Hobby-Elektronik: Lichtschranke mit PLL-Tondecoder NE567

 

 

Bild 1: Grundschaltung des NE 567

Betriebs- und Dimensionierungsdaten

Betriebsspannung + Ub = +5 Volt (max. +9 Volt);
Ausgangsstrom (Pin 8, open collector) = max. 100 mA;
Eingangsspannung (Pin 3) Ue ~ 20mV bis 200 mV;
Frequenzbereich = 0,01 Hz bis 500 kHz

Oszillatorfrequenz fo = 1/(R1 x C1),
(R1 sollte zwischen 2k und 20k gewählt werden);
Low pass filter C2 ~ 2500/fo (für mittlere BW~10 %);
Ausgangsfilter C3 > 2 x C2;
(R3 ~ 100k bis 1M, kann auch entfallen)

Ein ganz kurze Erläuterung zum PLL-Tonedecoder NE 567.
PLL = phase locked loop, wörtlich zu deutsch etwa: phasen-eingerasteter Regelkreis. Was ist das und wofür ist das gut ?
Das IC enthält einen Oszillator, dessen Grundfrequenz fo durch die Größe von R1 und C1 bestimmt wird (s.o.), solange am Eingang (Pin 3) kein Signal anliegt. Liegt am Eingang "ein" (Pin 3) ein Wechselspannungssignal mit der Frequenz f, so versucht ein Regelkreis des ICs die Oszillatorfrequenz auf diese Frequenz f einzustellen. Dies gelingt, wenn f innerhalb des "Fangbereichs" BW um fo herum liegt. Der Oszillator "rastet" dann auf die Frequenz f ein. (Der Fangbereich BW kann mit C2 auf ca. 2 bis 14 % von fo eingestellt werden.)
Der erste, nämlich "PLL"-Verwendungszweck des IC liegt nun darin, daß das IC einen Ausgang Pin 8 hat, der von +Ub (= logisches H-Signal) nach GND (= logisches L-Signal) geht, wenn der Oszillator eingerastet (phase-locked) ist, d.h. mit der Frequenz f schwingt. Der Ausgang zeigt also an, ob am Eingang ein Signal mit der Frequenz f anliegt, die innerhalb des Fangbereichs BW mit der Oszillatorgrundfrequenz fo übereinstimmt. Anwendungsbeispiel siehe die folgenden Lichtschrankenschaltungen.
Der zweite Anwendungszweck als "Tondecoder" liegt in folgendem: Liegt am Eingang ein z.B. mit der Tonfrequenz f (t) frequenzmoduliertes Signal, so versucht der Regelkreis dauernd, den Oszillator auf die sich ändernde (modulierte) Trägerfrequenz f nachzuregeln. Das Regelsignal ändert sich also dauernd im Rhythmus von f(t). Dieses Regelsignal liegt an Pin 2 des ICs. Die somit decodierte (= von f befreite) Tonfrequenz f(t) kann also an Pin 2 zur weiteren Verarbeitung abgegriffen werden.

Bild 2 Lichtschranke mit NE 567
Die Schaltung der Lichtschranke ist nun nach dem zu Bild 1 Gesagtem leicht zu verstehen.
Die Oszillatorgrundfrequenz fo ist mit R1, C1 auf ca. 1000 Hz eingestellt. fo wird an Pin 5 abgegriffen und über R4 und T1 der Infrarotdiode einer Gabellichschranke GS zugeführt. Das Signal des Phototransistors der GS gelangt über einen Emitterfolger T2 an R8, dessen Abgriff an den Eingang des NE 567 führt. Das PLL-IC rastet also auf seine eigene Frequenz fo ein (!), solange das Infrarot-Lichtsignal in der Lichtschranke nicht unterbrochen wird.
Der Ausgangszustand (H oder L) an Pin 8 (R2 entspricht RL in Bild 1) wird über T3 als Verstärker von der LED angezeigt. Die LED leuchtet bei unterbrochener Lichtschranke auf.
Anstelle (oder zusätzlich zu) der LED-Anzeige kann natürlich ein Relais oder ein anderes Element zur Weiterverwertung des (übrigens TTL-kompatiblen) Signals eingesetzt werden.
Mit R8 wird die Empfindlichkeit der Anordnung eingestellt. R8 ist so einzustellen, daß das PLL-IC gerade gut einrastet, d.h. daß die LED gerade deutlich verlöscht.
Anstelle der Gabellichtschranke kann auch eine andere Lichtschranke, z.B. eine Reflex-Lichtschranke eingesetzt werden. Falls größere Abstände (einige Zentimeter) zwischen Senderdiode und Empfängertransistor der Lichtschranke überbrückt werden sollen, kann durch Verkleinern von R6 der Strom durch die Infrarot-Sendediode erhöht und damit deren Lichtstärke und die Empfindlichkeit des Systems vergrößert werden.
Diese Lichtschranken-Schaltung ist nach meinen Erfahrungen deutlich unempfindlicher gegen Umgebungslicht als die vorseitig beschriebenen, aber immer noch vor allem gegen Glühlampenlicht empfindlich. Man sollte daher den Empfängertransistor soweit möglich gegen Fremdlicht abschirmen.


Bild 3a, b Lichtschranke mit PLL-IC NE567 (Bild 3a: Infrarot-Sender, Bild 3b: Infrarotlicht-Empfänger)
Die Bilder 3a, b zeigen eine Variante der Schaltung von Bild 2, wobei hier in Bild 3a die Frequenz des Infrarosenders von einem eigenen Oszillator erzeugt wird. Als Oszillator dient der bekannte NE555 in der Standard-Multivibratorschaltung. Die Frequenz beträgt ca. 4,5 kHz bei einem Tastverhältnis von ca. 1 : 7.
Der Empfänger (Bild 3b) besteht aus einem zweistufigen Verstärker, dessen Ausgangssignal dem PLL-IC NE567 zugeführt wird. Der Ausgang (Pin 8) des NE567 steuert einen mit einem NE555 aufgebauten Tongenerator, der eingeschaltet wird und über den Piezo-Töner L ein Alarmsignal abgibt, wenn Pin 8 des NE567 (bei fehlendem Eingangssignal) und damit Pin 4 des NE555 nach + 5 Volt (= logisch HIGH) schaltet. Anstelle des Tongenerators kann, falls nur ein optisches Signal gewünscht wird, auch die Beschaltung des NE567-Ausgangs wie in Bild 2 vorgenommen werden. (nach Zeitschr. Elektor, Jg. 2000)
Abgleich der Schaltung.
Nach Einschalten des Empfängers, ist wegen des noch fehlenden Sendersignals, der Alarmton zu hören. Man richtet nun den eingeschalteten Sender in geringer Entfernung auf den Empfänger aus und verstellt Trimmer R2, bis der Alarmton verschwindet. Man wiederholt das Ein-/Aus-Schalten des Senders bei wachsendem Abstand, justiert R2 nach, bis die optimale Einstellung gefunden ist.
(23.8.2008)