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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik NE555 und Relais


Autor: A.K. (Gast)
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Warum funktioniert der NE555 bisweilen nicht, wenn er direkt ein Relais
ansteuert. Die Kondensatorspannung läuft sauber hoch bis zur Referenz
(2/3 Vcc), bleibt aber dann wie angenagelt stehen und der Ausgang
aktiv.

Sitzt jedoch zwischen NE555 und dem Relais ein Transistor, dann
funktioniert es einwandfrei.

Ich habe das schon mehrfach in verschiedenen Schaltungen erlebt.

Illustration siehe Anhang.

Autor: Simon Küppers (Gast)
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Ich denke mal, wenn du ein Relais direkt anschließt ist der Strom zu
hoch. Dadurch entsteht ein sehr großer drop im NE555 (halt 1/3tel) und
lässt das relais nich richig durchsteuern.

Der Transistor wirkt ja als "verstärker" des Stroms. Braucht aber
selbst nur wenig Strom.

Autor: A.K. (Gast)
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Das wäre zu einfach ;-). Datenblatt NE555: Max source current 200mA.
Relais 40mA.

Zudem habe ich das Relais mal durch einen vergleichbaren Widerstand
ersetzt, dann ging es.

Autor: Sebastian (Gast)
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Vielleicht liegt es an der Freilaufdiode?

Autor: tex (Gast)
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dann ersetze Dein Relais mal duch eine Spule mit gleichen Werten und
dann wirst Du feststellen dass es nicht mehr geht. Dein Relais ist eine
Iduktivität!! kein Widerstand. Zuerst braucht Du über dem Relais eine
Freilaufdiode, die verhindert, das die Spannug der Selbstinduktion beim
abschalten durch Deinen NE555 schießt und dann solltest Du Dir klar
machen, das Dein Ralis im Moment des anziehens ungefähr das 10fache an
Strom nimmt, was auf Deinem Relais als Betriebsstrom angegeben ist.
Dann spendierst Du ihm vieleicht doch besser noch einen kleinen
Schalttransistor

Autor: icke (Gast)
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Ist mir nicht klar.
Was ist denn der der gemeinte Moment? in dem das Relais anzieht? Und
warum sollte bei einer Induktivität der Einschaltstrom größer als der
stationäre Strom sein?
Bei einer Kapazität würde ich das auch so sehen - daß man mit einem
großen Einschatstrom rechnen muss.

Autor: Sebastian (Gast)
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Die Induktivität ist im stationären Betrieb in der Sättigung. Beim
Einschalten muss sich das Magnetfeld erst aufbauen und da zieht die
mächtig Strom. Ist wie beim Kondensator beim aufladen fließt ein großer
Strom und wenn er aufgeladen ist nur noch ein kleiner Leckstrom.

Seb

Autor: icke (Gast)
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Ich teile den Aspekt der Sättigung, als das der Stromanstieg geringer
wird, aber der Betrag des Stroms an sich doch nicht.
mit Missverständnis rechne

Autor: crazy horse (Gast)
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eine Induktivität zieht in der Sättigung definitiv mehr Strom als im
Einschaltmoment. Daran kann es nicht liegen. Und der Strom wird auch
niemals höher als der durch den Ohmschen Widerstand möglich. Die
Freilaufdiode kommt auch erst zum Einsatz, wenn der Strom abgeschaltet
wird, im Einschaltzyklus hat sie keinerlei Funktion.

Autor: A.K. (Gast)
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@tex: Die Notwendigkeit einer Freilaufdiode ist mir bekannt, ist
natürlich auch eine drin, siehe beiliegendes Schaltbild.

@Sebastian: Das sich aufbauende Magnetfeld induziert eine
Gegenspannung, die den Stromfluss nicht verstärkt, sondern reduziert.
Kondensatoren halten Spannung aufrecht, Spulen den Strom, d.h. eine
Spule wirkt einer Stromänderung entgegen, rauf wie runter.

Ein "Einschaltstomstoss" ist mir bei Induktivitäten bislang denn auch
neu. Die arbeiten m.W. eher andersrum, d.h. der Strom steigt an bis er
in Sättigung den durch den Spulenwiderstand vorgegebenen Maximalwert
erreicht. Zum Kondensator passt das Verhalten insofern, als jener bei
konstantem Strom an Spannung zulegt, während Spule bei konstanter
Spannung an Strom zulegt. Soweit zumindest die Theorie.

