Verständnisfrage Phototransistor

[Mr_P]

Hallo,

ich mache gerade ein Paktikum in einer kleinen Firma, die Werbeschilder aus LED-Matrix-Modulen baut. Dort sind wir jetzt auf ein Problem gestoßen, bei dem der Chef und ich nicht weiter wissen. Wir sind eben keine Elektroniker und haben beide nur selbst beigebrachtes Halbwissen.

Bei den verwendeten Steuerplatinen gibt es die Möglichkeit die Helligkeit der LEDs automatisch über einen Fototransistor an das Umgebungslicht anzupassen. Je heller es wird, umso heller leuchten die LEDs. Dies geschieht in 31 Stufen. Da ist schon mal die erste Verwunderung bei mir, denn ich dachte, Transistoren hätten nur 2 Schaltzustände (1+0) .
Es funktioniert aber ganz ordentlich. Leider gibt es jedoch in der Software keine Möglichkeit die Schaltwerte zu beeinflussen. Wir würden uns z.B. wünschen, dass die Karte bereits bei weniger Licht hochregelt, oder umgekehrt. Wie gesagt, können wir das nicht in den Einstellungen anpassen. Da kam die Idee auf, dass man ja einen anderen Transistor verwenden kann, der schon vorher "durchschaltet".

Nun haben wir uns mal bei den Fototransistoren umgeschaut, aber irgendwie stehen bei Conrad bei allen andere Daten dabei, die wir nicht direkt miteinander vergleichen können. Halbwissen eben...

Könnt ihr mir vielleicht keinen kurzen Einleitungskurs in das Thema geben? Wie funktioniert so ein Fototransistor in unserem Fall? Kann es überhaupt funktionieren, wenn wir das Teil durch einen anderen ersetzen? Welche Werte müssen anders sein, damit die LED schneller/langsamer hell werden, bzw. auch zwischen minimaler und maximaler Ansteuerung ein weiterer Helligkeitsbereich liegt?

Leider ist unser Lieferant der Steuerkarten nicht sehr kooperativ, er sagt "Nehmt den angegebenen, dann klappt die Regelung".

Ach so, der aktuelle Transistor hört auf den Namen: PT 331 C und stammt von Everlight.

Ich hoffe ihr könnt mir da helfen, habe schon groß beim Chef getönt, dass ich das rausfinde.

Vielen Dank.
Gruß
Andreas

[plottermeier]

Hi,
ne der Phototransistor hat nen schönen großen "linearen" Bereich Wahrscheinlich hängt er über nen Vorwiderstand an der Versorgung.
Miss doch mal die Spannung darüber. Wahrscheinlich wird die Spannung über dem Fotowiderstand ausgewertet.
Ein bisschen kann man sicher durch Verändern des Vorwiderstands machen.
Wir haben nen Schalter, der zwischen Fototransistor (Automatik) oder Spannungsteilerpoti (Manuell) umschaltet.

[Gerald]

Ist hinter dem Phototransistor noch ein OP (meistens ein 8-Beiner IC, z.B. LM358) ? Dann könnte man dort die Spannungsteilerwiderstände einfach durch ein Poti ergängen.

Ein Bild von der Platine (Vorder- und Rückseite) wäre ganz nützlich.

Gruß

[Mr_P]

Hallo,

ich habe gerade keine Karte zur Hand, daher kann ich erst am Montag in der Firma messen. Also müsste ein Widerstand zwischen Platine und Fototransistor den Schwellenwert regelbar machen? Also funktioniert der Transistor wie ein durch Licht regelbarer Widerstand, der je mehr Licht draufscheint die Spannung erhöht?

Hier ist ein Bild der Karte: http://www.lumenchina.com/en/displaypro ... ID=2726675 und noch ein anderes: http://image.made-in-china.com/4f0j00se ... r-3200.jpg Der Transistor wird über den 10-poligen Stecker oben links angeschlossen. Von der Rückseite habe ich kein Bild gefunden.

Danke.
Gruß
Andreas

[Profipruckel]

Werbeschilder aus LED-Matrix-Modulen baut. ...
Bei den verwendeten Steuerplatinen gibt es die Möglichkeit die Helligkeit der LEDs automatisch über einen Fototransistor an das Umgebungslicht anzupassen. Je heller es wird, umso heller leuchten die LEDs. Dies geschieht in 31 Stufen. Da ist schon mal die erste Verwunderung bei mir, denn ich dachte, Transistoren hätten nur 2 Schaltzustände (1+0) .

Ein Transistor ist vom Kern her ein Verstärker, der Strom durch den Kollektor ändert sich (etwa) proportional zum Basisstrom. Natürlich kann man den auch als Schalter verwenden, z.B. zur Steuerung von LEDs.

