Problem bei Komparator im Schaltmoment

[Matthias (matthiasm)]

Guten Abend,

mich hält nun schon seit einigen Stunden eine total simple 
Komparatorschaltung auf Trab.

Sinn ist es mit einem LM339 eine externe Spannung mit einer durch eine 
TL431 erzeugte Referenzspannung zu vergleichen und dann zu schalten. 
Dies soll später in ein bestehendes Gerät verbaut werden um mit einem 
analogen Temperaturfühler einen Lüfter zu schalten.

Also erstmal außerhalb des Gerätes die Schaltung aus dem Anhang 
zusammengelötet. Ref. Spannung wird auf 3V eingestellt, die externe 
Spannung wird durch ein Labornetzgerät geliefert und variiert (wie 
später auch der Fühler). Ausgang des LM339 hängt aktuell nur am Oszi.

Grundsätzlich läuft die Schaltung, alle Spannungen sind sauber und glatt 
wie Babypopo.

Nun aber zum Problem, der LM339 schaltet sauber ein und aus solange man 
nicht direkt an der Kippschwelle zwischen den zwei Spannungen liegt. 
Dann schwingt er zwar nicht, er schaltet aber ständig hin- und her. Wenn 
ich den Mosfet (IRF640) anklemme fängt der Ausgang leicht an zu 
schwingen, denke da muss ich noch einen Transistor vorschalten. Mein 
Problem ist aber dieses "hin- und herschalten" (siehe Anhang).

Ich hab auch schon versucht durch eine Hysterese eine Art Schmitt 
Trigger zu bauen, leider ohne Erfolg. Immer im Umschaltmoment gibt's ein 
An/Aus/An/Aus.

Kann man das irgendwie umgehen?

Danke, Gruß´
Matthias

[Schlumpf (Gast)]

Matthias Machmal schrieb:
> Ich hab auch schon versucht durch eine Hysterese eine Art Schmitt
> Trigger zu bauen, leider ohne Erfolg.

Bist du sicher, dass du nicht nur versucht hast, der Schaltung eine 
Hysterese zu verpassen, sondern, dass es dir auch gelungen ist?

[Possetitjel (Gast)]

Matthias Machmal schrieb:

> Ich hab auch schon versucht durch eine Hysterese eine Art
> Schmitt Trigger zu bauen,

Ist der richtige Weg.

> leider ohne Erfolg.

Schaltplan?

> Immer im Umschaltmoment gibt's ein An/Aus/An/Aus.
> Kann man das irgendwie umgehen?

Hysterese --> Mitkopplung (!).

[Matthias (matthiasm)]

Schlumpf schrieb:
> Bist du sicher, dass du nicht nur versucht hast, der Schaltung eine
> Hysterese zu verpassen, sondern, dass es dir auch gelungen ist?

Naja so sicher bin ich mir jetzt nicht mehr g

Mein Versuch: siehe Anhang.

[Helge A. (besupreme)]

Wie groß sind im Vergleich zueinander die Ungenauigkeit bzw. das 
Rauschen des Labornetzteils im Vergleich zu der Hysterese, die du 
eingebaut hast?

[Schlumpf (Gast)]

Matthias Machmal schrieb:
> Naja so sicher bin ich mir jetzt nicht mehr g

Also normalerweise erzeugt man die Mitkopplung für eine Hysterese auf 
dem Eingangssignal und nicht auf der Referenz.

Also Referenz an den (-) Eingang und dann den Eingang samt 
Mitkopplungsschaltung an den (+) Eingang.

[Günter Lenz (Gast)]

Vielleicht ist die Steuerspannung verbrummt oder es
sind irgend welche Störungen drauf, mal einen
Tiefpass vor dem Eingang schalten.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Matthias Machmal schrieb:
> Schlumpf schrieb:
>> Bist du sicher, dass du nicht nur versucht hast, der Schaltung eine
>> Hysterese zu verpassen, sondern, dass es dir auch gelungen ist?
>
> Naja so sicher bin ich mir jetzt nicht mehr *g*
> Mein Versuch: siehe Anhang.

Da fehlt wenigstens noch der Pullup am Ausgang des Komparators. Sonst 
gibts da keinen Spannungshub und ergo auch keine Hysterese.

Ansonsten ist es vollkommen Wumpe, was am (+) Eingang des Komparators 
anliegt (Signal oder Referenz). Für eine Mitkopplung muß wie gezeigt das 
Ausgangssignal zum (+) Eingang geführt werden. So wie gezeichnet mit 
einem Entkopplungswiderstand zwischen Referenzspannung und Komparator 
ist das vollkommen in Ordnung.

@Schlumpf (Gast): Nuhr!


