Unter der Bezeichnung TEMIC K153P gibt es ein Paar von Infrarot-Sendern und -Empfängern. Aus diesen kann man sich mit ganz wenigen zusätzlichen Teilen (Spannungsquelle und Widerstand) eine Lichtschranke für viele verschiedene Einsatzzwecke bauen.

Sender

Die Infrarot-LED (blau) verhält sich grundsätzlich gleich wie sonstige LEDs auch. Es gibt eine Betriebsspannung und einen Betriebsstrom, der auch unterschritten werden kann. Regeln muss man beides mit einem Vorwiderstand.

Für den Sender des K153P-Paares sind die vorgesehenen Werte laut Datenblatt 1,25V und 50mA. Ich bin in meinem Schaltplan jedoch auf einen wesentlich geringeren Strom heruntergegangen, da der Raspberry Pi mit nur wenigen Milliampere belastet werden sollte.

Die Ausgangsspannung des Raspberry Pi beträgt 3,3V. Es müssen also 2,05V vernichtet werden. Da noch ein 330-Ohm-Widerstand herumlag, habe ich diesen benutzt. Damit ergibt sich dann rechnerisch eine Stromstärke von [latex]\frac{2.05V}{330Ohm} = 6.2mA[/latex].

Empfänger

Der Empfänger (schwarz) wiederum arbeitet wie ein Transistor. Er heißt auch “Fototransistor”. Im Gegensatz zu einem normalen Transistor besitzt er jedoch nicht drei, sondern nur zwei Pins: Emitter und Kollektor. Die Basis wurd durch das einfallende Licht belegt.

Die Basis-Kollektorspannung ist im Datenblatt anscheinend nicht angegeben, scheint jedoch höher als 4V zu sein, denn meine LED leuchtet sowohl in Kollektor- als auch in Emitterschaltung genau gleich hell, d.h. es müssen beide Male 3,3V durch den Transistor fließen.

Möglicherweise kann man aus Kollektor-Emitter-Spannung “min 70V” ableiten, dass immer 70V durchgelassen werden? Umgekehrt ist auch das technische Maximum 70V. Bei so einem kleinen Bauteil würde ich jedoch lieber keine so große Spannung anlegen, da jedes elektrische Gerät irgendeine maximale Leistungsaufnahme hat (z.B. bei Widerständen ist diese immer angegeben). Sicherlich steht es auch irgendwo im Datenblatt des Empfängers, jedoch weiß ich im Moment nicht wo.

Aufbau

Um sich eine Lichtschranke zu bauen, muss man den Sender wie eine LED betreiben. D.h. man schließt ihn an die Spannungsquelle an und verpasst ihm einen geeigneten Vorwiderstand. In meinem Fall habe ich 330 Ohm gewählt, aber rechnerisch wären bei 3,3V nur 50 Ohm nötig. Wie aber oben geschrieben, muss ich meinen Raspberry Pi schützen.

Leider finde ich in der Spezifikation keinen Hinweis darauf, welcher Pin jeweils Anode und Kathode sind. Aus verschiedenen Tutorials wird jedoch klar, dass die Anode rechts ist, wenn man auf den Lichtsender schaut (d.h. wenn man selbst geblendet wäre, sofern man Infrarot sehen könnte).

Gegenüber stellt man den Empfänger auf. Schaut man diesen von vorne an, so ist der Emitter links und der Kollektor rechts. Über diese Kollektor-Emitter-Strecke wird später der Strom fließen.

Wie oben schon geschrieben, schien es in meinem Test egal, ob man eine Kollektor- oder eine Emitterschaltung baut - ob also die Last (bspw. eine LED) vor oder hinter dem Transistor kommt. Bei größeren Spannungen als 3,3V könnte man hier aber vielleicht feststellen, dass nur eine Emitterschaltung funktioniert. Damit jedoch der Basis-Emitter-Strom nicht durch die Last fließt, verwendet man bei Schalteranwendungen wohl die Emitterschaltung (die Last vor den Kollektor).

Schaltbild für eine Infrarot-Lichtschranke

Die Verdrahtung im Schaltbild wirkt etwas kompliziert, was daran liegt, dass ich alle Anschlüsse entsprechend der genannten Pin-Belegung dargestellt sind. Das zuvor verlinkte Arduino-Tutorial hat den Empfänger allerdings umgekehrt angeschlossen. Bei mir floss dann aber kein Strom mehr.

Jetzt sollte die LED leuchten, wenn nichts zwischen Sender und Empfänger steht. Hält man einen Finger oder ein Blatt Papier dazwischen, geht die LED aus.

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