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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Komparatorschaltung


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Autor: Vito (Gast)
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Guten Tag,

ich möchte eine Komparatorschaltung mit einem Operationsverstärker 
bauen. Ich habe als Anhang die ungefähre Schaltung dargestellt. Ich 
wusste nicht, welchen Operationsverstärker ich verwenden soll, da ich 
zum ersten Mal mit Operationsverstärkern arbeite. Ich möchte für eine 
Anwendung den Druck über ein Potentiometer einstellen können (hier: 
R6)bspw. 100mBar. Ein Absolutdrucksensor (hier: V4, Ausgangsspannung 
0-5V) soll immer einen Druck messen. (Ich variiere die Spannung am an V4 
selbst). An dem Minuseingang liegt auch ein Wert von 0-5V an, der mit 
dem Pluseingang (Sensorspannung) verglichen wird.
Zur Funktion der Schaltung. Ich möchte einen Schwellenwertschalter 
realisieren. Ich möchte einen Motor am Ausgang des Operationsverstärkers 
an und ausschalten.(über ein Relais) Da das Relais nicht die ganze Zeit 
hin- und herschalten soll, wollte ich eine Hysterese mit einbauen. Die 
Hysterese
soll 5% über bzw. unter dem am Potentiometer (R6) eingestellten Wert 
liegen und wird auch über ein Potentiometr (hier: R3) eingestellt.
Ist das prinzipiell mit dieser Schaltung möglich? Habe ich etwas 
übersehen? Welchen Operationsverstärker soll ich verwenden?
Vielen Dank!

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Für diese Aufgabe nimmt man den Dual-Komparator LM393. Den kann man auch 
gut mit nur einer einer Spannung versorgen.
Welche Spannung benötigt dein Relais?

Autor: Vito (Gast)
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Vielen Dank für die Antwort erst Mal!
Ich habe noch kein Relais gekauft. Kannst du mir vielleicht empfehlen, 
was ich da nehmen soll?
Meinst du mit nur einer Spannungsversorgung, dass man bspw. wie im 
Screenshot nicht +15/-15 V nehmen muss, sondern nur +15/0 V für den 
OP-Amp?
Weißt du vielleicht auch, wie groß ich die zwei Potis jeweils wählen 
soll?

Vielen Dank!

Autor: Purzel (Gast)
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Vergiss OpAmps fuer diese Aufgabe. OpAmps habe nicht immer den gesammten 
Versorgungsspannungsbereich als Gleichtakbereich. OpAmps haben oft 
antiparallele Dioden zwischen minus nund Plus Eingang.

Autor: Vito (Gast)
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Meinst du mit antiparallelen Dioden, sowas wie in dem Link?

http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0311261.htm

Muss ich das auch beachten für meinen Komparator LM393?
Was soll ich denn deiner Meinung nach stattdessen für diese Aufgabe 
verwenden?

Autor: Purzel (Gast)
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Nein, Ein Komparator ist gemacht als Komparator, eh hat deshalb den 
Eingangsspannungsbereich als Gleichtaktbereich. Jeder komparator ist 
daher gut.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Ich hab dir mal ein Schaltungsbeispiel angehängt. Da du bei jeder 
Einstellung 5% Hysterese haben willst, muss du das Signal variabel 
verstärken. Nur so geht das.
Die Schaltung braucht nur +12V Versorgung.

Autor: Vito (Gast)
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Vielen Dank erst Mal! Bin aber leider etwas überfordert. Könntest du mir 
vielleicht die Schaltung ein wenig erklären?
Warum hast du so viele Bausteine im Vergleich zu mir? Du hast ja auch 
irgendwie zwei Operationsverstärker LM358? (oder ist das ein 
Komparator?)
Du hast auch nur ein Potentiometer, wie hast du die Hysterie mit der 
variablen Verstärkung eingebaut?
Die Funktion des Mosfets unter dem Relais verstehe ich auch nicht....

Ich bedanke mich im Voraus!

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Der LM358 ist ein Dual-Opamp. Du brauchst also nur einen IC.

U1 ist der variable Verstärker. Je höher die Verstärkung, um so weniger 
Spannung vom Sensor braucht man, um 5V am Ausgang zu erhalten, damit der 
Komparator einschaltet. Die Verstärkung wird mit dem Poti eingestellt. X 
geht von 0(0%) bis 1(100%) der nutzbaren Drehung des Potis.
.param X=0.9

U2 ist als Komparator verschaltet. Der vergleicht auf 5V. Die Hysterese 
beträgt 0,24V was knapp 5% von der 5V Vergleichsspannung ist. Die 
Hysterese wird mit R6 und R7 eingestellt.

