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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Probleme mit dem LM393 und CD4013


Autor: Thomas Rud (tamtamtam)
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Hallo Leute,

ich habe RIESSEN Problem und bräuchte dringend euere Hilfe. Ich habe 
folgende Schaltung aufgebaut und alles funktioniert soweit Super. Die 
Spannung am Anschluss P Schwankt im Betrieb zwischen 2,5 und 5,5V. Wenn 
man Eine bestimmte Taste an dem Externen Gerät drückt, liegt an dem 
Anschluss P eine Spannung von ca. 10-11V an und der LM393 in meiner 
Schaltung schaltet durch und das FlipFlop wird Getriggert. Sinn und 
Zweck der Sache ist das durch Betätigen des Tasters an dem Externen 
Gerät ein Relais in meiner Schaltung ZUVERLÄSSIG pro Tastendruck nur 
einmal umschaltet.
So und nun zum Problem, ab und zu springt das FlipFlop, bekommt also 
zwei Impulse. anscheinend ist der Schalter mit samt der Elektronik die 
diesen 10V Impuls Auslöst nicht Entprellt?!?!.
Ich brauche nur eine Art „Entprellung“ zum Triggereingang vom Flipflop. 
Die „Entprellung“ muss aber in meiner Schaltung realisiert werden und 
kann nicht in dem Externen Gerät erfolgen. Irgendwo einen Kondensator 
schalten der den 10V Schaltimpuls für ne halbe Sekunde aufrecht erhaltet 
und somit ein Flackern des Impulses verhindert?!?!? Ich bin ratlos, hab 
schon alles mögliche Ausprobiert, das einzige was einigermaßen half war 
den 10nF zwischen den Ausgang vom Kompensator und Triggereingang zu 
schalten aber so 100% Zuverlässig Funktioniert das aber auch nicht, alle 
8-10 Tastendrücke springts einmal. Kann mir jemand einen Rat geben wie 
ich das lösen kann? Ich hätte auch noch einen Kompensator oder FlipFlop 
in den IC`s übrig wenn es damit zu lösen ist.

Noch ne Frage, ich hab an den 3 OP (LM393) kommen ca. 11V Schaltspannung 
raus, ich habe die direkt an das FlipFlop wie auf meiner Skizze 
angeschlossen. Das ist schon OK so oder kann der 4013 davon schaden 
bekommen?

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Du könntest in Serie zum linken 10k Widerstand eine Diode und am 
"+"-Eingang des Komparators einen Kondensator nach Masse schalten. 
Parallel zu dieser Dioden-Widerstand-Kombination schaltest du einen 
hochohmigen Widerstand.

Dadurch wird der Kondensator zwar schnell aufgeladen aber nur langsam 
entladen und damit Schalterprellen wirkungsvoll unterdrückt. Dann 
solltest du dem Komparator aber auch eine Hysterese geben. Oder ist dies 
vielleicht der Grund der Fehltriggerungen??

Was du am Reseteingang des 4013 machst, ist mir nicht ganz klar. Was hat 
der 10nF Kondensator dort für eine Funktion?

Es wäre sinnvoll, wenn du mehr von der Schaltung zeigen/erklären 
könntest.

Kai Klaas

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Nachtrag:

>Die Spannung am Anschluss P Schwankt im Betrieb zwischen 2,5 und 5,5V.

Warum das? Die Taste ist doch entweder gerdückt oder nicht. Oder hast du 
da Brumm drauf? Verschwindet der, wenn du direkt am Eingang noch einen 
10k Widerstand nach Masse schaltest?

>Noch ne Frage, ich hab an den 3 OP (LM393) kommen ca. 11V Schaltspannung
>raus, ich habe die direkt an das FlipFlop wie auf meiner Skizze
>angeschlossen. Das ist schon OK so oder kann der 4013 davon schaden
>bekommen?

Ist ok so, vorausgesetzt der CD4013 wird ebenfalls mit 13V versorgt.

Aber wirklich, dein Komparator braucht eine Hysterese, sonst schaltet 
der nicht sauber durch, sondern kann kurzzeitig schwingen! Das wirkt 
sich dann genau so aus, wie ein nicht entprellter Taster.

Kai Klaas

Autor: tamtamtam (Gast)
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erstmal VIELEN dank für die schnellen antworten.

