Abstandssensor mittels IS471F

[smoon]

Hi,

ich weiß das Thema kam hier schon öfter, aber durchs Suchen bei google und auch hier im Forum ist mir aufgefallen, dass es div. widersprüchliche Schaltungen gibt und auch öfter erwähnt wird das diese zum Teil auch nicht korrekt sind. Daher hab ich mir vorgenommen selbst mal einen Schaltplan zu entwerfen, auch um genau zu Verstehen/Nachzuvollziehen wie das ganze funktioniert. Verwendet werden soll der IS471F. Als IR-LED soll die LD 274-3 zum Einsatz kommen. Da der IS471 nur 55mA bereitstellt wollt ich den Strom mittels eines Transistors verstärken. Leider bin ich noch ein ziehmlicher Neuling, was Elektronik anbelangt... Die IR-LED soll mit max. 2A beschaltet werden (einstellbar mittels Poti). Da der Strom ja gepulst ausgegeben wird sollte es laut Datenblatt keine Probleme geben?! Aber wie berechne ich jetzt welchen Transistor und Widerstand an der Basis ich benötige, um einen Strom von max. 2A zu gewährleisten?

Hoffe ihr könnt mich da ein bischen an die "Hand" nehmen. Ich denke es werden auch noch ein paar Verständnisfragen folgen. Bitte seht mir dieses nach ;)

[Besserwessi]

Der IS471 gibt zwar ein gepulstes Signal aus, aber 2 A sind doch etwas viel. Man muß mit etwa 10 - 20% tastverhältnis rechnen, im ungünstigsten fall sogar noch etwas mehr. Da sind nach Datenbaltt der LD274 maximal 500-900 mA zulässig. Wenn möglich sollte man bei 500mA Strom bleiben. Der Strom bestimmt die Reichweite des Sensors.
Die passenden transistoren wären da soetwas für 1-5 A. Durch den relativ hohen Ausgangsstrom den IS471 muss es auch kein Darlington sein. Das wäre z.B. BD136 Auch kleine MOSFETs wären möglich.
Wegen des Stromverbrauches wäre es eventuell auch sinnvoll die LED abschaltbar zu machen, um so Strom sparen zu können.

Das IS471 schaltet den Ausgangsstrom gegen GND. Man könnte also einen PNP Transistor als Emitterfolger oder einen PNP in Emitterschaltung nehmen. Wenn man für mehr Leistung 2 LEDs in Reihe schalten will, dann wäre die Emtterschaltung wohl die bessere Wahl. Es hängt aber auch von der Spannung ab, ob das überhaupt geht. Zur LED braucht man dann auch noch einen passenden Widerstand um den Strom zu begrenzen. Wenn man den Strom einstellen will (per Poti oder eventuell per PWM signal ?), sollte man eine direkte Stromsteuerung wählen.

Wegen des doch recht hohen Stromes ist auch eine gute Entkopplung der Versorgungsspannung wichtig.


Edit: mir ist im Datenblatt aufgefallen, das die angebene Empfindlichkeit ziehmlich sein soll (etwa 1000 mal höhere Leistung nötig), im Vergleich zur ICs wie TSOP17xx, könnte natürlich auch ein Fehler im Datenbaltt sein.

[smoon]

Danke erstmal. Bei den 2A bin ich von den Datenblättern ausgegangen. Ein Puls dauert 8 μs. Die IR-LED verträgt max. 3A über 10 μs. Was meinst du mit Tastverhältnis? Wie kommst du auf die Transistoren? Muss da noch ein Widerstand an die Basis um den Strom zu begrenzen oder kommt dieser als Vorwiderstand vor die LED? In den Datenblättern find ich bspw. nichts über den Stromverstärkungsfaktor. Verwenden wollt ich erstmal nur eine IR-LED also würde ich dann einen NPN Transistor verwenden. Kannst du das mit der direkten Stromsteuerung erklären? Zur Entkopplung würde ich einen 330nF Kondensator zw. Vcc und Masse schalten (wie im Datenblatt)

[Besserwessi]

Das tastverhältnis ist das Verhältnis von Pulslänge und Periodendauer. Wenn man im Datenbaltt den typischen Wert für die Pulslänge und die ungünstigste Periodendauern nimmt, kommt man auf etwa 10%. Ähnliches auch für Typische Periodendauer und längster Puls.

Die 2 A sind für kurze Pulse die nur sehr selten kommen. Hier hat die LED aber dann nicht mehr genug zeit abzukühlen. Deshalb der geringere zulässige Strom.

Der 330 nF Kondensator ist für die Schaltung mit 50 mA. Bei mehr Strom sollte man da eher mehr Kondensatoren nehmen. Einen für dden IS471 (z,B. 100 nF) und dann was für den LED Strom (z.B. 100 µF low ESR Elko+100nF Keramik). Ein NPN Transistor geht leider nicht so gut (hatte erst einen Fehler im text, ist geändert). Für einen NPN bräuchte man wenigstens einen 2 ten Transistor.

