Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Rechteckspannung in TTL umformen


von Cel K. (ck1984)


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Hallo Liebe Leute,

seit gewisser Zeit dient mir dieses Forum schon als Wissensdurstlöscher. 
Ich möchte mich zurerst bei den Verantwortlichen bedanken, dass so ein 
Forum gepflegt wird und an alle User, die sich hier beteiligen.

Ich stehe aktuell vor einem Problem und würde die Elektronik Profis um 
Hilfe bitten.

Ich erhalte von einem DC-Motor eine Rechteckspannung, dass über einen 
Hallsensor ausgegeben wird. Die Hallspannung wird über einen abfallenden 
Widerstand gemessen und ist somit immer in der Amplitude abhängig von 
der Spannung die am Motor anliegt.

Der Motor wird mit min. 8 Volt und max. mit 18 Volt betrieben. Wenn der 
Motor 18 V hat, ist die Hallspannung High 18 Volt und Low 16 Volt.
Also zwischen dem High und Low liegt immer 2 Volt Differenz.

Nun zu meiner Frage:
Ich möchte diese Hallspannung nun in einen TTL Pegel umwandeln (d.h. Low 
<0,8V und High >2V)
ich benötige ein TTL Pegel damit ich eine cDAQ Karte von NI damit 
füttern kann. Diese Karte kann dann mit dem Pegel meine Frequenz 
ermitteln.

Mein Problem ist, dass die Hallspannung sich immer änderte, abhängig von 
der Motorspannung, weil der Motor getestet wird.
Eine Konstante Spannung kann ich mit einem Komparatorschaltung in einen 
TTL umwandeln indem ich Spannungsteiler benutze. Aber die sich ändernde 
Referenzspannung kann ich nicht automatisch anpassen.

Hat jemand vielleicht Tipps.
Das ist meine erster Beitrag, ich hoffe ich hab mein Problem gut 
beschrieben.

Besten Dank

von Nitram L. (nitram)


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Hallo Cel Ka,
nimm einen OP und beschalte in als Subtrahierer.
Durch passende Wahl der Widerstände kommst du auch gleich auf ein TTL 
Signal....

nitraM

: Bearbeitet durch User
von Max M. (jens2001)


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Cel Ka schrieb:
> Ich erhalte von einem DC-Motor eine Rechteckspannung, dass über einen
> Hallsensor ausgegeben wird. Die Hallspannung wird über einen abfallenden
> Widerstand gemessen und ist somit immer in der Amplitude abhängig von
> der Spannung die am Motor anliegt.
>
> Der Motor wird mit min. 8 Volt und max. mit 18 Volt betrieben. Wenn der
> Motor 18 V hat, ist die Hallspannung High 18 Volt und Low 16 Volt.
> Also zwischen dem High und Low liegt immer 2 Volt Differenz.

Ist das ein Motor mit 3 Strippen?
Dann Motor so anschliessen dass das Hallsignal 0V/2V gegen Ground liegt!

P.S. Eine kleine Zeichnung/Skizze ist manchmal hilfreich.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Wenn das Hallsignal immer zwischen (V+) des Motors und etwa (V+)- 2V 
Volt liegt, ist ein Komparator auch eine gute Idee. Den fütterst du an 
seinem - Eingang mit V+ über eine Diode, so dass am Eingang (V+) - 0,7 V 
liegen. An den anderen Eingang legst du das Hallsignal. Am Ausgang des 
Komparators liegt dann ein sauberes Rechtecksignal. Wenn du einen der 
LM139/239/339 benutzt, ist das ein Open Collector Ausgang und prima als 
Signal für die Folgeschaltung.
Da der LM 139/239/339 mit 2-36V gespeist werden kann, kannst du ihn auch 
direkt aus V+ des Motors versorgen.

von Harald W. (wilhelms)


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Cel Ka schrieb:

> Mein Problem ist, dass die Hallspannung sich immer änderte, abhängig von
> der Motorspannung, weil der Motor getestet wird.
> Eine Konstante Spannung kann ich mit einem Komparatorschaltung in einen
> TTL umwandeln indem ich Spannungsteiler benutze. Aber die sich ändernde
> Referenzspannung kann ich nicht automatisch anpassen.

Das geht schon. Du bildest mit einem RC-Glied den Mittelwert der
Spannung und benutzt diese gefilterte Spannung als Referenz- bzw.
Vergleichsspannung des Komparators.
Gruss
Harald

von Cel K. (ck1984)


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Hallo Leute,

>Ist das ein Motor mit 3 Strippen?
>Dann Motor so anschliessen dass das Hallsignal 0V/2V gegen Ground liegt!

