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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Optokoppler und Flip-Flop


Autor: Tobias (Gast)
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Hallo zusammen,

ich bin noch ziemlicher Anfänger, was Elektronik angeht und habe
deswegen 2 Fragen an euch:

1) Ich habe eine Schaltung, die wie folgend aussieht
http://www.free-webspace.biz/menzel1/1.JPG . Der Anschluss B liegt an
0V und Anschluss A kann an +15V oder -15V liegen. Wenn nun an A +15V
anliegen, soll am AVR ein 5V Pegel anliegen. Wenn -15V anliegen, soll
0V am AVR anliegen. Diese Schaltfrequenz kann bis zu 20khz betragen!
Würde für diesen Zweck ein Optokoppler reichen???
Wie müsste ich ihn beschalten???


2) Ich brauche einen Baustein, der bei einem high Zustand am Eingang,
diesen auf den Ausgang übernimmt und erst wieder löscht, wenn ich einen
reset oder ähnlich gebe. Könnte man dort Flip-Flops verwenden?? Und
wenn, welchen müsste ich nehmen???


Würde mich wirklich freuen, wenn mir jemand helfen könnte.
Gruß Tobias

Autor: Hubert (Gast)
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Optokoppler reicht. Die Diode des OK und ein Vorwiderstand in Serie.
Sperrspannung beachten, eventuell eine Diode in Serie dazu. Am Ausgang
hast du einen Transistor.

Autor: TravelRec. (Gast)
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Hmm, leider toter Link, kann das Bild nicht sehen. Optokoppler ist gut,
wenn Potentiale getrennt werden sollen. Kann die Quelle (die +-15V) so
5mA treiben? Dann geht´s so: Eingang -> Widerstand 2kOhm -> Optokoppler
Eingang. Direkt am Optokoppler-Eingang nach Eingangs-Masse eine Si-Diode
antiparallel zur OptokpplerDiode (also andersherum). Sie verhindert
einen rückwärtigen, zerstörerischen Strom durch die Optokoppler, wenn
-15V anliegen. Ausgangsseitig den Optokoppler mit dem Kollektor an +5V
und mit dem Emitter an einen 10k Widerstand nach Masse. Am Emitter
letztendlich lieg der Eingang des Atmel. 20kHz macht eigentlich jeder
Optokoppler mit.

Ohne Optokoppler, also wenn keine Potentialtrennung erforderlich ist,
geht´s ganz einfach mit ´nem Eingangswiderstand (Serie) von 10k, dann
eine Z-Diode (4,7V) nach Masse. Diese verhindert ein Ansteigen der
Spannung über 4,7V und unter -0.6V  (vorausgesetzt, sie ist richtig
gepolt!). Dann zur Sicherheit noch 1k Serienwiderstand und dann zum
Atmel.

Autor: Tobias (Gast)
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Danke erstmal für eure Antworten!

Bei dem Link muss man nochmal mit Rechtsklich auf Bild anzeigen
klicken, dann funktionierts.

Die Stromquelle kann ohne Probleme 5mA abgeben.

Die potentiale müssen eigentlich nicht getrennt werden, da der AVR von
der selben Quelle den Strom bezieht, nur gleichgerichtet!

Hab ich es richtig verstanden, dass dich einen 10Kohm Wiederstand
zwischen A und AVR + Z-Diode zwischen A und B benutzen soll?? Wie muss
ich den 1Kohm Wiederstand einbauen?

Würde mich sehr über Hilfe freuen!
Gruß Tobias

Autor: A.K. (Gast)
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2 Browser probiert, bei keinem klappt es, egal mit welcher Maustaste.

Also bitte: (1) GIF oder PNG aber nicht JPG für Schaltungen. (2) Ins
Forum als Anhang, nicht als Link.

Autor: Tobias (Gast)
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So, das Bild is jetzt im Anhang.

Gruß Tobi

Autor: Tobias (Gast)
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Und noch das GIF

Gruß Tobias

Autor: A.K. (Gast)
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Optokoppler geht, bei 20KHz aber nicht jeder. 6N137 beispielsweise.
Pullup-Widerstand am Ausgang ist wohl nötig, der im AVR ist zu gross.
Maximale Sperrspannung der LED beachten, eine Diode antiparallel mag
nötig sein.

