Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Optokoppler - invertierte Ausgabe


von Nils R. (augur)


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Moin,

ich würde gerne wie hier: 
https://www.mikrocontroller.net/articles/Optokoppler beschrieben den 
Ausgang eines Optokopplers (4N25) negieren. Empfänger ist wieder ein IC, 
d.h. es ist keine große Last drauf.

Mit dem 10KOhm Widerstand als Pullup fällt die Spannung doch recht stark 
ab. Ich würde dort eher 470 Ohm vorsehen wollen. Spricht da was dagegen?

Anbei auch eine kurzes Beispiel für mich mal stark vereinfach nachgebaut 
ohne Optokoppler. Statt der LED geht der Ausgang an einen 
Schmitt-Trigger, welcher bei 5V schaltet.

Viele Grüße,
Nils

: Bearbeitet durch User
von Tilo R. (joey5337) Benutzerseite


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Der Zusammenhang mit der von dir gezeigten Schaltung ist für mich nur 
schwer herstellbar.

Grundsätzlich ist ein IC-Eingang als "Last" etwas anderes als eine LED. 
Die LED braucht Strom um zu leuchten, die meisten ICs brauchen Strom an 
den Eingängen hauptsächlich zum Umschalten.

Natürlich wissen wir nichts über deinen IC, aber mit sehr großer 
Wahrscheinlichkeit sind 10kOhm Pull-Up völlig ausreichend. Frequenzen 
größer 100kHz oder ICs aus der Computersteinzeit mal außen vor 
gelassen...

: Bearbeitet durch User
von Nils R. (augur)


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Hi,

es geht ganz genau um die Schaltung in dem Link, jetzt hier mal 
angehängt. Da VCC über den Widerstand R5 kommt fällt die Spannung ab. 
Daher würde ich diesen gerne verkleinern.

Viele Grüße,
Nils

von Tilo R. (joey5337) Benutzerseite


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Die Spannung fällt nur ab, wenn am Ausgang auch Strom fließt.
Bei einem IC-Eingang ist das quasi 0.

Wenn du es ganz genau wissen willst schlage im Datenblatt deines ICs 
nach, wie viel Strom da im High-Zustand reinfließt bzw. wie viel 
Kapazität der Eingang hat.

von HildeK (Gast)


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Nils R. schrieb:
> Anbei auch eine kurzes Beispiel für mich mal stark vereinfach nachgebaut
> ohne Optokoppler. Statt der LED geht der Ausgang an einen
> Schmitt-Trigger, welcher bei 5V schaltet.

Und wo soll der Optokoppler hin?
Warum zeichnest du nicht das, was du machen willst? Statt LED den 
CMOS-Eingang, statt Transistor den OK (oder hab ich das missverstanden?) 
und statt dem Schalter das was den OK ansteuert?

Wo ist bzw. wäre der 10k als Pullup? Statt der 470Ω? Wenn ja, klar, die 
LED benötigt Strom und damit gibt die Spannung am C des Transistors 
nach. Und die LED leuchtet dann nur schwach.
Wenn du stattdessen keine LED hast und auf einen CMOS-Eingang gehst, 
dann gibt sie nicht nach.
Nebenbei: so kann man eine LED auch ein- bzw. ausschalten, aber ich 
würde dann statt 470Ω 1k5 nehmen und den 1k weglassen. Braucht weniger 
Strom.

Übrigens: so, wie gezeichnet, ist der Transistor in µs kaputt, wenn du 
den Schalter schließt: da fließt dann ein so großer Basisstrom wie ihn 
dein Netzteil hergibt!

von Wolfgang (Gast)


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Nils R. schrieb:
> Da VCC über den Widerstand R5 kommt fällt die Spannung ab.
> Daher würde ich diesen gerne verkleinern.

Dafür gibt es zwei Möglichkeiten:
1) Lass weniger Strom fließen
2) Verkleinere den Widerstand

Was hast du genau vor?
Bisher sieht das noch sehr nach Holzweg aus.

von Nils R. (augur)


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Moin,

HildeK schrieb:
> Wo ist bzw. wäre der 10k als Pullup? Statt der 470Ω? Wenn ja, klar, die
> LED benötigt Strom und damit gibt die Spannung am C des Transistors
> nach. Und die LED leuchtet dann nur schwach.
> Wenn du stattdessen keine LED hast und auf einen CMOS-Eingang gehst,
> dann gibt sie nicht nach.

die Info hat mir gefehlt. Damit sieht es gut aus. Ich versuche die 
Grundlage der Schaltung zu verstehen, daher habe ich sie versucht 
einfach nachzubauen. Mein Arduino-Projekt ist noch etwas chaotisch, da 
ich immer was neues lerne und die Schaltung dann anpasse.

