Hilfe - Wie berechne ich die monostabile Kippstufe

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Autor
Hilfe - Wie berechne ich die monostabile Kippstufe
Suche nach: kippstufe (279)

    







BID = 885910

TheWalter

Gerade angekommen


Beiträge: 9
 

  


Hallo euch allen,

Ich bin Thorsten, 19 und schreibe nächste Woche am Montag mein Abi im Fach Elektrotechnik. (Berufliches/technisches Gymnasium)
Nun da nicht mehr viel Zeit ist drängt es etwas, weshalb ich mich an euch wende.
Mit dem Unterthema der Kippstufen komme ich nicht so ganz klar. Ich verstehe schon die Funktionsweise etc. doch bei der Dimensionierung unterscheiden sich doch meine Ergebnisse mit denen von meinem Lehrer, er selbst mag seinen Lösungsweg nicht rausrücken.

Die Aufgabe:
Entwerfen Sie einen Treppenhausautomaten mit Hilfe einer Monostabilen Kippstufe.Es soll ein AEG-Relais mit folgenden Daten eingesetzt werden: Nennspannung 12V DC, Spannungsberreich: 9,6V...13,6V, R(Spule)=150 Ohm.
Der maximale Kollektorstrom(Ic(max))der Transistoren beträgt 150mA, der maximal zulässige Basisstrom(Ib(max)) 2mA.
Es steht Ihnen ein Elko(Elektrolytkodensator) mit einer Kapazität von 740µF zur Verfügung.

Die Schaltung soll dann so ausssehen, dass der Transistor T1 im stabilen Zustand leitend ist und im instabilen Zustand die Relaisspule eingeschaltet wird.

a)Berechnen Sie die Widerstände der Schaltung so, dass die zulässigen Grenzwerte der Transistoren nicht überschritten werden können.
-> Da happerts. Er hat die Lösung: R(min)=7kOhm vor der Basis und R(min) 93,9kOhm in der Strecke Uce. Wie ich auch rechne, ich komm da nicht hin.
Und ich habe mir schon diesen Beitrag angeschaut:
https://forum.electronicwerkstatt.d......html

bei bder b) wurde gefragt, dass wir Rmin udn Rmax für ein Poti für eine Schaltzeit zwischen 20s und 90s berechnen sollen.
Hier hat er Rmin=60,8kOhm und Rmax=273kOhm raus.
Ich habe für Rmin= 40,7kOhm und Rmax= 183 kOhm. Auffallend ist dass zwischen uns ein Faktor von 0,67 ist. Wieso, weshalb?
Meine Formel war:
Diese Seite bestätigt meine Werte:
http://www.dieelektronikerseite.de/Tools/Kippstufen.htm

Vielleicht ist es hilfreich zu wissen, dass wir für Ube(Spannung beim Transistor and der Basis zum Emitter) im allgemeinen 0,7V angenommen haben.

Gruß
Thorsten

[ Diese Nachricht wurde geändert von: TheWalter am  3 Mai 2013 12:12 ]

BID = 885922

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach

 

  


Zitat :
Wie berechne ich die monostabile Kippstufe
Um diese Frage optimal zu beantworten: Überhaupt nicht.
Für so etwas gibt es seit ca. 40 Jahren den NE555, der sich zu am meisten produzierten IC der Welt gemausert hat. Also noch vor irgendwelchen Speicherbausteinen.
Da schaut man ins Datenblatt, wählt zwei Widerstände und einen Kondensator aus und ist so gut wie fertig. Die 100mA für das Relais schafft er auch.
Das Ding kostet mittlerweile kaum mehr als ein Transistor und deshalb ist alles andere reine Zeitverschwendung und Arbeitsplatzbeschaffung.

Das ist sicherlich nicht die Antwort, die du du hören wolltest, aber das ist die beste Lösung.

Um deine Rechnerei zu diskutieren, brauchen wir erst einmal den dazu gehörigen Schaltplan.

BID = 885941

TheWalter

Gerade angekommen


Beiträge: 9

Danke, doch dies ist eine Übungsaufgabe, sodass wir dies nicht mit einem NE555 realisieren sollen.

