Schaltung für Fototransistor und analogen Messzeiger

[i_make_it]

wobei die PCF8591-internen Messwiderstände immerhin so dimensioniert sind, dass man jederzeit eine Spannungsquelle von bis zu 6V direkt anschließen kann, ohne seine ADC Input-Ports zu zerstören: nach allen professionellen und zuverlässigen veröffentlichten Schaltbildern halten das die PCF8591-ADC-Ports problemlos aus!

Nur kommen die internen Messwiderstände eines ADC nie mit der zu messenden Spannung in Kontakt. Die bilden nämlich eine Kette von Spannungsteilern zwichen Uref und GND.
Die einzelnen Spannungen gehen dann als Vergleichswert an je einen Eingang der Komparatoren.
Die zu messende Spannung geht direkt auf alle Eingänge der Komparatorkette.
Der Komparator mit der höchsten Refferenzspannung, der noch ein Egebnis von: "Eingang ist größer als Refferenz" liefert, bestimmt dann was man als digitalen Wert rausbekommt.
Komparatoren in ADC's sind üblicherweise wie OPAMP's aufgebaut (nicht bei HF).
Da sowohl die Clamping Dioden (u.a. als Schutz vor Überspannung) als auch die Transistoren in den Komparatoren Halbleiter sind und das die ersten Bauteile (und üblicherweise die einzigen) sind die mit der Eingangsspannung in Kontakt kommen, zählt nur deren zulässiger Maximalstrom.
Der ist beim PCF8591 laut Datenblatt halt 10mA.
Da ist kein interner Widerstand (in Form eines expliziten Bauteils) der den Strom automatisch auf unkritische Werte begrenzt.
Das muß man immer extern realisieren.
Also erst ausrechnen ob der Strom bei allen möglichen Fällen immer unter den 10mA bleibt und dann kann man erst entscheiden ob der Strombegrenzungswiderstand wegfallen kann.
Alle mögliche Fälle kann zum einen die möglichen Fälle im Regelbetrieb sein als auch ein Fehlerfall.
Es bleibt halt jedem selbst überlassen was er macht.
Lernt man von Anfang an darauf zu achten, kostet es weniger Zeit, Geld und Nerven.

Man kann auch kleinen Kindern sagen "geh einfach über die Straße" oder "schau erst nach rechts und links ob keiner kommt. Wenn frei ist geh, wenn nicht warte bis frei ist".
Das beispiel ist analog zu Spannungsteiler und dann geh direkt auf den Eingang, oder prüfe ob am Ausgang des Spannungsteilers ein zu hoher Strom für den Eingang des nachfolgenden Bauteils rauskommt. Wenn ja, bau einen Strombegrenzungswiderstand ein, wenn nein kannst Du das direkt verbinden.

Das eine ist halt sicherer das andere kann jeder, der Beispielschaltungen aus dem Internet und Büchern einfach zusammen kopieren kann.
Letztere wundern sich dann halt öfters warum etwas nicht (richtig) funktioniert oder Bauteile einfach kaputt gehen.

[HaWe]

Nur kommen die internen Messwiderstände eines ADC nie mit der zu messenden Spannung in Kontakt. Die bilden nämlich eine Kette von Spannungsteilern zwichen Uref und GND.
Die einzelnen Spannungen gehen dann als Vergleichswert an je einen Eingang der Komparatoren.
Die zu Messende Spannung geht direkt auf alle Eingänge der Komparatorkette.
Der Komparator mit der höchsten Refferenzspannung, der noch ein Egebnis von "Eingang ist größer als Refferenz" liefert, bestimmt dann was man als digitalen Wert rausbekommt.
Komparatoren in ADC's sind üblicherweise wie OPAMP's aufgebaut (nicht bei HF).
Da sowohl die Clamping Dioden (u.a. als Schutz vor Überspannung) als auch die Transistoren in den Komparatoren Halbleiter sind und das die ersten Bauteile (und üblicherweise die einzigen) sind die mit der Eingangsspannung in Kontakt kommen, zählt nur deren zulässiger Maximalstrom.
Der ist beim PCF8591 laut Datenblatt halt 10mA.
Da ist kein interner Widerstand (in Form eines expliziten Bauteils) der den Strom automatisch auf unkritische Werte begrenzt.
Das muß man immer extern realisieren.
Also erst ausrechnen ob der Strom bei allen möglichen Fällen immer unter den 10mA bleibt und dann kann man erst entscheiden ob der Strombegrenzungswiderstand wegfallen kann.
Alle mögliche Fälle kann zum einen die möglichen Fälle im Regelbetrieb sein als auch ein Fehlerfall.
Es bleibt halt jedem selbst überlassen was er macht.
Lernt man von Anfang an darauf zu achten kostet es weniger Zeit, Geld und Nerven.