Ohne Optokoppler, d.h. TraceRecs Variante, ist ebenso gut, hast es
glaube ich auch richtig verstanden. Wozu der 1K Serienwiderstand gut
sein soll ist mir aber nicht klar.

Apropos Potentialtrennung: gleichgerichtet aus gleicher Quelle
impliziert nicht unbedingt ein gleiches Massepotential.

Autor: Tobias (Gast)
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Könnte diese Schaltung so funktioneren???
R2 könnte man ja vielleicht noch zur Strombegrezung reinmachen. Das
meinte TravelRec wahrscheinlich mit dem 1Kohm, oder?


Würde mich sehr über Hilfe freuen
Gruß Tobias

Autor: Tobias (Gast)
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Kann mir niemand sagen, ob das so hinhauen könnte???

Würde eigentlich nicht auch eine normale Diode+Wiederstand zwischen
Punkt A und dem Eingang des Mikros reichen???

Würde mich über jeden Tipp freuen
Gruß Tobias

Autor: Hubert (Gast)
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Ich kann mir nicht vorstellen das das funktioniert, dir fehlt meiner
Meinung nach der Massebezug. Liegt diese Schaltfreqenz immer an oder
variiert sie von 0 bis 20kHz?

Autor: Tobias (Gast)
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Gedacht ist es um digitale Signale über 2 Leitungen zu transportieren
und gleichzeitig noch die Stromversorgung darüber zu erhalten. Die
Frequenz variiert, da ich für logisch 1 +15V und logisch 0 -15V am
Anschluss A anlegen will.

Würde es die ganze Sache erleichtern, wenn ich anstatt den -15V an
Anschluss A 0V und an B +15V anlege???
Dann müsste doch ein Spannungsteiler reichen, da mann an Anschluss A
entweder 0V oder 15V hat, oder??


Würde mich über Hilfe freuen.
Gruß Tobias

Autor: A.K. (Gast)
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Gleichrichter kommt bekanntlich von "gleich riecht er". So wie
dargestellt kann er's zwar nicht, die unteren beiden Brückendioden
sind dafür verkehrt herum, aber wenn das eine fertige Brücke ist, dann
ist das ja bloss ein Darstellungsproblem.

Wenn richtig gebaut wird er dann auch schön riechen, zusammen mit dem
µC. Weil die Z-Diode nämlich hier auch in Durchlassrichtung arbeitet
und die Eingangsspannung direkt auf den Eingang vom µC legt. Das dürfte
reichen um den parasitären Thyristor im µC zu zünden der die
Stromversorgung kurzschliesst.

Selbst wenn Du das so erweiterst, dass dies nicht passiert, dann hast
Du unter'm Strich die doppelte Frequenz am µC Pin liegen. Nicht der
Sinn der Sache. Entweder Du verwendest einen Einweggleichrichter für
die Stromversorgung, oder eben doch einen Optokoppler.

Autor: Hubert (Gast)
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Wenn du nur 0 hast dann hast du keine Stromversorgung. Springe zwischen
+8V und +15V dann gibts kein Problem.
Eine Diode vor den 7805. Eine Z-Diode ~10V nach A und einen Widerstand
nach B, dann hast du zwischen Z-Diode und Widerstand nach B je nach
Spannung 0V oder 5V.

Autor: Tobias (Gast)
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Sorry, hab in paint immer schön 90° gedreht und nicht mehr an die polung
gedacht :-(


Könnte mir jemand einen Schaltplan zeichnen (für den Aufbau mit
Optokoppler), da ich nicht ganz verstehe, wie ich den Transistor
verwenden soll???


Würde mich sehr über Hilfe freuen.
Gruß Tobias

Autor: leo9 (Gast)
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@Tobias: bevor du das Rad neu erfindest google mal nach NMRA-DCC, die
Modelleisenbahner übertragen seit Jahren Power und Daten über zwei
Schienen.

grüße leo9

Autor: Hubert (Gast)
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Ich hätte mir das so vorgestellt.

Autor: A.K. (Gast)
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@Hubert: Wozu dient die 10V Z-Diode nebst ihrem Widerstand? Die
R/ZD-Beschaltung am µC-Input langt doch m.E.

Autor: Hubert (Gast)
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@ A.K.
Wie willst du erkennen ob 8V oder 15V?

