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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Anfängerfrage LED Strombegrenzung


Autor: Rocco L. (kaufparkangucker)
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Hallo,

ich suche eine Schaltung wie ich den Strom begrenzen kann.
Ich möchte ein LED an ein Modelleisenbahngleis hängen.
Von 0-2V an dem Gleis soll das LED angehen. Drehe ich aber den Strom am 
Trafo weiter auf soll das LED auch nicht durchbrennen. es soll also bei 
2V am hellsten leuchten.

Kann mir jemand mit einer einfachen Schaltung helfen oder mir sagen nach 
was ich googeln sollte?

Danke

fG Rocco

Autor: Nico ... (nico123)
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Du musst Deine Anfrage genauer erläutern!
Die LED soll an die analoge Gleisspannung, ich nehme an 0-12V?
Und sie soll ab wann anfangen zu leuchten?

Was soll das Ganze werden?

Grüße, Nico

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Rocco L. (kaufparkangucker)

>Von 0-2V an dem Gleis soll das LED angehen.

Zu wenig für eine LED. Lies den Artikel über LEDs.

MFG
Falk

Autor: Schrotty (Gast)
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von 0..2V soll DIE LED angehen (es heisst: die LED nicht das LED)

Je nach Uf der LED tut sich da unter 2V noch gar nichts.
Also wird das so nichts, indem du die LED einfach vom Gleis gegen Masse 
klemmst.

Eine Strombegrenzung kannst du im einfachsten Fall über einen Widerstand 
machen, oder auch über eine Konstantstromquelle mit einem Transistor, 
Z-Diode und Widerstand

Autor: Rocco L. (kaufparkangucker)
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Ok, ich versuche das noch einmal besser zu erklären, nehmt es mir bitte 
nicht übel wenn ich ein paar Dinge vergessen habe.

Wenn ich am Trafo drehe soll die LED im Bereich von 0-2V langsam 
aufglimmen, bis sie bei etwa 2V richtig brennt. Drehe ich dann weiter am 
Trafo bis auf 12V  soll die LED weiterhin brennen - aber eben nicht 
durchbrennen.
Ich brauche also so etwas wie einen Spannungsbegrenzer - oder wie man so 
etwas nennen würde - der bis ca 2 V alles Durch lässt - aber eben nicht 
mehr als 2 V.


Danke Rocco

Autor: Tom (Gast)
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Wie groß ist die zur Verfügung stehende Versorgungsspannung?

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Autor: Klaus (Gast)
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LED mit Vorwiderstand parallel dazu 3 Dioden in Flussrichtung (diese 
begrenzen die Spannung auf ca. 2.1V) und in Reihe zu dem Ganzen wieder 
ein Vorwiderstand (damit der Strom durch die drei Dioden in Reihe nicht 
zu gross wird).
Die LED wird damit aber im Bereich 0-2V nicht linear Heller...

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Rocco L. (kaufparkangucker)

Wir haben das schon verstanden. Geht so aber nicht. Weil eine LED je 
nach Farbe erst ab 1,8V (rot) oder so leuchtet. Du brauchst eine 
Hilfsspannung, welche immer vorhanden ist, so 3..5V Gleichspannung.

MFG
Falk

Autor: Rocco L. (kaufparkangucker)
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Hallo,

@ Falk: Ich habe nicht an Eurem Verständniss, sondern an meinen 
Fähigkeiten des Erklährens solcher Zusammenhänge gezweifelt und habe 
deshalb die Sache nocheinmal erklärt.

Vieleicht helfen noch follgende Angaben:
Das LED soll eine aus einem Optokoppler sein. Somit ist es warscheinlich 
infrarot.

@Klaus: Meinst Du das so wie im Bild aus dem Anhang?


Im großen und ganzen will ich ja nicht wirklich viel erreichen. In einem 
anderen Thread habe ich schon nach einer passenden Schaltung gefragt. 
Die Schaltung soll letztlich ein Signal an einer Modelleisenbahn 
abhängig von der Schienenstromrichtung umschalten.
Ist der Strom so das die Lock in Richtung des Signals fährt so soll das 
grüne LED des Signals leuchten. Ist die Stromrichtung umgedreht soll das 
rote Signal leuchten. Das rote Signal soll aber auch dann Leuchten wenn 
der Fahrstrom aus ist.
Als Stromquelle habe ich so einen Eisenbahntrafo zur Verfügung der 
0...12V Gleichstrom und ca 15V Wechselstrom erzeugt.

Vielen Dank für Eure Hilfe.

fG Rocco

Autor: Schrotty (Gast)
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Ich kenn mich mit Modellbahnen nicht aus und daher die Fragen:
Wenn die Lok steht, liegt dann da irgendwo an ihr auch Spannung an. Wenn 
ja, welche.
Wie wird die Fahrtrichung festgelegt? Also wo liegen da welche 
Spannungen an (bei Vorwärts, Rückwärts und Stillstand)

Vielleicht gibt es noch eine ganz andere Lösung für dein Problem.

Autor: Weingut Pfalz (weinbauer)
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geht vermutlich nur über Konstanstromquelle, also
n Transistor, ne z-Diode und diverse Widerstände.
Kniffliger wirds dann aber wenn auf digitale
Anlage umgestellt wird.

Autor: Rocco L. (kaufparkangucker)
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@Schrotty:
Man hat einen Trafo mit 4 Anschlüssen. 2 Anschlüsse sind mit ca 15 oder 
16V Wechselspannung belegt. Mit diesen beiden Anschlüssen betreibt man 
vorallem die Beleuchtung z.B. in den Häusern oder Straßenlaternen.
Außerdem hat man noch 2 Anschlüsse für die Gleichspannung. Diese 
Gleichspannung ist mit einem Drehregler von 0-12V einstellbar. Den 
drehregler selbst kann man von der Nullstellung aus nach links und 
rechts drehen so das man die Gleichspannung umpolen kann. Diese 
gleichspannung legt man an die Schienen der Eisenbahnplatte an und kann 
damit die Lock in ihrer Geschwindigkeit und Fahrtrichtung steuern.

