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Digital I/O 15 V vs 5 V ?

Diskutiere Digital I/O 15 V vs 5 V ? im Elektronik allgemein Forum im Bereich WEITERE ELEKTROTECHNISCHE BEREICHE; Hallo :) ich bin ein Neuling (sowohl im Forum als auch in der E-Technik) und habe eine kleine Frage. Ich weiss nicht ob das hier der perfekte...

  1. #1 Andband, 22.01.2010
    Andband

    Andband Schlitzeklopfer

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    Hallo :)
    ich bin ein Neuling (sowohl im Forum als auch in der E-Technik) und habe eine kleine Frage. Ich weiss nicht ob das hier der perfekte Bereich im Forum fuer mein Anliegen ist. Wenn nicht, dann bitte verschieben :)

    Ich mache momentan ein Industriepraktikum und dabei habe ich einen uralten (15 Jahre) Schrittmotorcontroller in Verwendung. Dieser ist mittlerweile programmiert. Er braucht jetzt lediglich O V/Kurzschluss zwischen zwei Pins an dem Controller Schnittstelle um einen Schritt zu machen. Soll heissen, wenn ich einen Draht reinstecke bewegt es sich (0V = logic True). Wenn ich den Draht entferne liegen 15 V (gemessen mit Mulitmeter) zwischen den beiden Pins an (False), wenn ich sie wieder kurzschliesse bewegt sich der Motor wieder einen Schritt weiter.
    Ich moechte dass ganze nun mit dem Computer ansteuern (also High/Low Pulse schicken um den Motor um eine definierte Schrittzahl in einem bestimmten Tempo drehen zu koennen).

    Ich habe eine NI PCI Karte mit Digitalen Outputs, die allerdings zwischen 5 (False) und 0 (True) Volt hin und herspringen.
    Wenn ich diese Pins nun einfach am digitalen Ausgang von meiner NI-Karte anschliesse und der Zustand gerade 'False' ist, wuerde nach meinem begrenzten Elektronikverstaendnis Strom zum Ausgleich der Spannungen fliessen (15 V gegenueber 5 V). Soll ich da dann einfach 10k Ohm Widerstand reinbauen? Oder ist der Stromoutput sowieso begrenzt und ich muss mir da keine Gedanken machen?

    Das sind die genauen Spezifikationen von dem Motorcontroller:

    high level (inactive) voltage: 8.5 Vdc minimum, 5.0 Vdc maximum
    high level current: 1 milliampere maximum leakage
    low level (active) voltage: 0.0 Vdc minimum, 6.5 Vdc maximum
    low level current: 3.5 milliamperes maximum

    Viel wichtiger ist natuerlich der Zustand True (0V). Saugt der digitale Output von der PCI Karte wenn sie auf 0 springt die 15 V auf der MotorControllerseite ab und simuliert so den Kurzschluss? Oder was wuerde hier passieren?
    Kann mir vorstellen, dass hierfuer 1 milliamper leakage Strom etwas bedeuten koennte. Aber was?

    Vielen Dank fuers Durchlesen
    And
     
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  3. #2 Matze001, 22.01.2010
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    AW: Digital I/O 15 V vs 5 V ?

    Ich würde da eher einen Optokoppler einsetzen den du mit deinen 5V ansteuerst (entsprechender Vorwiderstand!). Dann hast du die Signale sauber getrennt und brauchst dir absolut keine Gedanken machen!

    MfG

    Marcel
     
  4. #3 Andband, 22.01.2010
    Andband

    Andband Schlitzeklopfer

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    AW: Digital I/O 15 V vs 5 V ?

    Hey, danke fuer deine schnelle Antwort:
    Ich mutmasse mal:
    Ein Optokoppler ist also ein Relais?
    Der Vorwiderstand dient zur Strombegrenzung?

    Wenn das ungefaehr stimmt, wie finde ich dann heraus wie beide dimensioniert werden muessen?
     
  5. #4 kalledom, 22.01.2010
    kalledom

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    AW: Digital I/O 15 V vs 5 V ?

