Frage zu Grundlage Optokoppler/Transistor

  • Hallo zusammen,

    so halbwegs im Zusammenhang mit einem anderen Thread hab ich ne grundlegende Frage zu Optokopplern und Transistoren, die ich mit Google nicht beantworten konnte.

    Also prinzipiell weiß ich schon, wie beide Bauteile funktionieren und beschaltet werden. Aber dann das Thema Stromverstärkung:

    Wie genau muss ich den benötigten Strom am "Ausgang" berücksichtigen?

    Also beim Optokoppler ist ja immer vom CTR die Rede.

    Folgendes Beispiel:

    ich will über den Raspberry Pi 3 Relais ansteuern. Am Raspberry-Ausgang will ich zur Schonung nicht mehr als 15 mA entnehmen. Die Relais sind alles verschiedene Typen, haben also auch unterschiedliche Spulen und Stromaufnahmen. Beispielzahlen: Eine Relaisspule benötigt 20 mA, eine 40 mA, eine 60 mA.

    Muss ich die genaue Stromaufnahme für jedes Relais berücksichtigen oder kann ich bei allen Relais den gleichen Optokoppler nehmen, wenn dieser einen CTR 125 - 400 % hat?

    Das selbe könnte ich jetzt auch auf einen Transistor übertragen:

    Wenn ich diesen einfach nur als Schalter verwenden will, um die drei Relais zu schalten, müsste ich dann für jedes einen einzelnen Transistor auswählen oder könnte ich trotz der unterschiedlichen Ströme den selben verwenden?

    Eine weitere Frage zur Stromstärke beim Optokoppler:
    Wenn ich jetzt einen haben mit 60 mA Vorwärtsstrom und zur längeren Lebensdauer der LED einen WIderstand davor schalte, dass nur 20 mA fließen, bezieht sich der CTR dann auf die 60 mA Nennvorwärtsstrom oder die 20 m A tatsächlicher Strom?

    Ich weiß, für meine Ausbildung eigentlich dämliche Fragen, aber ich habe sowas noch nie auswählen müssen. In der Industrie verbaut man selten Optokoppler als einzelnes Bauteil :daumendreh2:

    Vielen Dank,

    schönes Wochenende und

    liebe Grüße

    Fipsi

  • Dem Pi solltest du nicht mehr als 3 mA pro GPIO entnehmen. Bei Verstärkungsfaktiren von 125+ % (also Faktor 1,25) bist du somit auf mehr oder minder ca. 4 mA begrenzt. Und natürlich bezieht sich die Verstärkung auf den tatsächlichen Strom. Ein Optokoppler bringt dir hier (außer der galvansichen Trennung) gar nichts. Du brauchst statt oder hinter dem Optokoppler auf jeden Fall einen Transistor (oder auch einen Mosfet), der genügend Strom schaltet.

    Ein 08/15-Tranistor mit einem Verstärkungsfaktor von ca. 100 genügt für ein Relais völlig.

    Natürlich kannst du auch drei Realais über einen Transistor schalten, dann aber natürlich parallel geschaltet. Die Ströme addieren sich somit - du hättest für dein Beispiel also 20 + 40 + 60 = 120 mA. Der Transistor muss das natürlich leisten können (Verstärkung und maximaler Strom).

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  • Hallo Gnom,

    Danke für die Antwort.

    Da es mir noch nicht ganz eindeutig ist, will ich noch mal kurz einen anderen Vergleich ziehen:

    Wenn ich ein Relais ansteuert, benötigt die Spule ja immer eine feste Spannung und Strom. Und dabei ist es völlig egal, ob 10 A oder 10 mA über den Schaltkontakt gehen.

    Ist das dann eben beim Transistor oder Optokoppler das selbe? Also wenn ich ihn beschalte, dass er voll durchschaltet und z. B. 10 A schalten könnte und es dann egal ist, ob es tatsächlich 10 A oder nur 1 A ist? Oder beeinflusst der geschaltet Strom Rückwärts den Steuerstrom wieder?

