Hallo Leute, ich hoffe hier haben einige Erfahrung mit Optokopplern. Ich will hier einen Optokoppler einsetzen, der laut Datenblatt einen Forward Current von 60 mA hat bei der LED. Und eine Forward Voltage von 1,25 V typ. und 1,65 V max. Nun will ich aber, dass dieser genau bei 24 V losgeht, also durchleitet und nicht schon irgendwie früher. Nun ist meine Frage, ob diese 60 mA der Mindeststrom ist, dass diese LED zum leuchten bringt oder kann es auch schon bei kleineren Strömen passieren?
@ Al N. (Gast) >Ich will hier einen Optokoppler einsetzen, der laut Datenblatt einen >Forward Current von 60 mA hat bei der LED. Maximum wahrscheinlich. >Nun will ich aber, dass dieser genau bei 24 V losgeht, also durchleitet >und nicht schon irgendwie früher. Wie genau? +/-1V? Oder +/-1mV? >Nun ist meine Frage, ob diese 60 mA der Mindeststrom ist, dass diese LED >zum leuchten bringt Nö. >oder kann es auch schon bei kleineren Strömen >passieren? Sicher.
Al N. schrieb: > Nun ist meine Frage, ob diese 60 mA der Mindeststrom ist, dass diese LED > zum leuchten bringt oder kann es auch schon bei kleineren Strömen > passieren? Wohl kaum, aber ohne Typenbezeichnung oder Datenblatt ist das wie Kaffeesatzlesen. Wer weiss, was auf der Empfängerseite des OC so statt findet.
Al N. schrieb: > Ich will hier einen Optokoppler einsetzen, der laut Datenblatt einen > Forward Current von 60 mA hat bei der LED. Und wie heißt die Überschrift zu dem Datenblattabschnitt, wo das steht?
Hallo Gast, das Prinzip des Optokopplers gibt keine solch scharfe Grenze her. Die 60mA sind max. forward current. Das Teil ist aber für den Betrieb zwischen 10mA und 20mA im Datenblatt gegeben und das würde ich auch nicht überschreiten. Das heißt für dich, dass die LED in der Diodenkennlinie bei etwa 1,25V@10mA anfängt und 1,65V@60mA aufhört. Das ganze ist noch temperaturabhängig und vor allem mit Bauteiltoleranzen, wie das halt bei einer Diode ist. Du kannst nicht einfach einen Widerstand vornedran hängen, der bei 24V 10mA oder 60mA durchlässt. Schließlich kennst du auch im Datenblatt nur die garantierten Werte aber eben nicht die realen Daten dieses einen OK. Eine dieser Werte ist beispielsweise die Stromverstärkung. Die LED leuchtet ja auch unter 10mA, sollte aber nach dem DB mindestens 10mA kriegen, damit der OK mit der minimal gegebenen Stromverstärkung von 100%..500% arbeitet. Außerdem hast du nicht berücksichtigt, dass du auf jeden Fall eine Hysterese brauchst, sonst zappelt dein Ausgang ständig hin und her. Wenn du unbedingt den Optokoppler bei 24V Eingangsspannung umschalten willst und du dir über z.B. die Hyterese Gedanken gemacht hast, kannst du ein Schmitt-Trigger diskret mit OpAmps und einer Spannungsreferenz aufbauen. Der Ausgang dieses Triggers steuerte dann die LED um einen gewissen Arbeitspunkt herum durch. Die Schaltung selbst kannst du dann auch durch den 24V-Eingang versorgen lassen, wenn der das hergibt. Mach dir aber lieber nochmal ordentlich Gedanken um deine Anwendung und die Anforderungen daran. Dein Ansatz klingt einfach recht "unausgegoren".
OK, nochmal eine Beispielrechnung mit dem ILQ: Dein OK hat an der Transistorseite 1k-Ohm und zieht gegen 5V. Wenn man einen LO-Pegel erzeugen möchte, so muss der Transistor mindestens 5mA durchlassen. ABER: selbst wenn es nur 4mA wären, fallen immer noch 4V über den Widerstand ab und am Ausgang sind 1V, was von den meisten ICs noch als LO-Pegel erkannt wird! Die Stromverstärkung ist mit 50%..500% gegeben: - Wäre sie 500% so genügten rechnerisch 1mA LED-Strom um auf der anderen Seite einen Strom von 5mA hervorzurufen. ABER: Im Datenblatt steht extra drin, dass die Verstärkungsangaben erst ab einem Diodenstrom von 10mA garantiert werden. ABER NICHT, DASS UNTER 10mA NIX PASSIERT. => Daher immer den Vorwiderstand für mindestens 10mA auslegen. Dann kann man am Transistorausgang mit mindestens 5mA rechnen. ABER: Man kann nicht mit 50mA am Ausgang rechnen, sondern nur, dass IRGENDEIN ILQ5 auch schonmal eine Stromverstärkung von 500% haben kann. Garantiert werden aber eben nur 50%, wenn die LED mindestens 10mA erhält. Jetzt zum Vorwiderstand: Die Vorwärtsspannung ist zwischen 1,25V und 1,65V gegeben. Bei einer 5V-Versorgung fallen über den Vorwiderstand zwischen 3,75V und 3,25V ab. Rechnerisch bei 0,01A also ein Vorwiderstand zwischen 375 und 325 Ohm. => Dann nimmt man die 325Ohm! Wenn du nämlich doch eine 1,25V-Diode erwischt hast, ist der Vorwärtsstrom zwar höher als 10mA, aber niemals niedriger. Letzteres wäre nämlich der Fall bei 375Ohm und dann noch die 1,65V-Diode.