Viele Grüße,
Nils

von HildeK (Gast)


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Nils R. schrieb:
> Ich würde dort eher 470 Ohm vorsehen wollen. Spricht da was dagegen?

Das könnte man auch noch beantworten, nachdem du die gewünschte 
Schaltung gezeigt hast:
Zunächst spricht nichts dagegen. Aber: bei 12V an 470Ω wollen im 
eingeschalteten Zustand 25mA durch den Transistor fließen. Beim 4N25 mit 
CTR > 20% (!) müsste dann dessen LED mit 125mA bestromt werden.
Die Maximum Ratings sagen aber, ab 60mA darf sie kaputt gehen. Heißt: 
nein, das geht nicht!

von HildeK (Gast)


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Übrigens, neben den drei OK-Beispielen in dem Link gibt es auch noch 
eine vierte Variante: Transistorbeschaltung wie beim 3. Bild und 
LED-Beschaltung wie beim 2. Bild.

Die erste und vierte invertieren nicht, die zweite und dritte 
invertieren.

von Manfred (Gast)


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Nils R. schrieb:
> Anbei auch eine kurzes Beispiel
was ich als groben Unfug einstufen würde.

Wenn schon für eine LED, siehe Anhang.

von HildeK (Gast)


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Manfred schrieb:
> Wenn schon für eine LED, siehe Anhang.

Nein, richtigerweise kommt der Schalter nach GND und die LED zwischen 
+UB und Kollektor.
So nur, wenn der Schalter unbedingt an +UB hängen und man invertierende 
Funktion haben muss ...

von Manfred (Gast)


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HildeK schrieb:
>> Wenn schon für eine LED, siehe Anhang.
>
> Nein, richtigerweise kommt der Schalter nach GND und die LED zwischen
> +UB und Kollektor.
> So nur, wenn der Schalter unbedingt an +UB hängen und man invertierende
> Funktion haben muss ...

"Nein", oder "doch nur, wenn"?

Vom Ursprung ausgehend, soll die LED mit einem aktiven High 
ausgeknipst werden. Da ist es bekloppt, mit zwei Vorwiderständen maximal 
überflüssig Strom zu verblasen. Auf den fehlenden Basiswiderstand wurde 
schon hingewiesen, in dem Sinne habe ich das umgemalt.

Ich habe das noch nie so aufgebaut, aber für eine wirklich sinnvolle 
Lösung müssten wir das Gesamtkonzept kennen. Das beinhaltet auch die 
Quelle des Steuersignals, ob TotemPole oder OpenSource.

von Tilo R. (joey5337) Benutzerseite


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Manfred schrieb:
> Nils R. schrieb:
>> Anbei auch eine kurzes Beispiel
> was ich als groben Unfug einstufen würde.
>
> Wenn schon für eine LED, siehe Anhang.

Und auch deine Schaltung ist Unfug, z.B. der 47K-Transistor zwischen 
Basis und Emitter ist bei einem Bipolartransistor nicht notwendig.

Es geht um einen Optokoppler mit dem ein IC-Eingang geschaltet werden 
soll. Lasst doch die LEDs und irgendwelche anderen halbgaren 
Schaltungsteile einfach weg. Der TO scheint noch auf einem Level zu 
sein, wo zusätzliche, andere Bauteile in falschen Schaltungen das 
Verständnis nicht gerade fördern.

von Manfred (Gast)


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Tilo R. schrieb:
> Und auch deine Schaltung ist Unfug, z.B. der 47K-Transistor zwischen
> Basis und Emitter ist bei einem Bipolartransistor nicht notwendig.

Ich bitte vielmals um Entschuldigung, dass ich die Basis nicht einfach 
offen lasse.

von Bauform B. (bauformb)


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Tilo R. schrieb:
> Und auch deine Schaltung ist Unfug, z.B. der 47K-Transistor zwischen
> Basis und Emitter ist bei einem Bipolartransistor nicht notwendig.

Gerade solche Tipps braucht ein Anfänger nun wirklich nicht :(

von michael_ (Gast)


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Nils R. schrieb:
> Hi,
>
> es geht ganz genau um die Schaltung in dem Link, jetzt hier mal
> angehängt. Da VCC über den Widerstand R5 kommt fällt die Spannung ab.
> Daher würde ich diesen gerne verkleinern.

