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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Komperatorschaltung mit Hysterese und Relaischaltung


Autor: Sdfwef Werers (huberg)
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Hallo ich habe mir eine Schaltung ausgedacht, diese hat die Funktion 
wenn ein Signal mit mehr als 11,5V Spannung anliegt dann soll das Signal 
welches auf den Schalter eines Relais liegt durchgeschalten werden. Wenn 
das Signal weniger als 11,5V hat dann soll das Signal nicht 
durchgeschalten werden.

Ich habe mir einen Teil der Schaltung schon überlegt.
Ich nehme einen temperaturkompensierte Referenzdiode(LM385) die ziemlich 
genaue 1,24V liefert, nach der OPV Spannungsfolgerschaltung stehen mir 
dann 1,24 V niederohmig zur verfügung. Diese vergleiche ich mit dem 
Komperator mit einer zu einer Spanung welche durch den Spannungsteiler 
proportional zu der Spanung ist. Der OPV sollte dann wenn die Spannung 
größer als 1,24V ist in die Sättigung gehen.

Ich will das der OPV U1B noch eine hysterese bekommt und dann eine 
Vorschlag wie ich die Relaischlatung realisiern kann.

Ich bitte euch um hilfreiche Antworten
Mfg Gerhard

Autor: Sdfwef Werers (huberg)
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Kann mir bitte wer helfen?
Danke

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Wo ist denn dieses Signal, das du überprüfen willst in deiner 
Schaltung??

Kai Klaas

Autor: Sdfwef Werers (huberg)
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Ubatt ist variabel

Wenn ubatt unter 11,5V sinkt soll das relai nicht durchschalten.
wenn ubatt über 11,5V ist soll das relai durchschatlen.
Mfg Gerhard

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Entferne C1, C2 und C3, vergrößere C4 auf 100n, mache R6 zu Null und 
lege vom "+" Eingang des OPamp zum Ausgang einen Widerstand zwischen 1M 
und 10M, je nachdem, wie groß die Hysterese sein soll.

Am Ausgang schaltest du dann einen Transistorinverter, der das Relais 
ansteuert.

Kai Klaas

Autor: Sdfwef Werers (huberg)
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ok danke
kann man die hysterese berechnen? ich verstehe nicht warum zwischen 1M 
und 10M. was meinst du mit Transistorinverter? ich habe jetzt entweder 
den uaus auf den wert der ubatt spannung oder gnd, wenn uaus = den wert 
von ubatt dann soll das relai ubatt durchschalten.
Mfg Gerhard

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>kann man die hysterese berechnen?

Ja.

>ich verstehe nicht warum zwischen 1M und 10M.

Weil das übliche Werte sind. Wahrscheinlich sollte die Hysterese aber 
etwas größer gewählt werden, damit bei der Laständerung durch das 
Einschalten des Relais nicht die Batteriespannung unter die 
Schaltschwelle absinkt und das Ganze anfängt zu schwingen.

Bei welcher Spannung soll denn das Relais wieder abfallen? Und was für 
ein Relais verwendest du? Daten?

>was meinst du mit Transistorinverter?

So etwas wie hier, rechte Seite:

http://www.mikrocontroller.net/articles/Datei:NPN_...

Kai Klaas

Autor: Sdfwef Werers (huberg)
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meinst du so?
mfg Gerhard

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>meinst du so?

Fast. Mach R3 zu Null und schließe den "B" Anschluß des Relais nicht an 
Masse sondern an Ubatt an. Freilauf-Diode über Anschlüsse A und B nicht 
vergessen!

R8 sollte viel größer sein. Eventuell noch ein gleich großer Widerstand 
von der Basis nach Masse schalten.

Hochohmigen Widerstand noch von Pin5 zu Pin7 des OPamps schalten.

Nochmals: Was für ein Relais verwdendest du?

Kai Klaas

Autor: Sdfwef Werers (huberg)
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ich hoffe jetzt passt es.
Den widerstand für historese lasse ich im moment noch weg.

Was ganz wesentliches habe ich vergessen ich brauche eine Selbsthaltung.
ich hab noch nie mit relais gearbeitet.

>Nochmals: Was für ein Relais verwdendest du?
kannst du mir bitte eines empfehlen? ich habe ein 12V Relai mit zwei 
schaltern im Schrank weiß aber typenbezeichnung nicht.
Mfg Gerhard

Autor: MaWin (Gast)
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> als 11,5V Spannung anliegt dann soll das Signal welches
> auf den Schalter eines Relais liegt durchgeschalten werden.
> Wenn das Signal weniger als 11,5V hat dann soll das Signal
> nicht durchgeschalten werden.

Das ist doch Käse, das ist doch keine Hysterese.
Bei genau 11.5V wird das Relais ständig umschalten.

