Schaltung für Fototransistor und analogen Messzeiger

[HaWe]

Behauptest du. Aus deinen Texten ist das nicht zu erkennen. Sicher nicht für Anfänger wie dem TO. Es sei denn du findest noch ein Zitat, an dem nicht über 10 Ecke erkennbar ist, das ... siehe obiges Zitat.

Auch das ist mir egal.

dann können wir deinen Einwurf ja nun in jedem Falle zu den Akten legen, denn es ist eindeutig ein Nebenschauplatz, und alle wissen, spätestens jetzt, wie das mit den 6V tatsächlich zu verstehen ist.
Und wenn du es nicht glaubst: Ich glaub es für dich mit.

So, und nun noch einmal das Schaltbild als letzter Stand der Diskussion, da bisher auch keine Gegenschaltbilder oder anderslautende Tutorials aus zuverlässiger Quelle vorgelegt worden sind:
Diese Schaltung funktioniert nach allem was bekannt ist, ohne weitere sogenannte "Schutzwiderstände":

 o +Vdd  (meist 3.3V oder 5V)   o +Vdd    
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Phototransistor                 |                    
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 --------------------->  ADC_ PCF8591 
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Widerstand 470Ω-10kΩ            |         
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 = common GND                   = common GND

sie entspricht, wie bereits angemerkt, auch prinzipiell dieser Schaltung hier: https://s14-eu5.ixquick.com/cgi-bin/...ebad9d37ea929e

[Searcher]

dann können wir deinen Einwurf ja nun in jedem Falle zu den Akten legen,

Wie vorher schon mal erwähnt liegt das ja bei denen, die dazu noch etwas bzw. nichts mehr zu sagen haben. Ich fühle mich an deine Feststellung in jedem Falle nicht gebunden.

denn es ist eindeutig ein Nebenschauplatz,

Die richtige Wiedergabe des Datenblattes in Bezug auf maximale AIN Eingangsspannung gehört zur Betrachtung eines eventuellen Serienwiderstandes zum Eingangsport. Keine Ahnung, warum du das, dir anscheinend unbequeme Thema aus dem, von dir definierten "Kernproblem" herausgehalten haben möchtest.

[Manf]

Als technisches Ergebnis haben wir, dass man grundsätzlich die Schutzdioden nicht überlasten soll.
Wenn also die zu messende Spannung Vdd überschreiten kann, dann sollte man zum Schutz einen Widerstand vorschalten.
Wenn man in einer speziellen Schaltung ausschließen kann, dass die zu messende Spannung Vdd überschreitet, dann kann man auf einen solchen Widerstand auch verzichten.
Bei 10 V Überschreitung sollte der Widerstand 1 kOhm betragen damit der Strom nicht größer wird als 10 mA.
Bei dem Eingangsstrom von bis zu 100 nA ergibt sich bei 1 kOhm ein Spannungsabfall von 100 µV der bei einer Auflösung von 10 mV für fast alle Fälle noch unkritisch sein wird.

Wenn man sich darauf einigen kann dann ist nicht klar, warum es zu unterschiedlichen Meinungen kommt, es sei denn es geht darum, wer es zuerst gesagt hat.
Man muss allerdings auch feststellen, dass es schon hitzigere Diskussionen gab und die meisten Beiträge durchaus sachlich gehalten sind.

[Klebwax]

@Manf
Sorry, aber ich muß dir in einigen Punkten widersprechen:

Als technisches Ergebnis haben wir, dass man grundsätzlich die Schutzdioden nicht überlasten soll.

Das ist wohl klar, man sollte kein Bauteil überlasten.

Wenn also die zu messende Spannung Vdd überschreiten kann, dann sollte man zum Schutz einen Widerstand vorschalten.

Nein, man muß die zu messende Spannung z.B. mit einem Spannungsteiler soweit verkleinern, daß sie Vdd nicht erreicht. Im Normalbetrieb darf die Schutzdiode/Substratdiode nie leiten. Der Chip geht nicht kaputt, wenn über diese Diode weniger als 10mA fließen. Es heisst aber nicht, daß er in diesem Zustand auch ordnungsgemäß funktioniert. Ich erwähne nur Latch-Up oder Übersprechen auf andere Kanäle. Als gute Praxis würde ich empfehlen, im Normalbetrieb von analogen Signalen immer so ein halbes Volt von den Versorgungen weg zu bleiben.

Bei dem Eingangsstrom von bis zu 100 nA ergibt sich bei 1 kOhm ein Spannungsabfall von 100 µV der bei einer Auflösung von 10 mV für fast alle Fälle noch unkritisch sein wird.