Du kannst den OK auch zwischen +UB und dem Eingang schalten.
Aber intelligenter ist doch die Invertierung per Soft.
Wo ist das Problem?

von oldmax (Gast)


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Hi
Nun, ihr macht es euch schwer. Ein optokoppler trennt über ein optisches 
Signal zwei Stromkreise. So kann die Signalquelle x-beliebige Spannungen 
haben. Dabei wird der Widerstand R 1 so angepaßt, daß je nach Typ der 
maximale Strom der LED nicht überschritten wird. Ausgegangen von einem 
Signal von 5V 330 Ohm. Lassen wir mal den Widerstand R 2 weg, was 
passiert? Dazu denken wir uns an die Stelle des Transistors einen 
Schalter. Wird die interne LED angesteuert, wird der GND (2) auf den 
Ausgang geschaltet. Der Ausgang hat Potential des GND (2). Ist die 
interne LED nicht angesteuert, ist auch auf dem Ausgang kein Potenial. 
Der nachfolgende Eingang einer Schaltung hängt völlig im freien und der 
Schaltkreis kann daraus eine logische 1 oder 0 machen. Damit dies nicht 
passiert und die Schaltung "beherrschbar" ist, wird ein Pull-Up, hier R 
2, geschaltet. Nun zur Dimensionierung. In der Regel sind Eingänge in 
elektronischen Schaltkreisen sehr hochohmig.(> 1 MOhm). Daher kann ein 
Pull-Up bedenkenlos auf 10 K gesetzt werden. Er soll ja nur das Potenial 
auf die Versorgungsspannung anheben, also VCC (2). Der Strom bewegt sich 
sowieso in kaum nennenswerten Bereichen. Wird dieser Pull-Up aber zu 
klein dimensioniert, dann belastet es den Transistor im Optokoppler. Im 
geschalteten Zustand wird das Potential GND (2) auf den Ausgang und ! 
auf R 2 geschaltet. Der Eingang, das wissen wir, nimmt kaum Strom, aber 
R 2 folgt dem ohmschen Gesetz. Die Versorgungsspannung  VCC (2) und GND 
(2) kann ja durchaus wesentlich höher liegen, wie VCC(1) und GND(1) und 
damit fließt auch ein höherer Strom durch R 2. Wenn die Spannung am 
Ausgang des Optokopplers zusammenbricht, dann liegt es daran, das dieser 
belastet wird. Z.B. mit einer LED. Logisch, das dann die Spannung 
einbricht, denn 10 K vor einer LED ist klar zu hoch, es sei denn, die 
Spannung ist sehr hoch. Aber das scheint ja nicht der Fall zuu seinn und 
wenn, muß überprüft werden, ob der Optokoppler dem dann fließendem Strom 
gewachsen ist. Also, wenn du den Ausgang des Optokopplers nur mit einer 
anderen elektronischen Schaltung im Eingang ansteuerst, dann dürfte 
deine Spannung nicht zusammenbrechen, sondern sollte etwas weniger als 
die Versorgungsspannung haben.

Nils R. schrieb:
> Statt der LED geht der Ausgang an einen
> Schmitt-Trigger, welcher bei 5V schaltet.

Wie wird der Baustein versorgt? Wenn die VCC auch 5 V ist, dann denke 
ich, das die Schaltschwelle deutlich unter 5V liegt. Wie auch immer, die 
Ansteuerung mit einem Optokoppler ist mit einem Pull-Up völlig ok und 
muß funktionieren. Da hast du vermutlich einen Meßfehler oder 
Schaltungsfehler.
Gruß oldmax

von Sebastian S. (amateur)


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Das ganze Problem lässt sich mit den einfachsten Grundlagen der 
Elektronik lösen!
Vergiss alles andere und schau Dir den Transistor an. Der hat eine 
erlaubte, maximale Spannung (Uce) und einen erlaubten, maximalen Strom 
(Ic).
Beide kannst Du dem zugehörigen Manual entnehmen.
Ich persönlich würde mich allerdings von beiden Grenzwerten, so weit als 
möglich, fernhalten.

Die zugehörige Praxis ist auch sehr simpel:
Stell Dir vor der Transistor wäre ein Schalter (die Dinger, die Ein bzw. 
Aus sind). Denk Dir einfach einen Verbraucher, der irgendeinen 
Eingangswiderstand hat dazu. In dieser Ersatzstümperei bleibt nur noch 
eine Reihenschaltung aus zwei Widerständen über, von denen einer durch 
einen Schalter (Transistor) überbrückt wird. Jetzt sollten sich die zwei 
möglichen Verbraucherzustände leicht berechnen lassen. Ach die Maxima, 
für den Transistor, fallen dabei ab.