Wenn die Lock also steht liegt kein Strom an den Schienen an. Ich 
benötige also zumindest für das rote LED eine externe Stromversorgung. 
Diese müsste halt nur irgend wie unterbrochen werden wenn Strom in 
Fahrtrichtung anliegt. Statt der roten LED müsste dann halt die grüne 
LED beginnen zu leuchten.


Vielen Dank für das Interesse.

fG Rocco

Autor: Schrotty (Gast)
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Und die LED ist in der Lok oder irgendwo daneben an der Anlage 
angebracht?

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Schrotty schrieb:
> Und die LED ist in der Lok oder irgendwo daneben an der Anlage
> angebracht?

Wohl außerhalb der Lok, in der Anlage.

Ist ein Standardansatz im Modellbahn-Stellpultbau.

Autor: Schrotty (Gast)
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Na wenn das so ist, dann würde ich die LEDs mit der konstanden 
Wechelspannung betreiben und die Fahrspannung nur als "Signal" zum 
Umschalten zwischen den beiden LEDs verwenden.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Genau so (allerdings mit der gleichgerichteten Wechselspannung) macht 
man das ja auch.

Autor: Schrotty (Gast)
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logisch vorher gleichrichten, wollen ja nicht, dass die arme LED wegen 
Überschreitung der Sperrspannung die Flügel streckt ;-)

Autor: Schrotty (Gast)
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Also Rocco, um nochmal auf deine eingangs gestellte Frage 
zurückzukommen, du kannst den Strom durch eine LED über eine 
Konstantstromquelle begrenzen. Wie das geht, steht z.B. hier:
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210253.htm

mit diesem Signal könntest du dann z.B. über einen Optokoppler ein 
kleines Wechselrelais ansteuern, das dir die beiden LEDs umschaltet, die 
mit der gleichgerichteten 16V-Wechselspannung "versorgt" werden.

Autor: Mike J. (emjey)
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@ Rocco L.
Die Infrarot LED leuchtet schon bei 1.0 Volt und ihr maximaler Strom 
läuft bei ca. 1.2V über die Diode.

Wie viel Strom möchtest du über die Diode fließen lassen?
Schau am besten im Datenblatt deines Optokopplers nach, meist sind es 
5mA.
Oder nenne uns die Bezeichnung des Optokopplers.

Die Schaltung im Elektronik-Kompendium ist gut und einfach.

Du brauchst allerdings einen Gleichrichter da du die Spannung mit deinem 
Trafo auch umpolen kannst.

Autor: Jens G. (jensig)
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@ Schrotty (Gast)

> von 0..2V soll DIE LED angehen (es heisst: die LED nicht das LED)

doch ... DAS LichtEmittierendeDing ...

Ansonsten: eine LED fängt nicht von 0V an zu glimmen, sondern sinnvoll 
erst ab der Flußspannung (bzw. knapp darunter). Es ist schließlich eine 
Diode, und keine Glühlampe.
IR mag bei reichlich 1V deutlich "leuchten", Rot bei knapp 2V 
(1,7-1,8V), und die anderen Farben sind dann z.T. deutlich höher.
Ansosnten brauchst Du eine Konstantstromquelle, die bei einer 
Betriebspannung oberhalb der Flußspannung anfängt in Aktion zu treten, 
und er LED einen konstanten Strom liefert (deren konkrete Flußspannung 
ist dann dabei relativ unwichtig, deswegen Konstantstrom, und nicht 
Konstantspannung). Möglichkeiten bezüglich Konstantstromquelle wurden ja 
weiter oben schon genannt.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Rocco,

>Ist der Strom so das die Lock in Richtung des Signals fährt so soll das
>grüne LED des Signals leuchten. Ist die Stromrichtung umgedreht soll das
>rote Signal leuchten. Das rote Signal soll aber auch dann Leuchten wenn
>der Fahrstrom aus ist.

>Wenn ich am Trafo drehe soll die LED im Bereich von 0-2V langsam
>aufglimmen, bis sie bei etwa 2V richtig brennt. Drehe ich dann weiter am
>Trafo bis auf 12V  soll die LED weiterhin brennen - aber eben nicht
>durchbrennen.

>Wenn die Lock also steht liegt kein Strom an den Schienen an. Ich
>benötige also zumindest für das rote LED eine externe Stromversorgung.
>Diese müsste halt nur irgend wie unterbrochen werden wenn Strom in
>Fahrtrichtung anliegt. Statt der roten LED müsste dann halt die grüne
>LED beginnen zu leuchten.

Die Schaltung im Anhang tut ziemlich genau das, was du wolltest. Aber 
ich schäme mich fast dafür, daß sie so aufwendig geworden ist...

Zunächst ist ein Tiefpaßfilter aus 1M und 100n und nötig, um einer 
eventuell pulsierenden Gleichspannung weitgehend den Ripple zu nehmen. 
Zusätzlich begrenzt eine 4,7V Zenerdiode die Eingangsspannung. Der AD822 
ist ein Rail-to-Rail-Opamp, der klaglos am Eingang die negative 
Restspannung der Zenerdiode verkraftet, ohne am Ausgang einen 
Phase-Reversal zu erzeugen.

Der untere Opamp ist als Komparator geschaltet, mit einer 
Schwellspannung von 100mV und einer Hysterse von 50mV. Für 
Fahr-Spannungen am Eingang der Schaltung <50mV geht der Ausgang dieses 
Opamps auf "low" und läßt die rote LED aufleuchten (LED-Strom rund 
10mA). Gleichzeitig erhält der BS170 keine Steuerspannung und bleibt 
ausgeschaltet. Wann immer die rote LED aufleuchtet, bleibt die grüne LED 
also dunkel.

