TCRT5000 - Einfache LED Ansteuerung

[Cédi (Gast)]

Hallo zusammen

Ich habe eine kleine Schaltung mit dem TCRT5000 entworfen um 6 LEDs 
leuchten zu lassen sobald der Sensor abgedeckt wird.

Die Schaltung basiert auf einem Entwurf den ich auch hier aus dem Forum 
habe, allerdings bin ich mir bei der Wahl des N-Kanal MOSFETs nicht 
sicher sowie bei den Werten der Widerstände RV, RE und RG(übernommen aus 
Schaltungsvorschlag).

Könnt ihr mir bitte sagen welcher MOSFET sich eignen würde und ob die 
Widerstandswerte so passen? Danke!

Zudem werde ich diesen Bastelprint 20 mal machen und an ein 5VDC/4A 
Netzteil anschliessen, das sollte so funktionieren oder?

Danke & Gruss
Cédi

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Cédi schrieb:
> ob die Widerstandswerte so passen?
Hängt von der Uf der LEDs ab...
Und: LEDs müssen nicht zwingend mit 20mA betrieben werden. Das ist 
keine Naturkonstante.

> Könnt ihr mir bitte sagen welcher MOSFET sich eignen würde und ob die
> Widerstandswerte so passen?
Ein Logic-Level-N-Kanal wäre gut. Es würde locker ein IRLML2502 
ausreichen...
https://www.mikrocontroller.net/articles/MOSFET-%C3%9Cbersicht#N-Kanal_MOSFET

Ich würde allerdings einen Komparator vor den Mosfet machen, damit der 
nicht so dermaßen analog angesteuert werden kann...

[Joe F. (easylife)]

RG irgendwas zwischen 33 und 220 Ohm.
Als FET kannst du z.B. den Wald-und-Wiesen-FET 2N7000 (bzw. 2N7002 in 
SMD) nehmen.

Rv errechnet sich aus der Forward-Voltage der verwendeten LEDs.

Rv = (5V - Vforward_led) / 0,02A

150 Ohm passt für eine Forward-Spannung der LED von 2V.

Die 180 Ohm an der IR Diode kann man evtl. etwas größer wählen.
Vf_IR_led = 1.5V (max)

I_IR_led = (5-1.5) / 180 = 20mA

Hier reichen vermutlich auch 10mA aus (-> 330 Ohm).


Aufpassen solltest du noch mit dem Vorhaben "Sensor abgedeckt".
Von 16mm-2mm nimmt die Reflektion zu, unterhalb von 2mm nimmt sie aber 
wieder ab (siehe Fig. 9 Datenblatt).

R_e (15K) sollte evtl. kleiner werden, um die Gatespannung zuverlässig 
niedrig zu halten, wenn der Sensor "unbeleuchtet" ist.

Am Besten wäre, du baust die Schaltung einmal auf dem Steckbrett auf, 
und ermittelst die Widerstandswerte experimentell.


Lothar M. schrieb:
> Ich würde allerdings einen Komparator vor den Mosfet machen, damit der
> nicht so dermaßen analog angesteuert werden kann...

Das halte ich bei dem kleinen Strom (120mA) und den im Vergleich zu PWM 
Anwendungen seltenen Schaltzyklen für übertrieben.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Joe F. schrieb:
> Lothar M. schrieb:
>> Ich würde allerdings einen Komparator vor den Mosfet machen, damit der
>> nicht so dermaßen analog angesteuert werden kann...
> Das halte ich bei dem kleinen Strom (120mA) und den im Vergleich zu PWM
> Anwendungen seltenen Schaltzyklen für übertrieben.
Dann würde ich aber nicht den kleinen IRLR2502 nehmen, sondern einen im 
TO220- oder DPAK-Gehäuse. Der kann mehr Umschaltenergie ab...

[Joe F. (easylife)]

Lothar M. schrieb:
> Der kann mehr Umschaltenergie ab...

Der ungünstigste Fall wäre, der FET hat den gleichen Widerstand wie der 
Vorwiderstand der LEDs, also 25 Ohm.
Dann fließen ca. 60mA, und am FET fallen ca. 1.5V ab -> 90mW 
Verlustleistung.
Ein (kleiner) 2N7000 hält dies selbst bei 100°C sogar dauerhaft aus 
(400mW-3.2mW*75°C = 160mW).
Auch ein 2N7002 (SOT23) macht dies bis 112°C dauerhaft mit.

[Cédi (Gast)]

Joe F. schrieb:
> R_e (15K) sollte evtl. kleiner werden, um die Gatespannung zuverlässig
> niedrig zu halten, wenn der Sensor "unbeleuchtet" ist.

Wie viel kleiner meinst du? 12k? 10k?

[Joe F. (easylife)]

Das kommt eben darauf an, wie weit dein reflektierendes Medium im "nicht 
abgedeckten" Zustand entfernt ist, d.h. wie viel Strom noch durch den 
Phototrasistor fließt, und welchen FET du einsetzt.

Daher würde ich das eher experimentell ermitteln und so einstellen, dass 
die Gate-Spannung im nicht abgedeckten Zustand deutlich unter 
V_g_threshold des FETs ist.

Bei 16mm Abstand und 20mA bestromung der IR_led hast du lt. Datenblatt 
noch 20mA * 0.1 * 0.2 = 0.4mA durch den Phototransistor, bei 15K sind 
das die vollen 5V am Gate des FETs.

Ich schätze einfach mal, ein Vorwiderstand von 330 Ohm für die IR_LED 
(10mA) und R_E = 4.7K sind so in etwa die Hausnummer, die du brauchst...
(Collector current = 10mA * 0.1 * 0.8 = 0.8mA
U_Gate = 4700 * 0,0008 = 3.8V