Nachdem ich nun jahrelang Mirocontroller programmiert habe, will ich mal ein wenig Elekktronik ohne Programmspeicher entwickeln. Ein sehr interessantes Bauteil ist der Schmitt-Trigger Inverter. Damit lassen sich sehr viele Schaltungen realisieren, die vor allen Dingen einen großen Vorteil haben: extrem niedriger Stromverbrauch. Als erstes habe ich mit einen einfachen Tongenerator angefangen. http://www.hobby-roboter.de/forum/viewtopic.php?f=5&t=150 Das Interessante: Man kann mit einer LtSpice-Simulation direkt einen Ton berechnen lassen. Was ich herausgefunden habe: Die im Datenblatt für den CD40106 als typisch angegebenen Triggerlevel sind bei meine Bauteilen nicht gegeben. Ich habe mal von Hand nachgemssen und die Schwellen in die Simulation eingebaut, so dass die simulierte Tonhöhe einigermaßen zu der gemessenen passt. Vt=2.7 Vh=0.4
Sehr schön - weitermachen ! Basteln, rumspielen, lernen ist nie verkehrt.
Beim 74HC14 weichen sogar die einzelnen Triggerlevel der 6 Inverter auf dem gleichen Chip relativ stark voneinander ab.
dieses Phänomen wird besonders deutlich und hässlich , wenn die Schaltung auf diese Level konzipiert ist. Ich hatte ein Problem mit einem Bissanzeiger, welcher sein Verhalten nach Ersatz eins solchen Bauteils etwas änderte. Die Lösung: JEDER Hersteller hat eigene Werte für die Schaltschwellen. Bei mir war original ein Philips CD 40xx verbaut und einer vom anderen Herrsteller funzte nicht so wie er sollte. Erst der Ersatz durch einen Philips CD brachte das gewünschte Ergebnis. Das Datenblatt vom Hersteller des eingesetzten IC benutzen. Nicht von einem anderen 40xx
Das ist interessant. Ich habe jetzt 3 CD40106 verwendet. Dort waren die Triggerlevel ziemlich ähnlich ( zumindest kommen ähnliche Zeite raus ). Der verwendete Typ: HEF40106BP von NXP.
Kleine Korrektur zu obigem Text: Es ist der HEF40106 und nicht der CD40106 Aus dem Datenblatt: VT+=3.0V VT-=2.2V VH=0.8V In Spice habe ich folgende Daten aus den Messungen am Bauteil eingetragen: Vt=2.7 Vh=0.4 ( Vt ist hier die Mittenspannung und Vh die halbe Hysterese, das kann man leicht falsch machen.) Damit ergibt sich aus den Messungen VT+=3.1V VT-=2.3V Ich schreibe das alles hin, falls ich Fehler mache, es jemand merken kann.
chris_ schrieb: > Was ich herausgefunden habe: Die im Datenblatt für den CD40106 als > typisch angegebenen Triggerlevel sind bei meine Bauteilen nicht gegeben. Kein Wunder. Das sind keine Präzisionsbauelemente. Folgerichtig ist im Datenblatt auch nur ein typischer Wert für die Schaltschwellen angegeben. Bessere Datenblätter zeigen zusätzlich noch die Toleranzbänder. Ich hänge mal einen Screenshot aus dem (Fairchild-) Datenblatt des CD4093 an. XL
Axel Schwenke schrieb: > Ich hänge mal einen Screenshot aus dem (Fairchild-) > Datenblatt des CD4093 an. Ach guck mal, ich habe ja auch ein Diagramm für den 40106B. Ebenfalls Fairchild. XL
>Kein Wunder. Das sind keine Präzisionsbauelemente. Folgerichtig ist im >Datenblatt auch nur ein typischer Wert für die Schaltschwellen >angegeben. Ja, das habe ich auch schon bemerkt. Deshalb habe ich mir mal die NE555 angeschaut. Obwohl es ein Timer-IC ist, von dem man ein einigermaßen exaktes Timing erwarten würde, sind die Schaltschwellen auch extrem variabel. >Bessere Datenblätter zeigen zusätzlich noch die >Toleranzbänder. Ich hänge mal einen Screenshot aus dem (Fairchild-) >Datenblatt des CD4093 an. Toleranzbänder haben die im NXP-Datenblatt gar nicht angegeben.