31 Stufen deuten darauf hin, dass Digitaltechnik im Spiel ist.

Wir würden uns z.B. wünschen, dass die Karte bereits bei weniger Licht hochregelt, oder umgekehrt. Wie gesagt, können wir das nicht in den Einstellungen anpassen.

Man muss nicht alles elektronisch machen! Schaltungen ändern, zu denen man keine Unterlagen hat, ist nur etwas für sehr erfahrene Bastler.

In Deinem Falle würde ich eine "mechanische" Lösung anstreben, eine Blende vor den Fototransistor. Versuche, eine Folie davor, stecke ihn in ein großzügiges Rohr und schwenke einen Kreis davor ...

[xoexlepox]

Dies geschieht in 31 Stufen. Da ist schon mal die erste Verwunderung bei mir, denn ich dachte, Transistoren hätten nur 2 Schaltzustände (1+0)

Allgemein haben Transistoren beliebig viele "Schaltstufen" -> Nur deshalb kann man damit z.B. auch NF-Verstärker bauen (lineare Verstärkung). In digitalen Anwendungen werden jedoch nur zwei (0+1) davon verwendet. Ich vermute, die 31 Schaltstufen sind in der Ansteuerung (vmtl. durch Variation der Pulsweite) der LEDs begründet.

Wie funktioniert so ein Fototransistor in unserem Fall?

Vermutlich wird durch diesen "Fototransistor" ein halbwegs konstanter Strom geschickt. Da sich die "Leitfähigkeit" des Elements dur Beleuchtung verändert, ergibt sich damit eine Spannung, die Aufschluss über die aktuelle Helligkeit gibt. Diese Spannung wird mit "einem Brocken Elektronik" (ggf. auch ein Mikrocontroller) ausgewertet, und die LEDs entsprechend geregelt. Miss einfach einmal die Spannung über dem "Lichtsensor" bei verschiedener Beleuchtung. Diese Stelle könnte ein Ansatzpunkt für eine Modifikation sein (falls über die Schaltung "dahinter" nichts weiteres herauszubekommen ist).

Ach so, der aktuelle Transistor hört auf den Namen: PT 331 C und stammt von Everlight.

Ob das wirklich ein Fototransistor ist, wage ich zu bezweifeln: Ein "Transistor" hat (für mich) allgemein drei Anschlüsse Aber z.B. der große Zeh bezeichnet ja auch einen BC547B als "Leistungstransistor"...

[Celaus]

Beim PT331c ist die Basis nicht herausgeführt. Er sieht aus wie eine 5 mm LED , hat ungleich lange Anschlüsse, der längere ist der Emitter (-) der kürzere der Collektor (+) (eines npn-Phototransistors). Er wird unkriitisch durch andere ähnliche ersetzt werden können. Mach mal.
ffupx , Celaus

[Bastelbruder]

So lange die Spannung am Transistor 0,5V überschreitet, wandelt er die einfallende Helligkeit über mindestens 6 Dekaden in Strom. Bei direkter Ausrichtung zur Sonne würde der Wert (laut dem jedermann zugänglichen Datenblatt) theoretisch bei 200mA liegen, wenn da nicht die angegebene 20mA-Grenze wäre.

Abschatten oder Widerstände parallel bringts jedenfalls nicht, eher ein zusätzlicher Normaltransistor als Darlington mit Begrenzungswiderstand.

[Mr_P]

Hallo,

also mit so vielen zusätzlichen Bauteilen macht das für uns keinen Sinn. Es müsste wenn schon ein Austauschteil sein.

Gibt es da eine einfache Möglichkeit?

Gruß
Andreas

[Desinfector]

wenn das Ding nur später (erst bei mehr Licht) höher regeln soll, wär das ja noch einfach.
Da könnte eine Filterscheibe vor dem Fototransistor helfen.
-Sprich: lass einfach nur weniger Licht zum Transistor durch und man braucht keine elektronischen Extra-Bauteile.

anders rum (bei weniger Licht eher kommen sollen) wirds schwieriger und beides können sollen auch.
Da müsste die Schaltung schon flexibler sein.

[barclay66]

Hi,

ich würde mal probieren, ein 1kOhm Poti in Reihe mit einem der Transistoranschlüsse zu schalten. Wenn das Gegenteilig wirkt (d.h. wird noch später hell, wenn man den Widerstand des Potis erhöht), könnte man die andere Variante probieren: Einen 10kOhm Widerstand in Reihe mit dem 1k Poti parallel zu den beiden Leitungen des Fototransistors legen. Falls das zumindest prinzipiell wirkt, kann man den am besten geeigneten Widerstandswert experimentell ermitteln und dann den passenden Festwiderstand nehmen...