Der Mosfet dient als Verstärker um den Spulenstrom des Relais zu 
schalten. Man kann natürlich auch einen bipolaren Transistor (NPN) 
nehmen. Um da den Richtigen auszuwählen musst du erst mal ein Relais 
auswählen.

Für die 5V Referenzspannung brauchst du 5V aus einem Spannungsregler 
oder einer Referenzspannungsquelle. Hast du nicht eh schon einen 
5V-Regler für die Versorgung des Sensors? Dann nimm diese Spannung.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Hallo Vito,
ich habe etwas Zweifel ob das mit nur 5% Hysterese bei sehr kleinem 
Druck funktioniert. Ich befürchte, dass du da mehr Hysterese brauchst, 
damit der Motor nicht dauern ein- und ausgeschaltet wird. Du könntest 
mit einem 2. Potentiometer den Widerstand R6 und R7 durch einen festen 
Widerstand mit 22kOhm in Reihe mit einem 200kOhm Potentiometer ersetzen. 
Damit könntest du dann die Hysterese variabel einstellen.

Wie lange soll den das Relais durchhalten?
Vielleicht solltest du über einen Mosfet als Motorschalter nachdenken.
Welche Spannung und Strom benötigt der Motor?

Autor: Vito (Gast)
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Ich habe die Vakuumpumpe noch nicht gekauft. Ich lege mal die Leistung 
auf 500W bei 230V fest, cos(phi)=0,7, nur um sicher zu gehen.
Ich weiß nicht wie lange das Relais durchschalten soll.
Die Widerstände R1, R2,R4, R5 und R8 habe ich als Vorwiderstände 
verstanden?
Wozu dienen denn die beiden Kondensatoren C1 und C2?
Dient die Diode parallel zum Relais als Schutz?

Autor: MaWin (Gast)
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> Ist das prinzipiell mit dieser Schaltung möglich

Ja.

Es ist auch nicht nötig, einen Komparator wie LM393
statt eines OpAmps wie LM358 zu verwenden, denn beide
haben nicht den gesamten Versorgungsspannungsbereich
als Gleichtakbereich, beide können auch mit nur einer
Versorgungsspannung versorgt werden, und beide sind
für deine Aufgabe schnell und genau genug. Die
"Informationen" die du hier von manchen bekommst wie
Purzel sind also schlicht Blödsinn.

R1 und R6 sind überflüssig, wenn man V3 als Spannung
des Sensors annimmt. Die Vergleichsspannung V4 sollte
man aber zwischen 0V und 5V einstellen können:

                   +7V..+12V
                      |            +-Relais-+-- +12V
        +5V       +---(-1M-+       |        |
         |        |   |    |       +---|>|--+ BA157
 1k Poti R6--50k--+--|+\   |       |
         |           |  >--+--1k--|< BC368
Sensor --(-----------|-/           |E
         |            |  LM358     |
         +------------+------------+-- Masse

Diese Schaltung hat 5% Hysterese, ist einstellbar, und
schaltet über einen Transistor dein Relais. Ob die
immer 5% Hysterese passen, musst du selbst herausfinden,
oder den 1M Widerstand als Poti realisieren.

Es könnte noch sinnvoll sein, den Sensoreingang gegen
kurze Spitze mit einem RC-Glied langsamer zu machen:

                   +7V..+12V
                      |            +-Relais-+-- +12V
        +5V       +---(-1M-+       |        |
         |        |   |    |       +---|>|--+ BA157
 1k Poti R6--50k--+--|+\   |       |
         |           |  >--+--1k--|< BC368
Sensor --(---10k--+--|-/           |E
         |       1uF  |  LM358     |
         +--------+---+------------+-- Masse

Autor: Vito (Gast)
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Vielen Dank!
Diese Schaltung ist auch leichter zu verstehen.
Ist BA157 eine Diode? Und BC368 ein Transistor?
Wozu brauche ich diese in meiner Schaltung??

Autor: MaWin (Gast)
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> Ist BA157 eine Diode? Und BC368 ein Transistor?

Ja. Ja.

> Wozu brauche ich diese in meiner Schaltung??

Weil der OpAmp/Komparator zu wenig Strom für die
handelsüblichen Relais liefert muss der Strom verstärkt werden,
und jede (abgschaltbare) Spule braucht eine Freilaufdiode.

Ist so auch in der Schaltung von Helmut S drin.

Autor: Vito (Gast)
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Okay, was mich noch interessieren würde ist, woher du weißt, dass gerade 
bei 1M eine Hysterese von 5% eingestellt werden kann? Hast du das 
simuliert? Und wie du den anderen Poti dimensioniert hast, wäre auch 
interessant zu wissen. Sorry, für die Anfängerfragen aber ich 
beschäftige mich erst seit kurzem mit Elektronik und würde gerne etwas 
lernen.

