Welche Widerstände für IR-Transitorstufe? (IR per D1 senden)

[tklein]

Hallo zusammen,

wer kann mir sagen welche Widerstände ich für die Schaltung benötige? Wie muss man so etwas berechnen?
Derzeit habe ich R3-R5 mit 33 Ohm und den R1 mit 1,6 KOhm. Die IR-Led senden aber leider nur ca. 20 cm weit bzw. kurz.
Eine Reichweite von 5 m wäre schon nicht schlecht. Habe die Schaltung an einem Wemos D1 mini dran mit einem Sketch der mir die IR-Protokolle und RAW-Codes sendet.
Per curl Aufruf aus einem Script (durch Alexa initiiert) in FHEM sollen dann Geräte geschaltet werden.

Grüße
Thomas

[tiwo85]

33 Ohm sind eindeutig zu wenig, ein Wunder, das die Ir Led noch funktionieren.
Bitte korrigiert mich, aber meinen Berechnungen zufolge sollte der Widerstand 190 Ohm betragen vor den LEDs.

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[tklein]

ja Danke! Für den R1 dann 470 Ohm?

Viele Grüße
Thomas

[tiwo85]

1k sollte passen, kann das aber nicht 100%ig sagen

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[Otto123]

Hi,

die Grundgleichung (Ohmsches Gesetz) ist:
R= U/I

I sollte aus dem Datenblatt der LED kommen, wobei die im Impuls Betrieb deutlich mehr können als im Dauerbetrieb. Je höher der Strom um so größer die Reichweite.
U ergibt sich aus 5 (VCC) - 0,4 (ca die Collector Emitter Spannung des durchgesteuerten Transistors) - 2 (Flusspannung der IR LED laut Datenblatt bei I)

Also ca 2,5 Volt, nehmen wir 200 mA als zulässigen Impulstrom ergibt das 12,5 Ohm.

Der Basis Widerstand des Transistors berechnet man mit dem Stromverstärkungsfaktor und dem Logikpegel.
bei einem beta von 100 wäre der Basisstrom 2 mA, bei 5 Volt Logikpegel also 2500 Ohm.
Der Beta ist vielleicht aber viel niedriger und man sollte den Transistor richtig durchsteuern. Hängt dann auch davon ab, wieviel der Logikausgang Strom liefern kann. Also nehmen wir da vielleicht 10 mA an, dann wären 470 Ohm gut.
Genaugenommen wird der Logikpegel etwas kleiner als 5 Volt sein und man muss noch die Basis Emitter Spannung abziehen -> ca. 0,7 Volt.
Bei Logikpegel 3,3 Volt spielt die BE Spannung eine größere Rolle, also bleiben nur max. 2,5 Volt übrig. Damit erreicht man nur 5 mA Basisstrom bei 470 Ohm Vorwiderstand.

Ob der Logikausgang den Strom wirklich liefert hängt auch noch von der Schaltung des Logikausgangs ab. Kann sein es ist eine Open Collectorstufe, die liefert den Strom dann genau "andersherum".

Alle meine Werte sind nur Vermutungen, Zirkawerte und Rechenbeispiele!

Gruß Otto

[tklein]

Hallo Otto,

vielen lieben Dank für deine sehr ausführlichen Infos.
Leider habe ich kein Dipl. in Elektronik und bin nun verwirrter den je.
Ist nicht gerade mein Spezialgebiet würde ich mal vorsichtig formulieren. Hätte nicht gedacht,
dass es so kompliziert ist IR Signale via Wemos/Pi uf Reichweite zu senden....

Viele Grüße
Thomas

[Otto123]

Hallo Thomas,

na verwirren wollte ich Dich gerade nicht. Was ist unklar?
Wenn Du mir genauere Infos lieferst kann ich Dir auch genauer sagen was Du machen willst.
Dein Baustein ist ein ESP8266? Der hat meines Wissens (ich bin nicht sicher) einen sogenannten Push-Pull Ausgang, d.h er kann Strom in beide Richtungen liefern. Maximal 3,3 Volt und 12 mA.
Der Raspberry ist es wohl genauso mit maximal 16 mA aber typisch irgendwie 2 mA.