Für den PNP Emitterfolger (LED und Widerstand am Emitter) braucht man keinen Widerstand an der Basis. Wenn man die LED und Widerstand am Kollektor hat, dann braucht man einen Basisvorwiderstand.

Wenn man den Strom nicht durch den einfachen Widerstand in Reihe zur LED begrenzen will, kann man z.B. den Widerstand an die Emitterseite des PNP transistors tun, und die LED an die Kallektorseite. Wenn man dann die Spannung an der Basis begrenzt, kriegt man eine Stromsteuerung, die unabhängig von der Druchlassspannung der LED ist.
Eine andere alternative ist es den Strom über den Basisstrom zu begrenzen. Da muß man aber in der Regel den Basis Vorwiderstand individuell besitmmen, denn die Verstärkungsfaktoren schwanken doch relativ stark von Transistor. Oft wird nur eine relativ grober Bereich (z.B. 50-100) angegeben.

[smoon]

Hab mal mit einer Simmulationssoftware versucht das ganze zu simmulieren. Leider gab es den IS471 nicht als Bauteil. Somit weiß ich auch nicht ob die Werte Korrekt sind. Beschränkt hab ich mich erstmal auf einen Strom von max. 200mA. Als Transistor hab ich den 2N3906 genommen. Die Diode ist am Collector angeschlossen. An der Basis ist ein Widerstand mit 1,2KOhm und ein Poti (10KOhm) angeschlossen. Laut Software sollte sich der Strom damit zw. 50 und 200mA regeln lassen (Sind die Werte Korrekt?). Und brauche ich jetzt noch einen Vorwiderstand für die LED? Denn eigentlich müssten dort ja 5V anliegen, was eindeutig zuviel währe, oder?

[Besserwessi]

Mit dem großen Widerstand an der basis wird der basisstrom auf rund 0,5 nis 4 mA begrenzt, je nach Potistellung. Der Transistor sollte eine etwa 30 - 100 haben und entsprechend den Strom verstärken. Der Strom wird also vom individuellen Transistor abhängen. Für eine einzele Schaltung ist das OK, für eine Serie eher nicht.

[smoon]

Gut dann schein ich gar nicht so falsch zu liegen. Laut Simulation beträgt der Basisstrom 0.36 bis 3.2 mA. Das ganze ist auch erstmal nur für eine Testschaltung gedacht um mit den Reichweiten zu experimentieren. Ein Vorwiderstand an der LED wird also nicht mehr benötigt?

[Besserwessi]

Der Vorwiderstand ist nicht unbedingt nötig, aber er schadet auch nicht. Durch den Widerstand könnte man den Strom noch einmal zur Sicherheit auf etwa 200 mA begrenzen, um nichts kaput machen zu können. Dazu sollten ungefähr 12 bis 15 Ohm richtig sein. Die Stromeinstellung kann kann trotzdem weiter mit dem Poti machen.

[smoon]

Gut, dank dir :) Der Vorläufige Schaltplan steht dann erstmal. Hab auch einiges dazugelernt. Evtl. werd ich noch wie von dir vorgeschlagen mehr Kondensatoren einbauen. Wie weiß man eigentlich welche Kapazität diese haben müssen?

[Besserwessi]

Die Frage nach der Kapazität der Kondensatoren an der Versorgungsspannung ist gar nicht einfach. Vieles davon sind einfach Erfahrungswerte und relativ wenig wirklich berechent. Das berechenen geht erst los bei sehr höheren Frequenzen, über etwa 50 MHz.

Für die hohen Frequenzen braicht man einen Keramischen Kondensator oder ähnliches. Bis 100 nF gibt es die günstig und die Größe sollte auch für Frequenzen bis 20 MHz auch noch nicht zu groß sein. Bleibt also noch ggf. etwas für Niederefrquente Störungen, also ein Elko.
Die Strompulse sind hier grob 10 µs * 200 mA = 2 µAs. Das gäbe 2 V Spannungsabfall, wenn die Ladung alleine aus einem 1 µF Elko kommen würde, oder 20 mV bei einem 100µF Elko. Danach sehen die 100 µF realistische aus, das hängt aber auch von der Stromversorgung ab. Wenn man sicher gehen will, könnte man in die Versorgung des des IS471 noch einen kleinen Widerstand (z.B. 22 Ohm) und eigenen 100 nF Kondensator tun. Alternativ könnte man auch den 10 Ohm Widerstand an der LED mit nutzen, um die Störungen von der allgemeinen VErsorgung fernzuhalten. Dann sollten auch 10 µF reichen.

[smoon]

Gut, hab dann heut die Bauteile bestellt. Werd mich dann nochmal melden, wenn ich alles zusammen gelötet hab.