Man kann auch kleinen Kindern sagen "geh einfach über die Straße" oder "schau erst nach rechts und links ob keiner kommt. Wenn frei ist geh, wenn nicht warte bis frei ist".
Das beispiel ist analog zu Spannungsteiler und dann geh direkt auf den Eingang, oder prüfe ob am Ausgang des Spannungsteilers ein zu hoher Strom für den Eingang des nachfolgenden Bauteils rauskommt. Wenn ja, bau einen Strombegrenzungswiderstand ein, wenn nein kannst Du das direkt verbinden.

Das eine ist halt sicherer das andere kann jeder, der Beispielschaltungen aus dem Internet und Büchern einfach zusammen kopieren kann.
Letztere wundern sich dann halt öfters warum etwas nicht (richtig) funktioniert oder Bauteile einfach kaputt gehen.

völlig unbedeutendes Herumgerede (um nicht zu sagen "Geschwafel") samt irreführender und falscher Informationen,
die wesentliche Aussage heißt schlicht:

Man kann, wenn man einen Photowiderstand oder Phototransistor korrekt wie oben skizziert mit einem PCF8591 verschaltet, wie üblich unter Vermeidung fahrlässiger Fehler und Gefahren, komplett auf einen weiteren Widerstand als "Schutzwiderstand" verzichten, und man sollte es auch tun, wenn man die Messwerte des Phototransistors nicht auch noch zusätzlich verfälschen will.
Auch sonst kann man Messspannungen <= 6V jederzeit direkt an die ADC Ports eines PCF8591 anschließen, ohne jeden "Schutzwiderstand", mit dem man eine Begrenzung eines Stroms auf 10mA "extern realisieren muss", und man muss da vorher auch nichts auf max. 10mA "prüfen".

Aber selbst wenn man meint, ständig so schlampig zu arbeiten, dass man einen solchen dennoch bräuchte, wird ein solcher "Schutzwiderstand" indes im Zweifel auch nicht schützen.

[White_Fox]

@HaWe:
Mal abseits vom Thema-sei doch bitte so freundlich und unterlasse die Vollzitate. Insbesondere, wenn es sich bei deinem Vollzitat um den direkt vorangehenden Beitrag handelt und dieser auch noch den überwiegenden Teil deines Posts ausmacht. Auf was du dich beziehst können die meisten Benutzer auch so erschließen, oft sogar ganz ohne Zitat.

Hier wird das zwar nicht so streng von den Mods gehandhabt, in anderen Foren wird sowas streng sanktioniert (inkl. Verwarnungen-meines Erachtens durchaus zu Recht). Unabhängig davon wird so was allgemein eher ungern gesehen.

[HaWe]

@HaWe:
Mal abseits vom Thema-sei doch bitte so freundlich und unterlasse die Vollzitate. Insbesondere, wenn es sich bei deinem Vollzitat um den direkt vorangehenden Beitrag handelt und dieser auch noch den überwiegenden Teil deines Posts ausmacht. Auf was du dich beziehst können die meisten Benutzer auch so erschließen, oft sogar ganz ohne Zitat.

Hier wird das zwar nicht so streng von den Mods gehandhabt, in anderen Foren wird sowas streng sanktioniert (inkl. Verwarnungen-meines Erachtens durchaus zu Recht). Unabhängig davon wird so was allgemein eher ungern gesehen.

sorry, nein, denn oftmals - und gerade durch i_make_it - werden Posts nachträglich editiert, teilw. sinnentstellend. Daher ist es wichtig, auf den genauen Wortlaut zu verweisen, wie er im Augenblick der Antwort bestand, auf was man sich dann auch bezieht. In den aktuellen Fällen handelte es sich um gepostete Fehlinformationen, die ich im original-Wortlaut zitieren wollte und musste, 100%ig unverändert.