Der Eingansstrom ist mitnichten 100nA, daß ist nur der Leckstrom. Bei jedem Sample and Hold Zyklus wird intern der Samplekondensator vom Eingang aufgeladen und während der Wandlung in den ADC entladen. Je nach seinem Zustand, insbesondere wenn gerade der Kanal gewechselt wird, gibt es daher unterschiedlich große Stromimpulse in den Eingang. Wenn die Signalquelle hochohmig genug ist, kann man das einfach mit einem Scope sehen. Selbst bei einem 8-Bit Wandler beträgt die Auflösung 0,4%, der 1k Widerstand versaut die Messung merkbar.

Noch schlimmer wird es, wenn man eine Wechselspannung messen will. Der Längswiderstand bildet mit den unvermeidbaren parasitären Kapazitäten einen Tiefpass und verfälscht ebenfalls die Messung. Ohne genauere Abschätzung der jeweiligen Messaufgabe ist also von einem Längswiderstand abzuraten. Im Gegenteil sollte man immer versuchen, den Innenwiderstand der Signalquelle so klein wie möglich zu halten. Als Richtwert kann man so 5kΩ ansetzen, da stört ein halbes oder ganzes kΩ schon kräftig.

Der Fall, daß 10mA fließen, solange die Eingangsspannung zwischen GND und Vdd liegt, kann nicht vorkommen. Wenn man den Fehlerfall abfangen will, bei dem die Spannung höher als Vdd + 0,5V wird, sollte man eine Diode vom Signal nach Vdd schalten. Schon die gute alte 1N4148 verträgt 100mA. Man sollte aber berücksichtigen, daß in diesem Zustand die Ergebnisse der AD-Wandlung (auf allen Kanälen) zweifelhaft sind.

Und noch etwas zur Schaltung mit dem Phototransistor. Den Vorwiderstand kann man sich nicht aussuchen. Und der Maximalstrom des Transistors spielt auch keine wirkliche Rolle. Alles richtet sich nach den Lichtverhältnissen, bei denen man Messen will oder muß. Bei mittlerer Beleuchtung sollte sich etwa die halbe Versorgungsspannung einstellen. Da kann sich leicht ergeben, daß der Vorwiderstand 50 bis 100kΩ sein muß. Damit ist der Sensor eigentlich schon viel zu hochohmig um mit einem einfachen ADC wirklich genau gemessen zu werden. Solange es auf die Genauigkeit nicht ankommt, geht es aber schon, sonst braucht man einen Verstärker.

MfG Klebwax

[HaWe]

danke, Klebwax, da sind ja nun tatsächlich noch ein paar weitere Gesichtspunkte, die bisher noch nicht in dieser Form formuliert wurden:

Der Fall, daß 10mA fließen, solange die Eingangsspannung zwischen GND und Vdd liegt, kann nicht vorkommen.

also heißt das: wie in meinem Fall auch kein Schutzwiderstand nötig, wie öfters geschrieben: darauf kommt es mir ja an, als Normalfall für meine Schaltung im Rahmen der Bedingungen der Fragestellung.

("Wenn also die zu messende Spannung Vdd überschreiten kann, dann sollte man zum Schutz einen Widerstand vorschalten. ") nein, man muß die zu messende Spannung z.B. mit einem Spannungsteiler soweit verkleinern, daß sie Vdd nicht erreicht.

heißt also: ein Schutzwiderstand ist selbst in diesem Fall nicht nötig und nicht sinnvoll, sondern für diesen Sonderfall etwas ganz anderes: hatte ich als generellen Schutz auch schon hier angezweifelt: https://www.roboternetz.de/community...l=1#post641661

Und noch etwas zur Schaltung mit dem Phototransistor. Den Vorwiderstand kann man sich nicht aussuchen. Und der Maximalstrom des Transistors spielt auch keine wirkliche Rolle. Alles richtet sich nach den Lichtverhältnissen, bei denen man Messen will oder muß.

ja das war verständlich, ich hatte ja auch gesagt, dass man den "Pulldown- oder Spannungsteiler-Widerstand" passend zum PT und den Lichtverhältnissen heraussuchen muss, allerdings dachte ich an an etwas im Bereich 470-10k; dass auch noch höhere Widerstände bis 100k nötig werden könnten, ist ein wichtiger Hinweis.

Als gute Praxis würde ich empfehlen, im Normalbetrieb von analogen Signalen immer so ein halbes Volt von den Versorgungen weg zu bleiben.

hier bin ich allerdings anderer Meinung, denn Potentiometer kann man durchaus zur ADC-Messung direkt an Vdd und GND anschließen und den Schleifer direkt an den ADC-Port, siehe https://s14-eu5.ixquick.com/cgi-bin/...ebad9d37ea929e .
In diesem Fall liegt bei Schleiferstellung "oben" die volle Vdd am ADC an (10bit=1023), wie bei meiner Schaltung, falls der PT voll durchgesteuert ist oder einen Kurzschluss hat.

