Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Brauche Hilfe bei Ausgang Fototransistor mittels Komparator verstärken für Eigenbauflipper


von Christian V. (trancefreak)



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Hallo,

Ich bin dabei einen Flipper selber zu bauen (Replika eines Addams) und 
bräuchte Hilfe bei der Verstärkung des Ausgangs eines Fototransistors.
Hier mal ein Video zum aktuellen Stand des Projektes: 
https://www.youtube.com/watch?v=yUXV3zRDvvQ

Elektronik und Spielfeld sind selber gebaut. Es funktioniert alles, bis 
auf mein Opto Board (IR LED mit IR Fototransistor). Die LED's und 
Fototransistoren sind in dem blauen runden Kreis (Addams Bookcase), 
welcher im Video rechts oben auf dem Spielfeld zu sehen ist.

In original Flippern werden die IR LED's mit 70mA betrieben, deshalb 
habe ich dies auch so entworfen, was auch funktioniert. Die LED glimmt, 
der gemessene Strom passt ebenfalls.

Als Schaltung habe ich die 1. angehängte Schaltung verwendet. Wenn die 
IR LED leuchtet, liegt am Ausgang jedoch nur 0.7V an. D.h. der Abstand 
zwischen LED und Fototransistor ist wohl zu groß, um ihn ganz 
durchzuschalten. Den Strom durch die LED erhöhen wird nicht viel 
bringen, da ich da wahrscheinlich nie auf > 2V komme. Die 
Ausgangsspannung hängt dann an 74HC165N ParallelIn - SerialOut Shift 
Registern mit hohem Eingangswiderstand.

Somit war meine Idee, den Ausgang mittels eines Komparators so zu 
gestalten, dass bei Anliegen der 0.7V der Komparator durchschaltet und 
bei Spannungen < 0.4V nicht.

Statt eines Uref Spannungsteilers hätte ich ein Potentiometer geplant, 
um die Referenzspannung einstellen zu können.

Kann ich so eine Basisschaltung wie im 2. angehängten Bild verwenden, 
oder ist die zu primitiv? Ich möchte also nur 2 Zustände am Ausgang des 
Komparators. GND oder Vcc. Vcc ist 3V3.

Kann mir jemand einen Tip für die Beschaltung des Komparators geben und 
am besten einen Tip, welchen ich da verwenden kann? Am besten einen im 
DIP Gehäuse.

Vielen Dank im Voraus,
Christian

: Verschoben durch Moderator
von MaWin (Gast)


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Christian V. schrieb:
> Somit war meine Idee, den Ausgang mittels eines Komparators so zu
> gestalten

Erhöhe die 2k am Emitter des Phototransistors auf 10k und es sollte ohne 
extra Komparatorverstärkung funktionieren.

von Christian V. (trancefreak)


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Danke für den Tip, werde ich gleich ausprobieren! Nur für mich zur Info: 
Was bewirkt das Verändern des PullDown Widerstandes? Der Stromfluss wird 
geringer, aber meinst Du, dass sich dadurch wirklich die Spannung am 
Punkt A3 (Bild 1) so wesentlich ändert?

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Christian V. schrieb:
> Kann mir jemand einen Tip für die Beschaltung des Komparators geben und
> am besten einen Tip, welchen ich da verwenden kann

Die Schaltung 'OpAmp_Basisschaltung.gif' ist schon richtig.
Je nachdem, wieviele Fototransistoren du auswerten willst, nimm einen 
LM311 (1 Komparator), LM393 (2 Komparatoren) oder einen LM339 (4 
Komparatoren). Alle diese Komparatoren haben Open Collector Ausgänge, 
also Pullup an den Ausgang. Erhöhe die Nutzspannung am Fototransistor 
dadurch, das du ihn nicht gegen 2k, sondern gegen 10k arbeiten lässt.
Die Vergleichsspannung am Komparator kannst du entweder mit einem 
Trimmpoti einstellbar machen oder mit simplem Spannungsteiler. Bei 
grossen Schwankungen der Betriebsspannung evtl. mit Z-Diode 
stabilisieren.

von Christian V. (trancefreak)


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Bin Happy, danke für die Tipps. Die Erhöhung von 2k auf 10k haben 
bereits geholfen. Habe nun 3V3 anliegen, wenn die IR LED leuchtet und 
GND Potential, wenn die Lichtstrecke unterbrochen ist. Funktioniert :-)

von Joe F. (easylife)


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Christian V. schrieb:
> Youtube-Video "Homebrew Pinball Addams Family Replica"

WOW, schöne Arbeit!

von HildeK (Gast)


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Christian V. schrieb:
> Was bewirkt das Verändern des PullDown Widerstandes? Der Stromfluss wird
> geringer, aber meinst Du, dass sich dadurch wirklich die Spannung am
> Punkt A3 (Bild 1) so wesentlich ändert?