Al N. schrieb: > wenn es weiterhilft. Es würde (vor allem Dir) weiter helfen, die folgende Frage zu beantworten ... Falk Brunner schrieb: >>Nun will ich aber, dass dieser genau bei 24 V losgeht, also durchleitet >>und nicht schon irgendwie früher. > > Wie genau? +/-1V? Oder +/-1mV? Gruß Jobst
Hey danke, dass mit dem CTR habe ich noch gar nicht so im Blick gehabt. Deine Beispielrechnung hilft mir enorm weiter bei der Berechnung der Widerstände. Ich habe aber noch einige Fragen: 1. Was ist mit Hysterese gemeint. Heißt das, dass der Fototransistor noch eine Reminizens hat und nicht ganz wieder sperrt? Was soll man da machen? 2. Was für einen Bitstrom kann man maximal übertragen? 3. Sollte man die Dioden auch gegen Ground mit einem 10..100K Widerstand erden, damit sie nicht einfach durch Störspannungen losgehen könnten? Vielen Dank nochmal für deine kompetente Hilfe
Al N. schrieb: > genau bei 24 V "genau" gibt es nicht, sondern nur "mit einem Fehler von maximal ..."
Jobst M. schrieb: > Al N. schrieb: >> wenn es weiterhilft. > > Es würde (vor allem Dir) weiter helfen, die folgende Frage zu > beantworten ... > > Falk Brunner schrieb: >>>Nun will ich aber, dass dieser genau bei 24 V losgeht, also durchleitet >>>und nicht schon irgendwie früher. >> >> Wie genau? +/-1V? Oder +/-1mV? > > Gruß > > Jobst So genau muss es nicht sein, sondern es soll nicht gleich bei kleinen Störspannungen und Kriechströmen anfangen leitend zu werden, das könnte sonst zu einem fehlerhaftem Bitstrom führen
Hallo Gast, bitte die Fachbegriffe auch mal googlen bzw. in Wikipedia schauen. Die Community hilft dir gerne bei Einstiegsfragen weiter, aber es ist auch ein bissl erkennbare Eigeninitiative gefragt. Daher in Zukunft nicht fragen "Was ist ein Hysterese", sonder erst einmal googlen und wenn du dann noch Probleme hast so etwas wie "Das mit der Hysterese habe ich so verstanden, dass (..). Ist das richtig, was muss ich beachten?". Von mir aus auch "unter welchem Stichwort kann ich da googlen? gibts ne ordentliche Seite die das erklärt? (Ich find nix)" Oder halt irgendwie in diese Richtung, so dass man praktisch deinen guten Willen zum selbtsständigen Lernen erkennen kann :) Hier aber nochmal die kommentierte Quellenaufbereitung: - Erstmal der Komparator (klassich aus der Analogtechnik). (Sozusagen ein Schmitt-Trigger mit Hysterese "0", aber das kommt, wenn du die nächsten zwei Artikel angeschaut hast) http://de.wikipedia.org/wiki/Komparator_(Analogtechnik) - Hyterese bzw. Schalthysterese allgemein: http://de.wikipedia.org/wiki/Hysterese - Und in der Elektrotechnik realisiert man so etwas mit einem Schmitt-Trigger: http://de.wikipedia.org/wiki/Schmitt-Trigger
Al N. schrieb: > So genau muss es nicht sein, sondern es soll nicht gleich bei kleinen > Störspannungen und Kriechströmen anfangen leitend zu werden, das könnte > sonst zu einem fehlerhaftem Bitstrom führen
1 | o------, |
2 | | |
3 | R 470Ω |
4 | | |
5 | K ZD18 |
6 | A |
7 | | |
8 | +----------, |
9 | | | |
10 | R 10KΩ A LED |
11 | | K im OK |
12 | | | |
13 | o------'----------' |
Gruß Jobst
Jobst M. schrieb: > Al N. schrieb: >> So genau muss es nicht sein, sondern es soll nicht gleich bei kleinen >> Störspannungen und Kriechströmen anfangen leitend zu werden, das könnte >> sonst zu einem fehlerhaftem Bitstrom führen > > o------, > | > R 470Ω > | > K ZD18 > A > | > +----------, > | | > R 10KΩ A LED > | K im OK > | | > o------'----------' > > Gruß > > Jobst Aha, eine Zenerdiode in Sperrichtung eingebaut. Ich habe mich aber schon immer gefragt, wie oft die Zenerdioden die Durchbruchspannung aushalten können und wie lange sie in diesem Zustand verbleiben können. In Durchlassrichtung verbraten sie auch 1..2W Leistung. Also die Schaltung soll schon so ein paar Jahre ihren Dienst verrichten können.