[Manf]

Wir habe hier noch ein paar technische Aussagen...

Als technisches Ergebnis haben wir, dass man grundsätzlich die Schutzdioden nicht überlasten soll.
- Das ist wohl klar, man sollte kein Bauteil überlasten.
- Wenn also die zu messende Spannung Vdd überschreiten kann, dann sollte man zum Schutz einen Widerstand vorschalten.
- Im Normalbetrieb darf die Schutzdiode/Substratdiode nie leiten.

Das is dann auch nicht der Normalbetrieb sondern eine Schutzmaßnahme für Zustände außerhalb des Normalbetriebs.



... im wesentlichen geht es aber auch noch um Beschwerden zum Diskussionsstil.

Es wird nicht besser wenn man sich über den Stil anderer beschwert mit Angriffen und Rechtfertigungen dazu was man selbst und wann gesagt hat.
Was könnte man erreichen wenn man in einem Forum feststellt, dass man als einziger das richtige gesagt hat?
Besser kann es erfahrungsgemäß es nur werden wenn man als Beteiligter den weitern Verlauf der Diskussion im Auge behält.

Soll eine Einigung erreicht werden und auf was möchte man sich einigen? (rethorische Frage)

Eine solche Formulierung zur Einigung kann man, am besten personenneutral, vorschlagen um schießlich noch zusammenzufinden.

Die Alternative dazu wäre schließlich eine angeordnete Beendigung oder sogar eine Zurechtweisung die sowieo nicht ganz gerecht ausfallen kann, da die ausgetauschten Argumente mit zusätzlichen Bemerkungen von einzelnen unterschiedlich stark empfunden werden.

[HaWe]

Als gute Praxis würde ich empfehlen, im Normalbetrieb von analogen Signalen immer so ein halbes Volt von den Versorgungen weg zu bleiben.

edit - das hatte ich glaube ich falsch verstanden, du meintest ja wohl: nicht mehr als 0.5V oberhalb von Vdd.
OK, Vdd selber wäre dann ja erlaubt.

[Klebwax]

Als gute Praxis würde ich empfehlen, im Normalbetrieb von analogen Signalen immer so ein halbes Volt von den Versorgungen weg zu bleiben.

hier bin ich allerdings anderer Meinung, denn Potentiometer kann man durchaus zur ADC-Messung direkt an Vdd und GND anschließen und den Schleifer direkt an den ADC-Port,

Ich hab (ganz bewusst) etwas allgemeiner von analogen Signalen gesprochen. Ein Poti ist da nur ein Sonderfall. Meisst macht es keinen Sinn, die Spannung bis nach Vdd zu bringen, da die Referenz des ADC nicht an Vdd sondern an einer kleiner aber stabilen Spannung, z.B. an einer extra Referenzspannung hängt. Dann geht zwar auch nichts kaputt, man kann aber oberhalb der Referenz nichts brauchbares messen. Auf einem Breadboard kann man alles tun, in einem Produkt könnte man sich schon vorstellen, das Poti über einen Widerstand an Vdd anzuschließen und dort noch mit einem Kondensator abzublocken. Es ist bei größeren Boards auch nicht auszuschließen, daß Vdd auf dem Board Unterschiede von 0,2-0,3V hat. Da hat man schnell das Problem mit Übersprechen zwischen den analogen Eingängen.

edit - das hatte ich glaube ich falsch verstanden, du meintest ja wohl: nicht mehr als 0.5V oberhalb von Vdd.
OK, Vdd selber wäre dann ja erlaubt.

Nein, ich meinte schon GND + 0,5V und Vdd - 0,5V und auch das allgemein für analoge Signale. Bei digitalen Signalen, wo etwaige Verzerrungen und Nichtlinearitäten in der Nähe der Rails keine Rolle spielen, kann man etwas dichter herangehen. Aber auch da muß man immer mit Latch-Up-Effekten rechnen. Zu jeder Regel gibts immer Ausnahmen, der Einzelfall kann also anders aussehen. Man sollte sich das aber gut überlegen.

Mit den modernen Bausteinen ist das schon ziemlich komfortabel. Mit den heut noch gern genutzen älteren OP-Amps sollte man eher 1,5 bis 2V von den Rails wegbleiben. Da bleibt dann von 5V nicht mehr viel übrig. Und AD-Wandler hatten gern mehrere Versorgungsspannungen: 5V für die Logic und zusätzlich noch eine höhere Spannung für den Analogteil.

Und zu guter Letzt: Ja, man kann bis zu Vdd an einen analogen Eingang legen, das Rumreiten auf dieser Tatsache ist aber technisch nicht zielfördernd.

