Lichtschranke defekt / Multivibrator warm/heiss - schaltungsverständnisfrage

[PsiQ]

Mahlzeit in die Runde:
Ich sitz hier grad vor einem Problem:
Es handelt sich um eine Lichtschranke, die über ca 2m (2x2 =4m gesamt) per Spiegel reflektiert arbeitet.
Sender (IR-Diode+grüne LED) und Empfänger sind getrennt, es wird damit ein winkel statt nur eine gerade linie überwacht.
http://s3.postimage.org/162p0phfo/lichtschranke.jpg (http://www.postimage.org/)
-Verbindung unterbrochen => ausgangspin low

Das Problem was ich nun gerade habe:
Die Lichtschranke habe ich 2mal vorliegen, einmal funktionierts, einmal nicht.
Bei der "defekten" wird der Multivibrator HCF4538BE warm bzw heiss.

Davor sitzt eine IR-Empfänger (2-bein) dann ein verstärkungstransistor 2n4418
( Bipolar NPN UHF-Microwave Transisitor )
dann kommt ein TL062A ( Low Power J-FET Dual Op-AMP)
von dem gehts dann weiter an den (Dual Monostable Multivibrator) HCF4538BE.
( Datenblatt http://www.datasheetcatalog.org/datasheet2/4/092hgdo5jgogaha8ofxs4zauc7py.pdf )

Soweit ich das nun vergleichen kann, funktioniert die Schaltung bis zu dem HCF4538,
ich messe also die gleichen frequenzen wenn iR-Signal da, bzw wenn nicht.
Den HCF4538 der defekten Schaltung habe ich schon gegen einen getauscht den ich in einer krabbelkiste gefunden habe, schon gefraut dass alles wieder tat, aber nach kurzer zeit war der wohl auch hin. Der originale und getauschte HCF werden heiss bzw warm,
wenn ich den HCF aus der funktionierenden Schaltung rüberstecke und !!kurz!! laufenlasse, bemerke ich eine leichte Erwärmung, die Lichtscrhanke tut dann aber wieder.
-Nur kurz, da vermutlich schon 2 ICs in der defekten Schaltung durch Überlastung/Hitze hopps gegangen sind.

Leider kenne ich mich mit HCF und Co überhaupt nicht aus.
Ich habe nun schon 2 Tage lang die einzelnen Bauteile und Beschaltung versucht herauszufinden, und was der eigentlich macht.

An der Lichtschranke ist noch ein kleines Spulenanzeiger rot/grün verbaut, auf der man direkt die Signalstärke ablesen kann. => grün= verbindung, rot = unterbrochen
Diese Anzeige funktioniert auch komplett ohne HCF, fällt dann aber nicht in den roten Bereich sondern bleibt in der Mitte hängen.

Bei der funktionstüchtigen Schaltung, bzw bei Einsatz des intakten ICs, fällt die Anzeige komplett in den roten Bereich wenn kein signal. Bei den ICs mit vermutlichem Hitzeschaden bleibt die Anzeige sobald Spannung vorhanden ist in der Mitte hängen, steigt dann in grün wenn signal vorhanden. => Es kommt aber kein (zuverlässiges) Low am Ausgangspin an wenn unterbrochen.

Schaltung:
Rechts oben, obere Leiterbahn: +12V / weiss
Ausgangspin: hinter Diode rechts (zieht signal low) / grün
Rechts unten / untere Leiterbahn: Masse / braun

http://s3.postimage.org/168rbnamc/platine_IR.jpg (http://postimage.org/image/168rbnamc/)

Ich weiß nun leider nicht, wo ich bei der Beschaltugn des HCF auf Fehlersuche gehen soll, da ich nciht verstehe wo der überhaupt relevant Strom ausgeben könnte.
Soweit ich das ausgemessen habe und mit dem datenblatt abgeglichen:

Pin 1 , Pin 4, Pin 5, Pin 8, Pin 15 an GND
Pin4 und Pin5 sind +TR(1) und -TR(1), beides an gnd also deaktiviert.