    Tut mir leid für diese total banalen Fragen, aber ich hab so des typische Problem: was ich nicht direkt sehen kann, ist teilweise schwer nachzuvollziehen :')

    Vielen Dank und

    Liebe Grüße

    Fipsi

  • Die Stromangabe des Transistors meint den maximalen Strom. Weniger kannst du immer drüber schicken.

    Entscheidend ist eher der Verstärkungsfaktor. 50 bedeutet, dass du an der Basis 2 mA brauchst, um 100 mA zu schalten.

    Wenn du weniger Strom effektiv schalten willst, brauchst du theoretisch auch weniger Steuerstrom. Allerdings sollte der Transistor als Schalter schon gut durchgesteuert sein. Es bringt wenig, einen 10A-Transistor zu nehmen, wenn du nur 100 mA schalten willst.

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  • Alles klar, vielen Dank dir.

    Als "Stromverstärker" eignet sich ein Optokoppler weniger, oder? Die sind eher zur galvanischen Trennung und "Spannungsübersetzung" (also z. B. von 5 V auf 24 V schalten) geeignet, ohne großen Stromverstärkungsfaktor (im Vergleich zum Transistor)?

    Liebe Grüße

    Fipsi

    P.S.: Danach geh ich mich dann vergraben. Sollte ich ja eig. alles wissen :gk1::conf:

  • Zur Ansteuerung deiner Relais könntest Du auch einen Treiber IC wie z.B. einen ULN 2803 o.ä. verwenden, das würde vermutl. einiges vereinfachen.

    Hab mir grad mal das Datenblatt angeschaut.. das is ja n NPN-Treiber. Gibt's sowas auch als PNP?

    Mit den ganzen Kurztypenbezeichnungen is das so ne Sache, wenn ma da neu is.. ansonsten schau ich immer im Händler die Liste durch und schau, welche Specs zu meiner Anwendung passen :gk1::D

    Vielen Dank und

    liebe Grüße

    Fipsi

  • Der ULN ist auch nichts anderes als ein (Darlington)Transistor(Array) - mit dem Vorteil, dass (bei den richtigen Versionen - also aufpassen mit "u. ä,") die Freilaufdioden schon eingebaut sind.

    UDN 2585 oder UDN 2981.

    Warum willst du PNP benutzen?

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  • Freilaufdioden hab ich für meine Relais schon, aber danke für den Hinweis.

    Den UDN2981 hab ich bei reichelt (meinem Standard-Händler) gefunden (https://www.reichelt.de/8-kanal-hochsp…tct=pos_0&nbc=1). Aber kann es sein, dass da die falschen/das falsche Datenblatt hinterlegt ist? Irgendwie stimmt doch da die Typenbezeichnung nicht überein?

    (Edit: Okay, jetzt hab ich gesehen, dass in der Beschreibung steht, dass da drei Typen baugleich sind...)

    Weil ich kein Freund davon bin, die Masse/Ground zu schalten. Bei 5 V oder nur auf der Platine kann ich's noch akzeptieren, aber sobald ich von der Platine wegverdrahte, will ich, dass des positive Potential geschaltet wird.

    Bei 24 V passiert zwar noch nich viel, aber macht der Gewohnheit von den 400 V und dabei will ich bleiben.

    Liebe Grüße

    Fipsi

    Edit 2: Brauch ich bei den Treibern dann eig. noch Pull Up/Down-Widerstände an den Eingängen?

    2 Mal editiert, zuletzt von Fipsi (26. Februar 2022 um 21:42)

  • Nein. Der Transistor arbeitet nicht wie ein hochohmiger Eingang, sondern ist stromgesteuert. Außerdem brauchst du eine Mindestspannung von ca. 0,7 V, um überhaupt zu schalten. Wenn der GPIO auf low (0 V) ist, dann schaltet da nichts und Strom fließt auch nicht.

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  • Okay, alles klar.

    Wie schaut's eig. beim Optokoppler aus?