Autor: tex (Gast)
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liebe Leute.
ich werde Euch nun nicht mit Induktion, Gegeninduktion und Induktiven
Widerständen so wie das zeitliche Verhalten von Strömen und Spannungen
in Spulen langweilen. Jeder von Euch hat ein Meßgerät (Multimeter) oder
sogar ein Oszi am Tisch und ein Relais wird sich auch finden , Notfallst
tut es auch ein Motor oder jede andere Spule mit Eisenkern. Dann
einschalten und die ersten 10ns beobachten. Für ganz einfache Aufbauten
tuts notfalls auch die Überstomlampe am Netzteil, sofern vorhanden.
Sofern der praktische Versuch dann das Stromverhalten gezeigt hat, kann
man ja mal versuchen, zu erklären, warum der induktive Widerstand der
Spule im Einschaltmoment gegen Null geht und welche Auswirkungen das
auf den Strom hat.
Sättigung und dergleichen hat in diesem Moment überhaupt nichts damit
zu tun. Eine Spule ist ein frequenzabhängiges Bauteil und wie hoch wird
die Frequenz wohl im Einschaltmoment sein, wenn das Signal aus dem
Schalttransistor steil auf VCC geht? (gilt übrigens auch beim
Abschalten, dafür die Freilaufdiode)

Autor: mmerten (Gast)
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Mal nur am Rande, man sollte sich mal die Ausgangskennlinien eines 7555
im Datenblatt anschauen. Der ist mit 40 mA schon recht "überfordert"
und liefert da bei weitem nicht mehr den vollen Spannungshub. als
passend dimensionierten schalttransistor an den ausgang und gut ist.

Autor: tex (Gast)
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@Crazy Horse
Wenn es keine Spule wäre hättest Du Recht, was den Kupferwiderstand bei
Gleichstom betrifft. Aber im Einschaltmoment ist es eben kein
Gleichstom, mit einer Frequenz, die theoretisch gegen Unendlich geht,
praktisch im Bereich von MHz liegt, je nach Schaltverhalten des
Transistors und da kommt die Komponente der Gegeninduktion nach dem
lenzschen Gesetz ins Spiel. Da interessiert der Kupferwiderstand
überhaupt nicht mehr.

Autor: A.K. (Gast)
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Ok tex, Du erklärst mir hier also warum die Schaltung beim Einschalten
Probleme kriegen könnte. Das tut sie aber problemlos, sorry.

Was sie indes nicht tut: Abschalten. Dass zu dem Zeitpunkt eine
induzierte Spannung auftritt ist klar, dafür ist da die Freilaufdiode
drin. Aber wie sorgt das solcherart klassisch beschaltete Relais dafür,
dass der NE555 nicht abschaltet oder beim "Versuch" den Ausgang
abzuschalten scheitert? Zum Zeitpunkt der Abschaltung ist ja die Spule
gemäss übereinstimmender Meinung (?) in Sättigung und der Strom durch
den Spulenwiderstand definierte 40mA.

Autor: peter dannegger (Gast)
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Wenn ich mich recht erinnere, ist beim 555 neben der Freilaufdiode auch
noch ne Diode in Reihe zum Ausgang notwendig, um induktive Lasten zu
schalten.


Peter

Autor: A.K. (Gast)
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@mmerten: Das Relais reagiert ab ca. 6V, der NE555 liefert laut
Datenblatt bei Vcc=15V 150mA/12,5V am Ausgang. Das langt auch bei 12V
Vcc und 40mA Relais immer noch locker. Hast Du evtl. den "sink"
current erwischt? Der ist in der Tat weit geringer als der "source"
current, interessiert hier aber nicht. Ausserdem: Das Relais reagiert
ja, und der NE555 liefert gemessene 11,x V.

Autor: mmerten (Gast)
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in der schaltung war ein ICM7555 (cmos variante) angegeben und die
"leistet" deutlich weniger

Autor: A.K. (Gast)
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Das verwendete IC ein TDB0555, nur hab ich im Eagle grad nix anderes
gefunden.

Autor: A.K. (Gast)
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@peter: die Diode in Serie kommt der Sache evtl. schon näher, den
Verdacht hatte ich auch schon. Hast Du dazu genauere Info? Ich habe das
bislang nirgends gesehen.