Ich bräuchte die Daten deiner IR LED.

Gruß Otto

[tklein]

Hi Otto,

diese IR-Led habe ich in der Bucht gekauft: http://www.ebay.de/itm/191391704685?_trksid=p2057872.m2749.l2649&ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT
Hier der Transistor: http://www.ebay.de/itm/291791363770?_trksid=p2057872.m2749.l2649&ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT

U ergibt sich aus 5 (VCC) - 0,4 (ca die Collector Emitter Spannung des durchgesteuerten Transistors) - 2 (Flusspannung der IR LED laut Datenblatt bei I)

--> -2 Flusspannung, aufgerundet von 1,5 V?

Also ca 2,5 Volt, nehmen wir 200 mA als zulässigen Impulstrom ergibt das 12,5 Ohm.

--> müssen das nicht die 0,2 mA von der LEd sein?

bei einem beta von...

--> ist beta der Verstärkungsfaktor?

Hängt dann auch davon ab, wieviel der Logikausgang Strom liefern kann

--> Wie bekomme ich das raus?

lso bleiben nur max. 2,5 Volt übrig. Damit erreicht man nur 5 mA Basisstrom bei 470 Ohm Vorwiderstand.

--> wenn ich die 0,2 mA haben möchte, muss ich den Vorwiderstand (R1) vierteln (4*5 mA = 20 mA)?

Dein Baustein ist ein ESP8266?

Ja es ist ein Wemos D1 mini. Mit 3,3 Volt Ausgang.


Fragen über Fragen. Du hattest nach meinen Fragen gefragt.

Viele Grüße
Thomas

[Otto123]

Hi Thomas,

vornweg, das ist wahrscheinlich keine LED die als Fernbedienung wie Du es willst einsetzbar ist, die Leistung ist viel zu gering.
Eine TSAL6200 wäre etwas was ich einsetzen würde, die kann einen Impulstrom von max. 200 mA

2 Volt Flussspannung hatte ich geschätzt (hängt vom Typ und der Leistung ab) - ok dann sind es für Deinen Fall 1,5 Volt
Deine LED kann 20 mA
Verstärkungsfaktor wird manchmal als beta (im Datenblatt auch mit hFE abgekürzt) bezeichnet.

Den Logikausgang hatte ich schon beschrieben.

Bei Deinen Daten jetzt brauchst Du einen Vorwiderstand 3,1 Volt / 20 mA -> 155 Ohm
Dein Transistor hat laut Datenblatt einen Verstärkungsfaktor typisch 180. Nehmen wir also an ca. 100 - damit brauchen wir einen sicheren Basis Strom von ca. 200 µA. Berechnung 3,3 Volt - 0,7 Volt -> 2,6 Volt / 0,0002 A -> 13 kOhm.
Ist aber für eine einzelne LED.
Deine 1,6 kOhm sind bei 3 LEDs sicher ok.

Ich hoffe, ich habe mich nicht verrechnet.

Du könntest auch zwei LEDs in Reihe schalten, würde die Leistungsbilanz verbessern.

Gruß Otto

[tklein]

Hallo Otto,

Eine TSAL6200 wäre etwas was ich einsetzen würde, die kann einen Impulstrom von max. 200 mA

--> Danke, werde die dann mal bestellen. Musss ich dann auch R1 ändern oder nur R2++ . Bitte nicht digital hauen falls ich das dank deiner Erklärungen schon wissen müsste/könnte.

Bei Deinen Daten jetzt brauchst Du einen Vorwiderstand 3,1 Volt / 20 mA -> 155 Ohm

--> das ist doch für R2 -R5 oder? Ist da nicht 5V?

Du könntest auch zwei LEDs in Reihe schalten, würde die Leistungsbilanz verbessern.

--> welche Widerstände (R1 und R2++) müsste ich dann für die 200 mA LED's nehmen?