Zur b) Hier habe ich auch schon geschaut und gerechnet bzw. es versucht. Mir fehlt der Wert für Uce bei 150mA und bin mir nicht sicher, ob 0,7V bei Ube bei 2mA sind, wenn überhaupt. Auch wenn ich für Uce 0,4V nehme, da wir BC170 zum verschalten haben. Ich denke, dass es vielleicht auch übersteuert sein könnte oder ob er sagt, dass bei beiden nichts abfallen soll oder oder... ich komm einfach nicht auf seine Werte. Ich verzweifel da langsam.
Zur a) Der Poti zur Berechnung der Schaltzeit ist R(B2) im Bild. Hier entlädt er sich und wenn er nach dem Umladen auf die 0,7V+ ist schaltet T1 bzw. hier V2 durch.
Über R(c1) hat er sich aufgeladen auf 11,3V=U(B)-Ube, wenn man beim Umladen den Spannungspfeil dreht -11,3V. Uc ist also beim Umladen 12V und Uo ist 23,3V=2xU(B)-0,7V. Ich frage mich - wo ist oder wäre mein Fehler?

Hier habe ich auch schon geschaut:
https://forum.electronicwerkstatt.d.....49165

Die Grafik habe ich auch von hier. Sie ist auch brauchbar nur hier ist V2 stabil und V1 instabil. Bei Rc1 ist die R(Spule, das Relais) in Reihe. Das R1 hängt am losen Ende um 180° gedreht am U(B)-Strang mit einem Taster in Reihe.

Da ich wohl als Neuankömmling keine Bilder uploaden kann oder so.
Hier der Link aus diesem Forum: https://forum.electronicwerkstatt.d.....20_11

....
Gruß
Thorsten


[ Diese Nachricht wurde geändert von: TheWalter am  3 Mai 2013 14:48 ]

BID = 885946

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach

Nochmals: Ohne Schaltplan keine Diskussion von irgendwelchen Werten.

Außerdem lautete die Aufgabenstellung:
Zitat :
Entwerfen Sie einen Treppenhausautomaten mit Hilfe einer Monostabilen Kippstufe
Dazu gehört ein bischen mehr, als zu "Entwerfen Sie ein Monoflop für einen Treppenhausautomaten".
Z.B. eine Eingangsschaltung und eine Spannungsversorgung.


Zitat :
Da ich wohl als Neuankömmling keine Bilder uploaden kann oder so.
Doch das geht. Aber kein bmp-Format und nicht mehr als 300kB pro Bild.
Kannst das ja im Testforum üben.

BID = 885948

bluebyte

Schriftsteller



Beiträge: 705
Wohnort: Unterfranken


Zitat :

Hier hat er Rmin=60,8kOhm und Rmax=273kOhm raus.
Ich habe für Rmin= 40,7kOhm und Rmax= 183 kOhm. Auffallend ist dass zwischen uns ein Faktor von 0,67 ist. Wieso, weshalb?

es gibt keine Elkos mit 740 µF, jedoch 470µF
vermutlich hat er mit 470µF gerechnet.

_________________
Gruß
bluebyte

BID = 885957

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach

@bluebyte:

Wie bereits gesagt, schau ich mir die Zahlen überhaupt nicht an, bevor nicht klar ist, um was es geht.

BID = 885959

TheWalter

Gerade angekommen


Beiträge: 9

Hallo BlueByte,

Also das mit den 470µF klappt nicht so ganz. 3 bis 15kOhm Abweichung zu ihm, doch schaut er nicht nach Verfügbarkeit von Bauteilen, wenn es um die reine Übungun geht. Danke das dus versucht hast.
Okay, Perl. Es geht ihm hier nur um die Dimensionierung eines Monoflops das ein Relais ansteuert. Das Eigangsignal gibt der Taster. :/

Hier die Skizze...



[ Diese Nachricht wurde geändert von: TheWalter am  3 Mai 2013 17:48 ]

BID = 885964

dl2jas

Inventar



Beiträge: 9914
Wohnort: Kreis Siegburg
Zur Homepage von dl2jas

Beseitige mal ein paar Unklarheiten.

Mit welcher Betriebsspannung wird gearbeitet, 12 Volt?
Im Text steht, die Spule hat 150 Ω und in der Zeichnung sehe ich 380 Ω.

