Probleme mit einer Komparatorschaltung

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Autor
Probleme mit einer Komparatorschaltung

    







BID = 602782

viper1209

Gerade angekommen


Beiträge: 13
Wohnort: Neuhof
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Hi
Ich habe folgende Schaltung gebaut:

http://www.bilder-speicher.de/09041......html

und habe ein Problem.
Zunächst einmal der Sinn der Schaltung:
Ich möchte einen Temperaturregler bauen, das 100 Ohm Potentiometer und der dazugehörige 100 Ohm Wiederstand des rechten Spannungsteilers werden (sobald die Schaltung funktioniert) durch einen PT100 Temperaturwiederstand ersetzt.
Der linke Spannungsteiler soll zum einstellen der Schaltschwelle dienen.
Der Komparator (einer der 4 Komparatoren eines LM339N) soll die beiden abgegriffenen Spannungen vergleichen und dann am OUT eine Positive Spannung liefern sobald die abgezweigte Spannung des rechten Spannungsteilers die des linken Spannungsteilers übersteigt.
Dadurch soll dann, verstärkt durch einen Transistor, ein Relais angesteuert werden.
Die 50k Ohm Potentiometer dienten nur zum austüfteln eines anständigen Wiederstandes, sie waren bei mir beide ca auf 200 Ohm eingestellt.

Nun zu meinem Problem:
Ich habe die Schaltung provisorisch auf einer Lochrasterplatine montiert und es hat wunderbar funktioniert. Ich konnte zwischen OUT und GND eine Spannung von ca. 6V messen und wenn ich den Wiederstand des 100 Ohm Potentiometers erhöht habe ging die Spannung auf ca. -0.1V
Hab mich schon gefreut, dass es auf anhieb funktioniert, nahm alles auseinander und habe es möglichst platzsparend montiert, habe allerdings die 2 50k Ohm Potentiometer durch 2 100 Ohm Festwiederstände ersetzt, da ich die beim Probieren nur auf 100-200 Ohm eingestellt hatte. doch dann funktionierte es nicht mehr, Die Spannung schaltet zwar immer noch um, doch statt 6V liegen nur noch 0,3V-0,6V an OUT an.
Habe dann die 100 Ohm wiederstände wieder durch die 50k Ohm Potis ersetzt (das war das einzige was ich zum ersten aufbau verändert hatte und ich dachte dort lag der Fehler) doch das Ergebniss blieb das selbe.
Kann mir jemand weiterhelfen?

LG viper
PS: ich bin recht unerfahren auf dem Gebiet, ich kenne mich ein wenig mit der Funktionsweise von Transistoren und co aus, aber das ist das erstemal, dass ich selber etwas zusammenbastel (deshalb auch die Probiererei mit den 50k Potis )

BID = 602783

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach

 

  

Zuerst einmal willkommen im Forum !

Zitat :
Ich habe folgende Schaltung gebaut:
http://www.bilder-speicher.de/09041......html
und habe ein Problem.
Das wundert mich nicht. Die dort gezeigte Dimensionierung ist schwachsinnig.

Schliess die niederohmigen Widerstände in Richtung GND an und die hochohmigen in Richtung Vcc.
Dann hast du eine Chance, dass es funktioniert.
Die Eingänge des 339 funktionieren nämlich nahe an GND tadellos, aber brauchen ein paar Volt Abstand zu Vcc.


P.S.:
1) Ausserdem kann man Widerstandswerte von ein paar hundert Ohm nicht vernünftig mit einem 50k Poti einstellen.

2) Wenn du einen Pt100 verwendest, solltest du daran auch möglichst wenig Spannung abfallen lassen -weniger als 1V-, sonst wird der Messwert durch die Eigenerwärmung des Widerstands verfälscht.

3) Der Ausgang des 339 besteht nur aus dem Kollektor eines npn-Transistors, dessen Emitter mit GND verbunden ist.
Eine Spannung kann dort also erst erscheinen, wenn du einen externen Widerstand nach Plus legst.



