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???
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falsch gerechnet? R2 = (10000*2.4)/(12-3.6) = 24000/8.4 ~ 2857 R3 =-(10000*2.4)/(2.4-3.6) = -(24000/-1.2) = 20000
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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?
Hallo soweit ich weiß hat der OP einen open-Drain-Ausgang. Damit schaltet der Ausgang von GND nach 3,3V.
>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:
1 | 12V * R2R4 / (R2R3 + R2R4 + R3R4) = 2.4V (untere Schwelle) (1) |
2 | und |
3 | (12V * R2R4 + 3.3V * R3R4) / (R2R3 + R2R4 + R3R4) = 3.6V (obere Schwelle) (2) |
4 | |
5 | aus (1) ergibt sich nach längerem rechnen :-) |
6 | 2.4V = 12V * (R2-R4) / (5*R2 + 3*R4) |
7 | mit deinen Zahlen: |
8 | 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.
1 | R3 = (U1/UL - 1)*R2*R4/(R2+R4) |
2 | und |
3 | UH = UL + U2(1-UL/U1)*R4/(R2+R4) |
4 | oder |
5 | R4 = R2*(UH-UL)/(U2*(1-UL/U1)-(UH-UL)) |
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 ...." :-)
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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 ;-)
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