Schaltung für Fototransistor und analogen Messzeiger

[White_Fox]

Greife ich dazu die Punkte A0 und GND ab (R) oder doch +3.3V und A0 (Fototransistor)?

Das ist eigentlich egal, du erhältst dann nur "das andere" Ergebnis. Wichtig ist, das du erst mal eine Veränderung siehst.

Auch das wird morgen ausprobiert. Du meinst, direkt das Zeigerinstrument parallel zum Poti - also zur Hälfte (Richtung + oder -)?

Ein Poti hat drei Anschlüsse (gewöhne dir am Besten plus und minus ab, das paßt nicht überall, ein Poti hat solche Bezeichnungen nicht), wobei der erste und der dritte die 'äußeren' Anschlüsse sind. An Anschluß zwei sitzt in der Regel der Schleifer, der einen Kontakt von einer Kohlebahn (oder eines anderen Materials) abgreift. Abhängig von der Stellung bewegt sich die Spannung am Schleifer irgendwo zwischen der, die an den äußeren Anschlüssen anliegt.

Zeigerinstrument misst doch die Spannung durch die Spule, oder?

Es gibt da verschiedene Verfahren, aber die meisten messen mit Hilfe einer Spule, ja. Bei Drehspulgeräten z.B. hängt der Zeiger an einer drehbar gelagerten Spule in einem konstanten Magnetfeld, eine Feder hält die Zeigerspule an der 0V-Position. Wenn bei der Messung ein (geringer!) Strom durch die Spule fließt stößt diese sich vom Magnetfeld ab und bewegt sich entgegen der Kraftrichtung der Feder. Wenn sich ein Gleichgewicht zwischen Magnet- und Federkraft einstellt, bleibt der Zeiger stehen.

Was mit da gerade einfällt: Drehspulmeßgeräte haben oft einen relativ geringen Meßwiderstand. Das ist ungünstig. Ich würde dir raten, dir ein vernünftiges zu kaufen. (Soviel kosten die Teile nicht, ein billiges vom Baumarkt reicht, es muß keins von Fluke oder Agilent sein.)

Wie taste ich mich denn bei so etwas an die Größe des Widerstands heran? Ich will R natürlich groß genug haben, damit das Zeigerinstrument oder der Fototransistor nicht kaputt geht, allerdings soll R auch nicht zu groß sein, so dass nichts mehr zu messen ist.

So eine richtige Regel gibt es in diesem Fall nicht. Manche nehmen aus Gewohnheit 10kΩ, andere nehmen was gerade zur Hand ist. Der von dir gewählte Wert ist völlig in Ordnung. Der Widerstandswert ist, wie so Vieles, ein Kompromiß aus allen Umständen von denen jeder für sich genommen dir nur in die Suppe spuckt. Machst du den Widerstand immer kleiner, wird der Strom immer größer der fließt, wenn der Transistor durchschaltet. Machst du ihn immer größer ist es irgendwann egal ob der Transistor schaltet oder nicht und Störungen, die sonst über den Widerstand abgeleitet werden würden, würden sich bemerkbar machen (wenn der AO z.B. einen anderen Transistor steuert).

Aber wie gesagt, der von dir gewählte Wert ist völlig in Ordnung. An dem liegt es sicher nicht daß du nichts messen kannst.

Ansonsten lies dich hier mal ein: www.dieelektronikerseite.de

[i_make_it]

Bei der Eingangsschaltung sollte noch ein Strombegrenzungswiderstand rein, damit auch bei niederohmigen Fototransistor der Strom der durch den Analogeingang fließt, kleiner bleibt wie der Maximalstrom den der Analogeingang aushält ohne Schaden zu nehmen.
Danach und nach dem Maximalwiderstand des Fototransistor richtet sich dann der Wert des Wiederstands im Spannungsteiler (aktuell 4,7k).

Wenn die Skala der Anzeige logarithmisch ist, dürfte es ein Dreheiseninstrument sein.
Ist die Skala linear, dann vermutlich ein Drehspulinstrument.

Bei der Anzeigeschaltung dürfte vermutlich auch ein Vorwiderstand fehlen (Abhängig vom Aufbau der internen Schaltung des Analogausgangs).
https://de.wikipedia.org/wiki/Drehsp...annungsmessung
https://de.wikipedia.org/wiki/Drehei...annungsmessung

[RoboTrader]

Vielen, vielen Dank!

