Unterschiede

Hier werden die Unterschiede zwischen zwei Versionen gezeigt.

--- einleitung:lichtintensitaet_messen_mit_dem_phototransistor [2015/10/22 10:39]
fbonowski
+++ einleitung:lichtintensitaet_messen_mit_dem_phototransistor [2019/11/05 13:01] (aktuell)
d.golovko
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 In die Gegenrichtung leiten sie nur einen sehr niedrigen (Leck)Strom. Falls eure Schaltung also mal nicht funktioniert, liegt das in 95% der Fälle daran, dass die Richtung vertauscht ist.
-Beim SFH309 ist das kurze Beinchen der Kollector, das lange Beinchen der Emitter.
+Beim SFH309 ist das kurze Beinchen der Kollektor, das lange Beinchen der Emitter.
-==== Alle (un)möglichen Informationen zum einem elektronischen Bauteil findet man im Datenblatt (Datasheet). ====
+==== Alle Informationen zum einem elektronischen Bauteil findet man im Datenblatt (Datasheet). ====
 Dort ist z.B. eingezeichnet, welches der Beinchen der Kollektor (plus) und welches de Emitter ist (minus), wie viel Strom bei welcher Helligkeit fließt, wie hoch die angelegte Spannung höchstens sein darf usw.
 ==== Vom Strom zur Spannung: Eine Schaltung zum Anschluss an den Arduino ====
-Die Analogeingänge des Arduino messen die anliegende Spannung. Um eine "maximale Stromdurchlässigkeit" zu messen sind also zusätzliche Bauteile nötig, die dafür sorgen, dass irgendwo eine Spannung entsteht, die proportional zur Stromdurchlässigkeit ist.
+Die Analogeingänge des Arduino messen die anliegende Spannung. Um eine "maximale Stromdurchlässigkeit" zu messen, sind also zusätzliche Bauteile nötig, die dafür sorgen, dass irgendwo eine Spannung entsteht, die proportional zur Stromdurchlässigkeit ist.
-Die einfachste Möglichkeit, die Stromdurchlässigkeit des Phototransistors in eine Spannung umzuwandeln, ist, den PT in Serie mit einem Widerstand zu schalten und eine feste Spannung anzulegen. Der Strom, der durch den PT fließt muss so auch durch den Widerstand, an dem eine messbare Spannung abfällt.
+Die einfachste Möglichkeit, die Stromdurchlässigkeit des Phototransistors in eine Spannung umzuwandeln, ist, den PT in Serie mit einem Widerstand zu schalten und eine feste Spannung anzulegen. Diese Schaltung sieht dann so aus:
+{{ :einleitung:phototransistor-circuit2.png?nolink&550}}
-In unserem Fall sieht die Schaltung dann so aus:
+Der Kollektor-Anschluss ist direkt mit den 5V verbunden. Der Phototransistor begrenzt den Strom, der von 5V zum Widerstand fließen kann. Über den Widerstand fließt der Strom dann weiter zu 0V (GND). Die Spannung, die über den Widerstand abfällt, wird durch den Analogeingang A0 des Arduino gemessen.
-{{:einleitung:phototransistor_schaltung.png?nolink|}}
-Der Kollektor-Anschluss ist direkt mit den 5V verbunden. Der Phototransistor begrenzt den Strom, der von 5V zum Widerstand R1 fließen kann. Über den Widerstand fließt der Strom dann weiter zu 0V.
+Die Funktionsweise dieser Schaltung kann man genauer verstehen, wenn man sich die Verbindung zum Pin A0 wie einen Voltmeter (ein Spannungsmessgerät) vorstellt. Ein [[https://de.wikipedia.org/wiki/Spannungsmessger%C3%A4t|Voltmeter]] wird parallel geschaltet, d.h. mit den zwei Punkten einer Schaltung verbunden, zwischen denen man die Spannung messen will. Da ein Voltmeter einen unendlich hohen Widerstand hat ($R_{Voltmeter}≈ ∞ $), können wir annehmen, dass der Strom, der durch den Voltmeter fließt, gleich Null ist: $(I_{Voltmeter}=U_{Voltmeter}/R_{Voltmeter} ≈ U_{Volmeter}/∞ ≈ 0)$. Dadurch hat ein Voltmeter praktisch keinen Einfluss auf die Schaltung.
-Die Spannung $U_{Widerstand}$, die über den Widerstand abfällt, wenn der vom Phototransistor kommende Strom $I_{Photo}$ durch ihn hindurch fließt, ist durch das [[http://de.wikipedia.org/wiki/Ohmsches_Gesetz|Ohmsche Gesetz]] gegeben:
+Unsere beiden Widerstände -- der variabler Widerstand des Phototransistors ($R_{Photo}$) und der konstante Widerstand ($R_{Widerstand}$) -- sind in Reihe geschaltet. D.h. es gilt Folgendes: \\
+\\
+$I_{Photo} = I_{Widerstand}$ (Eigenschaft der [[bauteile:widerstaende#reihenschaltung|Reihenschaltung]])\\
-$U_{Widerstand}=R_{Widerstand}*I_{Photo}$
+$\dfrac{U_{Photo}}{R_{Photo}} = \dfrac{U_{Widerstand}}{R_{Widerstand}}$ (durch das [[http://de.wikipedia.org/wiki/Ohmsches_Gesetz|Ohmsche Gesetz]]) \\
-Die Spannung, die über den Widerstand abfällt, wird durch den Analogeingang A0 des Arduino gemessen. Durch diesen Eingang fließt nur ein sehr geringer Strom ab, man sagt daher, er ist hochohmig.
+$U_{Photo} = U_{gesamt} - U_{Widerstand} = U_{gesamt} - U_{Widerstand}$    (Eigenschaft der Reihenschaltung) \\
-Von der Spannung zur Zahl: Spannungen messen mit dem A/D Wandler des Arduino
-Wie schon in der letzten Lektion beschieben, kann mit der Funktion [[http://arduino.cc/en/Reference/analogRead|analogRead(pin#)]] die Spannungs, an einem Analogeingang des Arduino anliegt, gemessen werden.
+$\dfrac{U_{gesamt} - U_{Widerstand}}{R_{Photo}} = \dfrac{U_{Widerstand}}{R_{Widerstand}}$ \\
+$R_{Photo} = \dfrac{R_{Widerstand} * (U_{gesamt} - U_{Widerstand})}{U_{Widerstand}}$\\
+Alle Variablen auf der rechten Seite der Gleichung sind bekannt: $R_{Widerstand}$ wird durch die Wahl des Widerstands vorgegeben, $U_{gesamt} = 5V$, und $U_{Widerstand}$ messen wir am Pin A0. D.h. durch die am Pin A0 gemessene Spannung können wir den $R_{Photo}$ ermitteln und somit die Lichtintensität.
+Wie schon in der letzten Lektion beschieben, kann mit der Funktion [[http://arduino.cc/en/Reference/analogRead|analogRead(pin#)]] die Spannung, die an einem Analogeingang des Arduino anliegt, gemessen werden.
 Im Beispiel [[http://arduino.cc/en/Tutorial/AnalogReadSerial|Basics/AnalogReadSeria]]l ist beschrieben, wie das geht. Im Beispiel wird statt des Phototransistors ein einstellbarer Widerstandsteiler ([[http://de.wikipedia.org/wiki/Potentiometer|Potentiometer]]) benutzt, aber der Code funktioniert ganz genauso.
+{{:einleitung:phototransistor-circuit_pic.png?800|}}

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