    Wenn ich jetzt 24 V abfragen will: Mit Vorwiderstand auf den Optokoppler, sonst brennt die LED durch, des is klar. Aber wie schaut's sonst aus? Brauch ich einen Pull-Up/-Down an der LED wie wenn ich mit einem Taster auf einen Eingang gehen würde?
    Und am Ausgang vom Optokoppler: Brauchen werd ich vermutlich auch einen Strombegrenzungswiderstand zum IC-Eingang? Und dann einen Pull-Up/-Down, oder ist der Ausgang vom Optokoppler "sauber" genug, dass ich den da nicht brauch?

    Liebe Grüße

    Fipsi

  • Mein Gott... du musst echt erst mal nen Grundlagenkurs machen. Ist ja im Wesentlichen oben schon alles mal gesagt.

    Der Optokopplereingang ist eine LED. Natürlich brauchst du einen Vorwiderstand - hoffentlich kannst du den wenigstens richtig berechnen.

    Wenn du halbwegs informiert bist, wie ein Optokoppler funktioniert, dann erübrigt sich deine Frage dazu.

    Wenn du den Strom abstellst, hört die LED auf zu leuchten und der Optokoppler schaltet ab.

    (Falls du im Wohnzimmer einen Pulldown brauchst, um nach dem Abschalten der Deckenleuchte die Lampe zum erlöschen zu bringen, dann sag Bescheid - ich melde dich dan für den Nobelpreis an.)

    Deine Frage ist verwirrend, weil du wohl das Transistor-Array meinst, wenn du IC schreibst. Tatsächlich sind es nur 7 oder 8 (Darlington-)Transistoren in einem Gehäuse. Da, wie bereits geschrieben, der Transistor stromgesteuert ist, gilt hier das Gleiche wie bei der LED des Optokopplers. Kommt kein Strom mehr vom Optokopplerausgang, kann auch keiner mehr durch die Basis des Transistors fließen und er schaltet ab. Ein Pullup/-down ist nicht nötig.

    Einen Widerstand zur Strombegrenzung solltest du einbauen. Hier kannst du dich mal schlau machen.

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  • Wie gesagt, Elektronik war kaum Thema in der Ausbildung.. da blieb es fast nur bei LEDs, WIderstände und Kondensatoren berechnen.

    Der Vorwiderstand am Optokoppler war nicht die Frage, der war mir schon klar.

    Bzgl. Pull-Up/-Down vor'm Optokoppler hab ich gefragt, weil ich irgendwas im Hinterkopf hatte, dass man die des öfteren braucht, wenn man einen Schalter auf einen IC schaltet (wobei ich mir eben nicht mehr sicher war, ob das nur auf µC oder auch andere elektronischen Bauteile bezogen war), um Störfaktoren zu eliminieren.

    Nein, mit IC meinte ich in dem Fall den Raspberry Pi, bzw. Arduino o. ä.

    Also damit meinte ich, ob ich zwischen Transistor vom Optokoppler und dem Raspberry Pi n Strombegrenzungs- und/oder Pull-Up/-Down-Widerstand benötige.

    Aber wenn ich dich eben richtig verstanden hab, dann nur den zur Strombegrenzung.

    Vielen Dank und

    liebe Grüße

    Fipsi

  • Du musst mal grundlegend unterscheiden zwischen hochohmigen Eingängen (wie GPIOs) oder niedrigohmigen Eingängen (die also einen Stromfluss erlauben) wie LEDs oder Transistoren. Bei den Ersten brauchst du Pullups oder Pulldowns, bei den Letzteren nicht.

    Am Hochohmigen Eingang brauchst du keine Strombegrenzung, weil er ja schon hochohmig ist, also eh kein Strom fließt. Hier musst du nur sicher sein, dass die Spannung nicht höher ist, als es der Eingang verträgt.

    Einen Pukkup oder -down brauchst du hier, da der Hochohmige Eingang den geschalteten Zustand beibehalten würde, wenn du das Signal abschaltest oder weil er schon von kleinsten Spannungseinwirkungen geschaltet würde, wenn die Ladungen nicht über einen Pulldown abgeleitet werden.