Al N. schrieb: > Durchlassrichtung verbraten sie auch 1..2W Leistung. Sorry, ich meinte in Sperrichtung aber bei Durchbruchspannung verbraten sie 1..2W Leistung.
Jetzt zur Bitrate am OK allgemein: Ein OK hat eine Bandbreitenangabe, eine maximale Bitrate und je nach Anwendung dahinter ist er nicht bei der maximalen Bitrate brauchbar, da gelten dann nochmal andere Berechnungsgrundlagen. Hier mal fix ein paar Faustformeln und Erfahrungswerte: Ein Eingangssignal wird am Ausgang mit einer Anstiegszeit und Abfallzeit angebildet. Wenn man also ein idealisiertes Rechtecksignal an der LED anlegt und zum Ausgangssignal vergleicht, so ist das Ausgangssignal im Vergleich zum Eingang trapezförmig. Die Anstiegszeit ist fest und unabhängig von der Eingangsfrequenz. Wenn du also sehr langsam am Eingang toggelst, ist der Ausgang relativ betrachtet fast ein Rechteck, weil der Anstieg im Vergleich zur Verweildauer des Pegels sehr lang ist. Wird diese Verweildauer kürzer, also die Schaltfrequenz höher, geht es mehr in Richtung Trapez und wenn du noch schneller toggelst, kommt es irgendwann auf ein Dreieck hinaus. In diesem DB auf Seite 7 http://www.vishay.com/docs/83646/ild1.pdf Ab jetzt wird es nämlich eng, wenn du noch schneller wirst, verlässt du die gültigen Pegel für eine saubere Erkennung durch Logic-ICs (74er, Mikrocontroller, CPLD/FPGA usw) dahinter. Bandbreite: Die maximale Frequenz, die noch als solche am anderen Ende des OK wiedergegeben wird. Ist aber leider nicht die maximale Bitrate für Digitalschaltungen dahinter. Hintergrund: Das Signal wird zwar mit der richtigen Frequenz weitergegeben, nutzt aber nicht mehr den vollen Signalpegel und kann daher nicht mehr sauber von Digitalschaltungen als LO und HI erkannt werden. Das Signal ist dann ein abgeflachtes Dreieck, dass nicht mehr die Pegel erreicht. Bitrate: Das ist jetzt die maximale "Frequenz" bzw. Baudrate mit der Signale vom Eingang auch am Ausgang mit dem vollen Signalpegel abgebildet werden. Also gerade noch so am Übergang zwischen Trapez und Dreiecksform. Wer jetzt denkt, die Bitrate ist also die maximale Baudrate und meint damit eine UART übertragen zu können, der liegt falsch! Eine UART tastet in der Regel das Eingangssignal z.B. 16fach über ab. Da kann es sein, dass der Empfänger mit einem "gerade noch so Trapez" nichts anfangen kann. (dann kommen z.B. Frame-Errors) In grober Näherung gilt: Bandbreite ~= 2xBitrate ~=10x(UART-Baudrate) Nimmt man beispielsweise einen 6n136 (den nehm ich mal, weil der alle Angaben auf der ersten Seite hat) http://www.vishay.com/docs/83604/6n135.pdf Bandbreite = 2MHz, Bitrate = 1MBit, UART-Baudrate ~= 200kBit.
Zener werden in sperrichtung betrieben. Die müssen das abkönnen. Bitte lies doch mal kurz nach wenn du hier neue Begriffe und teile kennenlernst. FLip
Danke an alle Gurus hier, ich bin schon mehrere Ecken jetzt weiter!
Willst du einen 24V Eingang im Bereich der Automatisierungstechnik einlesen? Geht es um schnelle Datenübertragung oder einfach nur eine Rückmeldung EIN/AUS ?