Pin 3 / Reset(1) und Pin 13 / Reset(2) sind miteinander verbunden und auf VDD

Der benutzte Signalpin ist Pin 10 / Q(2)
- Pin10 wird über einen transistor auf die Anzeigespule getaktet,
der transistor bekommt sein signal vom J-FET. (hinter dem Transistor, vor der Spule hängt der untere dicke Tantal)

Pin 9 / Q(2|) ist nicht angeschlossen

Pin 6 / Q(1) und Pin 7 Q(1|) sind ebenfalls nicht angeschlossen.

Pin 1 und Pin 2 sind nicht angeschlossen, Pin1 bekommt laut DB intern gnd.
...

Woran kann es denn liegen, dass der IC heiß wird ?
Was macht der HCF-IC eigentlich ? Nur eine Verzögerung des Ausgangs ?
Danke fürs viele Lesen und Mitdenken, hab mit sowas noch nie was gemacht..

[Besserwessi]

Normalerweise sind die HEF4xxx in einer Schaltung relativ robust und gehen auch bei einem Kurzschluss am Ausgang eher nicht gleich kaputt. Was die nicht gut vertragen ist ESD oder ähnliches. Ein Schaltplan ist deutlich informativer als der Text - das macht es besser verständlich.

Was ist das für eine "Anzeigespule" - da könnte ggf. eine Freilaufdiode Fehlen oder lose sein.

Das IC könnte dazu dienen das die Lichtschranke nicht auf ganz kurze Störungen reagiert. So einfach ist das aber ohne Plan kaum zu sagen.

[ranke]

Ein Grund, warum er heiß werden könnte ist, dass durch den Ausgangspin zu viel Strom fließt. Er hat insgesamt 4 mögliche Ausgangspins (6, 7, 9, 10), von denen nur 10 angeschlossen ist. Es liegt der Verdacht nahe, dass Pin 10 recht niederohmig an Masse oder Plus hängt, was nicht sein sollte. Darauf kann man mal die Fehlersuche konzentrieren. Leider ist Deine Beschreibung, was am 10 hängt, nicht ganz klar, so dass ich im Moment nicht konkreter helfen kann.


Was macht der HCF-IC eigentlich ?

Solange der IC Impulse am Eingang (pin 11 oder 12) bekommt, schaltet der Ausgang (10) für eine bestimmte (über die Hardware an Pin 14 und 15 einstellbare) Zeit high. Wenn die Impulse fehlen, schaltet der Ausgang nach Ablauf der Verzögerungszeit auf low. Also einerseits eine Art "Gleichrichtung" des gepulsten Signalstroms und auch eine Störunterdrückung bei sehr kurzen Unterbrechungen, die man nicht detektiert haben will.

[PsiQ]

relativ robust...
Ich weiß weiterhin nicht warum die schaltung mit HCF nicht tut, bzw dieser "abraucht".
Das Spuleninstrument ist bei beiden Schaltungen identisch ohne Freilauf, daran liegts nicht, das hängt auch nicht direkt am HCF sondern hinter einem Transistor+großem Vorwiderstand.

Der Steuerpin Q wird benutzt um den signalpin bei unterbrochener lichtschranke auf LOW zu ziehen.
Dort ist auch eine diode verbaut, die bei HIGH einen strom aus dem HCF verhindert,
der pin könnte also höchstens im pulldown-fall überlastet werden, da sich an der Schaltung drumrum und gegenprobe mit der anderen lichtschranke nichts geändert hat, ist die konstruktion so wohl ok. Scheint auch schon so 15Jahre+ auf dem Buckel zu haben.

Ich habe nun ein "Workaround" gemacht,
mit einem n-fet hochohmig am J-FET Ausgang,
gefolgt von einem bc328 als inverter. ist zwar Overkill, aber das hatte ich rumfahren,
und nach 3 Tagen endgültig keine Lust+Zeit mehr.