Übersteigt die Fahr-Spannung aber 100mV, geht der Ausgang des OPamp auf 
"high" und die rote LED erlischt. Gleichzeitig schaltet der BS170 durch 
und erlaubt einen Stromfluß durch die grüne LED, der bei 100mV 
Fahr-Spannung aber noch sehr klein ist. Der Strom durch die grüne LED 
ist jetzt rund 100mV / 180R = 0,5mA, wenn man mal den 1k5 Widerstand 
außer Acht läßt. Der ON-Widerstand des BS170 sei hier vernachlässigt.

Der obere OPamp ist als aktive Zenerdiode geschaltet, der die 
Eingangsspannung des rechten OPamp nicht über 2V ansteigen läßt. Diese 
Schaltung ist wesentlich steiler als eine normale Zenerdiode und 
bewirkt, daß die grüne LED bei Fahr-Spannungen über 2V immer gleich hell 
leuchtet.

Steigt als die Fahrspannung also von 100mV aud 2V, glimmt die grüne LED 
langsam auf und erreicht bei 2V ihre Maximal-Helligkeit (LED-Strom rund 
10mA). Über 2V Fahr-Spannung wirkt der rechte OPamp jetzt wie eine 
Konstantstromquelle, da die Eingangsspannung nicht über 2V ansteigen 
kann und genau diese Spannung auch am 180R Widerstand anliegt.

Die 1k5 Widerstand parallel zur grünen LED bewirkt, daß direkt beim 
Umschalten von der roten auf die grüne LED (oder umgekehrt), die grüne 
LED nur sehr schwach leuchtet. Der Strom von 0,5mA verursacht nämlich am 
1k5 Widerstand einen Spannungsabfall von nur 0,75V, zu wenig, um eine 
grüne LED aufleuchten zu lassen. Ist dagegen ein "Überlappen" erwünscht, 
vergrößerst du einfach den 1k5 Widerstand.


Viel einfacher und eleganter geht die ganze Geschichte natürlich mit 
einem Mikrocontroller, wobei du die Fahr-Spannung mit einem ADC mißt und 
die beiden LEDs direkt mit jeweils einem Port-Ausgang treibst. Den 
ersten OPamp kannst du beibehalten, um negative Fahr-Spannungen vom 
ADC-Eingang des Mikrocontrollers fernzuhalten. Auch die Tiefpaßfilterung 
dort ist sinnvoll.

Dann schaust du einfach, ob die Fahrspannung <100mV ist. Ist dem so, 
läßt du die rote LED aufleuchten. Die grüne LED bleibt aus.

Ist die Fahr-Spannung dagegen >100mV, schaltest du die rote LED aus und 
dimmst die grüne LED mit PWM so, daß im Bereich der Fahrspannung 
zwischen 0,1V und 2V die grüne LED langsam aufglimmt.

Ist die Fahr-Spannung >2V, läßt du die grüne LED mit gleichbleibender 
Helligkeit leuchten.

Auch die Hysterese von 50mV kannst du mit dem Mikrocontroller 
nachbilden: Also, die grüne LED wird erst wieder aus- und die rote 
angeschaltet, wenn die Fahrspannung unter 50mV sinkt.

Natürlich mußt du mit den ganzen Parametern ein wenig herumspielen, bis 
alles paßt. Auch hängt die Funktion entscheidend von deinem Trafo ab. 
Wenn dieser beim Umschalten von Vorwärts nach Rückwärts (oder umgekehrt) 
nicht sauber arbeitet, mußt du die Umschaltschwelle eventuell deutlich 
anheben.

Kai Klaas

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Ich sehe gerade, daß 1M in Verbindung mit einer 4V7 Zenerdiode 
vielleicht etwas knapp wird. Also entweder den Tiefpaß auf 100k und 1µ 
umstricken, oder eine höhere Zenerspannung verwenden, beispielsweise 
eine BZX55-6,8V Zenerdiode. Dem AD822 ist das am Eingang egal. Mit dem 
10k Schutzwiderstand verkraftet er locker Eingangsspannungen, die etwas 
gößer sind als seine Versorgungsspannung.

Kai Klaas

Autor: Rocco L. (kaufparkangucker)
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Wow, vielen Dank.

Das sieht echt gut aus. Ich werde das am Wochenende gleich mal alles auf 
dem Experimentierboard zusammenstecken und ausprobieren.

Danke und bis dahin.

Rocco

Autor: Rocco L. (kaufparkangucker)
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Ach so, welchen Typ OPAMP kann ich denn für die beiden nehmen die nicht 
AD822 sind?

Ist z.B ein LM358 ok?

Danke Rocco

Autor: BMK (Gast)
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Nimm wenigstens einen R2R OpAmp, z.B. TS912
Ist zwar weniger gut als der AD822, kostet
aber auch deutlich weniger.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Rocco,

>Ach so, welchen Typ OPAMP kann ich denn für die beiden nehmen die nicht
>AD822 sind?

Das sind zwei AD822, die jeweils zwei OPamps enthalten. Du solltest hier 
unbedingt den AD822 verwenden, weil dieser auf jeden Fall keinen 
Phase-Reversal zeigt. Ob der TS912 dafür eingesetzt werden kann, weiß 
ich nicht. Im Datenblatt finden sich leider keine Angaben zu dem 
Phase-Reversal.

Außerdem mußt du bedenken, daß die OPamps, die eine LED treiben, einen 
kräftigen Rail-to-Rail Ausgang brauchen, sonst stimmen die Helligkeiten 
nicht. Dort könnte eventuell ein TS912 eingesetzt werden.

Ich würde für alle OPamps einfach den AD822 verwenden.