Mein Hallsensor hat nur 2 Leitungen. Ich erfasse die Hallspannung wie im 
Bild dargestellt nach "External Check Circuitury" und kann somit nicht 0 
und 2 Volt messen.

@Harald und Matthias

eure Lösungen leuchten mir sehr ein. Beide Möglichkeiten sollten klappen 
aber laut LTSpice schaltet der Komparator die 5 Volt nicht durch obwohl 
ich mit meiner Referenzspannung innerhalb der Rechteckspannung bin. 
(Siehe Bild)

Mit der Diode hab ichs nicht probiert, sollte aber auch funktionieren.
Ich hab einen Comparator LT1018 genommen, die Auswahl war nicht so groß.

Was mache ich falsch?

von Stutzig (Gast)


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Cel Ka schrieb:
> Was mache ich falsch?

Die Betriebsspannung des Komparators passt wahrscheinlich nicht zur 
Eingangsspannung.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Cel Ka schrieb:
>>Ist das ein Motor mit 3 Strippen?
>>Dann Motor so anschliessen dass das Hallsignal 0V/2V gegen Ground liegt!
>
> Mein Hallsensor hat nur 2 Leitungen. Ich erfasse die Hallspannung wie im
> Bild dargestellt nach "External Check Circuitury" und kann somit nicht 0
> und 2 Volt messen.

Mit einer simplen Änderung schon. Leg einfach den 180 Ohm Widerstand 
zwischen GND und (-) Anschluß des Hallgebers. Und schon hast du 0V/2V.

Für einen echten TTL-Eingang würden die Pegel vermutlich schon reichen. 
Du kannst jetzt wahlweise einen Komparator nachschalten. Oder einen 
npn-Transistor mit Basisvorwiderstand und Kollektorwiderstand nach +5V.


XL

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Stutzig schrieb:
> Die Betriebsspannung des Komparators passt wahrscheinlich nicht zur
> Eingangsspannung.

Deswegen schlug ich ja auch den LM339 (oder den LM393) vor, den der kann 
direkt aus der Motorspannung gespeist werden, sofern sie sich zwischen 2 
und 36V bewegt.


V+ ------+------------+-----> V+ LM393
         |+           |
       (Mot)          \/ Si-Diode
       (   )Hall +    --
         |GND   |     |
         |      |     +----> Inv. Eingang LM393
         |     \/     |
         |    ninv.   |
         |    Eing.   |
         |            --
         |            ||  10k
         |            ||
         |            --
         |            |
GND------+------------+------ GND LM393

Die Durchflussspannung der Diode verringert V+ um 0,7 Volt und legt so 
die Schwelle fest.
Der Ausgang des LM393 ist OC, d.h. mittels eines Pullup zur Vcc der 
Folgelogik hast du da direkt ein CMOS/TTL kompatibles Signal.

Axel Schwenke schrieb:
> Leg einfach den 180 Ohm Widerstand
> zwischen GND und (-) Anschluß des Hallgebers.

Ich vermute, das geht nicht so einfach, weil anscheinend der 180 Ohm 
auch zur Speisung des Hallsensors benutzt wird.

: Bearbeitet durch User
von Georg (Gast)


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Hallo,

irgendwas machst du falsch, denn laut Zeichnung müsste die Amplitude des 
rechtecks 4 V betragen.

Georg

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Matthias Sch. schrieb:
> Axel Schwenke schrieb:
>> Leg einfach den 180 Ohm Widerstand
>> zwischen GND und (-) Anschluß des Hallgebers.
>
> Ich vermute, das geht nicht so einfach, weil anscheinend der 180 Ohm
> auch zur Speisung des Hallsensors benutzt wird.

So wie ich die Zeichnung verstehe, ist der Hallsensor über sein eigenes 
zweipoliges Kabel angeschlossen und codiert sein Ausgangssignal über 
seine Stromaufnahme. Und dann ist es vollkommen Wumpe in welcher der 
beiden Leitungen der externe Widerstand sitzt.


XL

von (prx) A. K. (prx)


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Matthias Sch. schrieb:
> Deswegen schlug ich ja auch den LM339 (oder den LM393) vor, den der kann
> direkt aus der Motorspannung gespeist werden, sofern sie sich zwischen 2
> und 36V bewegt.