Ich kenn mich mit Elektronik ned so besonders gut aus so das ich es mal 
so erklären möchte

eine hysterese brauche ich nicht (denke ich) weil die leitung P nicht 
wie im bericht geschrieben schwangt,  Die leitung P ist so was wir eine 
steuerleitung über die mehrere schalt und steuerimpulse gehen, sorry 
falsch ausgedrückt :-). Im ruhezustand hat die, ich nenne es jetzt mal 
„trägerspannung“ etwa 5V drückt man (extern) eine taste (1-16) dann geht 
die trägerspannung von 5V auf etwa 2,5V runter und sendet aber zugleich 
darauf eine codierte impuls folge (je nach dem welche taste gedrückt 
wurde 1-16). Das alles habe ich schon rausgefunden und funktioniert auch 
wunderbar weil ich damit nur das flipflop setze bzw. resete. Drückt man 
eine andere taste (UND UM DIE GEHT’S) geht die trägerspannung von 5V auf 
ca. 10V und mit dieser taste möchte ich eben den flipflop triggern. 
Diese taste ist scheinbar nicht oder schlecht entprellt und somit 
springt das flopflop gelegentlich und das ist das problem an meiner 
schaltung.

-- Was hat der 10nF Kondensator dort für eine Funktion? --
wie gesagt ich bin nur so eine art bastler und kenn mich jetzt ned 
besonders gut aus, beim probieren und experimentieren habe ich 
festgestellt das mit dem 10nF kondensator am trigger eingang sich das 
springen des flipflops EXTREM reduziert hat. Vorher war bei jedem 
tastendruck das springen zu bemerken und mit dem kondensator ist es nur 
noch gelegentlich.

Kann der da nicht bleiben??

Den Tipp probiere ich gleich heute abend aus und berichte dann

Sollte euch mit der jetzigen funktionsbeschreibung noch was einfallen 
NUR HER DAMIT :-)

Danke schon mal!!!!!!!!!!!

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Thomas,

>wie gesagt ich bin nur so eine art bastler und kenn mich jetzt ned
>besonders gut aus, beim probieren und experimentieren habe ich
>festgestellt das mit dem 10nF kondensator am trigger eingang sich das
>springen des flipflops EXTREM reduziert hat.

Ich würde ihn auf jeden Fall wieder heraus herausnehmen. Du kannst in 
einer Digitalschaltung nicht einfach irgendwo einen Verbidnung 
auftrennen und einen Kondensator reinhängen!

Kai Klaas

Autor: tamtamtam (Gast)
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-- Du könntest in Serie zum linken 10k Widerstand eine Diode und am
"+"-Eingang des Komparators einen Kondensator nach Masse schalten.
Parallel zu dieser Dioden-Widerstand-Kombination schaltest du einen
hochohmigen Widerstand. --

so das habe ich jetzt probiert, funktioniert überhaupt nicht, wenn ich 
aber am eingang + die spannung mit einem multimeter messe und 
werentdessen die taste betätige dann gehts, springt aber wie gehabt.

so ich habe dann mal den kondensator etwas größer gewählt und geschaut 
wann da flipflop zum springen anfängt. ich glaube fast das problem nicht 
am entprellen des tasters liegt sondern doch an der "Hysterese"!!! denn 
wenn die spannung langsam nach unten geht fängt (taste schon lange 
losgelassen) das flipflop in einem bestimmten bereich an zu springen.
so im internet habe ich mich ein bischen informiert über die hysterese, 
verstehe auch was damit gemeint ist aber mehr auch ned :-).

wenn ich das richtig verstanden habe bezeichnet man ans hysterese einen 
zustand der ratlosigkeit oder lehre :-). quasi einen zustand wo der 
kompensator nicht weis soll er jetzt durchschalten oder ned!!. ist das 
so richtig?
wenn das so ist wieso gibt es denn eine große oder kleine hysterese?? am 
besten ist doch in m einem fall so klein wie möglich damit es nur 
entweder ja oder nein gibt?!?! wie mache ich das jetzt am besten....

DANKE!!

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Thomas,

ich würde dir die Modifizierung aus dem Anhang vorschlagen:

Ganz links ist die Tastenenprellung zu sehen, mit den zwei 
unterschiedlichen Zeitkontanten 2,2msec fürs Aufladen und 100msec fürs 
Entladen. Darauf folgt die erste Hälfte des LM393, der aber am Eingang 
verpolt ist gegenbüber deiner Schaltung! Der Sinn der Verpolung ist es, 
diesem Komparator eine Schalthysterese geben zu können, was bei der 
alten Polung nicht so einfach ginge. Die Hysterese beträgt rund 0,4V, 
das sollte reichen.