Kai Klaas

Autor: yalu (Gast)
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Das Schematic Diagram im Datenblatt des TS912 sieht in meinen Augen
nicht nach Phase-Reversal aus. Er hat keine BJTs oder JFETs an den
Eingängen, deren BC-, GS- oder GD-Dioden bei Verlassen des Common-Mode
leitend werden könnten. Das alleine ist natürlich noch keine Garantie,
denn das Phase-Reversal könnte auch im Inneren der Schaltung verursacht
werden. Dann wäre es allerding sehr unwahrscheinlich, dass es über den
gesamten Temperaturbereich hinweg gerade in dem schmalen Eingangsspan-
nungsbereich zwischen VCC- und (VCC-)-0,5V (Schutzdiode) oder zwischen
VCC+ und (VCC+)+0,5V einsetzt, und nur in diesen Bereichen wäre es lt.
Datenblatt sowohl möglich als auch störend.

Wenn Interesse besteht, kann ich das nachher aber gerne einmal nachprü-
fen (ich meine, ich hätte das sogar schon einmal getan): Ich würde dazu
bei 5V Versorgungsspannung an die beiden Eingänge über einen Vorwider-
stand jeweils -1V, +6V und +13V anlegen (also 9 Kombinationen) und
schauen was am Ausgang passiert. Das ist zwar immer noch keine Garantie,
aber für Hobby und Einzelstück IMHO ausreichend.

Hier hat es schon einer ausprobiert und war offensichtlich zufrieden:

  http://www.oliverbetz.de/rropv.htm

Interessanterweise hat er auch den AD822 getestet und herausgefunden,
dass dieser bei positiven Überspannungen sehr wohl Phase-Reversal zeigt,
was evtl. in diesem Zusammenhang hier beachtet werden sollte:

> Ich sehe gerade, daß 1M in Verbindung mit einer 4V7 Zenerdiode
> vielleicht etwas knapp wird. Also entweder den Tiefpaß auf 100k und 1µ
> umstricken, oder eine höhere Zenerspannung verwenden, beispielsweise
> eine BZX55-6,8V Zenerdiode. Dem AD822 ist das am Eingang egal.

Einen AD822 zum Testen habe ich leider nicht da.

Den TS912 gibt es übrigens auch in vierfach und heißt dann TS914, dann
wird nur 1 IC benötigt.

Vom LM358 und LM324 würde ich auch abraten. Diese OpAmps haben nachge-
wiesenermaßen Phase Reversal, und weil die Ausgangsspannung die 5V bei
Weitem nicht erreicht, könnte es Probleme bei der Ansteuerung des
Mosfets und der grünen LED geben.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Yalu,

>Interessanterweise hat er auch den AD822 getestet und herausgefunden,
>dass dieser bei positiven Überspannungen sehr wohl Phase-Reversal
>zeigt,...

Dem Datenblatt zufolge schafft der AD822 das auch nur mit zusätzlichem 
Schutzwiderstand. Im Link steht leider nicht, wie Oliver den Phase- 
Reversal provoziert hat, aber ich denke, daß er den Widerstand wohl 
weggelassen hat.

Kai Klaas

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Yalu,

>Das Schematic Diagram im Datenblatt des TS912 sieht in meinen Augen
>nicht nach Phase-Reversal aus. Er hat keine BJTs oder JFETs an den
>Eingängen, deren BC-, GS- oder GD-Dioden bei Verlassen des Common-Mode
>leitend werden könnten. Das alleine ist natürlich noch keine Garantie,
>denn das Phase-Reversal könnte auch im Inneren der Schaltung verursacht
>werden.

Vorsicht, auch CMOS-OPamps kann ein Phase-Reversal unterlaufen! Im 
Anhang ist das mit TINA simulierte Verhalten für einen TLC271, einen 
TLC2201 und einen OPA340 gezeigt.

Kai Klaas

Autor: Rocco L. (kaufparkangucker)
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Hallo,

ich habe gestern mal das anzusteuernde Eisenbahnsignal gesehen. Leider 
habe ich es mir vorher nicht schon mal angesehen - sonst wäre mir 
aufgefallen das die beiden LED eine gemeinsamme Masse haben. >|-|<
Ich wusste bis dahin nur das zwei LED's in dem Signal verbaut sind.

@Kai: Kannst du mir noch einmal helfen Deine Schaltung an diesen Umstand 
anzupassen?
Danke für dein Verständniss ;-)

Ich habe mir mal die Bilder von dem Phase reversal angesehen und 
versucht si zu vertehen - aber leider kapier ich nicht was Phase 
Reversal bedeutet.

fG Rocco

Autor: yalu (Gast)
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Hallo Kai,

> Dem Datenblatt zufolge schafft der AD822 das auch nur mit zusätzlichem
> Schutzwiderstand. Im Link steht leider nicht, wie Oliver den Phase-
> Reversal provoziert hat, aber ich denke, daß er den Widerstand wohl
> weggelassen hat.

Das könnte natürlich sein. Leider gibt es bei AD meistens keine Bildchen
mit dem internen Aufbau der OpAmps, wo man solche Dinge oft auch ohne
einen Test sehen kann.

> Vorsicht, auch CMOS-OPamps kann ein Phase-Reversal unterlaufen!

Dessen bin ich mir schon bewusst. Aber speziell bei einem Mosfet-RR-
OpAmp mit Schutzdioden an den Eingängen ist es fast unmöglich, ihn so
schlecht zu konstruieren, dass das PR entsteht.

