Liebes Forum,
Mein Problem ist folgendes:
Ich habe ein Drawdio-DIY-Kit
(https://github.com/watterott/Drawdio/blob/master/hardware/Drawdio_v10.pdf)
in die Finger bekommen und aufgebaut.
Das Kit funktioniert auch.
Im Anschluss wollte ich die Schaltung, anstatt mit einer Mikrozelle, mit
einer Knopfzelle (CR2032) betreiben.
Die dazugehörige Schaltung habe ich erstmal auf einem Breadboard
aufgebaut und getestet.
Auch diese Konstellation funktioniert.
Die Laufzeit mit der Knopfzelle und den Bauteilen vom Bausatz betrug ca.
6h.
Jetzt habe ich das PCB einmal selbst mit Fritzing erstellt und
entsprechende Bauteile bestellt.
Wenn ich nun die Schaltung mit meinen Bauteilen aufbaue (Breadboard),
beträgt die Laufzeit nur ca. 6 bis 8 Minuten.
Um herauszufinden was die Ursache dafür ist, habe ein Bauteil nach dem
anderen ausgetauscht.
Ergebnis: Der von mir bestellte PNP-Transistor (Datenblatt:
https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A100/BC327_28_BC337_38-CDIL.pdf)
ist der Grund der verringerten Laufzeit.
Auch hier wollte ich der Sache auf den Grund gehen, also habe ich ein
Gleichstromnetzteil (3Vdc) anstatt der Batterie angeschlossen und mal
die Stromaufnahme beider Varianten mit einem TRMS-DMM festgehalten:
BJT aus dem Kit (BC 327 25-F23):
Alternativer BJT (CTBC 327-25 LS):
Die etwas erhöhte Stromaufnahme kann, meiner Einschätung nach, also
nicht der Grund für die stark verringerte Laufzeit sein.
Ich verstehe Grundsätzlich nicht, warum sich die beiden BJTs verscheiden
verhalten, wenn doch beide vom Typ BC327-25 sind.
Auf welche Parameter muss man besonders bei dieser Schaltung achten?
Möglichst hoher Verstärkungsfaktor bei geringer
Kollektor-Emitter-Sättingsspannung?
Im Zusammenhang mit Obigen, ist mir die Verstärkerschaltung insgesamt
nicht ganz transparent (High-Side-Switch?).
Ich würde davon ausgehen, dass diese einen Basiswiderstand benötigt um
den maximalen Strom, der in den Timerausgang fließt, zu begrenzen (oder
ist dieser vom Ausgangswiderstand des Timers begrenzt?).
Ich komme hier leider an meine Wissensgrenzen und meine bisherige
Recherche hat mich nicht wesentlich weiter gebracht.
Ich hoffe also, dass mir jemand in diesem Forum helfen kann.
Falls noch weitere Informationen gebraucht werden, reiche ich diese
natürlich gerne nach.
MfG
Achim
Jetzt war ich fast geneigt ein Statement auf diesen Post abzugeben...
bis einem dann auffällt, dass der TO genau einen (in Ziffern 1) Beitrag
hier geschrieben hat, und zwar diesen hier.
Die Schaltung auf der verlinkten Seite hat in der einfachen
PNP-Emitterstufe so viele Dinge, die man nicht macht und die
offensichtlich sind, dass man auf die Idee kommen könnte, dass das
absicht ist.
Warum glaube ich an Troll?
Weil:
Achim schrieb:> Ich verstehe Grundsätzlich nicht, warum sich die beiden BJTs verscheiden> verhalten, wenn doch beide vom Typ BC327-25 sind.
Jeder der auch nur ansatzweise das erste mal mit Transistoren hantiert
weiß, dass da über 100% Toleranz bezüglich des Verstärkungsfaktors
auftreten können.
Zudem, wo kommt das hier her?