Da es in den meisten Fällen nicht um Null Komma Irgendwas geht, sollte 
die obige Betrachtung, auch ausreichend genau sein.
Sogar LTSpice kann in der Schublade bleiben, da wahrscheinlich der 
Verbraucher nicht in den Bibliotheken vorhanden ist.

von Joachim B. (jar)


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Nils R. schrieb:
> ich würde gerne wie hier:
> https://www.mikrocontroller.net/articles/Optokoppler beschrieben den
> Ausgang eines Optokopplers (4N25) negieren.

machs doch, wer sagt denn das ein Optokoppler Transistor immer nach GND 
ziehen muss, auch kann er weil potenzialgetrennt nach VCC ziehen mit dem 
R nach GND (statt nach VCC)

von Besserwisser (Gast)


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Vergiss was alle anderen gesagt haben, hör nur auf das was ich dir 
gleich sagen werde. Ich muss nur noch eben ein paar Recherchen machen!

von Harald W. (wilhelms)


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Besserwisser schrieb:

> Ich muss nur noch eben ein paar Recherchen machen!

...oder ein paar Becherchen trinken...

von Peter D. (peda)


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Ein Optokoppler hat doch auf jeder Seite 2 Anschlüsse. Als bleibt es 
ganz allein Dir überlassen, welche Seite Du gegen GND und welche gegen 
VCC legst.

Uralte OK aus der Grabbelkiste mit CTR<200% würde ich nicht mehr 
verwenden. Die LED betreibe ich mit typisch 1mA.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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oldmax schrieb:
> Ein optokoppler trennt über ein optisches Signal zwei Stromkreise. So
> kann die Signalquelle x-beliebige Spannungen haben.
Und nur dann, wenn eine solche Potentialtrennung tatsächlich nötig ist, 
braucht man auch einen Optokoppler. Alle anderen Aufgaben, bei denen 
sich Signalquelle und Signalsenke auf die selbe Masse beziehen, lassen 
sich ohne OK meist einfacher mit 1 oder höchstens 2 Transistoren 
erledigen.

Nils R. schrieb:
> es geht ganz genau um die Schaltung in dem Link
Was soll diese Schaltung (die ja tatsächlich 2 Potentiale trennt), bei 
dir denn machen? Was ist links an der LED angeschlossen und was kommt 
rechts nach dem OK?

von Wolfgang (Gast)


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Bauform B. schrieb:
> Gerade solche Tipps braucht ein Anfänger nun wirklich nicht :(

Dann erkläre mal die Funktion dieses Widerstandes, insbesondere unter 
Berücksichtigung der Tatsache, dass es sich um einen Bipolartransistor 
handelt.

von HildeK (Gast)


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Wolfgang schrieb:
> Bauform B. schrieb:
>> Gerade solche Tipps braucht ein Anfänger nun wirklich nicht :(
>
> Dann erkläre mal die Funktion dieses Widerstandes, insbesondere unter
> Berücksichtigung der Tatsache, dass es sich um einen Bipolartransistor
> handelt.

Ich mache an der Stelle immer einen Widerstand rein. Selbst wenn ich den 
Transistor über einen Digitalausgang ansteuere, bzw. da erst recht! Die 
Schaltschwelle liegt dann nicht mehr bei 0,6V ... 0,7V, sondern höher.

Auch eine offen Basis kann sich je nach Umgebung was einfangen und sei 
es nur, wenn du mit einer Meßspitze die Basis anfasst oder die Finger 
über den Schalter legst. Und sind längere Leitungen (zum Schalter) 
beteiligt, dann reagiert das schon beim Einschalten des Lötkolbens oder 
einer Leuchtstofflampe. Zumal es Transistoren mit hohem 
Stromverstärkungsfaktor gibt und nicht immer der Kollektorwiderstand so 
niedrig wie hier sein wird/muss.

Als Tipp für einen Anfänger - allerdings mit Erklärung - durchaus 
sinnvoll!

von Dietrich L. (dietrichl)


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HildeK schrieb:
> Auch eine offen Basis kann sich je nach Umgebung was einfangen

Ich halte den bis jetzt noch nicht genannten Kollektor-Basis-Reststrom 
für mindestens genauso wichtig!
Der ist stark temperaturabhängig steuert den Transistor "leicht" an, 
sodass die Spannung am Kollektor einen unkontrollierten Wert erreichen 
kann.

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