Phototransistor an Porterweiterung ohne ADC

**MW23** · 21.04.2014, 19:50

Hallo,

ich bin zurzeit am Bau meines eigenen Roboters. Bis auf die Sensorik für die Linienverfolgung funktioniert dieser bereits.
Der Plan ist es diese mithilfe von Phototransistoren (derzeit im Test SFH309) zu realisieren. Da am Porterweiterungs-IC noch I/O-Pins frei sind will ich diese dafür nutzen.
Damit die Porterweiterung richtig arbeitet sollte das Signal somit möglichst digital (0V/5V) anliegen.

Die Schaltung die ich aufgebaut habe sieht folgendermaßen aus:

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Name: Phototransistor.png
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Eigentlich war alles von einem Elektrotechniker abgesegnet aber so wie es aussieht sind doch noch Fehler drin.
1. Ich vermute dass das Poti zu klein ausgelegt ist da die kleinste Spannung die ich am Phototransistor messe 1,2 Volt beträgt und der Schalt-Transistor so dauerhaft durchschaltet.
2. der Spannungsunterschied von hell zu dunkel beträgt gerade mal 20 mV.

Zur Ergänzung neben dem Phototransistor befindet sich eine rote Led. Die eigentlich ausreichend Licht abstrahlen sollte.

Hat irgend jemand Hinweise was man verbessern oder abändern kann?

**BMS** · 21.04.2014, 20:10

Hallo,
Fehler sind in der Schaltung keine drin, die Schaltung ist für die Anwendung nur ungeeignet.
Die Ursachen hast du schon richtig erkannt. Bei 1,2 V vor dem Basiswiderstand wird der Transistor immer durchschalten.
Besser geeignet für deine Anwendung ist eine Schaltung mit Komparator, z.B.
Bild hier
Quelle: http://www.mikrocontroller.net/attac...komparator.png
Anstelle R1 (oder R2) muss der Fototransistor hin. Die Schaltschwelle wird mit Poti R3 eingestellt.
So ein Komparator kann schon bei Änderungen im mV-Bereich umschalten und kann auch die 20mV-Änderungen digitalisieren.
Als Operationsverstärker/Komparator geht hier z.B. der LM358,LM324,LM393,LM339,MCP6002,MCP6004,TS924, ... such' dir einen aus

(Achtung LM393 und LM339 brauchen Pullups am Ausgang)
Grüße,
Bernhard

**radbruch** · 21.04.2014, 20:24

Hallo

Das ist aber eine gefährliche Schaltung: Wenn der Schleifer des Potis bei 5V steht knallt's ziemlich sicher den SFH durch!

Aus der Hüfte mit den vorhandenen Bauteilen würde ich folgendes vorschlagen: Potianfang über 1,5k nach 5V, Potiende auf GND, Schleifer auf Basis und SFH zwischen Basis und GND. Kollektor vom Transistor an 5V und 1k zwischen Emiter und GND. Abgleich mit abgedunkeltem SFH, so dass der Transistor gerade durchsteuert und ein High am Ausgang der Schaltung rauskommt. Bei beleuchteten SFH wird die Basis nach GND gezogen, der Transistor sperrt und es liegt ein Low am Ausgang. Ungetestet und bei Schleifer am Potianfang auch mit Gefahr durch zu großen Basisstrom...

Gruß

mic

**MW23** · 21.04.2014, 20:54

@BMS
Ich behalte den Vorschlag mal im Hinterkopf, aber vielleicht geht es noch anders. Sind ja immerhin Vorschläge da.

@radbruch
Ich habe mal versucht mal das darzustellen was du beschrieben hast.

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Habe ich das so richtig verstanden ?
Wenn ja könntest du mir kurz das ganze erläutern? Für mich sieht es zunächst so aus als wäre es das selbe bloß dahin gehend abgesichert, dass keine Bauteile überlastet werden sollten.

**radbruch** · 21.04.2014, 21:39

Hallo

Ob das so funktioniert kann ich leider nicht sagen. Ich hatte mir das so vorgestellt: Am Poti stellt man eine Spannung ein die den Transistor bei dunklem SFH gerade noch durchschaltet. Mit steigender Beleuchtung fließt mehr Strom durch den SFH und damit auch durch den oberen Teil des Spannungsteilers. Dort fällt dann mehr Spannung ab und die Basisspannung sollte nun sinken bis der Transistor sperrt. Da am SFH aber immer ca. 1,2V abfallen würde ich den 1K-Widerstand zwischen Emitter und GND anschließen (in deiner zweiten Zeichnung noch nicht enthalten). Dadurch könnte ein Spannungsabfall am 1k dafür sorgen, dass die Basis mit weniger als 0,7V angesteuert wird und der Transistor deshalb sperrt. Ich vermute aber, dass es so gar nicht funktionieren wird und der Transistor immer sperrt! Am Besten vergißt du den Vorschlag wieder! Analogtechnik war leider noch nie meine Stärke :(

Besser zuvor simulieren!

Gruß

mic

**MW23** · 21.04.2014, 23:48

stimmt Simulieren ist ne spitzen Idee. Irgend welche Empfehlungen für Programme?

**Besserwessi** · 22.04.2014, 09:05

Zum Simulieren gibt es z.B. LTSpice oder Tina (von Ti). Es braucht bei beiden Programmen einiges an Einarbeitung, aber dann ist das ein sehr mächtiges Werkzeug, gerade für analoge Schaltungen. So eine einfache Schaltung geht aber auch noch von Hand.

So gefährlich wäre die Schaltung nicht für den Fototransistor: Der Strom ist durch die Helligkeit begrenzt - ein Problem mit überlast hat der Fototransistor höchstens bei so großer Helligkeit - etwa direktes Sonnenlicht. Einfach nur von einer roten LED wird da kaum 1 mA fließen.

Das Problem der Schaltung wird einfach sein, das der Poti zu niederohmig ist. Der Widerstand direkt vor der Basis wäre auch besser in Reihe zum Poti platziert - da sorgt er auch gleich für eine Begrenzung des Stromes, auch in Extremfällen. Der Fototransistor kann mit der Spannung auch deutlich unter 1 V, sofern der Strom nicht zu hoch ist. Knapp wird es erst unter etwa 200 mV.
Die 2. Version von der Schaltung geht im Prinzip auch, verschenkt aber einiges vom Stellbereich des Potis - dafür hat man einen größeren Helligkeitsbereich zum Anpassen (nur halt schwer einzustellen). Da wäre es geschickter den Widerstand (dann größer) am Schleifer des Poti zu haben, und nicht an den 5 V. Ein Widerstand im Reihe zum Poti wäre eher auf der GND Seite sinnvoll.

**MW23** · 22.04.2014, 14:59

verstehe ich das richtig, dass du meinst ich soll einen größeren Poti verbauen?
Klar komme ich dann der Schaltspannung des Transistors näher, aber ich schätze dass die kleine Spannungsdifferenz am Phototransistor nicht ausreicht um den Transistor sauber zum durchschalten zu bringen.