chris_ schrieb: > Ein sehr interessantes Bauteil ist der Schmitt-Trigger Inverter. Damit > lassen sich sehr viele Schaltungen realisieren, die vor allen Dingen > einen großen Vorteil haben: extrem niedriger Stromverbrauch. Das stimmt nicht. Den niedrigen Stromverbrauch gibt es nur, wenn die Eingangspegel auch ganz dicht an Gnd oder Vcc sind, nicht aber im Übergangsbereich. Und da bei der Anwendung als Relaxationsoszillator der Eingangspegel zwischen den Schaltschwellen pendelt, ist die Stromaufnahme besonders groß. Selbst die vergleichsweise hochohmige HEF-Reihe liegt da schon im mA-Bereich.
>Das stimmt nicht. Den niedrigen Stromverbrauch gibt es nur, wenn die >Eingangspegel auch ganz dicht an Gnd oder Vcc sind, nicht aber im >Übergangsbereich. Aha, das wusste ich auch nicht. Ich habe den Schmitt-Trigger Oszillator aus obigem Link mit einer 3x2cm Solarzelle, die maximal 3V bringt in Betrieb. Am Oszillator hängt ein Piezo-Lautsprecher. Ich muss die Solarzelle gut abdecken, weil die Schaltung sonst bei geringstem Lichteinfall den Ton erzeugt ( was ein wenig nervt ). Ich schätze, der Strom liegt im uA Bereich. Die Schaltung ist allerdings mit einem MM74HC14 aufgebaut. Ich habe noch einen Sensor On/Off Switch http://www.hobby-roboter.de/forum/viewtopic.php?f=5&t=150&p=581#p581 um den Ton umzuschalten.
Hier ein Beispiel für ein Solar-Sound-Modul: http://www.cla.purdue.edu/vpa/etb/resources/solar_sound_module.pdf
chris_ schrieb: >>Kein Wunder. Das sind keine Präzisionsbauelemente. > Ja, das habe ich auch schon bemerkt. Deshalb habe ich mir mal die NE555 > angeschaut. Obwohl es ein Timer-IC ist, von dem man ein einigermaßen > exaktes Timing erwarten würde, sind die Schaltschwellen auch extrem > variabel. In der Praxis ist ein 555 doch deutlich datenhaltiger als ein CMOS- Schmitt-Trigger. Die Schaltschwellen liegen ziemlich genau bei 1/3 und 2/3 der Betriebsspannung. Widerstandsverhältnisse lassen sich in IC auch sehr genau einhalten (im Gegensatz zu absoluten Widerstandswerten). Die Abweichungen dürften eher auf Bias-Ströme und Offsetspannungen der Komparatoren zurückzuführen sein. XL
In diesem Zusammenhang auch immer wieder nett: Beitrag "ST ausgenutzt und bis aufs Blut gequält - Wettbewerb"
Falls es für jemanden interessant ist, kann ich ja mal konkret werden. Es sind Bissanzeiger zum Angeln von FOX Micron LXR. Die sind komplett diskret in CMOS Technologie gebaut. Bei einem Biss des Fisches, welcher mir entgegen kommt wird diese fest gestellt und über eine blinkende LED und Sound signalisiert. Bei einem Biss wo sich der Fisch entfernt, leuchtet die LED ständig. Diese LED blinkt dann für 10 oder 20 Sekunden im Takt von evtl. 2Hz. Danach geht sie schlagartig aus. Nach Austausch des Triggers blinkte sie ebenfalls. Aber nicht mit 2 Hz und nach den 10-20 Sekunden wurde sie immer schwächer und langsamer. Bis sie dann mal aus war. Da habe ich die Datenblätter verglichen und woila. Den Trigger habe ich dann durch den Originalen Philips ersetzt und alles war wie früher. Die Ingenieure haben wirklich mit den Schwellen gerechnet. Ich finde das doch eine Art "effizienter" Kopierschutz. Es funktioniert alles, nur nicht so wie es soll. Da muss man erst drauf kommen. Gruß Stephan