Dass es hilft, hast du schon selbst messen können.
Und warum?
Eine gegebene Beleuchtung des Fototransistors verursacht einen 
bestimmten Kollektorstrom. Der fließt durch die 2k2 und verursacht, nach 
deinen Messungen, an dem einen Spannungsabfall von 0.7V, d.h. es fließen 
rund 300μA.
Durch die 10k fließt der gleiche Strom und ruft jetzt einen 
Spannungsabfall von rund 3V hervor.
Du kannst den Widerstand bis auf Vdd/300μA erhöhen und die Spannung 
erhöht sich weiter - bis max. Vdd eben ...

von Christian V. (trancefreak)


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Hi HildeK,

Vielen Dank für Deine Erklärung! Nun habe ich auch gleich wieder 
dazugelernt:-)

Gruß,
Christian

von Dr.Who (Gast)


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Joe F. schrieb:
> Christian V. schrieb:
>> Youtube-Video "Homebrew Pinball Addams Family Replica"
>
> WOW, schöne Arbeit!

Verstehe das mal nicht falsch. Der im Video abgebildete
Flipper ist ein Modell der Fa. Williams. Den baut in der
Güte und Qualität keiner so schnell nach.
Habe etwa ein Jahr in der Branche im Kundendienst gearbeitet
und kann das wohl beurteilen. Der TO hat den wohl als
Vorlage genommen. Ein paar Originalfotos vom TO wären hilfreich.

Matthias S. schrieb:
> Die Schaltung 'OpAmp_Basisschaltung.gif' ist schon richtig.

Hm, ich würde da ungern eine Kollektorschalung benutzen.
Eine Emitterschalter des OK halte ich für wesentlich
zuverlässiger, selbst wenn die invertierend ist.
Ist eher eine Glaubensfrage.

https://www.mikrocontroller.net/articles/Optokoppler

von Christian V. (trancefreak)


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Dr.Who schrieb:
> Joe F. schrieb:
>> Christian V. schrieb:
>>> Youtube-Video "Homebrew Pinball Addams Family Replica"
>>
>> WOW, schöne Arbeit!
>
> Verstehe das mal nicht falsch. Der im Video abgebildete
> Flipper ist ein Modell der Fa. Williams. Den baut in der
> Güte und Qualität keiner so schnell nach.

Vielen Dank für das große Kompliment. Der in dem Video zu sehende 
Flipper ist aber nicht von Bally/WMS, sondern in der Tat von mir 
komplett selber gebaut. Spielfeld, Gehäuse, Elektronik und Software.

Es ist ein Replica des Addams von 1992, selbst gebaut. Die Software 
läuft auf einem Raspberry PI 3 B+ und ist in C# geschrieben. Der 
Raspberry
kommuniziert mittels SPI mit einem ESP32, welcher mein IO Board 
anspricht.

Die LEDs sind WS2812er.

Hier gibts dazu mehr Infos von mir:
https://www.flippermarkt.de/community/forum/threads/eigenbau-flipper-addams-family-replika.130660/

Christian

: Bearbeitet durch User
von F. F. (foldi)


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Christian V. schrieb:
> Vielen Dank für das große Kompliment. Der in dem Video zu sehende
> Flipper ist aber nicht von Bally/WMS, sondern in der Tat von mir
> komplett selber gebaut. Spielfeld, Gehäuse, Elektronik und Software.

Das sollte unbedingt in "zeigt her eure Kunstwerke" gepostet werden.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Dr.Who schrieb:
> Matthias S. schrieb:
>> Die Schaltung 'OpAmp_Basisschaltung.gif' ist schon richtig.
>
> Hm, ich würde da ungern eine Kollektorschalung benutzen.
> Eine Emitterschalter des OK halte ich für wesentlich
> zuverlässiger, selbst wenn die invertierend ist.

Aber die Schaltung 'OpAmp_Basisschaltung.gif' hat mit Optokopplern oder 
so doch gar nichts zu tun.

Joe F. schrieb:
> WOW, schöne Arbeit!

Finde ich auch. Top Job!

: Bearbeitet durch User
von MaWin (Gast)


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Christian V. schrieb:
> Was bewirkt das Verändern des PullDown Widerstandes?

Wie eine Verstärkung des Signals um Faktor 5.

Dafür wird's etwas langsamer, aber das dürfte egal sein weil es ja um 
mechanische Erkennung geht, und die ist im elektronischen Verständnis 
sowieso saulangsam.

von Dr.Who (Gast)


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Matthias S. schrieb:
> hat mit Optokopplern oder
> so doch gar nichts zu tun.

Wenn der Output-Transistor optisch gesteuert wird, denke ich schon.
Es gibt da zwar ein paar kleinere Unterschiede, aber die halte ich
für nicht so gravierend.

von Christian V. (trancefreak)


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Ich möchte ein kleines Update geben und mich nochmals für die schnelle 
Hilfe bedanken und auch zeigen, dass Eure Unterstützung auch Resultate 
erwirkt :-)

Nach Ändern des zu kleinen Widerstandwertes funktioniert nun mein IR 
Lichtschranken - Treiberboard. Ich habe Euch ein Video davon in Aktion 
hochgeladen.

Die 4 IR LEDs und Fototransistoren sind in dem blauen Kasten rechts oben 
am Spielfeld untergebracht. Jedes Mal, wenn eine Kugel dort hinrollt und 
einen der 4 Fototransistoren abdeckt (sind im Boden des "Bookcases" 
untergebracht), wird ein Treffer registriert. Bei 5 Treffern öffnet sich 
dann das "Bookcase".

https://www.youtube.com/watch?v=1E8O-6obL0M

Christian

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