Auf den ersten Komparator folgt ein zweiter, der die Polarität des 
Signals noch einmal dreht. Du sagtest ja, daß du noch einen Komparator 
im LM393 übrig hast.

Auch dieser Komparator erhält eine Hysterese, um seine Stabilität zu 
erhöhen. Am Eingang befindet sich noch ein 47k Widerstand. Dieser soll 
in Kombintaion mit dem dortigen 15k Widerstand verhindern, daß die 
Eingangsspanung aus dem erlaubten Bereich läuft.

Das mit der Hysterese funktioniert so: Ist die Eingangsspannung am 
"-"-Eingang des Komparators "low", ist der Ausgang des Komparators 
"high". Deshalb liegt das rechte Ende des 470k Widerstand ebenfalls auf 
"high". Dadurch bildet sich ein Spannungsteiler, der am "+"-Eingang des 
Komparators eine Spannung von 6,7V erzeugt. Erst, wenn am "-"-Eingang 
diese Spannung überschritten wird, schaltet der Komparator seinen 
Ausgang auf "low". Dies hat zur Folge, daß sich die Spannung am 
"+"-Eingang von 6,7V schlagartig auf 6,3V verringert, wodurch das 
Schalten des Komparators unterschützt wird. Man spricht von einer 
positiven Gegenkopplung oder auch Mitkopplung, da die Ursache des 
Schaltvorgangs, verstärkt wird. Auf diese Weise schafft man es, daß bei 
langsamem Durchlaufen des Schaltbereichs, der Komparator stabil und ohne 
Schwingen durchschaltet. Genau das, was du hier brauchst, um das 
FlipFlop CD4013 sauber zu triggern.

Kai Klaas

Autor: tamtamtam (Gast)
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hallo kai,

vielen dank erstmal, ich probiere das heute bzw. morgen aus und melde 
mich dann wieder.

cu

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Das Problem beim 4013 ist das dies ein bisserl sehr sensibel auf den 
Antieg der Taktflanke reagiert und gerade da eine recht kurze 
Übergangszeit zwischen L und H erfordert sowie umgekehrt bei  H --> L.

Das schafft der 393 oft nicht einzuhalten.

Eine 4093 davorgeschaltet liefert "versteilerte" Taktflanken; die 4013 
kompatibel sind und das hat dies Problem bei mir beseitigt.

Alternativ kann man ein anderes FF nehmen aus der 40xx Serie, bei mir 
waren die JK-FF wesentlich unkritischer.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Andrew,

>Das Problem beim 4013 ist das dies ein bisserl sehr sensibel auf den
>Antieg der Taktflanke reagiert und gerade da eine recht kurze
>Übergangszeit zwischen L und H erfordert sowie umgekehrt bei  H --> L

Das Fairchild Datenblatt fordert eine Anstiegs- und Abfallzeit von 
<10µsec bei 10V und <5µsec bei 15V.

>Das schafft der 393 oft nicht einzuhalten.

Das National Datenblatt zeigt eine Anstiegs- und Abfallzeit von rund 
200nsec mit 5V Versorgung. Bei 13V Versorgung sollte der LM393 doch in 
weniger als 1µsec durchschalten?

Durch die Kaskadierung von zwei LM393 werden zudem die Flanken 
aufgesteilt, meint, der zweite Komparator "sieht" nicht den RC-Tiefpaß 
der Tastenentprellung und das damit stark "verlangsamte" Eingangsignal.

Ich habe das mit dem CD4013 schon oft gehört und auch gelesen, aber eine 
Instabilität niemals selbst beobachtet.

Kai Klaas

Autor: tamtamtam (Gast)
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hallo Kai,

DANKE kai ich habs!!!!!!!!!!!!!!

zuerst habe ich mal wie in deiner schaltung vorgeschlagen die das die 
eingänge getausch denn dem flipflop ist es ja egal wie es getriggert 
wird H-L odre L-H, danach habe ich die hysterese eingebaut, übrigends 
danke für die super erklärung. ich habe zwar schon einiges darüber 
gelesen aber bei dir zum ersten mal auch verstanden um was es eigentlich 
geht.

-- da die Ursache des Schaltvorgangs, verstärkt wird --

logisch und leicht verständlich.

siehe da!!! Ich das problem hat sich gewandelt :-). Vorher hatte ich das 
problem das das flipflop gesprungen ist und jetzt habe ich das problem 
das nicht mehr springt aber gelegentlich auf den tastendruck nicht 
reagiert sonst aber sauber schaltet. Dann habe ich deine 
entprellungsschaltung übernommen nur den kondensator auf 10nF 
verkleinert denn mit 220 war er etwas zu groß und hat ne schnelle 
tastenfolge nicht mitbekommen.