    Hallo,
    ein Optokoppler ist kein Relais, es ist ein Halbleiter.
    Auf einer Seite befindet sich eine LED, die bei Stromfluß leuchtet und auf der "anderen Seite" einen Photo-Transistor leitend werden läßt.
    Der LED-Strom muß durch einen Widerstand begrenzt werden. Um den Widerstand berechnen zu können, ist das Datenblatt des Optokopplers wichtig. Darin ist der Strom und die Durchlaßspannung der LED angegeben.
    Beispiel für eine LED mit 2,4V bei 8mA: 5V TTL-Pegel - 2,4V für LED = 2,6V zu viel.
    Widerstand = U / I = 2,6V zu viel / 0,008A LED-Strom = 325 Ohm ~ 330 Ohm.

    Der Transistor des Optokopplers muß mit dem Emitter an GND und mit Collektor an den Eingang der SM-Karte angeschlossen werden.
    Da werden keine 15V "weggesaugt", am Eingang der SM-Karte ist ein PullUp-Widerstand von 10...47k, der den unbeschalteten Eingang auf +15V "hochzieht". Sonst wäre der Eingangspegel ja undefiniert.
    Wenn der Eingang mit einem Draht oder dem Transistor des Optokopplers nach GND verbunden wird, dann fließt ein geringer Strom von +15V über den PullUp-Widerstand nach GND (15V / 10k = 1,5mA !). Dafür ist der Eingang aber definiert (fast) 0 Volt (= Low-Pegel) und bei offenem Eingang definiert (fast) +15V (= High-Pegel).

    Ich würde auch auf jeden Fall zur galvanischen Trennung einen Optokoppler empfehlen, damit es Dir nicht den PC wegen hoher Spannung, Spannungs-Verschleppungen oder GNDs mit verschiedenen Potenzialen ins Jenseits befördert.
     
  6. #5 Andband, 22.01.2010
    Andband

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    AW: Digital I/O 15 V vs 5 V ?

    Danke fuer die vielen Infos. Ich versuche mal sie zu verarbeiten:

    Der Vorwiderstand ist also dafuer da, dass an ihm Spannung abfaellt, so dass die Spannung an der LED selbst nicht zu gross wird.

    Der Stromfluss selbst wird durch die LED begrenzt werden. Bei zu hoher Spannung steigt er rapide an und die LED geht deshalb kaputt? Das zumindest wuerde ich aus den typischen LED-Kennlinien entnehmen die ich mir gerade angeschaut habe. Wenn man allerdings einen 100kOhm Widerstand nehmen wuerde, dann wuerde allerdings dieser der strombegrenzende Faktor sein oder? 2.6 V / 100 000 Ohm = 0.026 mA. Ich nehme mal an, da wuerde man dann auch kein Leuchten mehr sehen... :)


    Ok, im naechsten Abschnitt beschreibst du den Controller-Eingang. Ich stelle mir den nach deinen Ausfuehrungen jetzt so vor wie in dem Bild in der Anlage (sorry, ist nur Paint).
    Aber nach meinem Verstaendnis wuerden die 15 V auch an den Pins ohne den Widerstand anliegen. Ich verstehe, dass man ihn braucht um den Strom beim Verbinden der Pins zu begrenzen, aber warum er verantwortlich fuer (fast) definierte 15 / 0 V sind, kapier ich nicht.

    Also ich mein, wenn er nicht da waere, dann haette ich auch 15 V im Leerlauf und beim Verbinden 0 V (es wuerde halt soviel Strom fliessen, wie die Spannungsquelle hergibt und dabei ginge sie vielleicht kaputt...)
    Aber vielleicht war ja auch meine Interpretation von der Beschaltung falsch. Hm, gibts noch mehr Nachhilfe? :)
     

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  7. #6 Andband, 22.01.2010
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    AW: Digital I/O 15 V vs 5 V ?

    Sind meine Fragen zu doof? Sorry :(

    Ich habe hier jetzt ein paar 4N33 Optokoppler gefunden. Wuerde dieser fuer die beschriebene Anwendung funktionieren?
    http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/QT/4N30.pdf

    Laut Datenblatt sind 5 von den 6 Fuessen belegt - und ich muss vier davon anschliessen - also Base nicht?

    Dann steht da was von
    Emitter-Collector Breakdown Voltage 5 V
    und
    Collector-Emitter Breakdown Voltage 30 V

    Laut der Beschaltung von kalledom wuerden bei mir an Emitter und Collector ja 15 V anliegen (im Off-Zustand). Hat das etwas mit dieser Durchschlagsspannung zu tun?
     