Es läuft beides.
Dennoch, falls künftig jemand auch an diesen Schaltungen hängt:

• Logarithmische Skala, daher wohl Dreheiseninstrument (*DEI)
• Widerstandsmessung am Messgerät: Fototransistor funktioniert bestens und das kurze Bein muss an den Pluspol (umgekehrt zu LEDs!)
• Schaltung für DEI um Vorwiderstand erweitert und vor dem Anschließen Poti auf 0 gesetzt
• Langsam hochgedreht und bei Teilung 1:3 das Maximum erreicht (finale Schaltungen s. unten)
• Fototransistor auch um Vorwiderstand erweitert und richtig gepolt angeschlossen - auch erfolgreich
• RoboTrader glücklich und dankbar

Hier die Schaltungen:

[HaWe]

hallo,
ich verstehe nicht recht, wieso 2 Widerstände gebraucht werden - übicherweise werden immer der Phototransistor und der Emitterwiderstand in Serie geschaltet und der analog-Wert wie bei einem Poti oder einem normalen Spannungsteiler in der Mitte abgegriffen, direkt am Emitter:
https://www.rahner-edu.de/robotik/bo...ototransistor/

https://www.rahner-edu.de/s/cc_images/cache_4296998.jpg

Da direkt die Spannung gemessen wird gegen Vdd (bei dir 3.3V, nicht 5V), ist IMO keine "Strombegrenzung" nötig:
genauso gut könnte man an A0 auch direkt 3.3V von der Bordspannung oder direkt GND (oder irgend was dazwischen) anlegen, wie man es üblicherweise bei Arduinos zur Spannungsmessung macht. Den Emitterwiderstand allerdings kannst du sicher im Bereich 470-10k Ohm für deine Messzwecke anpassen, für 3.3V Vdd und je nach Phototransistor und Licht.

[RoboHolIC]

Hi, RoboTrader.

Super, dass du unsere Tipps so erfolgreich verwerten konntest.

Obwohl es ja nun funktioniert, dennoch zwei Anmerkungen:
a) So, wie du den 470 Ohm-Angst-Sicherheits-Widerstand plaziert hast, wirkt er in der Tat als Strombegrenzer, falls der Analogeingang irrtümlich mal als Ausgang mit L-Pegel gesetzt wird. Er wirkt sich aber auch tendenziell negativ auf die Sensitivität aus, weil er den Spannungshub reduziert. Wenn du die 470 Ohm stattdessen in die Leitung zwischen Teilerpunkt (Abgriff) und Analogeingang setzt, hat er außer den Anschaffungskosten nur Vorteile: Er begrenzt den Strom, der im Fehlerfall durch den A0-Pin fließen kann, aber er stört im Normalbetrieb nicht, weil dort eh praktisch kein Strom fließt. Das hat HaWe ja schon in anderen Worten geschrieben.
b) Das Instrument braucht keinen Parallelwiderstand sondern nur den Reihenwiderstand zur Anpassung an die maximale Messspannung.

[HaWe]

...nur Vorteile: Er begrenzt den Strom, der im Fehlerfall durch den A0-Pin fließen kann, aber er stört im Normalbetrieb nicht, weil dort eh praktisch kein Strom fließt.

wie wäre so ein "Fehlerfall" denn überhaupt denkbar? Bei dem ADC des Raspi-Shields handelt es sich ja um einen PCF8591, wenn ich mich nicht irre...

[RoboHolIC]

Pi und Shields gehören zu den großen weißen Flecken meiner µC-Weltkarte.

Ich bin von meiner kleinen PIC-Welt ausgegangen. Dort sind Analogeingänge immer gemultiplext mit I/O-Portleitungen. So kann es bei falscher Programmierung (oder eher seltener: Amok laufendem Programm) passieren, dass der hochohmig gewollte analoge Eingang ungewollt zum Ausgang mit L-Pegel wird. Dann ist es nicht mehr weit bis zum Defekt.

Diese Fehlermöglichkeit scheint auf dem Shield nicht zu existieren; dann braucht's auch den Schutzwiderstand nicht.