Achim schrieb:> BJT aus dem Kit (BC 327 25-F23):IIN=105,62+86,92−−−−−−−−−−−−√mA=136,8mA> I_{IN} = \sqrt{105,6^2+86,9^2}mA = 136,8mA>> Alternativer BJT (CTBC 327-25> LS):IIN=124,02+116,72−−−−−−−−−−−−−√mA=170,7mA
Das sieht doch irgendwie nach einer quadratischen Addition in einem
phasenverschobenen Dreieck aus (bei der dann aber entweder Widerstände
oder Spannungen angegeben sind und keine Ströme)
Und auch die Schaltung selbst (auch wenn sie nur im originalen mit 1,5V
betrieben wird): einer Emitterschaltung keinen Basisvorwiderstand zu
geben ist schon arg. Sobald der Timer Low-Pegel hat, wird der Basisstrom
des Transistors nur vom internen Widerstand des Timers begrenzt.
Zudem: Kollektorwiderstand 10 Ohm um dann über einen Kondensator an
einen Lautsprecher auszukoppeln? Bei jedem High-Signal fließen durch den
10 Ohm Widerstand (bei 1,5V) unnötige 150mA ... und das ganze bei
Batteriebetrieb.
Troll
Achim schrieb:> Ich komme hier leider an meine Wissensgrenzen
Die Schaltung ist grober Unsinn. Der Transistor wird ohne
Basiswiderstand betrieben. Und die 10 Ohm nach Masse fressen (bei 3V)
satte 300mA deines wertvollen Batteriestroms, so viel liefert deine
Lithiumknopfzelle gar nicht, deren Spannung bricht ein, mit
undefinierten Ruckwirkungen auf die Schaltung.
Immerhin geht der Transistor nicht kaputt, weil der TLC551 nicht so viel
Strom liefert, aber dass es je nach Aufbau und Betriebsspannung nicht
funktioniert, liegt daran. Lege 1kOhm in die Basisleitung, und erhöhe
den 10Ohm auf zumindest 100 Ohm, damit es irgendwie trotzdem geht.
Man könnte eine ordentliche Verstärkerstufe nachschalten. Aber das
bringt nichts, wenn es die Batterie überfordert. Ein Lithiumknopfzelle
bringt maximal 20mA.
Als nimm besser einen Piezolautsprecher
https://www.reichelt.de/piezolautsprecher-lsp-2030-lsp-2030-p145895.html
direkt (ohne 100uF, ohne 10 Ohm, ohne PNP) am Q Ausgang des TLC551, der
überfordert weder den TLC551 noch die Batterie. Er wird nicht so laut
weil er statt 16Vpp nur 3Vpp bekommt, aber ich denke er wird ausreichend
laut sein, und er bringt unter 300Hz kaum was, aber das ist halt so.
Nimm für Q1 einen NPN (BC337) und vertausche Emitter und Kollektor und
erhöhe R2 auf 100R.
Durch diese Maßnahme erhälst du einen Emitterfolger, der bei
Low-Ansteuerung keinen Ruhestrom benötigt und das Dreiecksignal
verzerrungsfrei wiedergeben kann.
Und das Beste: Das Layout muss nicht verändert werden und
Fertigungstoleranzen des Transistors sind unkritisch, weil die
Verstärkung sowieso nur v=1 beträgt.
von Achim schrieb:
>Wenn ich nun die Schaltung mit meinen Bauteilen aufbaue (Breadboard),>beträgt die Laufzeit nur ca. 6 bis 8 Minuten.
Also nach 8 Minuten funktioniert die Schaltung nicht mehr?
Sieht nach einen thermischen Problem aus, aber ohne
Schaltplan kann niemand sagen warum.
Ich sehe gerade, das Problem ist von von Michael B.
im Prinzip schon beantwortet worden.
von Michael B. schrieb:
>Die Schaltung ist grober Unsinn. Der Transistor wird ohne>Basiswiderstand betrieben. Und die 10 Ohm nach Masse fressen (bei 3V)>satte 300mA deines wertvollen Batteriestroms, so viel liefert deine>Lithiumknopfzelle gar nicht, deren Spannung bricht ein, mit>undefinierten Ruckwirkungen auf die Schaltung.
Hallo Ralph S.,
vielen Dank für die schnelle Antwort.
Ich möchte Dir auf deine Anmerkungen und Fragen gerne so gut ich kann
antworten.
1. Entschuldige bitte, dass ich nicht erwähnt habe, dass dies mein
erster Beitrag ist. Vielleicht kann man hier etwas "Welpenschutz" walten
lassen :)
Ein Troll bin aber ich sicher nicht und Drawdio ist ein beliebter
Bausatz, der tatsächlich so vertrieben wird.
