daß Du bei den geringen
Elektronikkenntnissen die Schaltung korrekt aufbauen kannst.
Ich kenne auch nicht alle technischen Begriffe in Englisch.

-.- Einmal nachfragen, um sicher zu gehen und schon ist man hier der Looser, wirklich sehr erwachsen…

Der Empfänger in der Lichtschranke ist keine Fotodiode sondern
ein Fototransitor(ohne Basis,den Basisstrom erzeugt der
Lichteinfall).

Dass das ein Fototransistor ist, wusste ich nicht. Ich dachte, es handle sich um eine Fotodiode. Danke für diesen Hinweis.

Deshalb sind die Beinchen des Detektors(Fototransistors) auch
mit den Kennbuchstaben C und E markiert(also Kollektor und
Emitter).

Ok, das macht Sinn. Ich dachte mir beim Durchlesen des Datenblattes, wieso die ganze Zeit von einem Kollektorstrom geredet wird.

Ok, jetzt wo ich weiß, dass es sich um einen Fototransistor handelt, stelle ich die nächste Frage auch gleich ganz anders: Wie viel Strom kann höchstens durch Emitter und Kollektor fließen?

Das mit der maximalen Spannung hat sich dann ja erledigt…

mfg Christoph

#6

Und dass ich hier zur Sicherheit gefragt hatte war doch auch sehr gut, wie man jetzt sieht. Ich hätte ewig versucht, eine Spannung an der vermeidlichen Fotodiode zu messen.

#7

Nein, das funktioniert leider nicht. Du kannst davon ausgehen, dass immer ca. 0,7V über den Transistor abfallen.

Abhilfe kann aber ein Transistor zur Stromverstärkung + ein kleines Relais + Freilaufdiode schaffen. Die Freilaufdiode ist sehr wichtig. Baust du sie nicht ein, zerstört die hohe Spannung, die entsteht, wenn die Spule im Relais keinen Strom mehr bekommt, sehr schnell das nächste Bauteil, bzw. alle Bauteile, die den kürzesten Weg zum geschlossenen Stromkreis bilden. In diesem Fall wäre das dein Transistor. Hast du einen so starken Stromausgang am Rechner, dass du das Relais gleich schalten kannst, wäre ohne Freilaufdiode dein Rechner dran.

Bist du zufällig der, der auch auf Lima City fragen dazu gestellt hat?

#8

Hallo Christoph !

Ich halte Dich natürlich nicht für einen „Looser“!
Falls sich das aus meiner Antwort heraushören läßt,tut es mir Leid.

Zum Thema:

Die ersten beiden Tabellen des Datenblattes sind die „Absolute Max. Ratings“,also die Höchstwerte,die niemals überschritten werden dürfen.

Darin ist in Tab. 2(detektor) der Kollektorstrom Ic mit 50 mA genannt.

Für Dich wichtig sind die Fig. 7 und Fig. 10.

Fig. 7 zeigt die Abhängigkeit des Ic vom LED-Strom If,bei einem Abstand der Lichtschranke von d=4 mm !

In Fig. 10 ist eine Kurve,aus der man den Kollektorstrom Ic bei verschiedenem Lichtschrankenabstand ablesen kann.
Hier bei festem LED-Strom 20 mA und Spannung am Fototransistor
(CE) von 5 V.

In den meisten Anwendungen wird der LED-Strom gepulst,es fließt also kein Dauerstrom.

Die zwei kleinen Schaltbilder zeigen zwar Fotodiode und Fototransitor,das sind aber die Testschaltungen zum ermitteln der Einzelbauteilwerte.
Zum Testen der LED wurde eine externe Fotodiode verwendet.

MfG
duck313

#9

Hi, das ist ja wirklich kaum ein Strom. Und 50mm Abstand waren eigentlich geplant. Würde es besser funktionieren, wenn ich eine LED nehmen würde, die nur einen Öffnungswinkel von 17° hat? Die Wellenlänge wäre die selbe.

Bis man die Stromstärke, die man bei einem Abstand von 50mm bekommt, verstärkt hat, so dass man damit ein Relais schalten kann, braucht man ja etliche Transistorstufen.

Oder wie wird das bei anderen Lichtschranken gemacht? Die hier packt immerhin 8 Meter: http://www.pollin.de/shop/dt/NTg5OTgxOTk-/Bausaetze_…

mfg Christoph

#10

Hallo Christoph !

Um ein Relais zu schalten,ist selbst bei dem geringen Kollektorstrom des Fototransistors in der Regel nur eine weitere Transistor-Schaltstufe nötig(z.B. mit einem hochverstärkenden Darlingtontransistor).
50 mm Lichtschrankendistanz sollte also kein Problem sein.

Lichtschranken für längere Distanzen haben Optische Einrichtungen,also Linsen,die den Lichtstrahl bündeln und vor dem Empfänger sammeln.
Der Bausatz hat die nicht dabei,deshalb heißt es dort auch „bis zu 8 m Reichweite“.

Einfacher in der Anwendung sind Reflexlichtschranken,die Sender und Empfänger in einem Gehäuse haben. Als Gegenpol dient „nur“ ein Reflektor(sog. Katzenauge). Dort wird der Strahl reflektiert und parallel zurückgelenkt zum Detektor.