Autor: icke (Gast)
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"Eine Spule ist ein frequenzabhängiges Bauteil und wie hoch wird
die Frequenz wohl im Einschaltmoment sein, wenn das Signal aus dem
Schalttransistor steil auf VCC geht?"

Ziemlich groß, in der Tat. Bewirkt also auch ne ziemlich große Impedanz
jwL - nur warum sollte bei einer großen Impedanz ein großer Strom
fließen? Ich steh jetzt wirlich etwas auf dem Schlauch, was du meinst.
Also geh ruhig drauf ein.

Meinst du Überschwinger in Verbindung mit parasitären Cs?

Autor: A.K. (Gast)
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Yep, hab's grad selber gefunden.

http://www.kpsec.freeuk.com/555timer.htm, unter "Relay coils and other
inductive loads".

Autor: tex (Gast)
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@ak
... Weil Du den Transistor beim einschalten über die seine
belastbarkein hinaus beansprucht und zum Durchbruch geführt hast ...

Autor: Marillion (Gast)
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Der Verlauf des Einschaltstromes einer festen Induktivität ist
keinesfalls ein steiler Verlauf, sondern er baut sich 'langsam' nach
einer e-Funktion auf.

Marillion

Autor: tex (Gast)
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Du induzierst in der Spule eine Spannung, die der Induktionsspannung
entgegengerichtet ist. Du hast praktisch eine entgegengepolte
Spannungsquelle an Deinem Schalter. Ist der Tarnsistor nicht in der
Lage das zu schlucken, bricht er durch. Klar, nach dem einschalten ist
er dann leitend, er schaltet sich bloß nicht wieder aus... Ist der
Impuls nicht so groß gewesen, dass auch gleich der Kristall
verschmolzen ist, ist nach dem abschalten alles wieder in Butter bis
zum nächsten einschalten.

Autor: A.K. (Gast)
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@tex: Warum wird dann dann der Timing-Kondensator vom NE555 nicht
entladen? Dem Discharge-Anschluss sollte der Durchbruch egal sein.
Nicht jedoch dem Pulldown-Transistor, der müsste beim Abschalten einen
internen Kurzen abliefern. Und auch der Reset-Anschluss sollte nicht
wirken - tut er aber.

Abgesehen davon wirkt die Induktivität eines aufbauenden Magnetfeldes
dem Strom entgegen, d.h. die induzierte Spannung hat + oben, nicht
unten. Höher als die angelegte geht auch nicht, d.h. der Strom bestimmt
sich aus der Differenz der angelegten Spannung und der induzierten
Gegenspannung. Umgekehrt beim Abschalten, dann ist + unten, drum die
Diode.

Autor: Jens123 (Gast)
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>>Höher als die angelegte geht auch nicht

FALSCH!!!

es geht hoeher!!!

du kannst ja mal einen versuch machen:

nim einen kleinen Travo 12V - 230V zB.

an der 230V Seite baust du dir eine Funkenstrecke (etwa 1mm) evtl mit
Drath direkt auf dem Travo..

dann nimmst du dir ein Ralais und laesst dieses permanent schalten und
ueber den oeffner wieder abfallen

paralel zur Spule setzt du dann die Sekundarseite des Travos (wird also
gepulst)

und du wirst sehen, dass Funken Fliegen und bei 230V fliegen keine
Funken ueber 1mm ;)

Das liegt nunmal an der Induktivitaet und am sich schnell veraendertem
Magnetfeld

Autor: A.K. (Gast)
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@Jens123: Hier ging es um den Aufbau vom Magnetfeld, nicht um den Abbau.
Dass beim Abschalten einer Spule die Funken fliegen ist sattsam bekannt
und durch die Freilaufdiode verhindert.

Autor: tex (Gast)
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was hier noch immer nicht durchgekommen ist, ist, das der Transistor
beim einschalten gekillt wird und das eine Induktivität beim
Einschalten  nicht das gleiche Verhalten zeigt, wie bei der Erregung
durch sinusfürmige Ströme im eingeschwungenen Zustand.
Ich habe aber auch mißverständlich "beim Abschalten" geschrieben, wo
man eindeutig "beim herstellen der Stannngsfreiheit" hätte schreiben
sollen.

Autor: A.K. (Gast)
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@tex: Ich habe durchaus verstanden, dass deiner These nach beim
Einschalten gekillt wird. Was ich auf dieser Basis aber nicht verstehe:
warum lässt er sich in dem Zustand zwar per "reset" PIN abschalten,
nicht aber per "threshold"?