chris_ schrieb: > Solarzelle, die maximal 3V bringt Bei 3V oder noch weniger liegt die Eingangsspannung immer in der Nähe von VCC oder GND (der Abstand ist maximal 1,5V). Da stellt sich das Problem des erhöhten Stromverbrauchs um Übergangsbereich nicht so sehr. Wie aus den von Arno geposteten Diagrammen zu erkennen ist, steigt der Stromverbrauch im Übergangsbereich überproportional mit der Versorgungsspannung an und ist bis 5V noch halbwegs akzeptabel, bei 10V und erst recht bei 15V aber schon recht heftig. Wie stark der Stromverbrauch mit der Versorgungsspannung steigt, hängt vor allem von den Parametern der internen Mosfets ab, insbesondere von deren Gate-Threshold-Spannung. Liegt diese höher, sinkt zwar der Stromverbrauch, dafür kann es aber passieren, dass der Baustein bei niedrigen Versorgungsspannungen überhaupt nicht mehr funktioniert. Um nicht so sehr von Exemplarstreuungen abhängig bzu sein, wird man bei einem Serienprodukt wohl eher einen CMOS-555er bzw. 556er einsetzen, der da deutlich definiertere Verhältnisses bietet, selbst dann, wenn man Bausteine unterschiedlicher Hersteller verwendet.
Ich erinner mich grad an eine "Hawaii-5-0-Sirene", das war glaubich das erste, was ich mit einem TTL-Baustein aufgebaut hatte. Da waren 2 gekoppelte Oszillatoren drin, einer mit Ton, der andere mit ca. 1Hz. Läuft mit 2 Schmitt-Triggern.
>In diesem Zusammenhang auch immer wieder nett: > Beitrag "ST ausgenutzt und bis aufs Blut gequält - Wettbewerb" Den Thread habe ich auch verfolgt und fand ihn super. Es fängt ganz langsam an und wird immer besser. Erstaunlich, wie schierig hohe Frequenzen zu handhaben sind und wie es doch geschaft wurde, auf fast 1GHz zu kommen. Ich habe mal die Triggerschwellen für den NE555 angehängt. Wenn ich das so überschlage, sind die auch nur auf etwa +-20% genau. Erstaunlich für einen "präzissions" Timer. Für meine Anwendungen hat der NE555 Nachteile im Vergleich zum Hex-Inverter. 1. ich brauche viele Schmitt Trigger 2. der Preis ist im Vergleich zu den Hex-Invertern hoch 3. hoher Stromverbrauch ( im Vergleich zu den nA bei den Hex-Invertern )
>Ich erinner mich grad an eine "Hawaii-5-0-Sirene", Meinst Du so einen Ton: http://fsb.zedge.net/dl/ringtone/08c2960e07b94e4b181f95fe509e4b11/police_siren.mp3?ref=www&type=mc