Wie ich schon oben schrieb: Dass das PR genau eine Diodenspannung unter-
bzw. oberhalb der Versorgung einsetzt, geht eigentlich nur mit BJTs oder
JFETs an den Eingängen. Wenn das PR nicht von den Eingängen verursacht
wird, ist der Spannungswert, an dem es einsetzt, aber nicht mehr so
genau definiert, da er dann u.a. von toleranzbehafteten und temperatur-
abhängigen Parametern der Eingangsmosfets abhängt. Damit der OpAmp
trotzdem sicher funktioniert, wird der Hersteller dafür sorgen, dass die
PR-Spannungsgrenze bei einem RR-OpAmp deutlich außerhalb des Eingangs-
spannungsbereichs und damit auch deutlich außerhalb der Versorgungsspan-
nung liegt. Deutlich heißt z.B. 1V oder mehr. Damit liegt die Spannungs-
grenze aber in dem Bereich, wo die Schutzdioden aktiv werden, und kann
somit von der Eingangsspannung gar nicht erreicht werden. Damit ist
eine theoretische PR-Anfälligkeit von außen überhaupt nicht erkennbar
und stört deswegen auch nicht.

Da aber nicht alle Mosfet-OpAmps RR sind und Schutzdioden an den Eingän-
gen haben, kann ich mir durchaus vorstellen, dass es einige von ihnen
auch PR aufweisen. Kennen tue ich allerdings keinen einzigen. Vielleicht
hat jemand von euch ein Beispiel.

Vielleicht diese hier?

> Im Anhang ist das mit TINA simulierte Verhalten für einen TLC271,
> einen TLC2201 und einen OPA340 gezeigt.

Vom TLC271 und TLC2201 hätte ich nicht erwartet, dass die PR haben,
zumindest nicht bei Spannungen unterhalb des erlaubten Bereichs, da dort
für beide Bauteile das oben Geschriebene gilt und auch die Schematics in
den Datenblättern nicht PR-verdächtig aussehen. Für Spannungen oberhalb
wäre PR prinzipiell möglich, weil der Eingangsspannungsbereich nicht bis
an die Rail reicht und (zumindest beim TLC271) für positive Überspannun-
gen auch keine Schutzdiode vorhanden ist.

Um das zu klären, habe ich einen TLC272 mit der Schaltung aus deiner
Simulation in Realität getestet. Ergebnis: Selbst bei einer Eingangs-
spannung von -10V bleibt der Ausgang brav auf 0V. Positve Überspannungen
habe ich wegen der fehlenden Schutzdiode nicht gewagt zu testen.

Liegt der Fehler also vielleicht in der Simulation? Wenn man sich dort
bei -10V die Eingangsspannung direkt am OpAmp-Eingang anschaut, ist
diese etwa -4V. Das kann eigentlich nicht sein, da sie von der Schutz-
diode auf -0,7V begrenzt werden müsste. Wenn die Schutzdiode im Spice-
Modell fehlt, müsste die Spannung -10V sein, da der Eingang hochohmig
ist. -4V sind aber auf jeden Fall seltsam.

Es sieht so aus, als ob Eingangsspannungen außerhalb es offiziellen
Eingangsspannungsbereichs vom Spice-Modell nicht richtig behandelt
werden. Wenn man das TLC272- mit dem TL072-Modell (JFET-OpAmp mit PR
bei Unterspannungen) vergleicht, sieht man auch, warum: Obwohl die
beiden OpAmps intern völlig unterschiedlich aufgebaut sind, sind ihre
Modelle (einschließlich der internen Knotennamen) praktisch gleich. Sie
unterscheiden sich lediglich in ein paar Parametern. Da das Modell bei
Spannungen unterhalb des Eingangsspannungsbereichs ein PR vorsieht (was
für den TL072 auch völlig richtig ist), ist dieses eben auch beim TLC272
vorhanden.

Für den TLC2201 gilt das gleiche. Ich bin deshalb fast sicher, dass auch
er kein PR aufweist, auch wenn ich gerade kein Exemplar zum Testen habe.


Aber jetzt steht ja erst einmal das Redesign der LED-Schaltung an ;-)


Rocco L. schrieb:
> Ich habe mir mal die Bilder von dem Phase reversal angesehen und
> versucht si zu vertehen - aber leider kapier ich nicht was Phase
> Reversal bedeutet.

Phase-Reversal (Phasenumkehr) ist die unerwünschte Eigenschaft vieler
OpAmps, beim geringfügigen Über- oder Unterschreiten der Eingangsspan-
nungsgrenzen die Ausgangsspannung plötzlich von der negativen zur
positiven Grenze springen zu lassen (bzw. umgekehrt), anstatt sie
einfach nur zu begrenzen. Hier kannst du mehr darüber nachlesen:

  http://www.planetanalog.com/showArticle.jhtml?arti...

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Yalu,

ich habe mir jetzt auch mal die Mühe gemacht und das konkret 
nachgemessen. Einen TLC277 von TI habe ich mit +5V versorgt und als 
Spannungsfolger verdrahtet. Am "+" Eingang habe ich dann jeweils +/-15V 
angelegt, mit einem unterschiedlichen Widerstand in Serie. Also 
praktisch so wie in der Simulation.

Sogar bis 1k herunter gab es am Ausgang keinen Phase-Reversal! 
Allerdings wurde die Ausgangsspannung teilweise leicht negativ (-20mV).

An den Eingängen des TLC277 gibt es offenbar Schutzschaltungen. Dies ist 
für negative Eingangsspannungen wohl ein harter pn-Übergang, denn sogar 
bei rund 15mA Eingangsstrom (aus dem Chip heraus) wird die Spannung auf 
rund -0,9V geklemmt.

Zum Vdd-Anschluß hin wird aber nur wachsweich geklemmt! Bei 4mA 
Eingangsstrom (in den Chip hinein) klettert die Eingangsspannung bis auf 
+11V hoch!

Was das Resultat der Simulation angeht, hattest du also völlig Recht! 
Sogar das Macromodell in der TINA-Simulation von TI taugt nichts, wenn 
es darum geht, herauszufinden, was ein solcher Chip in Grenzsituationen 
anstellt.