XL

[Schlumpf (Gast)]

Schlumpf schrieb:
> Also normalerweise erzeugt man die Mitkopplung für eine Hysterese auf
> dem Eingangssignal und nicht auf der Referenz.
>
> Also Referenz an den (-) Eingang und dann den Eingang samt
> Mitkopplungsschaltung an den (+) Eingang.

Es sei denn, du wollstest bewusst einen invertierenden Komparator bauen.

Also wenn ich das jetzt richtig überschlagen habe, dann ist deine 
Hysterese 1V. Da müsste der Brumm schon ganz ordentlich sein.

Kontrolliere doch einfach nochmal, ob du alles richtig verdrahtet hast.
Also ob du auch nicht aus Versehen die Eingänge des Komparators 
vertauscht hast.

[Possetitjel (Gast)]

Matthias Machmal schrieb:

> Schlumpf schrieb:
>> Bist du sicher, dass du nicht nur versucht hast, der Schaltung
>> eine Hysterese zu verpassen, sondern, dass es dir auch gelungen
>> ist?
>
> Naja so sicher bin ich mir jetzt nicht mehr g
> Mein Versuch: siehe Anhang.

Ist im Prinzip richtig so.

Fehlenden Pullup natürlich noch ergänzen. R4 würde ich deutlich
größer machen (so 30k oder so). Im Moment hast Du ja eine riesige
Hysterese.

Betriebsspannung ggf. besser abblocken (10µF-Elko).

[Schlumpf (Gast)]

Axel Schwenke schrieb:
> Ansonsten ist es vollkommen Wumpe, was am (+) Eingang des Komparators
> anliegt (Signal oder Referenz).

Richtig! Das weiss ich auch. Aber ich wollte darauf hinaus, dass 
eventuell die Zeichnung nicht mit der Ralität übereinstimmt.
Üblicherweise zeichnet man auch den (-) Eingang unten und nicht oben im 
Schaltplan. Daher dachte ich, dass vielleicht einfach ein "Dreher" in 
der Schaltung ist.

An den Pullup am Ausgang habe ich zugegebenermaßen nicht gedacht.

Axel Schwenke schrieb:
> @Schlumpf (Gast): Nuhr!

Was willst du mir mitteilen?

[Matthias (matthiasm)]

Possetitjel schrieb:
> Fehlenden Pullup natürlich noch ergänzen. R4 würde ich deutlich
> größer machen (so 30k oder so). Im Moment hast Du ja eine riesige
> Hysterese.

Pull Up am Ausgang mit 1k8 ist vorhanden aber leider im Schaltplan 
vergessen worden.

Die Hysterese habe ich versucht nach den Formeln der folgenden Seite zu 
berechnen:

http://www.daycounter.com/LabBook/Comparator/Comparator-Hystereses-Design-Equations.phtml

Leider fehlt mir ein Wert für Vout. Ist hiermit die Betriebsspannung 
gemeint? Vout wird ja über den Pull Up auf die Betriebsspanung gelegt 
(zumindest in meinem Fall).

[MaWin (Gast)]

Matthias Machmal schrieb:
> Pull Up am Ausgang mit 1k8 ist vorhanden aber leider im Schaltplan
> vergessen worden.

Welchen Sinn soll das haben, wenn du erst einen Schaltplan ohne 
Mitkopplungswiderstand und pull up, dann einen Schaltplan ohne pull up 
postest und dann behauptest du hättest beides ?

Wenn man die Schaltung richtig aufbaut, wie im Datenblatt unter
Figure 26. Inverting Comparator with Hysteresis
gezeigt, dann funktioniert sie auch.

Liefert man der Schaltung die Bauteile nur scheibchenweise, so wie die 
Informationen an die Leute die helfen sollen, dann baut man eben Mist.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Matthias Machmal schrieb:
> Possetitjel schrieb:
>> Fehlenden Pullup natürlich noch ergänzen. R4 würde ich deutlich
>> größer machen (so 30k oder so). Im Moment hast Du ja eine riesige
>> Hysterese.
>
> Pull Up am Ausgang mit 1k8 ist vorhanden aber leider im Schaltplan
> vergessen worden.

OK. Ist da noch mehr, was du "vergessen" hast?

> Die Hysterese habe ich versucht nach den Formeln der folgenden Seite zu
> berechnen:
...
> Leider fehlt mir ein Wert für Vout. Ist hiermit die Betriebsspannung
> gemeint?

Ja, klar. Das meint die Ausgangsspannung des Komparators.

Wenn du die Schaltung so wie gezeichnet aufgebaut hast, dann muß sie 
auch funktionieren. Die Hysterese ist um die 900mV, da darf im 
Umschaltpunkt (in beiden Umschaltpunkten) nichts flattern.