Neben dem Github-Repository ist er unter anderem auch hier
(https://makezine.com/projects/drawdio-musical-pencil/) in ähnlicher
Konfiguration zu finden.
2. Das Parameter, wie gerade beim Gleichstromverstärkungsfaktor,
(immense) Tolleranzen aufweist ist mir bewusst.
Für den von mir ausgewählten BJT beträgt dieser:
(Nachzulesen im Dateinblatt meinem ersten Post).
Ich gehe aber stark davon aus, dass der BC327 aus dem Kit, nicht
zufälligerweise den richtigen Wert hat, da der Bausatz ja in Serie
produziert wird. So etwas wäre dem Hersteller sicher aufgefallen.
3. Der Wert für die Stromaufnahme oben setzt sich aus dem gemessen
Effektivwert des Wechselanteils und dem Gleichanteil zusammen, die
geometrisch addiert werden.
Die geometrische Addition ist eine Konsequenz der allgemeinen
Effektivwertberechnung für Mischgrößen, hat aber mit Phasenverschiebung,
bis auf die ähnliche Form, nichts zu tun.
4. Die Vermutung, dass der Basisstrom nur vom Ausgangswiderstand (OUT)
des 555s begrenzt wird, hatte ich auch, bin mir da aber nicht 100%
sicher, ob nicht evtl. andere Mechanismen greifen, welche ich momentan
nicht auf dem Schirm habe.
5. Ja, über R2 wird Leistung verbraten, allerdings ist dieser nicht
unnötig. Ohne R2 kann sich C2 nicht entladen, wenn der BJT sperrt.
C2 ist seinerseits notwendig, um zum einen den Gleichanteil am
Lautsprecher zu blocken, zum anderen um die Membran des Lautsprechers in
beide Richtungen auslenken zu lassen (in die eine Richtung, wenn der BJT
durchschaltet und in die entgegensetzte, wenn der BJT sperrt und sich C2
über R2 entlädt).
Ich hoffe ich konnte dir und evtl. anderen etwas Klarheit verschaffen.
MfG,
Achim
Hallo Michael B.,
Danke für deine Antwort.
1. Es ist korrekt, dass die Knopfzelle nicht den Strom liefern kann wie
das Netzteil. Der Grund warum ich ein Netzteil benutzt habe ist, da ich
checken wollte, was passiert, wenn der Strom nicht durch die von der
Knopfzelle maximal lieferbare Stromstärke begrenzt wird und um nicht X
Knopfzellen aufzubrauchen.
2. Wenn ich es richtig in Erinnerung habe liefert die Knopfzelle 30mA
... 40mA.
Der Timer wirkt allerdings nicht als Quelle, sondern als Senke für IB
(es ist ja ein PNP-BJT).
Bei Zuschalten eines 1k Basiswiderstandes reduziert sich die Lautstärke
deutlich. U_CE erhöht sich mit den 1k von 1,4V auf 2,8V.
Heiß wird übrigends auch nichts.
3. Einen Piezosummer habe ich spaßeshalber auch schon ausprobiert.
Da ist das Problem das Summer in einem bestimmten, kleinen
Frequenzbereich sehr laut sind und außerhalb dieses Bereiches
unbefriedigend leiser.
Primär interessiert mich eigentlich, warum die gegebene Schaltung mit
dem BJT aus dem Kit zuverlässig und mit langer Laufzeit funktioniert
bzw. so angeboten wird.
Hast du da vielleicht eine Idee?
MfG,
Achim
Hallo
Günter L. schrieb:> ohne> Schaltplan kann niemand sagen warum
Der Schaltplan verbirgt sich hinter dem Link im Original-Posting
(https://github.com/watterott/Drawdio/blob/master/hardware/Drawdio_v10.pdf).
Übermäßig heiß wird allerdings nichts. Ich habe jedes Bauteil mit meinem
körpereigenen Temperatursensor (Zeigefinger) überprüft. Alle Bauteile
haben gefühlt Zimmertemperatur.
MfG,
Achim
Hallo Enrico,
Vielen Dank für deinen Vorschlag. Ich probiere das parallel mal aus, nur
interessiert mich eigentlich, warum es mit dem BC 327 25-F23
funktioniert und dem CTBC 327-25 LS nicht. Hast du dazu vielleicht eine
Idee oder kannst du mir weitere Information über die gegeben Schaltung
geben?