  8. #7 kalledom, 22.01.2010
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    AW: Digital I/O 15 V vs 5 V ?

    Die Spannung an der LED ist durch die LED (D = Diode) selbst vorgegeben. Wird diese Spannung überschritten, steigt der Strom steil an bis zur Zerstörung.
    Denke immer an das Ohmsche Gesetz: I = U / R, immer ! KHD Formeln
    Der Stromfluß wird durch den Vorwiderstand begrenzt ! Wenn die 5V direkt an die LED angeschlossen würden, wäre der "ungebremste" Strom so hoch, daß die LED kaputt geht.
    Wie ist der Widerstand tatsächlich ? Was ist hinter dem Widerstand ?
    Die Eingangsbeschaltung sollte richtig und komplett gezeigt werden, sonst müssen wir rätseln oder hellsehen.
    Ja.
    Ja.
     
  9. #8 Andband, 22.01.2010
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    AW: Digital I/O 15 V vs 5 V ?

    Hallo Kalledom,
    danke erneut fuer deine Antwort.

    ich weiss nicht wie die Schaltung ausschaut. Soll ich das Teil mal aufschrauben?

    Du hast halt etwas erklaert und ich habe das Bild nur gemalt, um zu zeigen wie ich deine Ausfuehrungen verstanden habe.


    R ist also 0 wenn die Betriebsspannung ueberschritten wird. Ok alles klar. Ich habe halt vorhin nur die Kennline hier betrachtet.
    http://www.led-treiber.de/assets/images/1W-LED-Kennlinien.gif


    Im Bereich um die Betriebsspannung fliessen bei verschiedenen Spannungen verschiedene Stroeme wuerde ich diesem Bild entnehmen, aber schon klar, dass das ziemlich nah rangezoomt ist. Und z.b. bei 0.5 V fliesst gar kein Strom. Daher meine Aussage, dass die LED irgendwo den Strom begrenzt. Aber auch klar, das 0.5 V gleichzusetzen ist mit "nicht-Betrieb".

    Hm, du sagst, ich kann den Optokoppler verwenden und dass es etwas mit der Durchschlagsspannung zu tun hat.
    Gleichzeitig ist die Durchschlagsspannung laut Datenblatt 5 V und ich habe aber 15 V. Da wuerde ich dann irgendwie vermuten, dass da was kaputt geht.


    Muss ich die Basis nicht anschliesen ?
     
  10. #9 kalledom, 23.01.2010
    kalledom

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    AW: Digital I/O 15 V vs 5 V ?

    Besser nicht.
    Nein; eine LED ist ein Halbleiter und kein Widerstand. Für Halbleiter gibt es Kennlinien. Aus diesen kann entnommen werden, bei welcher Spannung welcher Strom fließt. Man kann zwar zu jeder Position den Widerstand ausrechnen (R = U / I), aber wozu soll das gut sein ?
    Die 5V stehen unter "Emitter-Collector Breakdown Voltage" und nicht unter "Collector-Emitter Breakdown Voltage".
    Da der Emitter an GND angeschlossen wird, kann er nicht positiver als der Collector werden. Am Collektor liegen die +15V vom Eingang bzw. im leitenden Zustand ca. +0,5V.
    Nein.
     
  11. #10 Andband, 23.01.2010
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    AW: Digital I/O 15 V vs 5 V ?

    echt sehr nett von dir, dass du dir die Zeit nimmst das alles zu erklaeren.

    Das mit dem 5V und 30 V hab ich mir schon gedacht, dass es da darauf ankommt wie rum man es anschliesst. Das Bloede ist nur, ich weiss nicht was GND an dem Schrittmotorcontroller entspricht.
    Die beiden betreffenden PINs sind Teil eines 25 D Sub stecker. Einer ist ein Strobe Kanal auf dem in einem internen Takt immer ein Spannungsimpuls ausgegeben wird, einer ist ein Datenkanal. Ich vermute der Strobekanal ist so was wie Ground.

    Durch verschiedene Verbindungs-Kombinationen der insgesamt 8 Strobe und 8 Datenleitungen kann man den Controller u.a. naemlich programmieren. Fuer mich ist aber nur ein einziger Befehl interessant (der wenn ich Pin 10 und 15 verbinde) - und zwar: Beweg dich einen Schritt im Uhrzeigersinn.
     
Thema:

Digital I/O 15 V vs 5 V ?

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