Gruß
barclay66

[Celaus]

Mit dem variablen Widerstand könnte man zumindestens erforschen, ob die Beleuchtung bei größer oder kleiner werdendem Widerstand heller wird. Es könnte ja sein, daß das Signal auf der "Sensorplatine" durch einen zusätzlichen Transistor oder OpAmp. invertiert wird.
ffupx , Celaus

[Mr_P]

Hallo,

ok, ich werde am Montag mal etwas rumtesten. Nur zurm Verständnis:

Wenn ich den Widerstand in Reihe schalte, dann wird der Strom der fließt reduziert, es werden also statt 10mA nur noch 7mA gemessen?
Wenn ich den Widerstand parallel schalte, dann fließt durch diesen ein konstanter Strom, es werden also statt 10mA 13mA gemessen?

Kann die Schaltung durch diesen höheren Strom schaden nehmen? Wenn durch den Widerstand etwa 30mA fließen, der voll beleuchtete Transistor aber nur max. 20mA zieht?

Und noch mal meine Eingangsfrage, die leider immer noch offen ist: Es gibt keinen Transistor mit einer anderen Kennlinie, den ich einfach tauschen könnte?

Danke schön.
Gruß
Andreas

[barclay66]

Wenn ich den Widerstand in Reihe schalte, dann wird der Strom der fließt reduziert, es werden also statt 10mA nur noch 7mA gemessen?

Ja, genau.

Wenn ich den Widerstand parallel schalte, dann fließt durch diesen ein konstanter Strom, es werden also statt 10mA 13mA gemessen?

So ungefähr. Die Strome der parallelgeschalteten Bauteile addieren sich.

Kann die Schaltung durch diesen höheren Strom schaden nehmen? Wenn durch den Widerstand etwa 30mA fließen, der voll beleuchtete Transistor aber nur max. 20mA zieht?

Das kann nur dann passieren, wenn der parallelgeschaltete Widerstand zu klein wird. Daher lieber mit mindestens 5-10kOhm anfangen. Bei z.B. 5V Betriebsspannung kann bei 5kOhm höchstens 1mA fließen (I=U/R).

Und noch mal meine Eingangsfrage, die leider immer noch offen ist: Es gibt keinen Transistor mit einer anderen Kennlinie, den ich einfach tauschen könnte?

Doch, z.B. der BPW77. Suche nach NPN Phototransistoren und schaue Dir in den Datenblättern die Empfindlichkeitskurven (mA Strom im Verhältnis zu mW/cm² Lichteinfall) an.

Gruß
barclay66

PT331c.JPG (40.75 KiB) 5068 mal betrachtet

BPW77.JPG (50.32 KiB) 5068 mal betrachtet

[xoexlepox]

Wenn ich den Widerstand in Reihe schalte, dann wird der Strom der fließt reduziert, es werden also statt 10mA nur noch 7mA gemessen?

Nicht exakt, aber die Richtung stimmt Was bei diesem (wohl "unschädlichem") Versuch genau passiert, hängt davon ab, wie die Schaltung auf dem Board aussieht. Sehr wahrscheinlich wird nicht direkt der Strom durch den Sensor gemessen, sondern die Spannung, die an ihm abfällt. Wird zur Versorgung des Sensors eine Spannungsquelle (niederohmig) verwendet, stimmt deine Aussage. Wird eine (Konstant-)Stromquelle (hochohmig) verwendet, ändert sich der Strom nicht, aber die Spannung über dem Sensor. Mein Verdacht: Da steckt einfach ein Widerstand gegen die Betriebsspannung drin, und wird mit dem Sensor als Spannungsteiler verwendet (also ein "primitives Zwischending"). Konstantstromquellen für solche Zwecke werden fast nur in "Messgeräten" verwendet, so es auf Genauigkeit ankommt.

Kann die Schaltung durch diesen höheren Strom schaden nehmen?

Solange du einen Reihenwiderstand verwendest sollte der Versuch unkritisch sein. Bei einem Parallelwiderstand (ggf. Poti) ist es sicher günstig, darauf zu achten, nicht bis "null Ohm" zu gehen -> Vorwiderstand verwenden.

[Mr_P]

Hallo,

ok, also suche ich am besten einen Fototransistor mit 5V Spannung und max. 20mA Stromfluss, mit unterschiedlichen Kennlinien, das ganze im 3mm oder 5mm LED-Gehäuse. Tja, und wo? Beim großen C, habe ich alle durchgeschaut, und nix passendes gefunden.

Gruß
Andreas

[Bastelbruder]

Ich probiers nochmal, weil so wird das nix. Es gibt keine Fototransistoren mit krummer Kennlinie, die ist bei ausnahmslos allen Typen bolzgerade über mindestens sechs Zehnerpotenzen.