Weißt du beispielsweise wie man diese Transistorstufe bezeichnet?
Ich habe dazu auch folgenden Beitrag gefunden, von dem ich nicht sicher
bin, ob er auch für die Drawdio-Schaltung gilt:
https://electronics.stackexchange.com/questions/134058/do-i-need-a-base-resistor-for-a-bjt
MfG,
Achim
Moin,
Achim schrieb:> Primär interessiert mich eigentlich, warum die gegebene Schaltung mit> dem BJT aus dem Kit zuverlässig und mit langer Laufzeit funktioniert> bzw. so angeboten wird.
Gab ja schon einige Anmerkungen, so wie die Schaltung original aussieht,
macht sie schön Kurzschlüsse.
Es kann passieren, dass solche Bauteile wie der Timer dann besonders
viel Strom ziehen, wenn die Versorgungsspannung zu klein ist. Entweder
der Timer selbst schon oder im Kontext mit der Beschaltung.
Möglicherweise funktioniert die Schaltung gerade so mit dem einen
Transistor, mit dem anderen ist der Stromverbrauch aber ein paar Prozent
höher was dazu führt, das die Versorgungsspannung weiter einbricht und
der Stromverbrauch in der Folge nochmal deutlich ansteigt. Sprich so
dicht an der Kante kann es sein, als geringe Bauteiltoleranzen darüber
entscheiden, ob's geht oder nicht. Vielleicht reicht schon etwas mehr
oder weniger Kontaktwiderstand auf dem Steckbrett.
Also Basiswiderstand und die anderen Hinweise beachten (Strom sparen).
Und einen Stützkondensator parallel zu Batterie ist auch nicht verkehrt.
Gruß, Roland
Achim schrieb:> Wenn ich es richtig in Erinnerung habe liefert die Knopfzelle 30mA ...> 40mA.
Dabei bricht aber die Spannung auf 0V ein, das ist der Kurzschlussstrom.
> Bei Zuschalten eines 1k Basiswiderstandes reduziert sich die Lautstärke> deutlich.
Das ist ja auch sinnvoll und gewünscht, denn den Strom für die
Lautstärke bei vollem Basisstrom des TLC551 kann die Knopfzelle nicht
liefern. Schon gar nicht mit 10 Ohm am Kollektor.
Achim schrieb:> Primär interessiert mich eigentlich, warum die gegebene Schaltung mit> dem BJT aus dem Kit zuverlässig und mit langer Laufzeit funktioniert> bzw. so angeboten wird
Sie funktioniert nicht zuverlässig. Es stellt sich ein Strom ein, bei
dem die Batteriespannung gerade so weit in die Knie gezwungen wird, dass
eben nicht mehr Strom fliessen kann. Dieser 'Arbeitspunkt' stellt sich
auf Grund von Nebenwerten der Bauteile ein, der Leistung des TLC551
Ausgangs, der Stromverstärkung des Transistors, dem Innenwiderstand und
Ladezustand der Batterie. Deine Transistoren haben unterschiedliche
Stromverstärkung und unterschiedliche Steilheit, und schon funktioniert
es nicht mehr bzw. anders.
Das ist einfach schlechtes Design, weil diese Nebenwerte nur grob
spezifiziert sind.
Es nützt jetzt auch nichts, statt dem PNP einen ordentlichen, für 3V
geeigneten Verstärker wie LM4865M nachzuschalten, weil die Batterie den
Strom nicht bringt.
Du brauchst einen schwächeren (hochohmigeren) Lautsprecher, und der kann
dann direkt (über einen 100uF Elko) an den TLC551 Ausgang, denn der kann
die 20mA, die man der Batterie zumuten kann, leicht selber.
Hallo Michael,
erstmal vielen Dank für deinen Input.
Michael B. schrieb:> Spannung auf 0V ein
Ich habe in der Zwischenzeit nochmal gemessen:
Die Knopfzellenspannung beträgt initial (d.h. nach ca. 2 Minuten
Betrieb) ungefähr 1,7V (bei I_IN = 30mA).
Nach einer Stunde betrieb ungefähr 1,5V (I_IN = 20mA).
