Hallo,
ich möchte einen Komperator passend beschalten, um ein gewünschtes
Hystereseverhalten zu bekommen.
Ich habe mich bei der Berechnung der Widerstände an folgenden Artikel
gehalten:
http://www.mikrocontroller.net/articles/Schmitt-Trigger (ganz unten)
Ich habe mir den Widerstand R1 und die obere sowie die untere
Schaltschwelle selbst vorgegeben.
z.B.: R1=10k UL=2,4V UH=3,6V
Wenn ich jetzt mit den gegebenen Formeln die Widerstände R2 und R3
ausrechne, komme ich mit meiner 12V Versorgungsspannung auf R2=904 Ohm
und R3=20k
Wenn ich die Schaltung simuliere sehe ich, dass die Schaltschwellen
überhaupt nicht eingehalten werden.
Wo liegt mein Fehler???
ah, da hab ich mich vertippt. Sorry. Aber ich weiß leider immer noch
nicht worans liegt. Hab jetzt mal den Schaltplan mitangehängt.
Wäre super, wenn jemand den Fehler findet.
Hallo Mücke,
>Wo liegt mein Fehler???
Berücksichtigen die Formeln, daß du am Ausgang des LM339 einen Pull-up
verwendest, und du diesen zusätzlich an 3,3V, statt 12V hängst?
Wenn ich 3,6V an R4 annehme, dann scheint R2 am Ausgang des Komparators
auf 12V zu liegen. Das kann ja nicht sein, oder?
Kai
> Berücksichtigen die Formeln, daß du am Ausgang des LM339 einen Pull-up> verwendest, und du diesen zusätzlich an 3,3V, statt 12V hängst?
Stimmt, das hab ich nicht berücksichtigt.
Leider weiß ich jetzt aber auch nicht, wie ich das mit in die Rechung
reinbringen kann, sodass ich die Widerstände berechnen kann, um auf die
von mir gewollten Schaltschwellen zu kommen. Hast du da noch ne Idee?
>Leider weiß ich jetzt aber auch nicht, wie ich das mit in die Rechung>reinbringen kann, sodass ich die Widerstände berechnen kann, um auf die>von mir gewollten Schaltschwellen zu kommen. Hast du da noch ne Idee?
Es sind doch nur Spannungsteilerformeln zu berechnen!
1. Ausgang ist Low:
Untere Schaltschwelle ist dann 12V an Spannungsteiler R3 und R4 || R2
2. Ausgang ist High:
Etwas komplizierter, da hier die Überlagerung zweier Teiler an
unterschiedlichen Spannungen vorhanden ist.
Obere Schaltschwelle ist dann:
12V * R3 / (R3 + R4 || (R2+R1)) + 3.3V * (R4 || R3) / (R1 + R2 + R4 ||
R3)
Hallo Mücke,
>Leider weiß ich jetzt aber auch nicht, wie ich das mit in die Rechung>reinbringen kann, sodass ich die Widerstände berechnen kann, um auf die>von mir gewollten Schaltschwellen zu kommen. Hast du da noch ne Idee?
Ich habe mal eine kleine Abschätzung gemacht. Ich würde die
Standardwerte R2=13k, R3=22k, R4=10k und für den Pull-up 10k wählen.
Dann sind deine Schaltschwellen ungefähr 2,45V und 3,65V.
Achtung, die obere Schaltschwelle macht, daß etwas Strom in deine 3.3V
Versorgung hineinläuft. Außerdem bedeutet das, daß die Ausgangsspannung
des LM339 für die nachfolgende Schaltung 150mV höher ist als 3.3V. Wenn
du das nicht möchtest, mußt du dich von einer oberen Schaltschwelle von
3.6V verabschieden...
Kai
Kai Klaas (Gast) schrieb:
>Achtung, die obere Schaltschwelle macht, daß etwas Strom in deine 3.3V>Versorgung hineinläuft. Außerdem bedeutet das, daß die Ausgangsspannung>des LM339 für die nachfolgende Schaltung 150mV höher ist als 3.3V. Wenn>du das nicht möchtest, mußt du dich von einer oberen Schaltschwelle von>3.6V verabschieden...
Nicht unbedingt.
Wählt man die Werte für R2, R3 und R4 um einen Zehnerpotenz höher und
den PullUp mit nur 1k, dann sind es nur einzelne mV, die die
Ausgangsspannung über der 3V3 liegt. R2 sollte dann auf 120k gewählt
werden.
Hallo HildeK,
>Wählt man die Werte für R2, R3 und R4 um einen Zehnerpotenz höher und>den PullUp mit nur 1k, dann sind es nur einzelne mV, die die>Ausgangsspannung über der 3V3 liegt. R2 sollte dann auf 120k gewählt>werden.