Autor: A.K. (Gast)
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Ok, verstanden - deine Variante arbeitest nicht mit "normaler"
Wechselspannung. Aber warum keine Wechselspannung?

Autor: Hubert (Gast)
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@ A.K.
Tobias will Daten übertragen. Mit einem Brückengleichrichter ist das
Problematisch eindeutige Pegel zu schaffen, ohne Koppler.
Es funktioniert ohnehin nur theoretisch, praktisch glaube ich nicht das
man über eine Leitung 20kHz übertragen kann und dann die Daten noch
vernünftig auszuwerten sind. Ausser es sind nur 2m und ein gutes Kabel.

Autor: A.K. (Gast)
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Aber RS485 kann? Ist auch bloss Wechselspannung mit Signalisierung
über's Vorzeichen. Ok, Abschluss bzw symmetrische Last etc sind auch
nicht ganz unwichtig und wenn man reinweg garkeine Ahnug hat, dann
wird's schon interessant.

Autor: Tobias (Gast)
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Danke erstmal für eure Antworten!

Die Idee von Hubert hab ich jetzt zwar verstanden, nur kann ich diese
leider nicht anwenden, da an der Leitung noch ein Motor hängt, der die
besagten 15V zum betrieb benötigt. Außerdem würde er bestimmt die Pegel
verändert, da ich ca. 10 dieser "Dekoder" bauen müsste.

Aber mir ist noch etwas eingefallen, weis aber ned obs funktioniert!

Angenommen eine logische 1 bedeutet: A=15V   B=0V
und eine logische 0 bedeutet:  A=0V und B=15V
dann könnte ich diese doch mit ner Brücke gleichrichten und an den AVR
und Motor abgeben.
Um nun zu erkennen ob an A 15V oder 0V anliegen, könnte man doch einen
N-Kanal Mosfet nehmen und Gate über Wiederstand an A anschließen.
Source gegen die gleichgerichtete Masse und Drain mit Pull-up an den
AVR. Das Signal wäre dann halt invertiert, oder?

Oder könnte man Source direkt an die gleichgerichteten +5V legen und
Drain an den Pin des AVR??

Sorry für die ganzen Fragen :-(

Würde mich sehr über jeden Tipp freuen
Gruß Tobias

Autor: A.K. (Gast)
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Du beschreibst da nur wieder eine normale Wechselspannung, entweder ist
A +15V gegenüber B oder -15V gegenüber B (bitte nicht mitten im Satz
den Bezugspunkt wechseln, mal A mal B).

Mit einem Brückengleichrichter wirst Du keine Masse hinbekommen, die
vor und hinter dem Gleichrichter gleichermassen eine solche darstellt.
In dem Fall ist der 6N137 die einfachste Lösung.

Erst mit 3 Leitungen wird was anderes draus, also wechselweise +15V an
A und +15V an B, bezogen auf einen dritten Massepin. Dann sind's
simple 2 Dioden in der Stromversorgung und ein simpler Pegelwandler für
den Input.

Autor: Tobias (Gast)
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Ich hab aber leider nur 2 Leitungen zur Verfügung.

Dann bleibt wohl nichts außer einem Optokoppler übrig.
Könnte mir hierfür jemand einen Schaltplan als beispiel zeichnen???

Gruß Tobias

Autor: A.K. (Gast)
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s.o.

Autor: A.K. (Gast)
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Ach ja: Die Schaltungen die an den diversen Enden der Verbindung dran
hängen, sollte keine weitere Verbindung miteinander haben. Wie
beispielsweise Masse, Erde, Antenne, Wasserleitung, PC (mit
ebensolchen), ...

Autor: Tobias (Gast)
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Danke erstmal!!

Hab mir auch grad einen Schaltplan für den 6N137 gezeichnet, dabei ist
mir aufgefallen, das man ihn aber invertierend benutzen muss, da er
laut Datasheet bei Low am Input nie ein Low am Ausgang haben kann.

Würde meine schaltung wie oben auch funktioneren???

Gruß Tobias

Autor: A.K. (Gast)
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In der Tat, er invertiert, aber ist das nicht eine Frage der Software?
Aber egal, ggf. einfach A und B vertauschen.

Der 6N137 hat keinen Pullup am Ausgang und der im AVR könnte zu gross
sein, d.h. zu langsam.