Unabhängig davon aber gab es auch schon Fälle, in denen ich eine Antwort zeitgleich bzw. überschneidend mit einem oder mehreren anderen Nutzern oder auch dem gleichen Nutzer als dessen eigener Ergänzung geschrieben habe, wodurch sinnentstellende oder missverständliche Bezüge entstanden - auch in diesen Fällen hatte oder hätte ein Zitat des Originalposts einen falschen Bezug vermieden.

In anderen Foren, z.B. im Raspberry-Forum, machen das sehr viele Nutzer mit den Vollzitaten ebenso, vor allem (!) sogar auch die Moderatoren und Mitarbeiter.

Wesentlich ist aber der erstgenannte Grund.

Aber das sollte im off-topic diskutiert werden, nicht hier im Thread.

[i_make_it]

Das wäre übrigens eine Variante, wo der Festwiderstand des Spannungsteilers bereits den Strom begrenzt.
Da Strombegrenzungswiderstände meist so bei 330Ω bis 470Ω liegen und die Festwiderstände in Spannungsteilern oft so bei 4,6kΩ bis 10kΩ,
braucht man da dann auch nichts mehr auszurechnen, das passt dann schon.

der Nachteil der Variante (wenn man es Nachteil nennen will) ist, das der Spannungsverlauf genau umgekehrt zum gewollten Messwert ist. Man muß also in der Software umrechnen (Bei 8 Bit: 255 - Wert = Ergebniss).

Das habe ich mir jetzt mal bis zum Schluß aufgehoben, da jemand der sich damit auskennt eigentlich diese Varinate als fundiertes Gegenargument hätte nutzen können.
Denn im Datenblatt des PCF8591 steht nirgendwo das die Eingänge hochohmig sind, nur das der Maximalstrom 10mA nicht überschritten werden darf.
Da ich mich an die Daten des Datenblattes halte und auf diese sowie Grundlagen der Elektrotechnik beziehe, wäre also gemeint, daß das "Geschafel" in Fachbüchern und in den technischen Produktinformationen des Herstelles zu finden sind.

völlig unbedeutendes Herumgerede (um nicht zu sagen "Geschwafel") samt irreführender und falscher Informationen,

Das darf jetzt gerne jeder für sich entscheiden.

[HaWe]

Das wäre übrigens eine Variante, wo der Festwiderstand des Spannungsteilers bereits den Strom begrenzt.
Da Strombegrenzungswiderstände meist so bei 330Ω bis 470Ω liegen und die Festwiderstände in Spannungsteilern oft so bei 4,6kΩ bis 10kΩ,
braucht man da dann auch nichts mehr auszurechnen, das passt dann schon.

der Nachteil der Variante (wenn man es Nachteil nennen will) ist, das der Spannungsverlauf genau umgekehrt zum gewollten Messwert ist. Man muß also in der Software umrechnen (Bei 8 Bit: 255 - Wert = Ergebniss).

Das habe ich mir jetzt mal bis zum Schluß aufgehoben, da jemand der sich damit auskennt eigentlich diese Varinate als fundiertes Gegenargument hätte nutzen können.
Denn im Datenblatt des PCF8591 seht nirgend wo das die Eingänge hochohmig sind, nur das der Maximalstrom 10mA nicht überschritten werden darf.
Da ich mich an die Daten des Datenblattes halte und auf diese sowie Grundlagen der Elektrotechnik beziehe, wäre also gemeint, daß das "Geschafel" in Fachbüchern und in den technischen Produktinformationen des Herstelles zu finden sind.


Das darf jetzt gerne jeder für sich entscheiden.

OMG, welchen Teil von
"man kann an die PCF8591-ADC Ports Spannungen bis max. 6V direkt anschließen, ohne externe Strombegrenzungswiderstände"
hast du nicht verstanden?
Das haben auch alle anderen Teilnehmer hier bestätigt, nur du erzählst hier Märchen.
Du zerredest und zerschwafelst hier das Thema auch nur, um Recht zu behalten, auch wenn du damit gezielt Falschinformationen verbreitest, oder?