[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 19 Apr 2009  4:51 ]

BID = 602809

viper1209

Gerade angekommen


Beiträge: 13
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Vielen Dank für die Tips
Werd das gleich mal versuchen

BID = 602816

viper1209

Gerade angekommen


Beiträge: 13
Wohnort: Neuhof
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Vielen dank Perl
es scheint zu laufen
Ich habe 4,5V am OUT
Aber ich hätte da noch ne kleine frage bezüglich der Wiederstände.
Hab leider keine Ahnung wie man sowas errechnet
Ich würde die ganzen (nicht benötigten) Potis gerne durch Festwiederstände ersetzen. Kann ich für die 50k Potis 1,2k Ohm Festwiederstände benutzen? (hatte die ja eh nie weit aufgedreht...)
Was ist denn ein sinnvoller Wiederstand für die Verbindung OUT-VCC?
Kann ich da auch die 1,2k Ohm nehmen (die hat mein Vater noch on mass auf Lager)

Vielen lieben Dank

BID = 602917

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Hab leider keine Ahnung wie man sowas errechnet
Und ich habe leider keine Ahnung wozu das Ganze dienen soll.
Natürlich kann man so etwas optimieren, aber dazu muss man wissen, was reinkommt, was rauskommen soll, wie die Schaltung versorgt wird und welche Genauigkeitsforderungen bestehen.

Tip:
Solange du nicht sehr hohe Forderungen an Stabilität und Genauigkeit stellst oder bei extremen Temperaturen arbeitest, eignen sich anstelle von Pt1000 die viel preiswerteren Silizium-PTCs KTY..

BID = 602980

viper1209

Gerade angekommen


Beiträge: 13
Wohnort: Neuhof
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Zitat :
aber dazu muss man wissen, was reinkommt, was rauskommen soll,


Was meinst du mit "reinkommt" und "rauskommen soll"?
Versorgt wird das ganze mit 6V und als Genauigkeit reicht mir +-5°C

Den PT100 habe ich schon als wasserdichte Ausführung aufgebaut (das ganze soll nen Samowar steuern) Hab den mit einem PTFE-Schrumpfschlauch mit schmelzendem innenschlauch überschrumpft und dafür braucht es 350°C und das machen die meisten KTY net mit...

BID = 602986

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
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Also Arbeitstemperatur 90 +-5 °C ?
Sind die 6V evtl. stabilisiert und mittels Netztrafo galvanisch vom Netz getrennt ?

BID = 603025

viper1209

Gerade angekommen


Beiträge: 13
Wohnort: Neuhof
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Ja 90°C +-5°C
Der soll das Wasser erhitzen ohne es zum Sieden zu bringen
Ich betreibe das mit einem 230VAC Netzteil bei dem man mehrere Ausgangsspannungen einstellen kann, sollte also Potetntialfrei sein, ob der die 6V allerdings stabilisiert weiß ich nicht...

BID = 603039

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach

Na also, warum nicht gleich so.


Die Betriebsspannung für den 339 (oder 393 gleiche Daten aber 2 Komparatoren) braucht nicht
stabilisiert zu sein, aber einen Siebelko sollte das Netzteil schon besitzen.

Zitat :
Aber ich hätte da noch ne kleine frage bezüglich der Wiederstände.
Hab leider keine Ahnung wie man sowas errechnet

Nach meinen Unterlagen hat ein Pt100 bei 90°C einen Widerstand von 134,7 Ohm und die Steilheit in diesem Punkt beträgt 0,38 Ohm/°C.
Die Brückenschaltung erzeugt das grösste Messignal, wenn man den Pt100 mit einem gleich grossen Widerstand in Reihe schaltet, aber dann liegen dort 3V an, und die Eigenerwärmung durch die resultierenden 67 mW Verlustleistung könnte den Messswert bereits unzulässig verfälschen.