Du hast vollkommen Recht. Ich bin davon ausgegangen, daß Mücke eine
niederohmige Beschaltung braucht, da er in seiner Originalschaltung auch
sehr niederohmige Bauteile verwendet hat.
Kai Klaas
Danke für die vielen Antworten, ihr habt mir schon sehr geholfen!
> Achtung, die obere Schaltschwelle macht, daß etwas Strom in deine 3.3V> Versorgung hineinläuft. Außerdem bedeutet das, daß die Ausgangsspannung> des LM339 für die nachfolgende Schaltung 150mV höher ist als 3.3V. Wenn> du das nicht möchtest, mußt du dich von einer oberen Schaltschwelle von> 3.6V verabschieden...
Eigentlich könnte ich doch das von Kai angesprochene Problem umgehen,
indem ich die Eingangsspannung auf z.B. 2V erniedrige, oder?. Denn dann
kann ich auch die Schaltschwellen niedriger ansetzen. Dagen wir mal
U_low=1,5V und U_high=2,5V.
Ich weiß leider immer noch nicht recht, wie ich die ganzen Widerstände
dazu berechnen kann. Gut, HildeK hat ja die Gleichungen für die
Schwellspannungen angegeben (glaub die 2te stimmt aber nicht), aber
somit hab ich ja nur 2 Gleichungen für 4 Unbekannte. Und wenn ich da
zwei beliebig vorgebe und dann den ganzen Salat ineinander einsetze
kommt nur Schmarrn raus.
Kann mir bitte jemand konkret sagen, wie ich die Widerstände passend
berechnen kann?
>Gut, HildeK hat ja die Gleichungen für die>Schwellspannungen angegeben (glaub die 2te stimmt aber nicht), aber>somit hab ich ja nur 2 Gleichungen für 4 Unbekannte.
Ja, du hast recht, der erste Teil hat einen falschen Zähler:
12V * R3 / (R3 + R4 || (R2+R1)) + .... muss ersetzt werden durch
12V * R4 || (R1+R2) / (R3 + R4 || (R2+R1)) + ....
Sorry - es war heute einfach zu heiß (zugegeben: Ausrede!) und deshalb
strenge ich mich jetzt auch an:
Nun, 2 Gleichungen und 4 Unbekannte:
- einen Widerstand kannst du sowieso frei wählen, also bleiben noch drei
Unbekannte
- auch den zweiten wirst du wählen, nämlich den PullUp R1. Die
Gleichungen vereinfachen sich noch, wenn du R1 << R2 annimmst. Dann
kannst du R1 sogar einfach zu Null setzen (was er ja auch wäre, wenn der
LM339 einen Push-Pull-Ausgang hätte). Somit hätten wir ein bestimmtes
System.
Das was übrig bleibt, ist dann trotzdem noch eine nette Rechnerei:
R3 = 4 * R2R4/(R2+R4) - das wird in (2) eingesetzt und wieder lange gerechnet:
9
3.6V = (12V + 3.3V * 4 * R4/(R2+R4))/5
Wenn du R2 zu 120k wählst, dann werden R4 = 100k und R3 = 218k, also
rund 220k. Der Fehler durch die vernachlässigten 1k PullUp wird unter 1%
bleiben - auch deshalb habe ich ihn so klein gewählt. Du kannst ihn ja
mal in Gleichung (2) berücksichtigen: ersetzte dort R2 durch R2+R1.
Ich will nicht mehr ... :-)
Hoffentlich ist's jetzt richtig - ich bin nicht mehr so in Übung.
Wie sagte Danny Glover in Lethal Weapon immer mal wieder:
"Ich bin zu alt für so 'ne Scheiße!"
Ja - ich muss mich korrigieren. Die Faktoren 4 und 5 in dem Gleichungen
beinhalten schon einige Zahlenrechnungen, gelten also nur für die
genannten Spannungen und Schwellen und das erste Zwischenergebnis aus
(1) ist Mist.
U1 seien die 12V, U2 die 3.3V, UL=2.4V und UH=3.6V.
Hallo HildeK,
hier mache ich das viel einfacher:
Zunächst setze ich an R4=10k, und, da vorgegeben, R1=10k. Dann stelle
ich für die beiden Schaltschwellen zwei Gleichungen auf, in der nur noch
R2 und R3 vorkommen. Danach gehe ich mit einem geratenen Startwert für
R2, einem Wert aus der E24-Reihe, in beide Gleichungen und verändere R2
(innerhalb der E24-Reihe) solange, bis beide Gleichungen für R3 ungefähr
den gleichen Wert ergeben. Dann nehme ich denjenigen Wert aus der
E24-Reihe, der R3 am nächsten kommt. Geht schnell und ist meist
ausreichend genau.