Auch auf die Gefahr hin jetzt rechthaberisch zu klingen, ich erinnere 
mich daran, vor etlichen Jahren einmal bei einigen TLC27L2 
Phase-Reversal festgestellt zu haben. Allerdings haben wir das damals so 
nicht genannt, sondern wir nahmen an, daß diese Chips durch ESD 
geschädigt wurden, weil wir keine andere Erklärung dafür fanden.

Vielleicht hat man dieses Problem ja heute in den Griff bekommen? Diese 
Chips haben ja etliche Revisionen hinter sich.

Eigentlich wollte ich auch den AD822 durchmessen, habe aber gerade 
keinen hier. Vielleicht kann das ja jemand anderer hier mal durchmessen?

Kai Klaas

Autor: Funkenschlosser Kurzschluss (goalgetter)
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Welches system nutzen wir hier eigentlich?
Je nach system wirds scwer oder einfach...


mfg

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Wie meinen?

Autor: Funkenschlosser Kurzschluss (goalgetter)
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Ob wir ein zweiöleiter system haben wo nur die beiden schienen unter 
spannung stehn oder ein dreileiter system wo die äusseren schienen die 
masse bilden un der mittelkontakt den spannungsführenden
umgeschaltet wird bei einem solchen system meist mit einen 24V signal 
über einen umschalter in der lok.

Autor: yalu (Gast)
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Rocco L. schrieb:
> ich habe gestern mal das anzusteuernde Eisenbahnsignal gesehen. Leider
> habe ich es mir vorher nicht schon mal angesehen - sonst wäre mir
> aufgefallen das die beiden LED eine gemeinsamme Masse haben. >|-|<
> Ich wusste bis dahin nur das zwei LED's in dem Signal verbaut sind.

Kann man die gemeinsame Masseleitung nicht irgendwie auftrennen? Dann
könntest du Kais Schaltung unverändert übernehmen. Oder möchtest du an
dem Signal nicht herumbasteln?

In diesem Zusammenhang wäre es auch noch interessant zu wissen, ob an
den LEDs nicht schon Vorwiderstände angebracht sind, die bei der
Auslegung der Schaltung zu berücksichtigen wären. Die Vorwiderstände
könnten evtl. auch in die LEDs integriert sein, so dass man sie nur
durch Nachmessen erkennen kann.

> Wenn ich am Trafo drehe soll die LED im Bereich von 0-2V langsam
> aufglimmen, bis sie bei etwa 2V richtig brennt.

Nur so aus Interesse: Warum soll eigentlich die grüne LED langsam
aufglimmen? Ist das bei echten Bahnsignalen auch so? Bei Ampeln im
Straßenverkehr sind ja die einzelnen Lampen entweder an oder aus, da
gibt es keine Zwischenwerte.


Funkenschlosser Kurzschluss schrieb:
> Welches system nutzen wir hier eigentlich?
> Je nach system wirds scwer oder einfach...

Ich habe von Modellbahnen nicht viel Ahnung, aber was Rocco weiter oben
schrieb, hört sich doch nach Zweileitersystem an:

> Außerdem hat man noch 2 Anschlüsse für die Gleichspannung. Diese
> Gleichspannung ist mit einem Drehregler von 0-12V einstellbar. Den
> drehregler selbst kann man von der Nullstellung aus nach links und
> rechts drehen so das man die Gleichspannung umpolen kann. Diese
> gleichspannung legt man an die Schienen der Eisenbahnplatte an und kann
> damit die Lock in ihrer Geschwindigkeit und Fahrtrichtung steuern.


Kai Klaas schrieb:
> Zum Vdd-Anschluß hin wird aber nur wachsweich geklemmt! Bei 4mA
> Eingangsstrom (in den Chip hinein) klettert die Eingangsspannung bis auf
> +11V hoch!

Das ist interessant. Positive Überspannungen habe ich nicht getestet, da
ich mit dem Diodentester keine Schutzdiode feststellen konnte und meinen
einzigen TLC272 nicht zerstören wollte (lt. Datenblatt sind maximal VDD
an den Eingängen erlaubt).

> Sogar das Macromodell in der TINA-Simulation von TI taugt nichts, wenn
> es darum geht, herauszufinden, was ein solcher Chip in Grenzsituationen
> anstellt.

Das ist wahrscheinlich das gleiche, das ich auch verwendet habe. Ich
habe es von der TI-Webseite heruntergeladen.

Autor: Funkenschlosser Kurzschluss (goalgetter)
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Dieses Umschalten per Umschalter welche in den loks verbaut sind kenne 
ich von trix und märklin. ansonsten kenne ich keien anderen fahrzeuge. 
die meisten fahrzeuge schalten nur mit einem impuls es gibt aber 
fahrzeuge( älter als meine wenigkeit) die benötigen 2 impulse!!! ich 
nenne mal als beispiel die analoge maschine der baureihe 24 oder auch 
steppenpferd genannt. denkt bitte auch dran dass es eventuell nicht 
sinnvoll ist abblockkondensatoren auf der wechselspannungseite zu 
verbauen aufgrund der bildung von schwingkreisen. habe ich selbst die 
tage festgestellt!

stromaufnahme beleuchtete magnetartikel am gleiskörper ohne fahrzeuge: 
1.12 Ampere!

Stromaufnahme mit 3 fahrzeugen und 2 beleuchten wagen sowie die bereits 
genannten magnetartikel: 0,56Ampere

da zum beispiel in dem fahrzeugen kondensatoren verbaut sind.

es kann auch zu extremer funkstörung dadurch kommen.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Rocco,

>ich habe gestern mal das anzusteuernde Eisenbahnsignal gesehen. Leider
>habe ich es mir vorher nicht schon mal angesehen - sonst wäre mir
>aufgefallen das die beiden LED eine gemeinsamme Masse haben.

Dann könntest du das so wie im Anhang machen.