Al N. schrieb: > Sperrichtung aber bei Durchbruchspannung verbraten > sie 1..2W Leistung. 18V und 10mA sind etwa 180mW. Deine Diode wird vermutlich 500mW dauernd vertragen. Ansonsten: Datenblatt hilft.
Äh ja, ich will das Verhalten von 2 SPS unter Stress testen und sie daher ihre Eingänge und Ausgänge miteinander verbinden. Ich will aber die nicht gleich zusammenschalten, sondern ihre Ein- und Ausgangskontakte flexibel über eine Buchsenleiste verbinden können. Auf der einen SPS habe ich ein Programm geschrieben, um die andere SPS testen zu können. Es wollen noch andere SPS-Programmierer dieses Testgerät benutzen, daher wollte ich die SPS durch eine Entkopplung gegen Fehlbedienung schützen.
Wieso erwähnst du das nicht gleich? Das macht die sache schon um eiges klarer. Die sache mit der ZD sollte hinhauen. Sauberer störungsresistenter aufbau vorrausgesetzt. FLip
Angehängte Dateien:
-
SPS-OK.png
4,9 KB
Das macht die Sache schon einfacher. Wegen der Störimpulse musst du dir erstmal keine Sorgen machen, die müssten dann ja schon eine Energie 7V@2mA => ~15mW haben. Das ist bei deinem Aufbau erstmal unrealistisch. Die SPS-Ausgänge sind 24V oder HiZ. Du brauchst keine Erkennung von exakt 24V. Die 24V Pegel sind in der Automatisierung eh mit mindestens +-20% spezifiziert. Für den o.g. Z-Dioden Vorschlag kann ich mich nicht begeistern: Das mit einer 18V-Z-Diode zu machen ist auch wegen der hohen Leistung an der ZD (18V@20mA ~360mW) unnötig und du kriegst bei Verpolung mit dem Vorwiderstand die ZD gebraten. Ganz abgesehen davon, dass auch die LED des OK nur eine beschränkte Rückwärtsspannung mitmacht (ILQ5 im DB mit 6V) und bei Verpolung die OK-LED abraucht und die ZD Schaden nimmt. Hier der Gegenvorschlag (s.Bild) mit folgenden Eckdaten: - Verpolschutz für die OK-LED. Daher auch der 1W Widerstand. (0,5W gehen auch, aber lieber 1W). Der wird nur warm, wenn man falsch anschließt. Dafür geht aber nix kaputt. - Erst ab etwa 8,5V könnte es zu einem Durchschalten kommen. Das ist mehr als genug Sicherheitsabstand. Bei 20V (24V-20%) wird sauber durchgeschaltet. - Die Ausgangsseite zwar verpolgeschützt aber nur bedingt kurzschlussfest. Sonst haben die SPSen (Siemens/Vipa) eigentlich am Eingang immer: - Verpolschutz - Störimpulsfilter/Entprellung (als RC/Schmitt-Trigger o.ä.) => Schließlich hängen da auch in fliegender Vedrahtung normale Taster usw. dran. Und da kommt auch nicht mal eben ein Störimpuls vorbei und haut den Programmablauf um.
Danke für die Schaltung Rene, Das ist gut gelöst, kann ich direkt so verwenden. Aber bei 8,5 V fließen gerade mal 2,7 mA durch die Opto-LED. Meinst du das reicht?
Das war ein Worst-Case Szenario. An den SPS-Ausgängen kannst du entweder mit HiZ (wie ein offenes Kabelende) oder mit 18-30V (24V+-25%) rechnen, aber nicht mit 8,5V. Diese Rechnung war um die Robustheit gegen äußere Störungen abzuschätzen. Von 18V bis 30V funktioniert das ganze zuverlässig und das liefern dir die SPS-Ausgänge. Wenn man jetzt aber mal ganz üble Randbedingungen nimmt, sind trotzdem noch mindestens 8V bei 2mA notwendig um ein fehlerhaftes Schalten an der LED zu provozieren. Daher eben diese worst-case Betrachtung. Aber da muss es schon übel hergehen, dass du solch eine massive Störung auf der Leitung hast. Und selbst dann sollten sie an den Eingangsfiltern der SPS nicht vorbeikommen. Wie gesagt, das passiert ja bei normalen Tastern usw. auch nicht. Noch ein Tipp bei der Teile-Beschaffung. die 5V-ZDioden sollten ungefähr das Geld einer normalen Diode kosten. In der Schaltung kannst du auch die untere Diode gegen eine ZD austauschen. Die ZD wird dann mal in normale Richtung betrieben, aber die Anzahl der verschiedenen Bauteile geht runter und du hast evtl. Chancen auf den Mengenrabatt :)
Jo danke Rene, hier wird einem echt geholfen, finde ich klasse das Forum!
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