Demzufolge wird man den entsprechenen Widerstand etwa 5 mal höher wählen, was die Verlustleistung des PTC auf etwa 7mW reduziert.
Der nächste leicht erhältliche Normwert wäre 680 Ohm.

Verwende hier grundsätzlich keinesfalls Kohlewiderstände mit 5% Toleranz!
Angesichts deren Ungenauigkeit und Inkonstanz wäre die Verwendung des Pt100 Perlen vor die Säue geworfen.

Wenn du dafür einen preisgünstigen Widerstand mit 1% Toleranz nimmst (673..687 Ohm), ergäbe sich eine Brückenspannung von 1003..985 mV, also 994 +/- 9mV.
Die Eingangsfehlspannung des Komparators ist mit max. +/- 5mV angegeben, sodass du die temperaturabhängige Spannung mittels Festwiderständen nur auf +/- 14mV genau bestimmen könntest.
Das entspräche dann einer Unsicherheit der Temperaturmessung von +/- 6°C, wäre also etwas zu ungenau.

Da die Festwiderstände die grösste Fehlerquelle darstellen (der Fehler des 339 ist tatsächlich oft weniger als 3mV), muss man entweder genauere Widerstände verwenden, oder man ordnet auf der anderen Seite der Brücke einen Spannungsteiler an, der bei 6V Speisespannung möglichst genau 994mV erzeugt, sich aber mit einem Trimmer um etwa +/- 20..30mV variieren lässt.

Dazu beginnt man zweckmäßig mit einem Spannungsteiler, der etwas weniger liefert, z.B. 120+10 Ohm nach GND, 680 Ohm nach +6V.
Dieses Gebilde liefert nominell 963mV, also 31mV zu wenig, und hat einen Innenwiderstand von 109 Ohm.
Wenn man dorthinein einen Strom von 284µA einspeist, erhält man die gewünschten 994mV.
Die 284µA erzeugt man an einfachsten aus 3V mittels eines Widerstandes von etwa 7kOhm.
... und die 3V kommen aus der Mittelstellung eines Trimmers zwischen GND und +6V.
Die gesamte Eingangsschaltung siehst du unten.
Stell den Trimmer anfangs auf Mittelstellung, das dürfte dann schon ganz gut hinkommen.

Alternativ könntest du natürlich auf den Abgleich verzichten, aber dann müsstest du die Brücke aus einer grösseren Zahl sehr genau ausgemessener oder eng tolerierter (teuer) Widerstände aufbauen.


Am Ausgang, zum Schalten der Last, verwendest du am besten ein Halbleiterrelais (SSR).
Da der LM339 aber nur für 6mA Ausgangsstrom garantiert ist, ist davor evtl. noch ein Treibertransistor fällig.












BID = 603431

viper1209

Gerade angekommen


Beiträge: 13
Wohnort: Neuhof
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Oh wow
Verstehe ich das richtig, das Potentiometer ist nnur für die Feineinstellung geeignet? Das lässt nur eine sehr geringe Temperaturspanne einstellen, oder?
DAs gerät ist für eine Freundin und so wie ich die kenne kommt die dann wieder auf die Idee, sie htte das Wasser doch gerne ein bisschen kälter
Bei der Frau muss man auf alles vorbereitet sein
Ich wollte deswegen die Schaltung so bauen, dass sie zwar bei 90°C ihre standarttemperatur hat, sich aber im notfall auch um einiges runterregeln lässt.
Habe im Moment die Schaltung im oberen Teil des Bildes vorliegen(100 Ohm Poti+100 Ohm Fest sollen PT100 simulieren) und die Schaltung scheint einwandfrei zu funtionieren und hatte dann geplant es wie unten aufzubauen und die Achse des Potentiometers durch das Gehäuse nach Außen zu führen.
Wollte dann experimentell eine die "Eichung" und eine Temperaturskala an der Achse anbringen



BID = 603607

Lupin III.

