Hallo Leute, ich will eine Schaltung bauen, mit der ich die Position einer Lichtquelle sehr genau bestimmen kann. Dafür hab ich ein 2 Achsen System mit Schrittmotoren gebaut. Die Schrittmotoren können Fototransistoren in unterschiedlichen Winkeln neigen. Die Schaltung im Anhang soll die 2 Spannungen vergleichen, die am Spannungsteiler von Fototransistor und Widerstand abfallen. Damit soll die Position der Lichtquelle bestimmt werden. Die Schaltung funktioniert. Ich würd nur gerne eine Aussage über die Genauigkeit der Schaltung treffen können. Deswegen Lautet meine Frage: Berechnet sich der Verstärkungsfaktor der Spannungsdifferenz mit R1/R4 ? Mit freundlichen Grüßen, Thomas
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Thomas Maier schrieb: > Deswegen Lautet meine Frage: Berechnet sich der Verstärkungsfaktor der > Spannungsdifferenz mit R1/R4 ? Es gibt keine Verstärkung, sondern nur einen Vergleich. Die Rückkopplung sorgt für Hysterese.
Thomas Maier schrieb: > Berechnet sich der Verstärkungsfaktor der > Spannungsdifferenz mit R1/R4 ? Nein. Der Verstärkungsfaktor würde diesem Quotienten entsprechen, wenn die Rückkopplung zum invertierenden Eingang des OpAmps geschaltet wäre. Auf den positiven Eingang geschaltet betreibst Du den OpAmp aber als Komparator mit einer (Schmitt-Trigger-)Hysterese. Angenommen der Ausgang des (idealen) OpAmps schafft einen Spannungshub in Höhe Deiner Versorgungsspannung, also 5 V, dann bleibt davon über R4 ein hunderdstel übrig: 50 mV. (Real werden es vielleicht 3-4 V Hub am Ausgang und so 30 bis 40 mV am nichtinvertierenden Eingang sein...) "Aus der Sicht des Signals" am negativen Eingang verhält sich der OpAmp wie ein Komparator. Wäre die Referenzspannung am nichtinvertierenden Eingang des OpAmps stabil, würde der OpAmp-Komparator für volln Ausgangshub am negativen Eingang ein Signal in Größe von: (Ausgangshub (V) / Leerlaufverstärkung) benötigen. Bei einer Leerlaufverstärkung von bspw. 100.000 genügen so bereits 0,05 mV Spannungsdiffernz, um den Komparator kippen zu lassen. Aber Deine Referenspannung am nichtinvertierenden Eingang ist nicht konstant, sondern ändert sich abhängig vom Ausgangssignal um 50 mV. Daher muß sich das Signal am invertierenden Eingang immer um etwas (den 0,05mV von oben) mehr als 50 mV ändern, um den Komarator in die jeweils andere Lage kippen zu lassen. Das ist die erwähnte Hysterese-Funktion. Beachten musst Du noch die Eingangs-Offsetspannung des Opamps, die die Schaltschwelle noch exemplarabhängig um einige mV verschieben kann. Aber auch wenn Deine Schaltung funktioniert, ist das Design nicht ganz sauber: 1.) Der beschriebene Hysteres-Effekt ist nicht symmetrisch für beide Eingänge - am nichtinvertierenden Eingang kommen sich die Mitkopplung über R1 und das Eingangssignal vom Fototransistor unschön "ins Gehege". 2.) Du hast keine neative Versorgungsspannung. Liegt der Ausgang des Opamp-Komparators auf 0 V, liegen (0 V / 100), also 0 mV am invrtierenden Eingang als Referenzspannung. Im ungünstigsten Fall wäre dann eine um die Offsetspannung des OpAmps negative (!) Spannung am invertiereden Eingang erforderlich (bspw. -2 mV), um den Komparator kippen zu lassen. Aber es existiert keine negative (Versorgungs-)Spannung in der Schaltung. In der Praxis hast Du wohl das Glück, das das Signal am Ausgang des Opamps nicht ganz auf 0V sondern vielleicht minimal auf 0,2 bis 0,5 V herrunterreicht, und damit eine untere Referenzspannung von 2 bis 5 mV am nichtinvertierenden Eingang übrig bleibt. Gerade genug, um mit 0V am invertierenden Eingang noch über die Eingangsoffsetspannung hinweg zu kommen. Aber das ist grenzwertig, und nicht immer