MfG Klebwax

[RoboTrader]

Wow, was so eine Frage für Diskussionen auslösen kann.
Ich warte noch mit der nächsten ...

(mit einem Grinsen geschrieben, denn ich habe einfach aktuell zu wenig Zeit, um meine gesammelten weiteren Fragen zu stellen .. kommt aber bald! Ich finde es interessant, wie der Thread verläuft. Lese fleißig mit.)

[HaWe]

Wie vorher schon mal erwähnt liegt das ja bei denen, die dazu noch etwas bzw. nichts mehr zu sagen haben. Ich fühle mich an deine Feststellunng in jedem Falle nicht gebunden.

Die richtige Widergabe des Datenblattes in Bezug auf maximale AIN Eingangsspannung gehört zur Betrachtung eines eventuellen Serienwiderstandes zum Eingangsport. Keine Ahnung, warum du das dir anscheinend unbequeme Thema aus dem von dir definierten "Kernproblem" herausgehalten haben möchtest.

du willst auch nur rechthaberisch das letzte Wort haben, auch wenn es nicht zur Problemlösung weiterhilft, oder?

Das Problem ist die im TOP angesprochene Messung eines Photowiderstandes, und wie man ihn an das Raspi-Aufsteckshield anschließt. Insb. die Posts von i_make_it, haben das mit irreführenden und falschen Behauptungen verwässert. Bereits auf Seite 2 habe ich diesen Behauptungen über notwendige "Schutzwiderstände" widersprochen, und i_make_its Behauptungen konnten bis jetzt auch nicht durch anderslautende Quellen belegt werden:

wie soll man den Strom überschreiten, wenn man am PCF8591 einfach nur Mess-Spannungen anlegt, und wenn immer wenigstens 470 Ohm zwischen Ai und GND liegen wie bei der Phototransistor-Schaltung?
Ich halte das für Unsinn mit deinem "Schutz- oder Strombegrenzungswiderstand" zur Spannungsmessung für den PCF8591 auf dem Raspi-Shield, und das widerspräche auch allen publizierten Schaltbildern.

https://s14-eu5.ixquick.com/cgi-bin/...ebad9d37ea929e
hier im Schaltbild sieht man auch eindeutig, dass auch +Vdd und GND direkt anliegen dürfen, ohne "Strombegrenzungswiderstand".

(statt 5V gehen ntl auch 3.3V: https://www.mikrocontroller.net/part/PCF8591)

Es geht also um direkt anliegende Vdd, nicht um irgendwelche Spannungen, die oberhalb von Vdd liegen.
Alles andere waren nur Erklärungen, die auf i_make_its falsche Behauptungen bezogen waren, und darlegen sollten, warum man Messspannungen an PCF8591-ADCs generell direkt anlegen darf, ganz ohne "Strombegrenzungswiderstand", und sogar bei bis zu 6V Vdd.

So, und damit man nicht den Faden verliert und die tatsächliche Problemlösung zum TOP-Problem aus den Augen verliert oder sie vor lauter fehlweisenden, nachrangigen, besserwisserisch- rechthaberischen, falschen und irreführenden Zwischenrufen überliest, nun noch einmal das Schaltbild als letzter Stand der Diskussion, da bisher auch keine Gegenschaltbilder oder anderslautende Tutorials aus zuverlässiger Quelle vorgelegt worden sind:

Diese Schaltung funktioniert nach allem was bekannt ist, ohne weitere sogenannte "Schutzwiderstände":

 o +Vdd  (meist 3.3V oder 5V)   o +Vdd    
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Phototransistor                 |                    
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 --------------------->  ADC_ PCF8591 
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Widerstand 470Ω-10kΩ            |         
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 = common GND                   = common GND

sie entspricht, wie bereits angemerkt, auch prinzipiell dieser Schaltung hier: https://s14-eu5.ixquick.com/cgi-bin/...ebad9d37ea929e

- - - Aktualisiert - - -

edit, Ergänzung, Manfs Post kam dazwischen:

Wenn also die zu messende Spannung Vdd überschreiten kann, dann sollte man zum Schutz einen Widerstand vorschalten.
Wenn man in einer speziellen Schaltung ausschließen kann, dass die zu messende Spannung Vdd überschreitet, dann kann man auf einen solchen Widerstand auch verzichten.
Bei 10 V Überschreitung sollte der Widerstand 1 kOhm betragen damit der Strom nicht größer wird als 10 mA.

Genau: Es kann zu keinen 10V Überschreitung kommen bei dieser Schaltung, wenn man sie normal sorgfältig verkabelt, denn alle Spannungen kommen ja vom Raspi und seinem Shield selber, und daher braucht man auch keine Schutzwiderstände.