Bei Lichtschranken ist das A und O die optische Ausrichtung von Sender und Empfänger sowie die Abschirmung gegen Fremdlicht,selbst bei Infrarot. Dazu kann jeweils ein Rohrstück(einige Zentimeter lang) dienen,das vor Sender und Empfänger angebracht wird

Viel Erfolg wünscht

duck313

#11

Das Relais, das ich schalten will braucht 1,5V und hat einen Spulenwiderstand von 12 Ohm. Ich brauche also einen Strom von 125mA. Bei einer Verstärkung von x300 müssten 0,42mA gegeben sein. Aber selbst bei einem Abstand von nur 10mm wären nur etwas mehr als 0,1mA gegeben. Man braucht also 2 Transistorstufen. Mit einer haut es nicht hin, aber dass es mit 2 Transistorstufen funktioniert, macht mir Mut.

Oder habe ich da etwas falsch verstanden, bzw. falsch an der Grafik abgelesen?

Noch etwas: An Grafik 7 (Datenblatt) verstehe ich etwas nicht: Wieso stehen da rechts mA-Angaben?

mfg Christoph

#12

Das Relais, das ich schalten will braucht 1,5V und hat einen
Spulenwiderstand von 12 Ohm. Ich brauche also einen Strom von
125mA. Bei einer Verstärkung von x300 müssten 0,42mA gegeben
sein. Aber selbst bei einem Abstand von nur 10mm wären nur
etwas mehr als 0,1mA gegeben. Man braucht also 2
Transistorstufen. Mit einer haut es nicht hin, aber dass es
mit 2 Transistorstufen funktioniert, macht mir Mut.

Oder habe ich da etwas falsch verstanden, bzw. falsch an der
Grafik abgelesen?

Noch etwas: An Grafik 7 (Datenblatt) verstehe ich etwas nicht:
Wieso stehen da rechts mA-Angaben?

Hallo Christoph !

Das ist ein sehr ungewöhnliches Relais mit einer ungewöhnlichen Spannung. Es geht sicherlich,aber da Du für die Schaltung sowieso eine höhere Spannung brauchst(schätze mal ca. 6-12 V),kann man besser ein dafür passendes Relais verwenden,die haben auch weniger Strombedarf(weil mehr Spulenwiderstand),je höher die Spannung desto höher der Widerstand(um so kleiner der Strom).

Grafik Nr. 7 zeigt das Verhältnis Kollektorstrom bei verschiedenen LED-Strömen und festem Lichtschrankenabstand von 4 mm.
Jede der 5 Kurven steht für den daran markierten LED-Strom. Also hier von (unten) 2 mA LED-Strom bis (oben) 50 mA-LED-Strom.
Das ganze bei einer Spannung U CE(von 1-10 V),die muß man so einstellen mit Versorgunsspannung und Widerstand.

Zum Ablesen in der Kurve:

Gehe z.B. bei 10 V(U CE) senkrecht nach oben,bis die Senkrechte die oberste Kurve(50 mA-LED-Strom) schneidet.
Vom Schnittpunkt gehe dann waagerecht nach links und lese dort an der Skala den Kollektorstrom Ic ab.
Hier lese ich ca. 1,5 mA ab,bei 20 mA nur noch ca. 0,6 mA usw.

Diese Werte decken sich mit denen aus Abb. 10.
Hier ist der Kollektorstrom Ic in Bezug auf die Entfernung der Lichtschrankenteile angegeben,jeweils bei festem Wert 20 mA für LED-Strom und feste Spannung Uce(5 V).

Bei Lichtschrankenweite von mehr als 15 mm sinkt der Ic bereits so stark ab,auf unter 0,1 mA(bei 20 mA LED-Strom),das man ihn wohl selbst mit erhöhtem LED-Strom nicht wesentlich anheben kann.

Ohne Optik ist diese Lichtschrankenkombination wohl ungeeignet für Entfernungen über 10 bis 20 mm.

MfG
duck313

#13

So, ich habe das ganze jetzt mal mit der IR-LED, die dabei war und einer normalen IR-LED getestet. Die normale ist um ein Vielfaches besser geeignet!

Also, verwendet habe ich den Fototransistor, um den es hier geht und eine ganz normale 5mm IR-LED, Spannungsbereich 1,3 bis 1,5V. Der Fototransistor wurde an 8,4V betrieben. Die IR-LED nur an 1,2V, obwohl das eigentlich zu wenig ist. Trotzdem hat sie geleuchtet, was ich mit meiner Digitalkamera ganz einfach heraus finden konnte. Diese LED, die eigentlich mit viel zu wenig Spannung versorgt war, habe ich in 50-60mm Entfernung gehoben und auf den Fototransistor gezielt. Ich habe einen Stromfluss von 5mA und knapp mehr erhalten!

Bei der Stromverstärkung eines normalen Transistors mit Faktor 300 wären das unglaubliche 1,5A, womit man ja wohl die fettesten Relais der Welt schalten kann.

Die andere LED, die angeblich perfekt für diesen Fototransistor ist, sorgte nur für einen winzigen Bruchteil der Stromstärke, für die die stinknormale LED gesorgt hat.

Ich danke dir sehr für die Hinweise und Tipps, die du mir gegeben hast. Hättest du mir beispielsweise nicht gesagt, dass es sich um einen Fototransistor und nicht um eine Fotodiode handelt, wäre ich ewig beim Spannung messen gewesen. Vielen Dank!

mfg Christoph