Kai
@Kai Klaas
Gute Idee.
Ich würde normalerweise auch nur grob schätzen und dann mit Spice
einfach ein wenig nachoptimieren - wobei hier die Abhängigkeiten durch
die beiden unterschiedlichen Spannungen die Sache etwas
unübersichtlicher machen.
Aber Mücke fragte:
>Kann mir bitte jemand konkret sagen, wie ich die Widerstände passend>berechnen kann?
und außerdem hatte ich ganz oben behauptet: "das sind doch nur ein paar
Spannungsteiler ...." :-)
Alles klar. Danke, dass ihr euch nochmal die Mühe gemacht habt.
Ich habs jetzt genauso gemacht und mir zwei Widerstände vorgegeben und
die anderen beiden mittels der beiden Gleichungen für U_low und U_high
ausgerechnet.
Hab wie gesagt meine Eingangsspannung auf 4V erniedrigt und die untere
und Obere Schwellspannung dementsprechend auf 1,5V bzw. 2,5V angepasst.
Somit entfällt doch das Problem, das Kai hier angesprochen hat, oder?:
> Achtung, die obere Schaltschwelle macht, daß etwas Strom in deine 3.3V> Versorgung hineinläuft. Außerdem bedeutet das, daß die Ausgangsspannung> des LM339 für die nachfolgende Schaltung 150mV höher ist als 3.3V. Wenn> du das nicht möchtest, mußt du dich von einer oberen Schaltschwelle von> 3.6V verabschieden...
Sieht jemand sonst noch ein Problem, dass ich bei dieser Schaltung
bekommen könnte? Hab leider immer noch nicht wirklich den Durchblick,
was Elektronik angeht und bin deswegen für jeden Hinweis dankbar.
>Somit entfällt doch das Problem, das Kai hier angesprochen hat, oder?
Ja. Aber eigentlich ist es gar kein Problem - Kai hatte ja nur rund
150mV berechnet und das verträgt jeder Eingang. Selbst mehr würden, da
sie aus einer hochohmigen Quelle kommen (über R2) die am folgenden
Baustein eingebaute Schottky-Schutzdiode problemlos ableiten, da die
Ströme weit unter einem mA liegen werden.
Ich hatte ja deshalb den R1 kleiner gewählt, das gibt auch eine
schneller Anstiegsflanke, kostet aber mehr Strom. Und vereinfacht die
Rechnung.
Wenn deine Schwellen sowieso unkritisch sind, warum hast du dann nicht
einfach einen HC14 genommen und das Eingangssignal auf passende 3.3V
(oder etwas mehr) heruntergeteilt? Der hat eine Hysteres von ca. 0,8V,
verträgt beliebige Flankensteilheit am Eingang. Es gibt ihn auch als
SMD-Single-Gate. Außer dem Eingangspannungsteiler ist keine weitere
Beschaltung notwendig. Er kann bis 1.5V übersteuert werden und die
eingebauten Clampingdioden können abs. max. 20mA. Der Ausgang ist ein
echter PushPull und damit schneller und besser als der Ausgang des
LM339.
>Sieht jemand sonst noch ein Problem, dass ich bei dieser Schaltung>bekommen könnte?
Ich glaube, du hattest nichts dazu gesagt, welcher Baustein das
Komparatorausgangssignal weiterverarbeiten soll. Ein normaler
HC(T)-Baustein sollte dabei ausreichend schnelle Schaltflanken am
Eingang erhalten (ca. <100ns). Das könnte mit den 10k für R1 schon knapp
werden.
> Wenn deine Schwellen sowieso unkritisch sind, warum hast du dann nicht> einfach einen HC14 genommen und das Eingangssignal auf passende 3.3V> (oder etwas mehr) heruntergeteilt?
gute Frage. Ich bin wie gesagt noch Elektronik-Neueinsteiger und habe
den Tipp mit dem Komparator von einem Bekannten bekommen. Ich werd ihn
mal zu deinem Vorschlag ansprechen.
>> Sieht jemand sonst noch ein Problem, dass ich bei dieser Schaltung>> bekommen könnte?> Ich glaube, du hattest nichts dazu gesagt, welcher Baustein das> Komparatorausgangssignal weiterverarbeiten soll. Ein normaler> HC(T)-Baustein sollte dabei ausreichend schnelle Schaltflanken am> Eingang erhalten (ca. <100ns). Das könnte mit den 10k für R1 schon knapp> werden.
Das Ausgangsignal des Koparators soll an einem Eingang eines DSP
ausgewertet werden. Das Signal hat eine maximale Frequenz von 1kHz.
Ok, ich wähle R1 also einfach kleiner. Da ändert sich ja dann nicht viel
und es ist ja gleich durchgerechnet (zumindest mit nem Solver ;-)