Klappt nicht, weil die Eingänge dieses Komparators oberhalb von Vcc-2V 
nicht funktionieren.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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A. K. schrieb:
> Klappt nicht, weil die Eingänge dieses Komparators oberhalb von Vcc-2V
> nicht funktionieren.

Naja, es sind nur 1,5V, und wenn ein Eingang im Common Mode Range 
bleibt, darf der andere sogar Vcc überschreiten. Ist aber nicht so 
schlimm, dann nimmt man eben 2 Dioden.
Allerdings funktionieren die LM339 von ST, die ich hier zahlreich habe, 
auch mit den Eingängen direkt an Vcc.

von (prx) A. K. (prx)


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Matthias Sch. schrieb:
> Naja, es sind nur 1,5V

Über den gesamten Betriebsbereich können es auch 2V sein, evtl. je nach 
Hersteller oder Datasheet.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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A. K. schrieb:
> Über den gesamten Betriebsbereich können es auch 2V sein, evtl. je nach
> Hersteller oder Datasheet.

Ist immer schön, wenn Leute irgendwas auszusetzen haben, aber selber 
keine Vorschläge machen (können).
Also gut, dann der nächste von mir - ein einfacher PNP Transistor. 
Emitter an V+. Die Basis über ein paar kOhm ( 1k-3k3) an den 
Hallausgang. Kollektor über vllt. 2k-5k an Masse.
Am Kollektor steht dann ein Signal mit Swing von nahezu V+ bis GND. Das 
kann man mit simplen Mitteln auf CMOS/TTL Pegel begrenzen - und fertig.

von Cel K. (ck1984)


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Hallo nochmal,

>irgendwas machst du falsch, denn laut Zeichnung müsste die Amplitude des
>rechtecks 4 V betragen.

>Georg

Das hast du gut beobachtet. Ich hab aktuell auch einen ca. 300 Ohm 
Widerstand verbaut. Weil ich erst eine 180 Ohm bestellen musste.

>Das geht schon. Du bildest mit einem RC-Glied den Mittelwert der
>Spannung und benutzt diese gefilterte Spannung als Referenz- bzw.
>Vergleichsspannung des Komparators.
>Gruss
>Harald

Danke Harald für diesen goldenen Rat. Ich hab diese Zeichnung in Spice 
simuliert und mit dem richtigen Comparator von

>Matthias

funktioniert es super! :) Spice Modell ist mit angehängt.

>Die Durchflussspannung der Diode verringert V+ um 0,7 Volt und legt so
>die Schwelle fest.
>Der Ausgang des LM393 ist OC, d.h. mittels eines Pullup zur Vcc der
>Folgelogik hast du da direkt ein CMOS/TTL kompatibles Signal.

Diese Methode funktioniert leider nicht, wie das Spice Modell zeigt. 
Anscheinend ist die Referenzspannung im unterem Bereich außerhalb der 
Rechteckspannung und wird deshalb nicht vom Comparator verglichen.

>>> Leg einfach den 180 Ohm Widerstand
>>> zwischen GND und (-) Anschluß des Hallgebers.

der Widerstand dient wirklich nur zum Abgreifen der Rechteckspannung. 
Hat mit der Funktion des Hallsensors nichts zu tun. Ich werde den 
Widerstand mal zwischen GND und (-) legen. Interessiert mich brennend ob 
ich dann 0 - 2 Volt angezeigt bekomme :)

Danke Leute für die Super Hilfe....das bleibt nicht unbelohnt

Grüße

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Cel Ka schrieb:
> Diese Methode funktioniert leider nicht, wie das Spice Modell zeigt.
> Anscheinend ist die Referenzspannung im unterem Bereich außerhalb der
> Rechteckspannung und wird deshalb nicht vom Comparator verglichen.

Du hast meinen Vorschlag auch nicht so ganz richtig eingetippt. Die 
Diode und der Komparator werden aus der Motorspannung versorgt. Also 
nicht die Diode ans Pulssignal, sondern an das (konstante) V+ des 
Motors.

Probier noch die Nummer mit dem PNP Transistor, ist ja wirklich eine 
übersichtliche Schaltung:

V+ Motor ---------+------------
                  |            | E
                  -        B |<
            180R | |      +--|      BC556/557
                 | |      |  |-| C
                  -       |    +---------> Ausgang
Signal >----------+-|===|-+    -
                     2k2      | | 2k2
                              | |
                               -
GND----------------------------+

: Bearbeitet durch User
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