> Was ganz wesentliches habe ich vergessen ich brauche eine Selbsthaltung.

Wozu das ?
Nach der obigen Beschreibung brauchst du keine Selbsthaltung.

Wenn du geschrieben hättest: So bald die Spannung das erste mal
11.5V überschreitet, soll ein Relais anziehen, und auch nicht mehr
ausgehen, wenn das Signal unter 11.5V fällt, sondern so lange
anbleiben bis die Spannung nicht mal mehr für das Relais reicht.

Dann wäre das Selbsthaltung (und braucht keine Hysterese).


Du wirst also noch mal nachdenken müssen, was du eigentlich willst.

Hysterese berechnet man sehr einfach im klassischen Schmitt-Trigger:

       |
      82k +---R1---+
       |  |        |
       +--+--|+\   |
       |     |  >--+--
--10k--(-----|-/
       |
      10k
       |

R1 ist für die Hysterese zuständig.
Je kleiner dessen Widerstandswert ist, um so grösser ist die Hysterese.

Bei 1.24V Referenzspannung und einem Teiler 82k zu 8k2 und einem R1 von 
1MOhm

10k parallel mit 1MOhm = 9901 Ohm
82k parallel mit 1MOhm = 75785 Ohm

Ausgang des OpAmp 0V: 1.24/9901*(82000+9901) = 11.509V

Ausgang des OpAmps 12V: 1.24/10000*(75785+10000) = 10.637V

Wenn die Spannung 11.5V übersteigt zieht das Relais an,
wenn sie danach 10.64V unterschreitet, fällt es ab.

was macht das Relais bei 11V? Es hängt davon ab, was vorher war. War sie 
vorher mal über 11.5 und nicht unter 10.6, wird es an sein.

> ich habe ein 12V Relai mit zwei
> schaltern im Schrank weiß aber typenbezeichnung nicht.

Das ist schlecht weil man dann nicht weiss, wie viel Strom es benötigt, 
und man den von Kai vorgeschlagenen Transistor braucht.

Es gibt natürlich viele andere Arten, so was aufzubauen, mit weniger 
Bauteilen. ICL7665 wäre so einer. Oder auch TL103/TSM103.

Autor: Sdfwef Werers (huberg)
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Danke für die Erklärung war sehr hilfreich.
Ich habe mich geirrte mit den Begriffen Hysterese und Selbsthaltung.

Ich werde jetzt noch einmal versuchen die Funktion der Schaltung zu 
erklären.
Ich habe eine Spannung Ubatt die normalerweise 12-15 Volt ist. Die 
Funktion der Schaltung soll sein das wenn Ubatt unter 11.5Volt sinkt 
dann soll an dem Ausgang Gnd sein, wenn Ubatt über 11.5 Volt ist dann 
soll am Uaus Ubatt sein.
Ich hoffe die Beschreibung passt.
Außerdem soll die Schaltung wenig Leistung verbrauchen.

Welches Relai würdet ihr empfehlen? Ich kann mir ja eines kaufen.
Mfg Gerhard

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Gerhard Huber schrieb:
> Welches Relai würdet ihr empfehlen?


Dazu mußt du schon verraten welche Last du bei welcher Spannung und 
welchem Strom schalten willst


> Ich kann mir ja eines kaufen.

Vernünftiger Ansatz.

Autor: Sdfwef Werers (huberg)
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Die Spannung ubatt wird normalerweise 10-15 Volt sein. Die last wird ca 
0,5 A verbrauchen.
Mfg Gerhard

Autor: Jens G. (jensig)
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>Ich habe eine Spannung Ubatt die normalerweise 12-15 Volt ist. Die
>Funktion der Schaltung soll sein das wenn Ubatt unter 11.5Volt sinkt
>dann soll an dem Ausgang Gnd sein, wenn Ubatt über 11.5 Volt ist dann
>soll am Uaus Ubatt sein.

ich würde hier trotzdem eine kleine Hysterese einbauen, sonst wird dir 
das Relais ständig am Umschaltpunkt flattern. "Klein" heist vielleicht 
so 100mV, was man mit 10MOhm in etwa erreichen sollte.

Autor: Sdfwef Werers (huberg)
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passt die restliche schaltung?
kann mir wär erklären wie der rechte teil der schaltung funktioniert?
Welches Relai soll ich verwenden?
Mfg Gerhard

Autor: Jens G. (jensig)
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Scheint inzwischen zu stimmen.
Welcher rechte Teil der Schaltung ist gemeint?

Ansosnten bezüglich relais - such Dir hier eins aus:

http://such001.reichelt.de/?;ACTION=444;LA=444;SEA...

z.B. das SIL 7271-L 12V , wenn Du wirklich nur ein halbes Ampere 
schalten willst.