Kai Klaas

Autor: Rocco L. (kaufparkangucker)
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Hallo,

@Kai:  erst einmal vielen Dank für deine Hilfe. Ich werde diese 
Schaltung so schnell wie möglich Nachbauen und malde mich dann ob es 
geklappt hat.

@Yalu: das Signal kann ich nicht dahingehend manipulieren das ich die 
Masseleitungen auftrenne, dazu müsste ich das Signal zerstören. 
Vorwiederstände sind zwar an den LED aber unten am Anschlusskabel, so 
das ich diese einfach abschneide.

Eigentlich hast Du recht, die grüne LED soll gar nicht aufglimmen bis 
sie bei 2V leuchtet sondern an gehen wenn die rote aus geht - das habe 
ich ganz schön schlecht beschrieben - ich hoffe ich bekomme einen 
Anfängerbonus.

Ja es ist ein 2 Leiter System. Also eine Schiene hat eine positive 
Spannung und die Andere eine Negative. Mit dem Trafo kann man diese 
Spannung regulieren und verpolen (wenn man Rückwärts fahren will).


Ansonsten will ich mich bei allen bedanken die sich so viel Mühe mit mir 
gegeben haben.

fG Rocco

Autor: yalu (Gast)
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Rocco L. schrieb:
> Eigentlich hast Du recht, die grüne LED soll gar nicht aufglimmen bis
> sie bei 2V leuchtet sondern an gehen wenn die rote aus geht - das habe
> ich ganz schön schlecht beschrieben - ich hoffe ich bekomme einen
> Anfängerbonus.

Hab' ich's mir halb gedacht :)
Das macht die Sache nämlich um den Faktor 3 bis 4 einfacher:

Du nimmst die Eingangsschaltung von Kai (bis zum ersten OpAmp), schal-
test diesen OpAmp aber als nichtinvertierenden Schmitt-Trigger (so wie
der untere OpAmp in Kais erster Schaltung), hängst einen NPN-Transistor
an den Ausgang, der als Schalter die Schaltung von Andrew im anderen
Thread betätigt:

  Beitrag "Re: Anfängerfrage: An und Aus mit 2 LED dedektieren"

Da die LEDs gemeinsame eine Kathode haben, musst du Andrews Vorschlag
anderherum aufbauen. Der OpAmp muss nun auch nicht mehr Rail-to-Rail
sein, ein Single-Supply tut es auch.

Das war jetzt ein Schnellschuss ohne Funktionsgarantie. Wenn es bis
heute Abend kein anderer getan hat, werde ich die Idee zu Ende denken
und einen Schaltplan posten.

Autor: yalu (Gast)
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Nachtrag: Statt dem OpAmp kann man evtl. auch einen Komparator mit
OC-Ausgang verwursteln und damit auch den NPN-Transistor sparen.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Yalu,

>Das ist interessant. Positive Überspannungen habe ich nicht getestet, da
>ich mit dem Diodentester keine Schutzdiode feststellen konnte und meinen
>einzigen TLC272 nicht zerstören wollte (lt. Datenblatt sind maximal VDD
>an den Eingängen erlaubt).

Das Linke an der ganzen Sache ist, daß im Datenblatt der Eindruck 
erweckt wird, daß dort eine Schutzdiode vorhanden ist! Erst schreiben 
sie nämlich, daß sich an den Eingängen Schutzdioden befinden und daß man 
diese nicht in Durchlaßrichtung biasen soll. Und dann steht, daß die 
Eingangsgspanung die Rails um nicht mehr als 0,3V übersteigen darf. Also 
denkt doch jeder, daß da Dioden zu den Rails geschaltet sind.

>Das war jetzt ein Schnellschuss ohne Funktionsgarantie. Wenn es bis
>heute Abend kein anderer getan hat, werde ich die Idee zu Ende denken
>und einen Schaltplan posten.

Ich warte gespannnt...


@Rocco

>Ansonsten will ich mich bei allen bedanken die sich so viel Mühe mit mir
>gegeben haben.

Wieso Mühe? Hat doch Spaß gemacht...


Kai Klaas

Autor: yalu (Gast)
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Hallo Rocco und Kai,

wie versprochen kommt hier mein Schaltungsvorschlag. Das Ganze besteht
jetzt aus der Tiefpassfilterung wie bei Kais Schaltung, einem invertie-
renden Schmitt-Trigger und zwei Treiberstufen für die LED-Ansteuerung.

Die Z-Diode am Eingang zur Spannungsbegrennzung habe ich frecherweise
und in vollsten Vertrauen in die Schutzdioden des TS912 weggelassen. Der
Schmitt-Trigger schaltet bei etwa +0,4V von rot nach grün und bei +0,2V
wieder zurück.

Die LEDs werden jeweils mit knapp 10mA betrieben. Da die 10mA den Aus-
gangspegel des TS512 und damit auch die Schaltschwellen des Schmitt-
Triggers merklich verändern, habe ich für beide LEDs einen Treibertran-
sistor vorgesehen, obwohl man die rote prinzipiell direkt an den OpAmp-
Ausgang schalten könnte. Der durch die Transistoren gelieferte Strom
reicht locker aus, um parallel zu den LEDs zwei oder drei weitere (mit
eigenem Vorwiderstand) zu schalten. Damit kann bspw. zusätzlich das
Signal für die Gegenrichtung angeschlossen werden, was immer dann rot
anzeigt, wenn das erste Signal grün hat und umgekehrt.

Mit dem ungenutzten OpAmp im TS912 kann noch eine zweite Signalsteue-
rung, die unabhängig von der ersten arbeitet, aufgebaut werden.

Das Ganze läuft, wie auch Kais Schaltung, an 5V. Ich habe sie eben mal
zusammengesteckt, und sie scheint tatsächlich zu funktionieren :)


Kai schrieb:
> Ich warte gespannnt...