Autor: tex (Gast)
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Du musst den Transistr spannungsfrei machen um ihn wiederzubeleben.
vieleicht macht er das bei "reset", aber nicht bei "threshold"

@AK
nun, dass beim einschalten keine Funken fliegen liegt aber nicht daran,
dass die Ströme nicht da sind, sondern daran, dass nirgendwo Luft als
Leiter herhalten muss, wie beim auftrennen der Verbindung. Nimm einen
Trafo der sagen wir mal 12V / 5 A macht, belaste ihm mit 5 A, schalte
Dir primär eine durchsichtige Glasfeinsicherung 260mA rein und schalte
ihn schnell 5 mal hintereinander ein und aus.

Autor: A.K. (Gast)
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Die interne Schaltung vom NE555 ist bekannt.

Autor: josef (Gast)
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Würde mal die TTL-Version anstatt der CMOs Version nehmen.


Josef

Autor: josef (Gast)
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Parallel zur Relaisespule ein C mit 100n. Anderes Relaise nehmen.
Stromversorgung ok ?

Josef

Autor: A.K. (Gast)
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Der TDB0555 ist m.W. die bipolare Version. Ich habe im Eagle bloss keine
Lib dafür gefunden, drum steht im Bild der falsche drin.

Autor: tex (Gast)
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parallel zur Relaisspule ein C? Noch mehr Strom beim einschalten? Er hat
doch schon zu viel.

Autor: Björn (Gast)
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@tex
du bringst da glaube ich etwas durcheinander (bitte nicht gleich
eingeschnapt sein), bzw. beschreibst deine Annahmen nicht vollständig.
Wenn man einen Trafo einschaltet, kann der Strom in der Tat in
ungeahnte Höhen gehen. Dies liegt aber nicht an der Induktivität an
sich, denn diese begrenzt den steilen Stromanstieg. Irgend jemand
schrieb ja schon jwL (Also Unndlicher Widerstand bei Frequenz
Unendlich).
Sondern daran, dass der Trafokern schon (gepolt) vormagnetisiert ist
und man ihn nun bei gleicher Polung (unter Umständen) noch weiter
magnetisieren will. Das geht aber nicht und der Trafo geht in die
Sättigung. Stichwort Rush-Effekt.
Dieses Problem umgeht man, wenn man den Tafo bei maximaler Amplitude
einschaltet.

Gruß

Autor: tex (Gast)
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naja! und was passiert in meiner Relaisspule beim offenen Magnetkern,
wenn der Feldaufbau vollzogen und der magnetische Widerstand im
magnetischen Kreis schlagartig von nahezu unendlich nach nahezu 0 geht?
Gibt das keine Gegeninduktion?  Kein Strom der seiner Induktonsursache
entgegenwirkt? Was ist dann der lustige Stromspike, den ich meinen
AZUBIS Jahr für Jahr auf dem Oszi zeige ...

Autor: Marillion (Gast)
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@tex
verwechselst Du Gleichstromspulen(obiges Relais) mit
Wechselstromspulen(Induktivitäten, Trafos, AC-Motore)

Bei Einschalten von Gleichstromspulen ist doch alles einfach: Relativ
langsamer Stromanstieg, im Dauerbetrieb wird der Strom durch den
ohmschem Spulenwiderstand begrenzt.
Beim Ausschalten entsteht die Induktionsspannung.



Marillion

Autor: A.K. (Gast)
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Ich denke tex hat mit der mechanisch bedingten Veränderung des
Magnetkerns durch Anzug/Abfall nicht ganz unrecht, nur wieviel das
konkret ausmacht und in welche Richtung würde mich interessieren.

Ein Beispiel gibt das ELKO, nur kann ich seinen "mörderischen" Peak
dort nicht so recht wiederfinden:
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0207211.htm.
Gibt's dazu irgendwo präzisere Info?

Allerdings hat das absolut nichts mit dem ursprünglichen Problem zu tun
- wie peter oben schon feststellte, handelt es sich um ein
Retrigger-Effekt, nicht um eine Überlastung.

Autor: icke (Gast)
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Ich glaube es ist ein bißchen aneinander vorbei geredet worden - hoffe
ich verstehe jetzt richtig was tex die ganze Zeit meint.
Es geht tex die ganze Zeit um den magnetischen Kreis SPEZIELL in einem
Relais und nicht ums Schalten einer Induktivität.

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