Autor: Sdfwef Werers (huberg)
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ok danke für deine Antwort.
den teil ab rechts von dem Transistor.
ich habe die schaltung in pspice simuliert und der Komperator geht aber 
nicht in die Sättigung als auf Ubatt sondern nur auf 4,5 Volt weis 
jemand warum?
Mfg Gerhard

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Gerhard,

>ich habe die schaltung in pspice simuliert und der Komperator geht aber
>nicht in die Sättigung als auf Ubatt sondern nur auf 4,5 Volt weis
>jemand warum?

Vielleicht schwingt er, weil die Hysterese zu klein ist? Erhöhe mal 
Ubatt auf 13V.

>den teil ab rechts von dem Transistor.

Da ist nur noch das Relais.

Wenn der Komparator am Ausgang auf "high" springt, schaltet Q1 durch und 
das Relais wird von Strom durchflossen. D2 ist die Freilaufdiode, die 
beim Abschalten des Relais den an den Spulenanschlüssen auftretenden 
Spannungspeak auf ungefährliche Werte begrenzt.

Kai Klaas

Autor: Sdfwef Werers (huberg)
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Wunderbar mit dem 10Mega Ohm funktioniert der Komperator.

Wenn der Komperator auf low ist dann ist auf Pin A des Relais 0V und auf 
pin b ubatt (10-15V) => da sollte durch die Spule ein strom fließen 
oder?
wenn der komperator dann auf high springt dann sind auf beiden 
spulenanschlüssen ubatt, so weit ich das verstanden habe fließt dann 
kein strom oder? ich dachte schon länger bei pin b gehört gnd hin, 
stimmt das ?
weil kai klass meinte
> schließe den "B" Anschluß des Relais nicht an Masse sondern an Ubatt an.
ich verstehe nicht warum? muss die spule bei beiden anschlüssen ubatt 
haben?
Mfg Gerhard

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Wenn der Komperator auf low ist dann ist auf Pin A des Relais 0V und auf
>pin b ubatt (10-15V) => da sollte durch die Spule ein strom fließen
>oder?

Nein, Q1 ist dann ja ausgeschaltet und läßt keinen Strom durch die 
Relaisspule fließen. Punkte A und B liegen dann beide auf Ubatt.

>wenn der komperator dann auf high springt dann sind auf beiden
>spulenanschlüssen ubatt...

Nein, dann schaltet Q1 durch und Punkt A liegt auf Masse. Da Punkt B an 
Ubatt hängt, fließt jetzt Strom durch das Relais.

Kai Klaas

Autor: Sdfwef Werers (huberg)
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Sehr gut jetzt hab ichs verstanden danke. Sehr nett.
Würdet ihr die Schaltung als fertig ansehen oder gibt es noch 
Bauteilwerte die man verändern sollte?
Mfg Gerhard

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Würdet ihr die Schaltung als fertig ansehen oder gibt es noch
>Bauteilwerte die man verändern sollte?

Dazu müßten wir erst einmal wissen, was die Schaltung genau tun soll.

Also, da gäbe es noch einen Punkt: Batterien haben bisweilen einen nicht 
vernachlässigbaren Innenwiderstand, vor allem wenn sie altern, der im 
ungünstigsten Fall deine Relais-Steuerung schwingen lassen kann. Das 
läuft dann so ab:

Schaltet der Transitor Q1 durch, zieht das Relais kurzzeitig einen 
höheren Strom von der Batterie. Am Innenwiderstand der Batterie fällt 
deshalb einen höhere Spannung ab und die Batteriespannung sinkt 
kurzzeitig ab. Der Komparator wird das merken und kann das Relais wieder 
abschalten. Doch dann steigt die Batteriespannung wieder und das Relais 
wird wieder eingeschaltet. Damit wiederholt sich das Spiel von vorne.

R9 und C5 sind schon eine gute Maßnahme dagegen. Aber falls das nicht 
reicht, solltest du die Hysterese des Komparators vergrößern.

Kai Klaas

Autor: Sdfwef Werers (huberg)
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danke für eure hilfe, dann werd ich die schaltung einmal aufbauen.
Mfg gerhard

Autor: Sdfwef Werers (huberg)
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Ich habe heute nochmal die schaltung in pspice simuliert und habe 
festgestellt das an uaus immer ubatt anliegt, meine vermutung ist ,dass 
das relai nicht richtig simuliert wird, kann das sein oder ist in der 
schaltung ein fehler?
wenn ubatt z.B. 11.2 Volt ist dann liegt am ausgang des komperators 0V 
und an den beiden eingängen des relais a und b liegt ubatt mit 11.2Volt 
trotzdem ist uaus 11.2Volt.
Mfg Gerhard

Autor: Jens G. (jensig)
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Was der Ausgang des Comp. macht, hängt von seinen beiden 
Eingangsspannungen ab. R12/R5=82k/8,2k=10 , d.h., Ubat muß mindestens 
12,4V betrachten, damit der Comp. auf H geht (wenn wir die Hysterese 
jetzt mal weglassen). Simuliere doch mal >12,4V ....

