Komparator zappelt vorm Schalten

[Ingo L. (corrtexx)]

Hallo,

ich habe folgende Schaltung für ein Kapazitätsmessgerät aufgebaut. Das 
Problem ist, wenn der Kondensator an den Prüfbuchsen (K3/K4) recht groß 
ist (>10uF), durchfährt er den Umschaltpunkt so langsam, dass der 
Komparator zappelt (siehe Oszi). Ich habe leider keine Ahnung wie ich 
das lösen kann, ein 47k Widerstand parallel zu D1 hat kaum was gebracht. 
Abgeblockt ist der Komparator direkt an seinen Pins. Der Schaltpunkt 
liegt bei 3,16V, also gerade etwas über den zulässigen Daten im 
Datenblatt.

Edit: Kann ein Mod evtl. das Oszilligramm drehen?!

Jemand ne Idee?
Ingo

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Ingo L. schrieb:
> Edit: Kann ein Mod evtl. das Oszilligramm drehen?!
Leider nicht...
Du kannst es selber drehen und nochmal einstellen. Ich kann dann das 
verdrehte Foto löschen.

Ich kann den Schaltplan aufgrund der Unschärfe auch nicht so richtig gut 
lesen. Kann es sein, dass du da ein JPEG in ein PNG umgewandelt hast? 
Das wäre kontraproduktiv, weil JPEG ein verlustbehaftetes Dateiformat 
mit Artefakten ist und eigentlich nur für Real-Life-Fotos taugt.

> das Oszilligramm
Was ist denn darauf zu sehen? Wo wurde Gemessen? Wo ist die Fehlfunktion 
zu erkennen? Wie sollte das Bild im "Gut-Fall" aussehen? Was ist dabei 
wie geschaltet?

> wenn der Kondensator an den Prüfbuchsen (K3/K4) recht groß ist (>10uF),
> durchfährt er den Umschaltpunkt so langsam, dass der Komparator zappelt
> (siehe Oszi).
Ist die Schaltung auf einer Platine aufgebaut? Oder ist es ein 
Steckbrett/Lochraster-Aufbau? wie sieht der Aufbau aus?

[Ingo L. (corrtexx)]

Hallo Lothar,
neuer Versuch :(.

Lothar M. schrieb:
> Was ist denn darauf zu sehen? Wo wurde Gemessen? Wo ist die Fehlfunktion
> zu erkennen? Wie sollte das Bild im "Gut-Fall" aussehen? Was ist dabei
> wie geschaltet?
Das Oszillogramm zeigt den Komparatorausgang, man sieht das er vorm 
Umschalten anfängt zu zittern. Das sollte eigentlich nicht da sein.

Lothar M. schrieb:
> Ist die Schaltung auf einer Platine aufgebaut?
Ist auf einer Platine

[Patrick (Gast)]

Hallo,

die "Verstärkung" deines OPV scheint nicht auszureichen, um bei 
Annäherung an die Schaltschwelle die Mitkopplung über die Diode in Kraft 
zu setzen. Diese ist ja eigentlich "hart" ausgelegt.
Der LM393 hat einen Open-Collector-Ausgang, der zu Beginn des "Zuckens" 
noch nicht komplett durchschaltet.
Ein Lösungsansatz wäre, einen größeren Pull-Up-Widerstand an den 
Komparator-Ausgang anzuschließen, damit beim Herabziehen des Ausgangs 
weniger Strom über diesen kommt und dementsprechend mehr Strom für die 
Diode und die Mitkopplung über die CE-Strecke des Ausgangstransistors 
übrig ist. Eine Endgültige Lösung ist aber nicht, eher verschiebst du 
die Kritische Kapazität in einen höheren Wertebereich.

Alternativ wäre eine nachgeschaltete Zeitstufe, die erst nach einer 
gewissen Zeit des Anstehens eines gewissen Komparatorausgangspegels 
(<1/3 von 5 Volt oder so) dies an den uC weitergibt. Oder aber ein 
RC-Glied an den Komparator-Ausgang, das durch den zweiten Komparator 
ausgegwertet wird (wieder mit Mitkopplung). Das vermiest dir bei kleinen 
Kapazitäten allerdings das Messergebnis, d.h. es müsste schaltbar 
ausgelegt sein für die Messung großer Kapaziäten.
Softwaremäßig sollte das aber auch lösbar sein, ggf. über einen ADC-Pin.

MfG Patrick

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Überprüfe doch erstmal, ob da nicht einer der MOSFet Pulse bekommt, die 
ihn kurz mal durchschalten und dann, was denn nun genau an den Eingänge 
des Komparators für Wellenformen liegen. Was versprichst du dir denn von 
D1?

[MaWin (Gast)]

Ingo L. schrieb:
> den Umschaltpunkt so langsam, dass der Komparator zappelt (siehe Oszi).