Autor: Tobias (Gast)
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Das mit dem Invertieren ist eh kein Problem, da ich total vergessen
hatte, dass ich zwischen Optokoppler und AVR noch ein RS-Flip Flop
schalten muss. Wen ich den 4044 dazwischen schalte, wird das Signal
doch eh nochmal invertiert, oder???
Müsste ich für den 4044 auch noch den Pullup verwenden??

Gruß Tobias

Autor: A.K. (Gast)
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Der Pullup ist dann zwingend. Etwas aus der Mode gekommen, der CD4044.
Freilich ist die Polarität dann wichtig, ist der doch aktiv Low. Wenn
Du auf die positive Halbwelle reagieren willst, dann stimmt's so.

Wenn der Ausgang vom FF direkt im AVR landet - wozu dann ein FF?

Autor: TravelRec. (Gast)
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Hi nochmal - very komplex dat janze!
FlipFlop zum verknoten der Schaltsignale???
Also Graetzbrücke und Spannungsversorgung is klar. Optokoppler kann
auch ´nen ganz billiger CNY17/I oder CNY17/II sein, hat eine LED im
Eingang und ein npn Transi im Ausgang. Kein Gatter und kein
Schickschnack und desterwegen recht schnell in der Übertragung. Also
Kollektor an +5V, Pulldown von 4,7k vom Emitter an Masse, dann hast Du
schon mal ein schönes, nichtinvertiertes Signal, da dann den AVR dran
und FlipFlop im AVR über Software nachbilden und fertig, sparste ´ne
Menge Herumlöterei. Schutzbeschaltung des OptoKoppler-Einganges
natürlich nicht vergessen, das war schon ganz okay so.

Autor: Tobias (Gast)
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Das Flip Flop dient zur entprellung, da ich die Decoder auf meiner
Modellbahn verwenden möchte und ich somit die Signale nur über die
Räder abnehmen kann!

PS: Das oben mit den 20khz war ein Schreibfehler, sollte eigentlich
2khz heißen!

Gruß Tobias

Autor: A.K. (Gast)
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@TravelRec: Nicht dass es bei 2KHz wichtig wäre, aber dem Datenblatt
nach ist der 6N137 (nsec) um Grössenordnungen schneller als der CNY17
(µsec). Bei 20KHz könnte man die Verzögerung vom CNY17 hingegen schon
zu spüren bekommen.

Autor: A.K. (Gast)
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@Tobias: Entprellen kann man bekanntermassen auch per Software.

Autor: Tobias (Gast)
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Ja, aber der AVR muss noch eine PWM erzeugen und anfahr- und
abbremsverzögerung berechnen sowie Geräusche ausgeben und da ich in den
meisten Loks eh massenhaft Platz hab, versuche ich es erstmal so um
Fehler in der Software zu verhindern.

Ich werde jetzt mal einen kompletten Schaltplan zeichnen und dann hier
hochladen.

Gruß Tobias

Autor: Tobias (Gast)
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So, hab jetzt den Schaltplan gezeichnet.
Könnte es so funktionieren??
Wo müsste ich jetzt die Pullups platzieren???
Sind für C3 und C4 10pf ok??


Würde mich sehr über Hilfe freuen
Und Danke nochmal für eure ganze Hilfe!!!!
Gruß Tobias

Autor: A.K. (Gast)
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(1) Der Ausgang vom 6N137 benötigt einen Pullup, siehe mein Beispiel
oben.

(2) Die RS-Flipflops im 4044 sind aktiv low, hier ist jedoch dank des
NOR-Gatters aktiv high erfolderlich. Klappt jedoch, wenn das FF nicht
aus einem 4044 sondern aus 2 NOR-Gattern besteht.

(3) RESET-Kondensator 10nF, nicht 47pF.

(4) Für C2 keinen Elko sondern Folien- oder Keramikkondensator 100nF.
C1 hingegen ist mit viel 1µF zu klein - Bezeichnungen vertauscht?
Zusatzlich zu C1 besser auch noch einen 100nF Kerko, der Regler könnte
sonst spinnen.

Generell halte ich die NOR und FF Sache in Hardware für wenig sinnvoll,
der µC wird durch die Entprellung garantiert nicht überlastet. Aber Du
kannst es später immer noch rauswerfen wenn Du soweit bist.

Autor: Tobias (Gast)
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Danke für deine Antwort!

Hab den Pullup jetzt noch eingefügt!