Der J-Fet Ausgang hat 3V bei unterbrechung der Lichtschranke,
10 Volt bei geschlossener Schranke.
Habe nun einen Spannungsteiler gemacht 2:1 => 3V : 1V
damit aufs gate des n-fet => bei 1V => nichtleitend

Bei 10V am J-FET => Spannungsteiler => 3,3V am Mosfet => leitet.

Der steuert den bc328 an => Ausgangspin high wenn schranke geschlossen => OK

Wenn Schranke unterbrochen => Mosfet nichtleitend => BC328 nichtleitend => Ausgangspin entlädt sich über 4k7 auf gnd = Ausgangspin LOW => OK

################################################## #########

Was mich stutzig macht ist eben, dass die Schaltung jahrelang getan hat, und die Teile die ich Probeweise im Verdacht hatte um den HCF herum alle in Ordnung waren bei Prüfung nach Ausbau: Transistor, Tantals, Kondensatoren.
Ebenfalls keine abgerissenen Drähte, Oxidierte Stellen oder sonstiges.
1:1 Vergleich mit anderer identischer Lichtschranke hat beim Messen der Signale bis zu den HCF Pins auch keine Unterschiede gezeigt.

...Der Ausgang hat mit den 2 neuen Zwischenstufen weiterhin keine springende Eigenschaft bekommen, tut aber immerhin endlich wieder.
-Ohne Glättung+Entstörung.

Ich werde da aber mal in den Ferien nach einer moderneren Lösung schauen,
da hat sich bei den ICs ja doch einiges getan.


Vielen Dank trotzdem...unglaublich wie mühsam das ist in solche Dinger reinzukommen, selbst wenn die ICs nur Standardbeschaltung wie im Datenblatt haben.

Einerseits Schade, dass man sowas nicht mehr lernt (da benutzt),
andererseits ist die ganze Schaltung ausser der Fotodiode (bzw TSOP) in einen mickrigen AVR programmierbar, dann gibts auch kaum Teile die man wechseln muss/kann.



edit: @ranke:
der Pin 11 // -Tr(2) wurde wohl vom J-FET angesteuert.
der HCF hat dann wie mein "workaround" bei 10V HIGH ausgegeben an Pin 10 // Q(2)
Wenn vom J-FEt low kam, wurde der Ausgang verzögert Low, dadurch das ausgegebene Signal auch.

[PsiQ]

Soo, kleines Update am Rande.
Ich hab mir das nochmal angeschaut, weils irgendwie weiterhin nicht zuverlässig funktioniert hat, auch ohne den heiz-IC.

Habe entsprechend der Vermutung, dass ein Pin zuviel Strom zieht an Q| (Q strich) (Pin 10) einen zusätzlichen Vorwiderstand von 1k gelötetet.

Wenn ich nun den HCF einsetze, wird er weiterhin warm, aber nicht mehr heiß und funktioniert auch nach 3h noch.
Die Ursache ist mir weiterhin unklar, gemessen habe ich aber, dass die Schaltung ohne HCF-IC ca5mA zieht, mit dem heiz-HCF-IC ca45mA. (Habe 3 verschiedene HCF getestet)

Die identische+"intakte" Schaltung in der anderen Schranke zieht ca5mA, mit und ohne HCF.

Habe probeweise alle IC-Beine nach und nach hochgebogen bis nur noch die vom benuzten Q-Ausgang, TR(2)+ , TR(2)- und VBB VSS dranwaren, der hohe Strom blieb.
Eine Vermutung die ich habe,aber nicht finden konnte wo,
ist ein haar-riss in der platine und folgend unkontrolliertes Schwingen...
Beim Rumdrücken/Multimetermessen gibts gewackele am Ausgang,
die genaue Stelle finde ich aber auch mit lupe/multimeter nicht.

Habe inzwischen eine 9euro lichtschranke zusammengelötet, die werd ich nun als Ersatz fertigbauen. Braucht wesentlich weniger Zeit als die Fehlersuche.