Schriftsteller

Beiträge: 616
Wohnort: Salzburg

Schau mal bei Wikipedia unter "Relais". Da stehen noch ein paar wichtige Sachen bei der Ansteuerung mit Transistoren.
Was soll eigentlich in dem Aufbau der Widerstand an der Basis des Transitors machen?

BID = 603642

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Was soll eigentlich in dem Aufbau der Widerstand an der Basis des Transitors machen?
Den braucht er bei dieser Schaltung, weil der 339 einen Open-Kollektor Ausgang hat.

Allerdings ist die Schaltung ziemlich holperig.
Besser wäre ein pnp, aber auf jeden Fall sollte der Treibertransistor in Emitterschaltung betrieben werden.

BID = 603739

viper1209

Gerade angekommen


Beiträge: 13
Wohnort: Neuhof
ICQ Status  

@Lupin III.
Danke für en Tip, hab mir das durchgelesen und werd es beherzigen^^

@perl
Wo ist eigentlich der Unterschied zwischen PNP und NPN, außer dass die "gedachte" positive Ladung beim NPN von C nach E Fließt und beim PNP entgegengesetzt...
Und was ist denn der Vorteil einer Emitterschaltung?

BID = 603769

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Unterschied zwischen PNP und NPN, außer dass die "gedachte" positive Ladung beim NPN von C nach E Fließt und beim PNP entgegengesetzt
Nein, nein.
Beidesmal fliessen die Ladungsträger, beim npn-Transistor sind es Elektronen, beim pnp-Transistor sind es Löcher, vom Emitter zum Kollektor (und zur Basis).
Das hat zur Folge, dass im Datenblatt sämtliche Strom und Spannungsangaben das Vorzeichen wechseln.

Praktisch bedeutet es, dass in der gebräuchlichen Emitterschaltung der Emitter des npn an Minus gelegt wird, während der Emitter des pnp mit Plus verbunden wird.
Wenn du in einer Schaltung (es dürften natürlich keine anderen polaritätsabhängigen Bauteile wie Dioden und Elkos drin sein) alle npn-Transistoren durch pnp auswechselst und umgekehrt, sollte sie prinzipiell genausogut funktionieren - du musst nur die Batterie umpolen.


Zitat :
Und was ist denn der Vorteil einer Emitterschaltung?
Gegenüber der von dir gezeichneten Kollektorschaltung: Ein weitaus geringerer Spannungsabfall am Transistor und geringere Verlustleistung daselbst.

BID = 603792

Lupin III.

Schriftsteller

Beiträge: 616
Wohnort: Salzburg


Zitat :
Und was ist denn der Vorteil einer Emitterschaltung?


Auch darüber ist schon viel im Internet geschrieben worden. Aber nur so prinzipiell: sobald durch die Spule des Relais Strom fließt, hast du einen Spannungsabfall. Das Potential am Emitter ist bei deinem Aufbau also um diesen Spannungsabfall höher als Masse. Die Basis muss (bei NPN) nochmal ca. 0,7 V darüber liegen, damit der Transistor leitet. Das heißt, die Spannung am Emitter kann nie über 5,3 V steigen, da die Basis höchstens an 6V hängt (und da ist der Vorwiderstand noch gar nicht berücksichtigt). Der Transistor verbrät zwischen Kollektor und Emitter also auch mindestens 0,7 V. Das multipliziert mit dem Strom durch's Relais -> kleine Heizung.

Bei der Emitterschaltung kommt man auf viel kleinere C-E-Spannungen, je nach Transistor und Strom meistens etwas im Bereich von 0,1-0,2 V (steht in Transistor-Datenblättern unter V_CE_sat). Also für Schaltanwendungen die Emitterschaltung verwenden!

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Lupin III. am 24 Apr 2009 14:45 ]


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