Gabellichtschranken bei WPC und WPC95

[buja85]

Die Gabellichtschranke (slotted optical interrupter switch) hat die gleiche Funktion wie ein mechanischer Schalter, ein Transistor schaltet bei Einstrahlung von meist infrarotem Licht, das von einer Licht emittierenden Diode erzeugt wird, gegen das Potential 0 V (GND).

Im Gegensatz zu einem diskreten Opto, bei dem Diode und Transistor eigenständige Bauelemente sind, befinden diese sich hier in einem U-förmigen Gehäuse.

In einem Schenkel befindet sich die Diode (dieser ist mit E für Emitter oder mit dem Symbol für eine Diode gekennzeichnet), im anderen der Transistor (S für Sensor oder D für Detektor).

In WPC-Geräten finden sich ausschließlich einfache GLs mit einem Transitor.

Daneben gibt es solche mit einem Darlington, die nicht verwendet werden.

Beide haben den Nachteil, dass der Ausgang des Transistors sich analog mit der Intensität des Lichteinfalls schleichend von +12 V gegen 0 V und vice versa ändert.

Das Potential am Ausgang wird vom Sensor eines Komparators mit sehr geringer Spannungshysterese, dessen Referenzeingang an +5 V liegt, ausgewertet. Wenn die GL nun im (eigentlich verbotenen) Bereich von +5 V schaltet, was bei Verschmutzung leicht passieren kann, schwingt der Komparator.

Dies ist dann die Ursache von z.B. zappelnden oder schlappen Flipperfingern.

Um dem abzuhelfen, wurden in WPC95-Geräten so genannte Optoschmitts eingesetzt, das sind GLs mit integriertem Schmitt-Trigger, die nicht mehr schleichen, sondern nur die Zustände EIN und AUS kennen, wie es sich für einen ordentlichen Schalter gehört.

WMS hat die elektrischen Werte für WPC-GLs wie folgt spezifiziert:

Bei einem Strom von 20 mA durch die Diode (IF) und von 10 mA durch den Transistor (ICON) muss dessen Sättigungsspannung (VCESAT), also die Restspannung zwischen Kollektor und Emitter, <0,8 V sein. <0,8 V lässt darauf schließen, dass ursprünglich auch der Einsatz von Darlingtons erwogen wurden, denn die Sättigungsspannung eines normalen Transistors ist gemeinhin <0,4 V und bei einem Darlington, bedingt durch die Emitterfolge, doppelt so hoch.

Die Beschaltung der GLs in WPC-Geräten zeigt, dass alle GLs, die der vorgenannten Spezifikation nicht genügen, ungeeignet sind.

Dass einige Exemplare in der Praxis dennoch funktionieren, liegt daran, dass die tatsächlichen Daten meist sehr viel besser sind als die vom Hersteller spezifizierten, die zusätzliche Performance verschiedener Produktionslose und auch einzelner Exemplare in einem Los unterschiedlich ist und schließlich daran, dass auch bei einer in digitalen Systemen eigentlich unzulässigen Sättigungsspannung von z.B. +2 V die Schaltung funktioniert, weil der Komparator gegen +5 V vergleicht.

Zudem wird die Diode meist mit einem höhern Strom beschickt und ICON ist teilweise < 8 mA.

Die einzige einfache GL, welche die Spezifikation erfüllt, hat die Bezeichnung QVE11233.0086. Ein Datenblatt liegt mir nicht vor, wohl aber der Abgleich der Produktionsdaten gegen die Spezifikation von WMS seitens des Herstellers QT.

Bis auf den entscheidenden Wert ICON = 10 mA entspricht diese GL exakt der Normalausführung QVE11233.

http://www.fairchildsemi.com/ds/QV/QVE11233.pdf

Da wird die Sättigungsspannung nur bei einem ICON von 0,5 mA garantiert.

Ähnlich sieht es bei den anderen von mir untersuchten GLs aus die von ihren Abmessungenund Anschlüssen her passen würden.