 o +Vdd  (meist 3.3V oder 5V)   o +Vdd    
 |                              |
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Phototransistor                 |                    
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 --------------------->  ADC_ PCF8591 
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Widerstand 470Ω-10kΩ            |         
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 = common GND                   = common GND

vgl.:
https://s14-eu5.ixquick.com/cgi-bin/...ebad9d37ea929e

[i_make_it]

omg, welchen teil von
"man kann an die pcf8591-adc ports spannungen bis max. 6v direkt anschließen, ohne externe strombegrenzungswiderstände"
hast du nicht verstanden?
Das haben auch alle anderen teilnehmer hier bestätigt, nur du erzählst hier märchen.
Du zerredest und zerschwafelst hier das thema auch nur, um recht zu behalten, auch wenn du damit gezielt falschinformationen verbreitest, oder?

rtfm

[HaWe]

ich beziehe mich auf Schaltungen dieser Art, und das geht ohne weitere Widerstände:

...
"man kann an die PCF8591-ADC Ports Spannungen bis max. 6V direkt anschließen, ohne externe Strombegrenzungswiderstände"
...

 o +Vdd  (meist 3.3V oder 5V)   o +Vdd    
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Phototransistor                 |                    
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 --------------------->  ADC_ PCF8591 
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Widerstand 470Ω-10kΩ            |         
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 = common GND                   = common GND

vgl.:
https://s14-eu5.ixquick.com/cgi-bin/...ebad9d37ea929e <<<<<===

Ansonsten zeigt bitte Schaltbilder (!) wo in ähnlichen Fällen solche Extra-Widerstände verwendet werden müssen - ich kenne keine.

[Searcher]

OMG, welchen Teil von
"man kann an die PCF8591-ADC Ports Spannungen bis max. 6V direkt anschließen, ohne externe Strombegrenzungswiderstände"
hast du nicht verstanden?
Das haben auch alle anderen Teilnehmer hier bestätigt, nur du erzählst hier Märchen.
Du zerredest und zerschwafelst hier das Thema auch nur, um Recht zu behalten, auch wenn du damit gezielt Falschinformationen verbreitest, oder?

Ich habe das nicht bestätigt! Die Spannung die an irgend einem Eingang anliegen darf, darf Vdd nicht mehr als 0,5 überschreiten: nach Datenblatt https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/PCF8591.pdf Kapitel 13, Limiting Values.

Pauschal zu sagen, daß 6V angelegt werden dürfen empfinde ich als schädigende Fehlinformation.

@i_make_it: Deinen Anhang aus https://www.roboternetz.de/community...l=1#post641782 kann ich nicht öffnen

[Ceos]

OMG, welchen Teil von
"man kann an die PCF8591-ADC Ports Spannungen bis max. 6V direkt anschließen, ohne externe Strombegrenzungswiderstände"
hast du nicht verstanden?
Das haben auch alle anderen Teilnehmer hier bestätigt, nur du erzählst hier Märchen.
Du zerredest und zerschwafelst hier das Thema auch nur, um Recht zu behalten, auch wenn du damit gezielt Falschinformationen verbreitest, oder?

ich sehe hier keine Falsch-Informationen und im Datenblatt Kapitel 8.4 steht fein säuberlich erklärt wie der Messvorgang abläuft, es wird ein Sample vom Input über eine Hold Schaltung genommen (vereinfacht ausgedrückt ein Kondensator) und dann intern mit aufsteigenden Vergleichswerten (mit dem internen D/A Wandler oder über Referenzspannungen) über einen Komparator verglichen, es fließt also kein direkter Strom "in" oder "durch" den A/D Wandler.

ABER wenn man die Spannung am Input Pin größer als 0.5V über der Versorgung (maximal 8V laut Datenblatt @Searcher) legt, ist das verhalten des Chips undefiniert, denn es sind sog. absolute maximum Ratings und alles jenseits wird vom Hersteller nicht garantiert.

[Zusatzinfos]
Meist wie von i_make_it schon angedeutet werden hier schlicht die Schutzdioden anfangen nach Masse durchzuschalten wenn die Spannung zu weit steigt (die Hochohmigkeit ist dann im Teich) und wenn dann mehr als 10mA fließen zerstörst du die Dioden und darauf folgend mangel Ableitung der Überspannung andere Komponenten, aber ob die im Datenblatt gegebenen Begrenzungen jetzt explizit deswegen so gewählt worden sind ist mir nicht bekannt aber auch irrelevant in dem Kontext. Solange die Spannung AIN nie größer werden kann als die Versorgungsspannung kann man den Eingang als Hochohmig betrachten nach dem im Datenblatt angegebenen Messprinzip.
[/Zusatzinfos]