reproduzierbar... Abhilfe: Das erwähnte Symmetrieproblem (1.) ist abstellbar, indem Du Komparator und Differenzverstärker für die Fototransistoren trennst. Der 324er enthält noch drei weitere Opamps, verwende doch einen davon einfach als Differenzverstärker (bspw. mit der Verstärkung 1 oder auch etwas mehr) hinter den Fototransistoren, und führe den Ausgang dieses Differenzverstärkes zum invertiernden Eingang des Komparators. Dann stören sich Eingangssignal und Mitkopplung des Komaparators nicht mehr. Das Problem der fehlende negativen Versorgungsspannung (2.) kannst Du umgehen, indem Du GND als Bezugspotential aufgibst, und die Hälfte Deiner Versorgungspannung als virtuellen Nullpunkt definierst. Der erste Schritt dafür könnte sein, R4 auf 2 kOhm zu vergrößern, und vom Knotenpunkt R1 und R4 einen weiteren 2 kOhm-Widerstand nach +5 V verbindest. Der Widerstands-Teilerfaktor in der Mitkopplung bleibt so unverändert, nur das Knotenpotential wird auf ca. 2,5V angehoben. Dann liegt die Referenzspannung des Komparators bei ca. 2,5V +/- 25mV, und die Schaltpunkte dieses Komparators mit Schmitt-Trigger-Hysterese liegen dann bei ca. 2475 mV bzw. 2525 mV. Den Differenzverstärker vor dem Komparator-Opamp musst Du in diesem Fall natürlich ebenfalls auf den virtuellen Nullpunkt "hochlegen".
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Hallo Zack, Danke das du dich so sehr meinem Problem annimmst und mir helfen möchtest. Ich hab nun Verstanden, dass man bei einem OP als Komparator nicht von einem Verstärkungsfaktor reden sollte, sonder viel mehr von einer benötigten Spannungsdifferenz, um den Zustand des OPs zu kippen. Ich bin mir nur nicht ganz sicher ob meine Schaltung mit deinen Lösungsvorschlägen den gewünschten Effekt erziehlt. Um nochmal klar zu machen, was ich Vorhab, hab ich den mechanischen Aufbau mal abfotographiert (siehe Anhang). Rechts und Links von der schwarzen Trennscheibe soll sich jeweils ein Fototransistor befinden. Ein Computerprogramm lässt den Schrittmotor so lange laufen, bis durch den Schattenwurf der schwarzen Trennscheibe die Fototransistoren einen niedrigeren/höheren Widerstand haben. Dann Wechselt der OP seinen Zustand. Dann weis ich, das nach soundso vielen Schritten der 90° Einfallswinkel erreicht wurde und kann somit sagen, wo sich die Lichtquelle befindet. Somit war es für mich klar, dass ich die Spannung der beiden Fototransistoren vergleichen muss, um diesen Umschlag festzustellen. Ich bin mir leider noch nicht ganz sicher, wie deine Lösung für mein Problem Aussieht. Kannst du sie mir bitte nochmal etwas genauer erläutern? Mit freundlichen Grüßen, Thomas
Die Stichworte stehen oben schon: Komparator und Hysterese. http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0311271.htm http://www.elektroniktutor.de/an_verst/kompar.html Für einen Abgleich sollte man auch sorgen. Also ein Poti mit rein.
kukuk schrieb: > warum nicht ein LM339...der nennt sich Komparator Zu erwähnen wäre evtl. noch die Tatsache, daß der LM339 Open-Collector-Ausgänge besitzt.
Hallo Leute, hab ich jetzt also doch einen funktionsfähigen Komparator mit Histerese in meinem ursprünglichem Schaltplan? Oder Stimmt denn jetzt doch etwas nicht? Soweit ich das sehe ist alles in Ordnung. Mit freundlichen Grüßen, Thomas
Ich behaupte mal, du hast einen prinzipiellen Fehler drin, unabhängig vom ganzen Komperatorgedöns. Bei dir gibts nur 2 Zustände, 1<2, oder 2<1. Damit kann man nicht wirklich was anfangen (es sei denn, du willst, dass das ganze Teil ständig um die Idealrichtung pendelt. Du brauchst min. 3 Zustände, 1 zu dunkel, 2 zu dunkel, gerade richtig, beide hell. Das geht nicht mit einem Vergleicher.