CNA36 (Fairchild) – 2 mA

SFH9301 (Infineon-Osram) - 0,7 mA

ITR8102 (Everlight) – 4 mA

TCST1103 (Vishay) – 4 mA

Meine Messungen haben ergeben, dass einige davon, beim TCST1103 4 von 10, dennoch bei 10 mA ICON in der Sättigung bleiben. Das rechtfertigt jedoch nicht deren Einsatz.

Zudem habe ich noch 9 Exemplare ohne Beschriftung und unbekannten Ursprungs gemessen, die wiederholt bei Ebay als Original-WMS-Teile angeboten wurden.

Bei dem „besten“ ging die Restspannung auf 5,31 V zurück. Sie sind ebenso ungeeignet wie die anderen.

Ob der QVE11233.0086 noch produziert wird, ist ungewiss. Möglicherweise werden nur noch Restbestände verkauft.

Als Ersatz bietet sich aus der neuern Generation der Darlington-GLs der H22B2 von Fairchild an.

VCESAT <1 V bei ICON 14 mA.

Allerdings ist der Gabelspalt nur 3 mm weit im Gegensatz zu 3,8 mm beim QVE11233.0086.

Alternativ kommt auch der KTIR0621DS von Kingbright in Betracht. VCESAT < 1V bei ICON 16 mA. Hier ist der Gabelspalt 5 mm breit.

Von beiden Typen habe ich je 5 Exemplare gemessen, die Werte waren bei allen deutlich besser als in den Datenblättern spezifiziert.

Die später in den WPC95-Geräten verwendeten Optoschmitts sind von ihren Abmessungen her den einfachen GLs in WPC-Sytemen sehr ähnlich.

Am Transistorschenkel befinden sich jedoch 3 Anschlüsse, der zusätzliche ist erforderlich für die Stromversorgung des Schmitt-Triggers, er liegt gemeinhin an den unstabilisierten +12 V.

Den Hersteller der von WMS verwendeten Teile konnte ich nicht ermitteln.

Von der Bauform her sind sie identisch mit dem Typ H21LOI von Fairchild, dessen Spezifikation ebenfalls passt. Diesen habe ich nicht getestet.

Dagegen das Modell SFH9340 von Infineon, welches bedenkenlos eingesetzt werden kann. Allerdings ist hier der mittlere Anschluss am Transistorschenkel nicht nach außen versetzt, wie bei den WMS-Teilen, sondern nach innen, so dass er durch Biegen justiert werden muss, was aber problemlos möglich ist.

Mit etwas Geschick können die Optoschmitts auch in WPC-Systemen eingesetzt werden, wer sich die nachfolgende Modifikation zutraut, sollte das zumindest bei den Flipperschaltern auch machen:

Draufsicht, Transistorschenkel nach unten. Das linke der 3 Beinchen nach außen biegen, das mittlere nach links, so dass die 4 Beinchen in die Bohrlöcher passen. Den abgebogenen Anschluss mit +12 V verbinden, die sind immer in der Nähe. Mit Sicherheit findet man sie an dem Ende des Vorwiderstandes für die Diode, das nicht mit dieser verbunden ist.

Und noch ein Wort zu den Bezugsquellen.

Den QVE11233.0086 gibt es in den Shops von Jochen und Michael. Sicherheitshalber sollte man bei Bestellungen exakt diesen Typ verlangen.

Die Darlington-GLs H22B2 und KTIR0621DS sind bei Schuricht im Programm, und den Optoschmitt SFH9340 erhält man bei Conrad.

Bearbeitet 27. Mai 2004 von buja85

[buja85]

Inzwischen habe ich Optoschmitts eines weiteren Herstellers erhalten, die vom Datenblatt her geeignet sind, was durch Messungen bestätigt wurde:

HOA0963-15N von Honeywell.

Da mein erster Beitrag für einige offensichtlich zu kompliziert bzw. zu unübersichtlich ist, fasse ich das Ergebnis mal zusammen.

Geeignete GLs (4 Beinchen) für WPC-Geräte:

QVE11233.0086 (QT)

H22B2 (Fairchild)

KTIR0621DS (Kingbright)

Geeignete GLs (5 Beinchen) für WPC95-Geräte:

SFH9340 (Infineon)

HOA0963-15N (Honeywell)