Es gibt also keinen (Innen-)Widerstand "D" der in irgendeiner Form berücksichtigt werden müsste wenn wir von dem speziellen Chip reden, aber der Chip hat einen Leckstrom, der bis 100nA geht und somit dem Messergebnis einen geringen Offset beschert! (100nA/10mA = 0,1% bei voller Belichtung)

Der Eingangsstrom eines AD Wandlers ist zwar klein aber nicht konstant

Es gibt keinen Eingangsstrom außer dem im Datenblatt gennanten Leckstrom, wenn der Transistor in der letzten mir aus dem Topic bekannten Schaltung [VCC - PT -(AIN)- R - GND] mit AIN Abgriff zwischen PT und R mit 10mA voll durchschaltet, liegt am AIN pin eine Spannung an, die sich errechnen lässt durch U(in) = R(1) * I(PT)

Also als Beispiel: U(in) = 1000Ohm * (0,0099A) = 10V ... was aber nicht stimmen kann denn VCC hat weniger, also muss R kleiner werden oder ein PT mit mehr Stromleitfähigkeit herbei
(I(PT) ist zwar maximal 10mA aber bis zu 100nA gehen über den Leckstrom verloren)

Der Strom der hier fließt, fließt niemals durch den AD Wandler solange man die gleiche VCC benutzt und keine Schutzkomponenten belastet!
Die alternative Lösung mit (VCC - R -(AIN)- PT - GND) funktioniert ebenfalls aber wäre zugleich auch ebenso nutzlos, denn R müsste so klein sein, dass bei einer voll offenen PT ebenfalls 10mA und die gesamte VCC über den Widerstand abfallen. Und könnte somit potentiell den AIN zerstören wenn er denn Strom annehmen würde.

Randfrage weil cih mir nicht sicher bin, fallen über den Phototransistor ebenfalls um die 0.7V wegen des PN Übergang ab? Dann müsste man noch berücksichtigen dass die Spannung nie höher als VCC - U(ce) des PT werden kann, der Widerstand müsste also noch ein klein wenig kleiner ausfallen:

Angenommene Werte: U(ce) 0.5V, VCC 5V, I(leak) 100nA, I(ce full bright) 10mA

R(sense) = (VCC - U(ce)) / (I(ce)-I(leak))
R = (5V - 0.5V) / (0,01A - 0,0001A)
R = 454,45454545 Ohm

mach R einfach 460Ohm, damit übersteuerst du zwar ein klein wenig aber das sollte kein Dama sein, da du den PT eh nicht unbedingt immer unter maximaler Beleuchtung hast (ADC ließt also 4.5V obwohl der PT nur 9.78mA durchschaltet, außerdem verlierst du 0.5V über den Transistor die du bestenfalls mit einem Verstärker ausgleichen könntest oder du stellst deine AREF entsprechend kleiner ein)

Experimentiere doch einfach mal selber damit, nimm einen PT, häng ihn an + und dann verschiedene R zwischen den PT und GND, sieh dir die über R abfallende Spannung bei unterschiedlicher Helligkeit an und versuche den maximalen Stromwert zu errechnen, ist dein R zu groß, bleibt die Spannung irgendwann einfach konstant obwohl du die Lichtintensität weiter steigerst. (Dann kannst du auch gleich den Sapnnungsabfall über den PT errechnen) ist dein R allerdings zu klein, wirst du niemals die Endspannung erreichen.

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[Zusatzinfos @HaWe, auch wenns vermutlich Fruchtlos verhallen wird] (ja das war bewusst so formuliert, keine Beleidigung, aber man merkt wie es wie ein Seitenhieb rüberkommt)
ich möchte dich darauf hinweisen, dass deine Wortwahl
- "du erzählst Märchen" -
- "Geschwafel"
- "Vergiss das was i-make-it geschrieben hat, es ist falsch und verwirrend"
wieder einmal sehr unüberlegt, herabwertend und teils sogar beleidigend wirken. Vielleicht solltest du dich von diesen speziellen Wortschatz einfach mal trennen und MIT den anderen Leuten reden statt immer nur einen privat Dialog mit dem OP herzustellen und andere Meinungen abzuwerten oder als überflüssig zu verteufeln nur weil sie DICH verwirren aber dennoch wichtige Hintergrund Infos vermitteln