DL2JAS

_________________
mir haben lehrer den unterschied zwischen groß und kleinschreibung und die bedeutung der interpunktion zb punkt und komma beigebracht die das lesen eines textes gerade wenn er komplizierter ist und mehrere verschachtelungen enthält wesentlich erleichtert

BID = 885968

Otiffany

Urgestein



Beiträge: 13751
Wohnort: 37081 Göttingen

Das Relais so direkt anzusteuern ist nicht üblich. Man verwendet dafür einen extra Schalttransistor, damit der Spulenwiderstand nicht mit in die Rechnung eingeht (als Induktivität, die sich anders verhält als ein rein ohmscher Widerstand).

Gruß
Peter

BID = 885969

TheWalter

Gerade angekommen


Beiträge: 9

Danke Dl2jas,
Im Text stimmts, es sind 150 Ohm an R(Spule). Sehr aufmerksam .
Entschuldigung...
Ich nehm ja auch an, dass es 12V Betriebsspannung sind. Er versucht uns oft mit überflüßigen Details zu verwirren. Doch ganz bin ich mir da auch nciht sicher. Was ich rein geschrieben habe ist die Originalaufgabe.

Hier die korigierte Skizze:


BID = 886000

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Berechnen Sie die Widerstände der Schaltung so, dass die zulässigen Grenzwerte der Transistoren nicht überschritten werden können.
-> Da happerts.
Das kann man wohl sagen.
Bei 12V Betrieb dieser Schaltung wird auf jeden Fall die zulässige UBE des linken Transistors überschritten, die gewöhnlich -5..-6V beträgt.

P.S.:
Neben einer möglichen Beschädigung des Transistors führt das dazu, daß die Zeiten deutlich kürzer als berechnet werden, weil wegen des Zenerdurchbruchs ein viel höherer Ladestrom in den Kondensator fliesst!


[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am  4 Mai 2013  4:42 ]

BID = 886037

TheWalter

Gerade angekommen


Beiträge: 9

Hallo Perl,
Und wie Dimensioniere diese Schaltung mit den Werten, die ich habe?
Ich weiß einfach nicht wie viel Spannung bei Ube mit 2mA und Uce mit 150mA maximal ist bzw. mit vieviel Ampere ich den Schwellenwert Ube mit 0,7 erreiche, wenn es überhaupt dieser Schwellenwert dazu ist - kenne den Transistor nicht, um dies genau zusagen) und das Uce dazu mit wahrscheinlich 0,4V. Weiß auch nicht. Ich weiß ja nicht für welchen Transitor das ist, ein Kennlinienfeld habe ich dazu auch nicht bekommen. Mein Gefühl ist mittlerweile, dass ich diese Schaltung mit den gegebenen Werten nicht berechnen kann(In der Klassenarbeit habe ich ja kein Internet, wo ich mal ein Transistor aussuchen kann und ein Datasheet heranziehen kann). Theoretisch weiß ichs wie ich es berechnen könnte, wobei ich mir da auch nicht mehr sicher bin.
Wenn es tatsächlich so nicht geht, könntet ihr mir Beispielwerte geben? Übe es dann durch.
Hier ist auch eine Seite zum Monoflop: http://elektroniktutor.de/analogverstaerker/monoflop.html
Doch auch hier was weiter hilft bei der Dimensionierung der Widerstände.

Gruß Thorsten

... langsam heißt es wohl Mut zur Lücke :/

BID = 886052

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
kenne den Transistor nicht, um dies genau zusagen)
Das glaube ich dir.
Ich habe beim schnellen Durchblättern von zwei dicken Datenbüchern auch keinen npn-NF-Transistor gefunden auf den die Grenzwerte IC=150mA und IB=5mA zutreffen.

Am ehesten dürfte das ein Transistor wie der BC337 sein.
Dieser viel verwendete Transistor hat aber einen zulässigen Kollektorstrom von 800mA.
Wenn du ihn also in einem Design mit 150 bzw. 5mA verwendest, hast du noch reichlich Luft bis zu den Grenzwerten.
Hier ein Datenblatt zum BC337, aus dem du ein paar Werte entnehmen kannst: http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/BC337-D.PDF

Die ebenfalls gern von Bastlern in solchen Schaltungen vergewaltigten Transistoren BC107, BC237, BC547 (jeweils auch +/- 1) sind jedenfalls nicht möglich, da sie nur bis IC=100mA zugelassen sind.
Die gern zitierten 200mA gelten nur für 10µs lange Impulse und das wäre doch ein bischen kurz für eine Treppenbeleuchtung.