Sorry, aber des RS FLip-Flop soll ein ganz normales nichtinvertierendes
RS FF sein. invertieren möchte ich mit dem NOR Gatter, was gleichzeitig
noch ein low signal ans RS FF legt, wenn ich an R high anlege!!

Ja, hab die bezeichnung vertauscht.
Werde dann noch Folien einbauen!!

Gruß Tobias

Autor: A.K. (Gast)
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> aber des RS FLip-Flop soll ein ganz normales
> nichtinvertierendes RS FF sein.

Was verstehst Du darunter? Device/Aufbau/Ein-Ausgabebeziehung? Wir sind
da weniger auseinander aus Du glaubst.

Autor: A.K. (Gast)
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Autor: Tobias (Gast)
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Ich meine ein RS-Flip-Flop aus NOR-Verknüpfungen:

Wahrheitstabelle:
S  R  Q1  Q2  Zustand
1  0  1   0   Setzen
0  0  x   x   Speichern
0  1  0   1   Rücksetzen
1  1  x   x   Unbestimmt

Gruß Tobias

Autor: A.K. (Gast)
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Na also, macht ja summa summarum 3 NOR Gatter. Eins davor, 2 als FF.
Oder wie hattest Du dir das vorgestellt?

Autor: Tobias (Gast)
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Genau so wollte ich es machen, denn dann reicht ein quad 2-input nor
gatter. Ich kenn zwar den 74*36, aber den find ich nirgendwo :-(
Welche anderen IC´s gibt da noch?
Gruß Tobi

Autor: Tobias (Gast)
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Abgesehen davon hab ich jetzt mal einen kompletten Schaltplan
gezeichnet, in dem auch die Ansteuerung des Motors abgebildet ist.

Der AVR erzeugt an Out 3 eine PWM Frequenz und über die AND und NOT
Gatter wird der End-Mosfet angesteuert, der die PWM Frequenz auf die
gewählte Feldspule leitet.
Den IRLZ34N hab ich gewählt, da er anscheinend TTL kompatiebel ist.
Den Strom von 30A werde ich mit dem Motor garantiert nie ausnutzen aber
egal g

Könnte meine Schaltung so funktionieren???

Würde mich sehr über Hilfe freuen!
Gruß Tobias

Autor: Tobias (Gast)
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Sorry, der Schaltplan!

Gruß Tobias

Autor: A.K. (Gast)
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Bei 10nF für C3+C4 wird der Quarz nur interessiert zugucken, wie Du
verzweifelt nach einem Grund siehst warum nichts geht. 22pF.

Nur aus Neugierde: was ist das für eine Art Motor? Getrennte Wicklungen
für vorwärts und rückwarts, oder was ist F1/F2?

Autor: A.K. (Gast)
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Dieser N-Channel MOSFET wird sich sicher erst bei einer Gate-Source
Spannung von einigen Volt dazu herablassen, etwas Strom durchzulassen.
Bei einer Gatespannung von 5V bleibt da nicht viel übrig für den Motor,
wenn der gegen GND läuft.

Autor: Tobias (Gast)
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Es ist ein Märklin Allstrommotor der anstatt einem Permanentmagneten 2
Feldspulen hat, von denen die eine um 180° gedreht ist.
Man kann nun durch den wechsel der Feldspule die Richtung wechseln.

Hier findet man etwas über die Motoren
http://www.stayathome.ch/motoren.htm


Gruß Tobias

Autor: Tobias (Gast)
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Der Motor zieht schätzungsweise max. 1A, wie müsste ich die Schaltung
sonst ändern???


Würde mich über jeden Tipp freuen!
Gruß Tobias

Autor: A.K. (Gast)
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Die 1A sind nicht das Problem. Aber die MOSFETs arbeiten hier weit
besser mit Source an GND, d.h mit Motor zwischen Drain und +15V.
Ansonsten ist die Ansteuerung von Power-MOSFETs nicht mein Ding, da
gibt's hier bessere Experten.

Autor: Tobias (Gast)
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So, habs jetzt verändert!

Jetzt muss ich nurnoch schauen, welche IC´s ich am besten für die NOR´s
und AND´s nehme.

Wie hoch sollte eigentlich die PWM Frequenz bei einem Motor sein??
Reichen da ca 10-20khz??

Gruß Tobias

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