Was mich auch irritiert ist, dass bei Betrieb mit Netzgerät mit
Konstantspannungseinstellung (3V) der Strom ca. 150mA beträgt (siehe
oben).
Wenn die Basis direkt auf GND liegt (OUT-Ausgang des Timers ist LOW)
sollte doch das Netzgerät in die Strombegrenzung gehen (auf 300mA
eingestellt).
Reicht eventuell der Ausgangswiderstand des Timers aus um den Basisstrom
zu begrenzen so, dass dieser quasi als Basiswiderstand fungiert?
Was hälst du von dieser Überlegung?
> Du brauchst einen schwächeren (hochohmigeren) Lautsprecher
Einen hochohmigen Lautsprecher zu benutzen ist eine interessante Idee.
Mir waren bis jetzt nur Lautsprecher mit 8/16/32 Ohm bekannt (i.e.
Impedanz bei Nennfrequenz des Lautsprechers).
> Sie funktioniert nicht zuverlässig.
Ich habe mittlerweile ein zweites Kit. Auch dieser Läuft jetzt schon
zwei Stunden mit der Knopfzelle.
Kannst du mir sagen ob alle BC327-25 Transistoren (d.h.
herstellerunabhängig) den selben Verstärkungsfaktur (hier 160 bis 400)
besitzen?
Ich habe mir ein paar Datenblätter angeschaut und bis jetzt keine
Abweichung gefunden.
Ich weiß nicht genau um welchen BJT es sich bei dem Kit handelt, da ich
nur die Beschriftung BC 327 25-F23 erkennen kann.
MfG,
Achim
Achim schrieb:> Die Knopfzellenspannung beträgt initial (d.h. nach ca. 2 Minuten> Betrieb) ungefähr 1,7V
Also quasi halb so viel wie es sein sollte. Da kommt dir nicht in den
Sinn, dass das eine Überlastung darstellt ?
Wenn deine 230V~ im Haus nur noch 130V~ haben ist das kein Grund zur
Sorge ?
Akzeptiere einfach, dass die Schaltung Murks ist.
Achim schrieb:> Reicht eventuell der Ausgangswiderstand des Timers aus um den Basisstrom> zu begrenzen
Nein. Der Digitalausgang eines IC darf nur bis zum im Datenblatt
genannten Maximalstrom belastet werden. Mehr Strom und der IC hat alles
Recht der Welt kaputt zu gehen Es ist nie in Ordnung, ihn einen BC327
ohne Basisvorwiderstand ansteuern zu lassen.
Deine 1.7V kommen wohl von den 0.7V des Transistors und 1V wenn der
TLC551 den Basisstrom akzeptieren muss.
Mit 1kOhm werden es mehr als 1.7V sein (wobei die Messung per Multimeter
nicht das Einbrechen der Spannung zeigt, ein Oszilloskop zeigt mehr vom
Drama).
Achim schrieb:> Kannst du mir sagen ob alle BC327-25 Transistoren (d.h.> herstellerunabhängig) den selben Verstärkungsfaktur (hier 160 bis 400)> besitzen?
Na ja, 160 bis 400 ist keineswegs gleich, sondern um mehr als 1:2
abweichend. Immerhin nicht um 1:10 wie unsortierte.
Achim schrieb:> Mir waren bis jetzt nur Lautsprecher mit 8/16/32 Ohm bekannt
32 reicht ja auch
https://www.reichelt.de/kleinstlautsprecher-lsf-27m-sc-0-1-w-32-ohm-lsf-27m-sc-32-p353574.html
waren 46mApeak, real eher 30mA.
Günter L. schrieb:> Noch eine Ide, man könnte auch zwei 45 Ohm Lautsprecher> in Reihe schalten, dann hat man schon 90 Ohm.
Lauter wirds dadurch auch nicht.
Ich würd's wohl eher mal mit so >10 Stück hiervon seriell versuchen:
https://www.pollin.de/p/kleinlautsprecher-08003-0196-22mm-105r-641590?
Verzerrten unterfordert (was sie so ja wären) wohl etwas weniger, und
@ > 1kOhm Lastimpedanz (= @ < 3mA) brächte eine Durchschnitts-CR2032
wohl längere Zeit grob >= 2,5V an Verstärker-Vcc.
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