Außer Störungen (Rauschen, Brumm) sind natürlich auch Rückwirkungen über 
die Betriebsspannung möglich. Wenn "9V" eine handelsübliche 9V Batterie 
sein sollte und du mit dem Komparatorausgang eine fette Last an die 9V 
schaltest, dann könnte die Betriebsspannung schon signifikant einsacken 
und dadurch das Kippeln der Schaltung auslösen. Häng den Oszi (wenn du 
hast, einen zweiten Kanal) halt mal an die Betriebsspannung oder die 
Referenzspannung. Zumindest letztere darf nicht wackeln.


XL

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Ich hatte gerade einen TL431, der mit 100nF gegen GND (an AREF eines 
Mega88) lustig geschwungen hat, Amplitude war etwa 0,2V. Geschaltet als 
2,5V Referenz und gespiesen über 330 Ohm aus den sauberen 5V. Ein 3,3µF 
Elko parallel zum 100nF hat dem Spuk dann ein Ende gemacht - nun ist die 
Referenz stabil und das ADC Ergebnis auch.

[Mike (Gast)]

Matthias Sch. schrieb:
> Ein 3,3µF Elko parallel zum 100nF hat dem Spuk dann ein Ende gemacht -
> nun ist die Referenz stabil und das ADC Ergebnis auch.

Wahrscheinlich ist der TL431 jetzt beleidigt. Sorge lieber dafür, dass 
er keine so hohe kapazitive Last hat. Damit bringst du fast jede 
Regelung zum schwingen. Wenn du zwischen Kathode vom TL431 und C2 einen 
kleinen Widerstand hängst (100) ist auch Ruhe und der TL431 ist 
glücklicher.

Matthias Machmal schrieb:
> komparator_mit_Hysterese.PNG

Hoffentlich hast du den TL431 nicht so wie in deinem Schaltplan 
angeschlossen. Da sind Anode und Kathode vertauscht, i.e. die Anode 
gehört an Gnd.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Mike schrieb:
> Wenn du zwischen Kathode vom TL431 und C2 einen
> kleinen Widerstand hängst (100) ist auch Ruhe und der TL431 ist
> glücklicher.

Davon ist im Datenblatt nicht die Rede. Wie der angehängte Auszug aus 
dem TI Datenblatt zeigt (Curve A entspricht meiner Schaltung) ist 
ausgerechnet ein CL von 100nF dazu geeignet, den TL431 unstabil zu 
machen. Ab 3µF aufwärts ist Ruhe und unter etwa 5nF auch.

[Matthias (matthiasm)]

Also es funktioniert nun, ein RC Filter aus 100 Ohm und 100nF an den 
Eingängen hat Wunder gewirkt. Jetzt hab ich einen sauberen und 
definierten Umschaltpunkt.

Danke für eure Hilfe :)

[Mike (Gast)]

Matthias Sch. schrieb:
> Ab 3µF aufwärts ist Ruhe und unter etwa 5nF auch.

Gut zu wissen. Herr Fairchild schweigt sich in dem verlinken TL431 
Datenblatt leider aus.

[Mike (Gast)]

Matthias Machmal schrieb:
> Also es funktioniert nun

Und wie ist das mit der falschen Polarität der TL431 zu vereinbaren?

[Matthias (matthiasm)]

Mike schrieb:
> Und wie ist das mit der falschen Polarität der TL431 zu vereinbaren?

Der ist nur theoretisch falsch ;-) Hab ihn natürlich richtig herum 
verbaut. Den Schaltplan hab ich erst danach hier fürs Forum erstellt. So 
spät Abends haben sich da wohl ein paar Fehler eingeschlichen.

[Amateur (Gast)]

Präzise Schalter haben den Vorteil, dass sie präzise schalten.

Präzise Schalter haben den Nachteil, dass sie präzise schalten.

In dem Moment, in dem sie Schalten, passiert im Allgemeinen etwas. Fast 
immer schlägt diese Etwas auch auf die Referenzen durch.

Fazit, etwas Hysterie kann nicht schaden.

Was ich allerdings nicht verstehen ist, wozu dieser 
Präzisionsfanatismus?
Rund um die Lüftersteuerung bestehen so viele Unwägbarkeiten, dass 
Präzision hier  rausgeschmissenes Geld ist.

[Matthias M (Gast)]

Amateur schrieb:
> Was ich allerdings nicht verstehen ist, wozu dieser
> Präzisionsfanatismus?
> Rund um die Lüftersteuerung bestehen so viele Unwägbarkeiten, dass
> Präzision hier  rausgeschmissenes Geld ist.

Es geht darum einen Lüfter mit einem kleinen Fet ohne Kühlkörper zu 
schalten. Das funktioniert wunderbar solange es ein definiertes an oder 
aus gibt. Sobald aber der Komparator in einem undefinierten 
"Zwischenstatus" hängen bleibt und den Fet "halb" aufmacht habe ich 
zuviel Abwärme über den Fet und kann nicht mehr innerhalb SOA bleiben. 
Um das zu verhindern brauchte ich eine klare an/aus Schwelle.