>Ich erinner mich grad an eine "Hawaii-5-0-Sirene", das war glaubich das >erste, was ich mit einem TTL-Baustein aufgebaut hatte. Da waren 2 >gekoppelte Oszillatoren drin, einer mit Ton, der andere mit ca. 1Hz. >Läuft mit 2 Schmitt-Triggern. Hier mal eine LtSpice-Sirene. Wer Spaß daran hat, kann es laufen lassen. Die Simulation erzeugt die Sound-Datei. Version 4 SHEET 1 3372 960 WIRE 736 -1296 512 -1296 WIRE 1712 -1296 1488 -1296 WIRE 512 -1280 512 -1296 WIRE 1488 -1280 1488 -1296 WIRE 512 -1184 512 -1200 WIRE 640 -1184 512 -1184 WIRE 736 -1184 736 -1296 WIRE 736 -1184 704 -1184 WIRE 832 -1184 736 -1184 WIRE 992 -1184 912 -1184 WIRE 1088 -1184 992 -1184 WIRE 1264 -1184 1168 -1184 WIRE 1488 -1184 1488 -1200 WIRE 1488 -1184 1328 -1184 WIRE 1616 -1184 1488 -1184 WIRE 1712 -1184 1712 -1296 WIRE 1712 -1184 1680 -1184 WIRE 1872 -1184 1712 -1184 WIRE 512 -1168 512 -1184 WIRE 1488 -1168 1488 -1184 WIRE 992 -1152 992 -1184 WIRE 512 -1056 512 -1104 WIRE 992 -1056 992 -1088 WIRE 1488 -1056 1488 -1104 FLAG 1488 -1056 0 FLAG 1872 -1184 out IOPIN 1872 -1184 Out FLAG 992 -1056 0 FLAG 512 -1056 0 SYMBOL res 1472 -1296 R0 SYMATTR InstName R1 SYMATTR Value 150k SYMBOL cap 1472 -1168 R0 SYMATTR Value2 IC=0 SYMATTR InstName C1 SYMATTR Value 10n SYMBOL Digital\\schmtinv 1616 -1248 R0 WINDOW 3 8 60 Invisible 2 SYMATTR Value Vt=2.7 Vh=0.4 SYMATTR InstName A2 SYMATTR SpiceLine Td=5n Trise=5n Tfall=5n SYMATTR SpiceLine2 Vhigh=5 Vlow=0 Ref=2.5 SYMBOL cap 976 -1152 R0 SYMATTR Value2 IC=2.5 SYMATTR InstName C2 SYMATTR Value 10µ SYMBOL res 1072 -1168 R270 WINDOW 0 32 56 VTop 2 WINDOW 3 0 56 VBottom 2 SYMATTR InstName R2 SYMATTR Value 220k SYMBOL diode 1328 -1200 R90 WINDOW 0 0 32 VBottom 2 WINDOW 3 32 32 VTop 2 SYMATTR InstName D1 SYMBOL res 816 -1168 R270 WINDOW 0 32 56 VTop 2 WINDOW 3 0 56 VBottom 2 SYMATTR InstName R5 SYMATTR Value 22k SYMBOL res 496 -1296 R0 SYMATTR InstName R3 SYMATTR Value 150k SYMBOL cap 496 -1168 R0 SYMATTR Value2 IC=2.5 SYMATTR InstName C3 SYMATTR Value 10µ SYMBOL Digital\\schmtinv 640 -1248 R0 WINDOW 3 8 60 Invisible 2 SYMATTR Value Vt=2.7 Vh=0.4 SYMATTR InstName A1 SYMATTR SpiceLine Td=5n Trise=5n Tfall=5n SYMATTR SpiceLine2 Vhigh=5 Vlow=0 Ref=2.5 TEXT 520 -816 Left 2 !.tran 0 4 0 10u TEXT 528 -896 Left 2 !.wave "wahout3.wav" 16 44100 V(out) TEXT 1032 -1424 Left 5 ;Siren
Hier noch ein spannungsgesteuerter Pulsgenerator für RC-Servos mit nur einem Inverter: http://www.hobby-roboter.de/forum/viewtopic.php?f=5&t=150#p582
Axel Schwenke (a-za-z0-9) >In der Praxis ist ein 555 doch deutlich datenhaltiger als ein CMOS- >Schmitt-Trigger. Die Schaltschwellen liegen ziemlich genau bei 1/3 und >2/3 der Betriebsspannung. Widerstandsverhältnisse lassen sich in IC auch >sehr genau einhalten (im Gegensatz zu absoluten Widerstandswerten). Im Datenblatt ist der NE555 zwar auch nicht so besonders genau mit seinen Schaltschwellen, aber vielleicht haben die Bauteile in der Praxis ja eine viel bessere Tolleranz als die Inverter-Schmitt-Trigger. Beim NE555 vermute ich aber einen wesentliche höheren Leckstrom am Triggereingang als beim CMOS-Inverter. Ich habe testweise einen RS-Flip-Flop mit Haltekapazität gebaut http://hobby-roboter.de/forum/viewtopic.php?f=5&t=150#p581 Dort ist der Leckstrom wohl so gering, dass der Zustand schon mit der 1nF Kapazität lange stabil gehalten wird.
Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.