Autor: Sdfwef Werers (huberg)
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das widerstandsverhältnis ist nicht 82 zu 8.2 sondern 68 zu 8,2 die 
grenze ist also bei 11.45 volt ungefähr das passt der komperator wird 
richtig simuliert. aber es ist egal ob ubatt 13 oder 12 oder 11 oder 10 
Volt ist es liegt ubatt am uaus, wie schon gesagt ich denke pspice 
simuliert das relai falsch.
Mfg Gerhard

Autor: Jens G. (jensig)
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Messe am besten am Collector des Transistors. Dann siehste ja, ob bis 
dahin alles geht. Ein Relais muß man ja auch nicht unbedingt simulieren.

Autor: Sdfwef Werers (huberg)
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ich habe geschrieben
>wenn ubatt z.B. 11.2 Volt ist dann liegt am ausgang des komperators 0V
>und an den beiden eingängen des relais a und b liegt ubatt mit 11.2Volt
>trotzdem ist uaus 11.2Volt.

Also passt die schaltung und das relai wird nicht richtig simuliert?
Mfg Gerhard

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Was macht denn Q1 in deiner Simulation? Verhält sich der "ordentlich"?

Kai Klaas

Autor: Gustav (Gast)
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Wozu ist in der Schaltung eigentlich R1 und R11 gut?

R11, damit der Transistor schneller abschaltet?

Autor: Jens G. (jensig)
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R1 sollte eigentlich klar sein - ist der Vorwiderstand für die 1,24V 
Referenz.

R11: einerseits beschleunigt er den Abschaltvorgang des Transitors (hier 
nicht so wichtig), andererseits wird zusammen mit R8 ein Spannungsteiler 
gebildet, so daß der Transistor erst bei rund 1,2-1,4V 
Komparatorspannung zu leiten beginnt. Immer ganz gut bei IC's, deren 
Ausgang nicht ganz bis auf Masse runterschalten kann wegen 
kostruktionsbedingter Unzulänglichkeiten in deren Endstufen. Beim hier 
verwendeten LM358 aber nich nötig (kann bis auf wenige mV an Masse 
runter) - R8 ist aber weiterhin nötig.

Autor: Sdfwef Werers (huberg)
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ja der transtor verhält sich ordentlich.
beim relai ist der fehler das wird falsch simuliert.
mittlerweise bin ich mir sicher
Mfg Gerhard

Autor: Kai Klaas (Gast)
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@Jens

>R11: einerseits beschleunigt er den Abschaltvorgang des Transitors (hier
>nicht so wichtig), andererseits wird zusammen mit R8 ein Spannungsteiler
>gebildet, so daß der Transistor erst bei rund 1,2-1,4V
>Komparatorspannung zu leiten beginnt. Immer ganz gut bei IC's, deren
>Ausgang nicht ganz bis auf Masse runterschalten kann wegen
>kostruktionsbedingter Unzulänglichkeiten in deren Endstufen. Beim hier
>verwendeten LM358 aber nich nötig (kann bis auf wenige mV an Masse
>runter) - R8 ist aer weiterhin nötig.

R11 macht die Schalststufe auch unempfindlich gegen Störungen auf der 
Masse.

Kai Klaas

Autor: Gustav (Gast)
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Ah danke, wirklich sehr anschaulich der Thread :)

Autor: Jens G. (jensig)
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@ Kai Klaas (Gast)

>R11 macht die Schalststufe auch unempfindlich gegen Störungen auf der
>Masse.

>Kai Klaas

Hmmm - aber sicherlich doch nur, wenn der treibende Baustein auch mal 
High-Z am Ausgang hat, was hier nicht der Fall sein kann. Die Basis ist 
doch zuverlässig via R8 und Komparatorausgang entweder so ziemlich auf 
Masse oder auf +Ub geklemmt. Also relativ niederohmig.

Autor: Sdfwef Werers (huberg)
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ich hab jetzt die Schaltung aufgebaut und durchgemessen.
wenn man ubatt auf zwei volt macht funktioniert der komperator und 
liefert 10,5V nach dem Transistor inverter messe ich 8,2V
was kann der fehler sein`?
Mfg gerhard

Autor: Sdfwef Werers (huberg)
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sorry verschrieben
wenn man ubatt auf 12V macht
dann hat man nach dem Komperator 10,5V
und nach dem Transistor 8,2V warum?

Autor: Sdfwef Werers (huberg)
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jawoll schaltung funkt

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