Naja, ohne das Glimm-Feature ist die Sache nur noch halb so spannend.
Deine Schaltung mit der Stromregelung und -begrenzung war aufregender :)

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Yalu,

>Die Z-Diode am Eingang zur Spannungsbegrennzung habe ich frecherweise
>und in vollsten Vertrauen in die Schutzdioden des TS912 weggelassen.

Mutig, mutig...

>Der Schmitt-Trigger schaltet bei etwa +0,4V von rot nach grün und bei
>+0,2V wieder zurück.

Interessant: Ich sehe, du hast die Schaltschwelle und die Hysterese noch 
etwas vergrößert. Das ist sicher sinnvoll, da der Trafo wahrscheinlich 
nicht ultrastabil arbeitet und im Umschaltpunkt der Schaltung durchaus 
ein bißchen hin- und herspringen könnte, was sich in nervigem Geflacker 
äußern würde.

Ich hatte einfach die Befürchtung, daß seine Lock beim Hochdrehen der 
Fahrspannung vielleicht schon brummt, obwohl noch die rote LED leuchtet. 
Ich muß zugeben, daß meine Modell-Eisenbahn-Tage schon etwas 
zurückliegen. Deswegen kann ich das schlecht einschätzen. Mit deiner 
größeren Schaltschwelle und Hysterese arbeitet die Schaltung auf jeden 
Fall stabiler!

>Naja, ohne das Glimm-Feature ist die Sache nur noch halb so spannend.
>Deine Schaltung mit der Stromregelung und -begrenzung war aufregender :)

Ich finde es immer wieder interessant, wie aufwändig schnell eine 
analoge Lösung wird, wenn man ein paar simple Sonderwünsche hat.

Kai Klaas

Autor: yalu (Gast)
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Hallo Kai,

> Interessant: Ich sehe, du hast die Schaltschwelle und die Hysterese
> noch etwas vergrößert.

Da steckt keine intensive Überlegung dahinter. Ich dachte nur, dass die
Lok bei 0,5V wohl noch nicht losfahren wird und habe die obere Schwelle
deswegen auf gut Glück auf 0,4V gesetzt. Die untere Schwelle habe ich
auf 0,2V angehoben, weil ich keine Ahnung habe, wie genau man am Trafo
den Nullpunkt einstellen kann, ob man vielleicht mit Potentialverschie-
bungen durch lange Masseleitungen rechnen muss usw.

Aber man kann die Widerstände ja jederzeit anpassen, wenn die Schalt-
schwellen ungünstig sind.

> Ich hatte einfach die Befürchtung, daß seine Lock beim Hochdrehen der
> Fahrspannung vielleicht schon brummt, obwohl noch die rote LED leuchtet.

Das Brummen ist natürlich auch ein Argument. Aber da kann Rocco ja noch
ein wenig experimentieren.

Aber apropos Masse: Ich weiß überhaupt nicht, wie so ein Modellbahntrafo
aufgebaut ist. Gibt es bei der Fahrspannung überhaupt eine definierte
Masse und wenn ja, wo liegt diese? Ist es eine der beiden Leitungen,
gegenüber der die Spannung auf der anderen Leitung zwischen -12V un +12V
variiert? Oder liegt sie in der Mitte der beiden, so dass die eine
Leitung zwischen -6V und +6V variiert und die andere die dazu inverse
Spannung hat? Oder ist die Fahrspannung von der restlichen Elektrik
galvanisch getrennt, so dass man das Massepotential hinlegen kann, wo
man will? Oder hat die Masse gar, ähnlich wie bei einem H-Brückentreiber
einen krummen, nicht vorhersehbaren Bezug zu den beiden Leitungen, so
dass man am Eingang der Signalschaltung die eigentlich Differenz der
beiden Spannungen ermitteln müsste? Irgendwie muss man ja die Fahrspan-
nung mit der 5V-Versorgung der Elektronik verheiraten.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Yalu,

>Aber apropos Masse: Ich weiß überhaupt nicht, wie so ein Modellbahntrafo
>aufgebaut ist. Gibt es bei der Fahrspannung überhaupt eine definierte
>Masse und wenn ja, wo liegt diese?

Schau mal hier:

http://www.fremo-hemsbach.de/Mc_trafo_gleich_01.htm

Aber keine Ahnung, ob das heute noch aktuell ist...


Kai Klaas

Autor: Rocco L. (kaufparkangucker)
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Hallo,

@Yalu, der Trafo hat keine echte Masse im eigentlichen Sinn. Die beiden 
Anschlüsse werden jeweils umgepolt wenn man den Trafo verdreht. So das 
einmal der rechte und einmal der linke Anschluss als Masse in 
Erscheinung tritt.

Werda am WE mal versuchen alles zusammenzustecken.



fG Rocco

Autor: Funkenschlosser Kurzschluss (goalgetter)
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Also das ist der prinzipielle Aufbeu eines Trix-Trafos. Märklin -Trafos 
sehn wieder ganz anders aus:

Eine Wicklung mit Bimettalschutz dazu eine weiter wicklung bei welcher 
die Spannung variert werden kann und zu dieser wicklung dazu noch eine 
weitere für den 24V-Impuls. Und das schön aufeinander gewickelt. die 
230V im Kern die Niederspannungsseite obendrauf. Die Signale Bekommen 
normalerweise bei 2Leiter Masse und 14V Extra zugeführt sowie 
2schaltdrähte gegen masse zum umschalten der zustände zwischen Hp0 und 
Hp2.

Autor: Marcus W (Gast)
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Funkenschlosser Kurzschluss schrieb:
> nicht
> sinnvoll ist abblockkondensatoren auf der wechselspannungseite zu
> verbauen aufgrund der bildung von schwingkreisen.

Seit wann fügt man auf AC-Seite Abblockkondensatoren ein?
Das ist doch sinnlose Energieverschwendung oder steh ich grad aufm 
Schlauch?

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