OK jetzt funktioniert es präzise, kein springen und jeder tastendruck 
wird erkannt genau so wie ich es brauche. Den zweiten Komparator habe 
ich also garnicht gebraucht.

DANKE, ich bin aus tschechien wenn ich was für dich tun kann lass es 
mich wissen!!!!!!!!!!!!!!!!! :-D

Und jetzt zum nächsten problem :-(, deine schaltung ist so gut das ein 
positiver nebeneffekt von meiner ersten unstabielen schaltung jetzt 
leider wegfällt.

Ich versuche es mal zu erklären

Über die steuerleitung p gehen steuersignale in beide richtungen. Einmal 
die codierten signale von der tastatur an das ausgabegerät und der 
steuerimpule vom ausgabegerät zur tastatur um diese vom standbay modus 
zu erwecken. Sinn und zweck meiner schaltung ist das ich jetzt so zwei 
tastaturen benutzen kann. Bedient man die tastatur T1 schaltet das 
flipflop mit einem relais um und die steuerleitung P der tastatur ist 
mit dem ausgabegerät verbunden und beim betädigen von T2 dann mit der 
steuerleitung von T2. über die taste des ausgabegerätes kann aber auch 
selber die tastatur anwählen und gleichzeitig aktivieren. So und nun das 
problem

Beide tastaturen mit der kompletten elektronik sind in einer art 
standbeimodus, beim betädigen einer taste der tastatur oder über mein 
steuersignal vom ausgabegerät erwacht die elektronik und ist aktiv 
(fällt aber nach ner minute wieder in stänbey). drücke ich die taste am 
ausgabegerät geht das signal zu meiner schaltung und gleichzeitig über 
das relais an z.b. die tastatur T1 (diese erwacht). Lasse ich die taste 
los (mein steuersignal verschwindet) schaltet das flipflop auf die 
tatatur T2 (so wie es ja sein soll). Das problem ist aber das sich die 
tastatur T2 im schlafmodus befindet weil mein steuersignal ja die 
tastatur T1 erweckt aber auch gleichzeitig das flipflop geschalten 
hat!!!. Bei meiner alten schaltung hat durch die prellung das relais so 
schnell hin und her geschalten das beide tastaturen den impuls bekommen 
haben. Fazit ist das ich jetzt 3x drucken muss bis ich das gewünschte 
resultat bekomme.

Ich weis ned ob ich es verständlich rüber gebracht habe?!?! Eine idee 
habe ich, ich probiere mal signal des LM393 zu negieren

Autor: Thomas Rud (tamtamtam)
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hallo kai,

ich bin ja sowas von einem idiot :-), mit negieren meinte ich das signal 
inventieren und das haste mir eigentlich mit deiner ganzen schaltung 
(auch zweiter Komparator) schon vor die nase gelegt !!! das problem war 
nicht meine unstabiele schaltung am anfang sondern das flipflop schaltet 
ja erst bei steigender flanke. da ja das signal mit deiner veränderung 
wegen der hysterese negiert wurde ist das flipflop erst nach loslassen 
der taste getriggert worden somit konnte das signal ja garnicht an die 
richtige tastatur geschickt werden. mit dem zweiten Komparator habe ich 
so das signal wieder umgewandelt mit dem nebenefekt das es wie du 
schreibst auch noch stabieler schaltet.

alles in allem funktioniert es jetzt SUUUUUPPPERRRRRRR :-DDDDDD

ich zeichne mir jetzt einen schaltplan und würde dich bitten dann mal 
einen prüfenden blick darauf zu werfen ob die dimenzinoierung der 
bauteile so ok ist denn diese schaltung wird dann in kleinserie 
produziert und soll keine ausfälle durch konstruktionsfehler haben .-) 
unsere kunden sind nicht sehr verständnissvoll :-)

wie gesagt wenn du was brauchst lass es mich wissen du hast mir wirklich 
sehr geholfen. vieleicht haste mir ne emailadresse für den fertigen plan 
oder wenn ich später mal was brauche..

cu

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Thomas,

>vieleicht haste mir ne emailadresse für den fertigen plan oder wenn ich
>später mal was brauche..

Schick mir deine e-mail-Adresse an thomas-email-adresse@trash-mail.com

Kai

Autor: tamtamtam (Gast)
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also die email existiert nicht?!?!

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