Jedenfalls sollte dann nicht in der Aufgabenstellung stehen, daß dies die Maximalwerte seien.
Hier sind es Design- oder Betriebswerte.

Dass du den Zenereffekt der Basis-Emitterdiode nicht kennst, will ich auch gerne glauben. Möglicherweise kennt dein Lehrer ihn auch nicht.
Aber dann sollen diese Leerkörper doch bitteschön aufhören sich Aufgaben aus den Fingern zu saugen, die sie selbst nicht verstehen.

Wenn du genau diese dämliche Schaltung verwenden musst, bleibt dir nichts anderes übrig, als die Betriebsspannung auf 6V oder weniger abzusenken, um diesem Effekt zu entgehen.

Dadurch werden sich die Zeiten etwas gegenüber deiner Berechnung bei 12V verändern, da die UBE mit knapp 0,7V ja ein fester Wert ist.
Die Änderung wird aber nicht groß genug sein um die Abweichung der Resultate zu erklären.

Ich denke, daß diese Diskrepanz tatsächlich auf dem von bluebyte gefundenen Abschreibefehler 470µF vs. 740µF beruht.



[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am  4 Mai 2013 12:06 ]

BID = 886073

TheWalter

Gerade angekommen


Beiträge: 9

Danke Perl für dein große Mühe.

Nun ich habe das nun doch gelöst bekommen mit Hilfe eines alten, schon hier geposteten Threadlink aus dem Forum.
Das Ube und Uce nicht angegeben waren, habe ich sie festgelegt auf Standardwerte wie 0,7V als Schwellwert und für Uce 0,4V( in der Simulation 0.75V zu 0.15V).
Ich habe gesagt, ich nehme 12V, das ist die Nennspannung. Die 150mA für Ic und 2mA sind oberste Grenzwerte, also muss nicht ganz dementsprechen. Hauptsache am Relais liegt eine Spannung zwischen 9,6V bis 13,6V.
Berechnung:

Hier nehme ich noch einen n=1,2 Faktor, um Ic1 wie Ib1 gleicher Maßen etwas unter dem Grenzwert zu halten mit dem Gedanken, dass das Ib1 schon auf die 0,7V kommt. Auch soll Ib1<Ib2 sein, damit T2 besser durchschaltet.
Ib2=2mA. R5=0Ohm damit an R(Spule) im zweitem Zustand das meiste der Betriebspannung abfällt.

S1 ist gedrückt: Die Parallelschaltung Rb2 die entsteht und woraus Ib2 raus fließt:
Ich sage dann, damit T2 leitnd bleibt: R1+R2=R4 R2=6684Ohm
Ich löse Rb2 nach R3 auf. R3=36,522kOhm.
Die Schaltzeit beträgt mit den Werten: t=0,69*R4*C=3,46s
Was auch in der Simulation stimmt.

Der einzige Hacken bleibt, dass nach dem Umladen für eine sec ein sehr hoher Strom(Ib1 bis 32mA) entsteht, da der Kodensator für kurze Zeit keinen wirklichen Wiederstand darstellt, weil die 380Ohm parralel zum R4 ist. R5 muss ja "0"Ohm sein, da Ub an Rspule abfallen soll...vielleicht einlösungsvorschlag oder akzeptabel?


Edit: Was man ind er Simulation nicht erkennt.
Im Graphen, in dem die Spannung gemessen wird, ist Ube1 blau und Ube2 rot.
Im zweiten Graph Ib1 blau und Ib2 rot.

[ Diese Nachricht wurde geändert von: TheWalter am  4 Mai 2013 14:35 ]

BID = 886086

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
.vielleicht einlösungsvorschlag oder akzeptabel?
Nicht akzeptabel und ich hab dir schon geschrieben, woran das liegt, und wie das Problem zu beseitigen ist!
Bei 12V machst du den Transistor T1 kaputt.


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