Man kann zwei Transistoren parallel schalten, dann braucht man bloß die Hälfte Licht. Umgekehrt läßt sich das Licht mit einer Blende oder besser einem Filter (Papier) dämpfen, dann braucht man mehr Licht. Aber das lineare Verhältnis Helligkeit zu Strom bleibt. Und irgendwelche Widerstände in Reihe zum Transistor sind wirkungslos bis bei einer gewissen Helligkeit der Transistor in die Sättigung gerät und sich weiter nichts mehr tut. Statt des Transistors könnte man auch eine Solarzelle einsetzen die in Sperrichtung geschaltet wird. Blöderweise ist die mechanisch viiiel größer, der Transistor entspricht in dem Fall einer 200mA-Zelle und deren Kurve unterscheidet sich auch nicht vom Fototransistor.
Es gibt aber auch noch Fotowiderstände (LDRs), die im doppelt logarithmischen Diagramm ebenfalls lineares Verhalten zeigen, jedoch mit anderer Kurvensteigung. Um einen vielleicht zur Aufgabe passenden Typ auszusuchen, sollten die Anforderungen schon etwas genauer spezifiziert werden, LDRs kriegt man nicht an jeder Ecke und demnächst sollen die zum Schutz des unmündigen Bürgers und seiner Umwelt sowieso verboten werden.
Zur Messung der Helligkeit gibt es Luxmeter, alte Foto-Belichtungsmesser können das auch.

Zwei Transistoren parallel und davon einer mit einem passenden Vorwiderstand, das wäre die einfachste Variante einer Kurvenverbiegung, bloß ob das Ergebnis dem gewünschten entspricht?

Leider ist die Auswerteschaltung unbekannt, in vielen Przessorprodukten ist gar kein A/D-Wandler drin, es wird meist die Zeit einer Kondensator(ent)ladung gemessen. Wenn's empfindlicher werden soll, könnte man den Kondensator verkleinern oder bei A/D den Arbeitswiderstand vergrößern. Welche Spannung liegt überhaupt am Transistor, hell? Und dunkel?

[Hightech]

Auf den Fototransistor eine LED.
An die LED einen Mikrokontroller mit Fototransistor.
Dann kann man alles selber regeln.

[Celaus]

Nach Veränderung der Schaltung soll sie eine noch hellere Umgebung vortäuschen, um heller als vorher im Originalzustand die LEDs leuchten zu lassen. Ein Abgleichmittel hast Du in der Schaltung nicht gefunden. An einen Parabol-Reflektor oder eine Sammellinse hast Du vorsätzlich auch nicht gedacht. Ein Graufilter davor ist kontraindiziert. Wie ist es , wenn Du 2 oder 3 Transistoren parallel schaltest, oder einen mit höherer Steilheit suchst, oder eine Darlingtonschaltung machst ?
FFupx , Celaus

[Desinfector]

wenn man noch etwas spielen will, könnte man sich noch eine steurbare Filterscheibe erdenken.
entweder mit drehbaren Polfiltern
oder nur ein LCD, wovon ein Ziffernsegment direkt vor dem Fototransistor liegt.
Man kennt das ja z.B. vom Taschenrechner mit ner schwachen Batterie.
wenn weniger Spannung am Display anliegt, wird auch die Ziffer heller.

[Name vergessen]

Man könnte ja eine LED, steuerbar durch Stromquelle, in (bzw. in dessen Umgebung) den Fototransistor leuchten lassen, dadurch wird es für ihn ja auch heller. Wäre aber mit nur einem Poti+Vorwiderstand evtl. nicht genau genug einzustellen, also besser ein Zehngang-Poti nehmen. Die Dimensionierung müßte man experimentell ermitteln und sie hinge extrem von der einzelnen LED ab. Je nach Art der Anbringung bräuchte sie dafür aber dann nur schwach zu glimmen. Das wäre halt das Gegenstück zum Graufilter und käme ohne Modifikation der Schaltung aus.

[Celaus]

Ich glaube nicht , daß man dem Problem mit positiver Rückkopplung beikommt. ffupx , Celaus

[flogerass]

Eventuell reicht es, wenn du einfach einen Widerstand parallel schaltest. Damit wird die Regelung nach unten etwas abgebremst. Der Wert wäre empirisch zu ermitteln.

[Name vergessen]

Ich glaube nicht , daß man dem Problem mit positiver Rückkopplung beikommt. ffupx , Celaus

War auch nicht als Rückkopplung gedacht, sondern nur als Zusatzbeleuchtung für den Phototransistor, also statische Erhöhung der gemessenen Grundhelligkeit, manuell einstellbar über Poti halt. Eine Art Preheat.

[Bastelbruder]

Preheat ist genauso unsinnvoll wie Parallelwiderstand. Man muß logarithmisch denken (lernen).