Kein Wunder, der 100nF verhindert die Hysteresemitkopplung. Entfernen, 
oder besser von dort 10k in Richtung Diode/Komparatoreingang einbauen.

[Ingo L. (corrtexx)]

@Patrick
Danke für die Infos, das habe ich auch vermutet. Nach schalten ließe 
sich erstmal nichts, die Platine ist fertig.

Matthias S. schrieb:
> Überprüfe doch erstmal, ob da nicht einer der MOSFet Pulse bekommt, die
> ihn kurz mal durchschalten und dann, was denn nun genau an den Eingänge
> des Komparators für Wellenformen liegen. Was versprichst du dir denn von
> D1?
Von den MOSFET kommt nichts, das habe ich geprüft. Die Eingangssignale 
am Komparator sind auch sauber, am + die Referenzspannung von ~3,16V und 
am - die Ladekurve, da ist alles sauber. D1 sieht den Schaltpunkt von 
3,16V auf ~0,75V nach/während des Umschaltens runter (Hysterese).

[Ingo L. (corrtexx)]

MaWin schrieb:
> Kein Wunder, der 100nF verhindert die Hysteresemitkopplung. Entfernen,
> oder besser von dort 10k in Richtung Diode/Komparatoreingang einbauen.
Alter! Treffer versenkt. Veni Vedi Vici. Danke MaWin!

Edit: Und das Bild ist wieder falsch :D

[Paul B. (paul_baumann)]

Ingo L. schrieb:
> Edit: Und das Bild ist wieder falsch :D

Du darfst mit dem Oszi nicht so rasant Kurven fahren, dann kippt er auch 
nicht auf die Seite.
:)
MfG Paul

[Ingo L. (corrtexx)]

Soweit funktioniert alles, aber aus mir noch nicht erkenntlichen Gründen 
ist der Schaltpunkt etwas "verschoben" bei größeren. Also die Spannung 
an Pin3 IC4a ist genau (VCC * (1-e(-1)). VCC wurde mit einem Fluke 189 
gemssen und Uref ebenfalls mit diesem DMM eingestellt. Somit sollte das 
eigentlich passen. Wenn ich nun einen 100nF messe(mit teurer Messbrücke 
gemessen) hat der ~93nF. Wenn ich ihn an mein Gerät anschließe zeigt mir 
dieses 100nF an. Ein anderer 100nF hat 101nF, mein Gerät zeigt 112nF an. 
Zuerst habe ich es auf die Software geschoben, aber mit einem Oszi sieht 
man tatsächlich das Utau erst nach 11.2ms erreicht wird. Gemessen wurde 
die Zeit vom Öffnen der MOSFETs bis der Komparor wieder auf LOW 
schaltet. Daher passt das Messergebnis vom µC schon. Der 100k 
Messwiederstand hat 99.98kR. Somit sollte die Messung eigentlich eher 
schneller ablaufen. Die Sperrkapazitäten der MOSFETs sind mit 110pF eher 
klein und fallen runter bzw. werden sie auch Kompensiert (Nullabgleich 
ohne Prüf-Kondensator). Die parasitären Gesamtkapazität beläuft sich auf 
300pF und wird wie gesagt wegkompensiert. Ein Fehler von 7-9nF 
entspricht ja 7000-9000 Ticks des Timers. Aber wie gesagt, es dauert ja 
auch wirklich so lange bis der Komparator schaltet. Der Quarz läuft auf 
9.9998MHz (mit Frequenzzähler gemessen), somit kompensiert er den 
Messwiderstandsfehler sogar fast wieder.

Zu Testzwecken habe ich den 100kR Messwiderstand auf 10k verringert um 
Leckstrome etc. auszuschließen, jedoch ändert das genau nichts, außer 
das das Ergebnis Faktor 10 zu klein ist (ohne Softwareanpassung). Ich 
bin etwas ratlos. Man könnte natürlich den Schaltpunkt so einstellen das 
das Ergebnis passt. Jedoch ist bei kleinen Kapazitäten (10nF z.B.) ist 
das Ergebnis ok bzw. wenn man den Schaltpunkt auf einen 100nF abgleicht 
dann zu klein.

Warum gibt es bei größeren Kapazitäten Unterschiede von 7000-9000 Takten 
bzw. 700µs - 900µs? im Schaltpunkt? Wo kommt dieser Verzug her?

Edit: Den 4k7 Pull-up am Komparatorausgang habe ich durch den internen 
Pull-up des µC ersetzt. Auch wurde nochmal ein zusätzlicher 100nF direkt 
von oben auf die Pins des Komparators gelötet, um hier ganz sicher zu 
gehen. Um den Schaltpunkt auf einen 100nF abzugleichen muss ich ihn um 
ca 100mV nach unten verschieben, was schon ganz schön viel ist finde 
ich.