@TE: Such mal nach dem Stichwort "Fensterkomparator" (FK), das ist die Schaltung die Du benötigst. Den FK Kannst Du leicht mit den übrigen 3 OPV des LM324 aufbauen, oder halt was Fertiges nehmen. Klassiker war der Baustein TCA965 .-)
Hallo Leute, Ähm ja, dem ganzen wäre noch hinzuzufügen, dass die Sonne meine Lichtquelle ist. Um die Position von ihr immer zu aktualisieren, tastet der mechanische Aufbau immer neu die Position der Sonne ab. Wenn der "Umschlagpunkt" zwischen den beiden Spannungen der Fototransistoren gefunden ist, ist das der Winkel, unter dem sich die Sonne befindet. Meine Absicht war die ganze Zeit, einen Komparator zu bauen, der etweder 1<2 oder 1>2 als Information liefert. Die genauigkeit des Schrittmotors reicht auf Grad genau völlig aus. Somit dachte ich ursprünglich, dass mein Problem mit meiner Schaltung gelöst sei. Somit zurück zu meiner allerersten Frage. Wo liegen die Schaltschwellen bei diesem Op. Also, wie groß muss die minimalste Spannungdifferenz zwischen den beiden Fototransistoren sein, damit sich die Zustände ändern? Mit freundlichen Grüßen, Thomas
Thomas Maier schrieb: > Also, wie groß muss die minimalste Spannungdifferenz > zwischen den beiden Fototransistoren sein, damit sich die Zustände > ändern? Das hängt von der gewählten Hysterese ab! Schau in die beiden Links und du kannst es selbst berechnen. Beitrag "Re: LM324 Operationsverstärker als Komparator" Keiner kennt die Empfindlichkeit deines Aufbaus. Und da alles Tolenranzen besitzt und nicht ideal ist, pack ein Poti in einen der beiden Zweige.
Abend Leute, Nachdem ich jetzt nochmal seeeehr lange über mein Problem nachgedacht hab, bin ich erst drauf gekommen, das Zack eine noch genialere Lösung vorgeschlagen hat als ich. Es ist viel intelligenter, eine virtuelle Referenzspannung mit etwa 2,5V zu wählen und somit ein analoges Signal zu haben, anstatt das ganze so digital mit einem pendelzustand zu Lösen wie ich es wollte. Tut mir leid, dass ich erst jetzt den genialen Einfall in euren Ideen gesehen hab. Ihr wolltet mich schon die ganze Zeit von einer viel besseren Lösung überzeugen! Tut mir leid das ich das anfangs nicht kapiert hab. Ich mach das erste mal was mit Opamps und dachte das ganze wäre etwas einfacher. Danke für eure Rücksicht :) Jetzt muss ich nur noch verstehen, wie Zack am Anfang seine 2,5V als virtuelle Spannung realisieren wollte. Also fürs Protokoll: ich brauche jetzt einen Analogen Wert als Ausgang des Opamps. Ich werd morgen nochmal drüber nachdenken, wie das mit den 2,5V als Referenzspannung realisierbar wäre. Kann mir vielleicht jemand als Hilfe einen Link zu verständlicher Fachliteratur senden, damit ich mir das mal durchlesen kann? Mit freundlichen Grüßen, Thomas
Thomas Maier schrieb: > Ich werd morgen > nochmal drüber nachdenken, wie das mit den 2,5V als Referenzspannung > realisierbar wäre. Am einfachsten mit einem Spannungsteiler. Gruss Harald
Hallo Harald, Is es denn jetzt richtig wenn ich den Knotenpunkt vom Spannungsteiler einfach am nichtinvertierten Eingang anschließe? Ich dachte der Differenzverstärker muss symmentrisch Aufgebaut sein. Würde das nicht die Symmetrie zerstören? Mit freundlichen Grüßen, Thomas
Nein, es würde dessen Symmetrie nicht zerstören. Und wenn du es intelligent anstellst, dann schaltest Du nach dem Spannungsteiler einen der 4 OPV des LM324 als buffer (V=1), und hast so einen niederohmigen virtuellen Nullpunkt realisiert. Den hinweis auf den Fensterkomparator willst Du offensichtlich nicht nutzen, es wäre für exakt die Sonnenfolger Anwendung die erprobte Lösung (15 Sekunden googlen sowie eigener aufbau)
Hallo Leute, Jetzt hab ich endlich Verstanden, wie ich das Problem löse. Vielen dank für den erneuten Hinweis zum Fensterkomparator. Der hat doch meine Probleme gelöst! Ich freu mich so sehr dass es jetzt endlich funktioniert! :-) Ein Mod kann den Beitrag jetzt schließen! :-) Mit dankenden Grüßen, Thomas
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