Autor: MaWin (Gast)
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> Und wie du den anderen Poti dimensioniert hast, wäre auch
> interessant zu wissen

1k ist wesentlich kleiner als 50k, und weil in einem Poti
nach +5V und Masse sogar 500 Ohm nach Masse und 500 Ohm nach
+5V parallel liegen hat es maximal nur 250 Ohm, also unter
0.5% von 50k und damit zu wenig um die Einstellwerte verfälschen
zu können.

> dass gerade bei 1M eine Hysterese von 5% eingestellt werden kann

50k sind 5% von 1M.

Autor: Vito (Gast)
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Vielen Dank!!

Wäre dieses Relais für meine Anwendung geeignet?

http://www.conrad.de/ce/de/product/503983/Relais-Standardtyp-G2R-2-5-A-2-x-UM-Omron-G2R-2-12V-12-VDC-2-Wechsler-Max-5-A-Max-125-VDC400-VAC-1250-VAAC-150

Wenn nicht, könnte mir jemand etwas passenderes von Conrad nennen? Den 
Transistor habe ich so nicht gefunden. Kann ich auch jeden 
handelsüblichen NPN-Transistor und Diode verwenden?

Ich bedanke mich im Voraus!

Autor: MaWin (Gast)
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> Wäre dieses Relais für meine Anwendung geeignet?

Ja.

> Kann ich auch jeden handelsüblichen NPN-Transistor
> und Diode verwenden?

Im Prinzip ja. Bei 43mA Spulenstrom tut es schon ein
BC547 und eine 1N4148.

Du könntest sogar den Basisvorwiderstand auf 2k7
vergrössern (um Strom zu sparen).

Wenn du einen leistungsstärkeren OpAmp verwendest,
wie TS922, dann könntest du dir den Transistor sogar
ganz sparen (die Diode besser nicht, obwohl der OpAmp
bis 150mA latch up fest sein soll)

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Habt ihr gesehen, dass das Relais nur für 100000 Schaltvorgänge
spezifiziert ist. Wenn das in der Regelung alle 30Sekunden schaltet, 
dann ist das nach 1000Stunden schon unzuverlässig.

Autor: dolf (Gast)
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Vito schrieb:
> Wenn nicht, könnte mir jemand etwas passenderes von Conrad nennen?

nein denn conrad zieht dir kräftig die taschen leer.

als transi reicht ein bc typ wie der bc546, 547 , 548 oder auch der 
bc139 .
diode 1n4148 oder meinetwegen auch ne 1n4002.
nimmst du als transi nen darlington transi bc879 oder bd679(a) z.b. dann 
kannst du die freilaufdiode auch weg lassen.
und im uln2003 simd gar 7 npn darlingtons mit basisvorwiderstand + 
freilaufdioden enthalten.
den uln gibt´s auch in smd.
stöber mal bei reichelt und pollin.
vergleichen schont den geldbeutel.
mfg

Autor: dolf (Gast)
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dolf schrieb:
> bc139

meinte bc639.
n bc141 geht auch .
mfg

Autor: Vito (Gast)
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Okay, danke!
Ich möchte als Spannungsversorgung für die ganze Schaltung ein 12V 
Netzteil nehmen. Dieses liefer 0,5 A. Ist das okay? Mir erscheint das 
jetzt ein wenig zu hoch...muss ich da noch was einbauen um das benutzen 
zu können??

Autor: MaWin (Gast)
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Das ist zwar mehr als reichlich, aber die Schaltung nimmt
sich davon eben nur 50mA. Passt also.
Es gibt auch keinen Microcontroller den man vor den Störungen
des Relais schützen müsste, dann müsste man so aufbauen:

http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.25.2

Kannst du natürlich trotzdem machen.

Autor: Vito (Gast)
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Hab die Schaltung gebaut und es funktioniert wunderbar! Jetzt wäre noch 
interessant zu wissen, wie man es schafft das Potentiometer (1kOhm) zur 
Einstellung des Drucks zu kalibrieren...??

Autor: Vito (Gast)
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bzw. was heißt 'gebaut'.

Den Sensor hab ich noch nicht, also hab ich diesen mit einem zweiten 
'Pott' simuliert. Und die Vakuumpumpe hab ich auch noch nicht. Aber mit 
dieser 'Simulation' lässt sich die Hysterie gut einstellen. Nur würd ich 
jetzt gern wissen, wie ich das Potentiometer jetzt 'einstelle' Mein 
Druckmessgerät misst von 0-100mBar

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