    Allmählich erweist du dich als lernresistent. Ich möchte das ungern alles ein drittes Mal erklären. Vielleicht schaust du dir mal ein paar Grundlagenvideos an oder machst dich im Internet schlau, bevor du noch öfter die gleiche Frage stellst.

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  • Hallo Gnom,

    danke für diese Erklärung.

    Es tut mir leid, dass ich als lernresistent erscheine, das ist nicht meine Absicht.

    Mit dieser Erklärung hab ich jetzt aber verstanden, wann ich die Pull-Up/-Down benötige.

    Vielen Dank und noch einen schönen Sonntag

    liebe Grüße

    Fipsi

  • Am Raspberry-Ausgang will ich zur Schonung nicht mehr als 15 mA entnehmen.

    falsch auf 3mA wurde als sicher empfunden weil der ja mehrere nutzbare GPIO min17 -> 17x3mA = 51mA hat und in Summe nicht mehr als 50mA fliessen dürfen, 15mA bedingt, aber nur unter ganz speziellen Bedingungen!

    Und dabei ist es völlig egal, ob 10 A oder 10 mA über den Schaltkontakt gehen.

    nö auch falsch, wenn zu wenig Strom fliesst werden die Kontakte nicht gereinigt, ausser sie sind aus Gold und oxidieren nicht, aber bei DC Schaltung gibt es Kontaktabbrandt, alles nicht so einfach.

    Als "Stromverstärker" eignet sich ein Optokoppler weniger, oder?

    dafür sind Photomos Relais besser, sie sind zwar langsamer ms statt µs wert aber keine PWM macht sondern nur schaltet ist dort besser bedient.

    Ein AQV252g kann mit 3mA bis zu 2,5A bis 60V schalten +VCC oder -GND wahlweise!

    Der ULN ist auch nichts anderes als ein (Darlington)Transistor(Array) - mit dem Vorteil, dass (bei den richtigen Versionen - also aufpassen mit "u. ä,") die Freilaufdioden schon eingebaut sind.

    leider nur die halbe Wahrheit, schau dir doch die Innenbeschaltung eines ULN2803 an der hat sogar die nötigen R dabei!, Also Transistor Array ist was völlig anderes! Dir gibt es wirklich ganz ohne R und ohne Dioden!

    lasst die PIs & ESPs am Leben !
    Energiesparen:
    Das Gehirn kann in Standby gehen. Abschalten spart aber noch mehr Energie, was immer mehr nutzen. Dieter Nuhr
    (ich kann leider nicht schneller fahren, vor mir fährt ein GTi)

    Einmal editiert, zuletzt von jar (1. März 2022 um 11:25) aus folgendem Grund: Korrektur 17 Port x 3mA

  • Entschuldigung für die späte Antwort, war gestern etwas im Stress.

    falsch auf 3mA wurde als sicher empfunden weil der ja mehrere GPIO 51! hat und in Summe nicht mehr als 50mA fliessen dürfen, 15mA bedingt, aber nur unter ganz speziellen Bedingungen!

    nö auch falsch, wenn zu wenig Strom fliesst werden die Kontakte nicht gereinigt, ausser sie sind aus Gold und oxidieren nicht, aber bei DC Schaltung gibt es Kontaktabbrandt, alles nicht so einfach.

    dafür sind Photomos Relais besser, sie sind zwar langsamer ms statt µs wert aber keine PWM macht sondern nur schaltet ist dort besser bedient.

    Ein AQV252g kann mit 3mA bis zu 2,5A bis 60V schalten +VCC oder -GND wahlweise!

    Stimmt, ich hab da Raspberry Pi mit Arduino verwechselt, bei letzterem gehen ja 15 mA.

    Das is aber ne Alterungserscheinung, die nicht von der ersten Betätigung an direkten Einfluss auf die Funktionalität hat. Das was das, was ich meinte.

    Ich hab momentan mit Hochfrequenttechnik nichts am Hut, ob das Ding jetzt 10 ms oder 200 ms braucht, ist bei einen aktuellen Projekten irrelevant.

    Vielen Dank und

    liebe Grüße

    Fipsi

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