Viele Grüße von einem hoffentlich nicht in die Krise treibenden Otto...
Thomas Klein

[Otto123]

Hallo Thomas,

der Basiswiderstand R1 dient dazu den Transistor sicher durchzusteuern (Spannung zwischen Kollektor und Emitter möglichst gering egal wieviel Strom durch die LEDs fließt). Den kann man also so bemessen, dass alle Fälle abgedeckt sind und man sich nicht um die Energiebilanz kümmern muss. Ich nehme mal im Folgenden runde und sichere Werte um die Rechnung zu vereinfachen
Nimmst Du dort 1 kOhm, fließt in die Basis ein Strom von (3,3 - 0,7)/1000 = 0,0026 A = 2,6 mA (ist als Ausgangsstrom am ESP auch ok)
Hat der Transistor einen Stromverstärkungsfaktor von mindestens 100 könnten am Ausgang 260 mA fließen. -> ok

Für R2 bis R5:
Über Kollektor/Emitter hast Du einen Spannungsabfall von ca. 0,2-0,4 Volt. Über der LED ca 1,5 Volt. Damit bleiben als Spannung über dem Widerstand 3,1-3,3 Volt. Die Spannung teilt sich durch die Reihenschaltung auf alle Komponenten auf. Allerdings verhalten sich Transistor und LED  nicht wie Widerstände, sie sind stark nichtlinear und haben relativ konstante Flussspannungen.

Nochmal zur TSAL6200 (laut Datenblatt 1,35 Volt / 100 mA)
Die kann 100 mA Dauerstrom, wenn Du zwei in Reihe schaltest ergibt sich: (2x1,35 + 0,4)/0,1  = 31 Ohm. Es gibt 30 Ohm als Standard

Wenn Deine Schaltung sicher läuft und gewährleistet ist, dass die LED nur im Impulsbetrieb läuft, kannst Du den Widerstand halbieren (einfach nochmal 30 Ohm parallel)

Der Transistor BC547B darf übrigens nur 100 mA Kollektor Strom und 200 mA Spitzenstrom.
Es gilt also wirklich was ich zur LED gesagt habe auch hier: Du testest erstmal mit den zulässigen Werten, erst wenn alles läuft könntest Du die Reichweite noch etwas erhöhen.

Das wird ja ein Elektronik Grundkurs hier 

Gruß Otto

[tklein]

Hallo Herr Lehrer Otto,

vielen Dank auch dafür. Langsam lichtet sich der Nebel.
Dann kann ich mit meinem Transistor die LED gar nicht befeuern: http://www.ebay.de/itm/1-Stuck-HighPower-Led-Hochleistungsdiode-IR-Infrarot-Infrared-1Watt-max-850nm-/192135826748?hash=item2cbc300d3c

Dann diesmal doch kein " Mehr Power"... werde dann deiner Empfehlung folgen und die LED's bestellen.

Bis denne
Thomas

[Otto123]

Ne das ist nochmal was anderes ->

Die Led muß mit einer Konstantstromquelle und entsprechendem Kühlkörper  betrieben werden. Um eine hohe Lebensdauer zu gewährleisten, sollte die Led mit nur ca. 80% des  Maximalstroms betrieben werden .

Worauf man auch achten kann: Abstrahlwinklel 130° max. - die ist also mehr als Gefechtsfeldbeleuchtung vorm Haus geeignet. 

Die TSAL6200 -> Abstrahlwinkel 17 ° die bündelt also ihre Energie.

Deine LED hat  Abstrahlwinkel - Viewing Angle   30° - da kommt also auch nach einiger Distanz viel weniger an

Gruß Otto

[tklein]

Hallo Otto,

der Verkäufer meinte, dass ich IR-Signale ohne Kühlkörper versenden könnte. Schafft mein Transistor das?
Dann brauche ich auch nur einen davon und ich kann das gesamte Haus und die Nachbarschaft damit befeuern. 

Viele Grüße von einem Eletronikschüler
Thomas

[Otto123]

ich würde zwei von den TSAL6200 nehmen und in Reihe schalten.
Für die Leistungs LED brauchst Du einen anderen Transistor, wenn Du die wirklich mit  mehr Leistung betreiben willst. Wenn Du die gleiche Leistung nehmen willst sehe ich den breiten Abstrahlwinkel als Nachteil.