[i_make_it]

wie wäre so ein "Fehlerfall" denn überhaupt denkbar? Bei dem ADC des Raspi-Shields handelt es sich ja um einen PCF8591, wenn ich mich nicht irre...

Ohmsches Gesetz. Am Spannungsteiler fließt zwangsweise ein Strom, den man für jeden Zweig ausrechnen kann um zu sehen was über den ADC maximal fließt.
Beim PCF8691 wäre da Iin max = 10mA.
https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/PCF8591.pdf
Abschnitt 13, Limiting values (Tabelle 7 auf Seite 16).
Wird der Strom an den Analogeingängen überschritten, hat man früher oder später einen kaputten Chip.
Da man den Strombegrenzungswiderstand entsprechend der Schaltung ermittelt, dürfte es eher unwahrscheinlich sein, das da schon einer auf dem Shield ist.
Ohne Vorwiderstand kann das gut gehen, aber für 10ct Einsparung einen Shield riskieren?
Muß jeder für sich entscheiden ob er ohne arbeitet.

[HaWe]

Ohmsches Gesetz. Am Spannungsteiler fließt zwangsweise ein Strom, den man für jeden Zweig ausrechnen kann um zu sehen was über den ADC maximal fließt.
Beim PCF8691 wäre da Iin max = 10mA.
https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/PCF8591.pdf
Abschnitt 13, Limiting values (Tabelle 7 auf Seite 16).
Wird der Strom an den Analogeingängen überschritten, hat man früher oder später einen kaputten Chip.
Da man den Strombegrenzungswiderstand entsprechend der Schaltung ermittelt, dürfte es eher unwahrscheinlich sein, das da schon einer auf dem Shield ist.
Ohne Vorwiderstand kann das gut gehen, aber für 10ct Einsparung einen Shield riskieren?
Muß jeder für sich entscheiden ob er ohne arbeitet.

wie soll man den Strom überschreiten, wenn man am PCF8591 einfach nur Mess-Spannungen anlegt, und wenn immer wenigstens 470 Ohm zwischen Ai und GND liegen wie bei der Phototransistor-Schaltung?
Ich halte das für Unsinn mit deinem "Schutz- oder Strombegrenzungswiderstand" zur Spannungsmessung für den PCF8591 auf dem Raspi-Shield, und das widerspräche auch allen publizierten Schaltbildern.

https://s14-eu5.ixquick.com/cgi-bin/...ebad9d37ea929e
hier im Schaltbild sieht man auch eindeutig, dass auch +Vdd und GND direkt anliegen dürfen, ohne "Strombegrenzungswiderstand".

(statt 5V gehen ntl auch 3.3V: https://www.mikrocontroller.net/part/PCF8591)

[HaWe]

Eben, weil z.B. bei seriellem Schutzwiderstand muß man auch u.a. die frequenz- und amplitudenabhängige interne Kapazitäten berücksichtigen.

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!

Das gilt auch bezüglich jeder DC-Spannungsquelle, die zur Spannungsmessung verwendet wird, egal wieviel Strom sie theoretisch sonst zur Verfügung stellen könnte, entgegen i_make_its Behauptung sind also auch "starke" Strom/Spannungsquellen erlaubt, selbst wenn sie 1000A oder mehr liefern könnten. In unserem Fall aber stammt die Messspannung ja von der Bordspannung des Raspis, und da werden es kaum mehr als 2-3A max. sein, was die liefern könnten; auch hier werden dann indes durch den PCF8591-ADC-Port nicht mehr mA fließen als sonst auch.
Und wenn der Hersteller in diesem Zusammenhang jene vielzitierten max. 10mA angibt, dann werden das IMO genau DIE 10mA max. sein, auf die der Strom durch die internen Widerstände eben nun mal *automatisch* begrenzt ist, bei max. 6V Messspannung.

Das gilt selbstverständlich nicht für versehentliche Fehlschaltungen oder höhere Gewalt, bei denen plötzlich deutlich höhere Spannungen als 6V angelegt werden - : da muss man also tunlichst aufpassen.

Und daher kann man, wenn man einen Photowiderstand oder Phototransistor korrekt wie oben skizziert verschaltet, 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.