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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Heizsteuerung Warmwasserspeicher


Autor: Ingemar Fiby (dementius)
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Hallo,

ich hätte da ein paar Fragen zu dieser Schaltung bzw. zur 
Dimensionierung bestimmter Bauteile.

Als Vorgabe (ist für ein Schulprojekt) sind die Werte für R1 (3.3k Ohm), 
der R3 (3k Ohm), der R5 (150k Ohm) und die Versorgung mit 9V bekannt. 
Und die Schalttemp. von 30-80°C.

Das Poti bildet ja die Differenz zwischen dem minimal- und dem maximal 
Wert von R2 oder? Also wenn ich bei R2 ein Minimum von 2.2k und 3.3k Ohm 
herausbekomme.

Im Datenblatt von dem OPV uA741 finde ich irgendwie nicht wieviel Strom 
am Output Ausgang fließt um die richtigen Stromstärken für die nächsten 
Berechnungen zu bekommen. Ich weiß nur, dass ich für den Basisstrom 5mA 
brauche.

Eine andere Frage die mich beschäftigt ist, wie ich bitte in Excel den 
Zusammenhang zwischen Schalttemperatur und der Stellung des Potis P2 
berechnen soll.

Für Anregungen, Hilfen wäre ich sehr dankbar.

Autor: HildeK (Gast)
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Für Hilfen zu deiner Schaltung fehlt die lesbare Variante deines 
Schaltplans, der auch die Werte der Bauelemente und der 
Versorgungsspannung enthalten sollte.

Ingemar F. schrieb:
> Eine andere Frage die mich beschäftigt ist, wie ich bitte in Excel den
> Zusammenhang zwischen Schalttemperatur und der Stellung des Potis P2
> berechnen soll.

Dazu benötigst du den Widerstandsverlauf des Temperatursensors über der 
Temperatur. Immer dann, wenn die geteilte Spannung zweischen Poti und 
Sensor der Spannung zwischen den beiden linken Widerständen entspricht, 
ist der Umschaltpunkt erreicht.
Da hier eine Hysterese mit dem zweiten Poti + Widerstand eingebaut ist, 
muss das auch berücksichtigt werden - es ergibt unterschiedliche 
Temperaturen fürs Ein- bzw. Ausschalten.

Autor: Forist (Gast)
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Ingemar F. schrieb:
> Heizsteuerung.png

> Für Anregungen, Hilfen wäre ich sehr dankbar.

Poste einen Schaltplan, bei dem man irgendetwas lesen kann.

> Als Vorgabe (ist für ein Schulprojekt) sind die Werte für R1 (3.3k Ohm),
> der R3 (3k Ohm), der R5 (150k Ohm) und die Versorgung mit 9V bekannt.

Mit 3kΩ setzt du dich bei den verbreiteten Normreihen für Widerstände 
zwischen sämtlich Stühle.

Autor: HildeK (Gast)
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Forist schrieb:
> Mit 3kΩ setzt du dich bei den verbreiteten Normreihen für Widerstände
> zwischen sämtlich Stühle.

Ist nicht ganz so schlimm: E48 hat 3.01k.
https://de.wikipedia.org/wiki/E-Reihe

Autor: Forist (Gast)
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HildeK schrieb:
> Ist nicht ganz so schlimm: E48 hat 3.01k.
> https://de.wikipedia.org/wiki/E-Reihe

Erstmal würde ich die Schüler an die Verwendung der E-Reihen heran 
führen. Wenn der nötige Erfahrungsschatz vorhanden ist, kann man über 
Daumenregeln und Gefühl für Toleranzen reden. ;-)

Autor: Frank Wa (frank_w)
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Primär fehlt noch ein STB, ansonsten ist das eine Bombe.

Gruß Frank

Autor: Ingemar Fiby (dementius)
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Danke für die Antworten. Ich kenn die Werte der E12 und E24 Reihe. Nur 
hatte ich bei keinem Projekt oder ähnlichem so wenig Angaben. Bin kein 
Schüler im eigentlichen Sinn sondern Höhrer (Abendschule) ;)

Mehr als dieses Angaben gibt es nicht.
Wie gesagt, die Werte von R1 mit 3.3k, R3 mit 3k, R5 mit 150k (der soll 
eh neu dimensioniert werden), R(KTY) bei 25°C mit 2k, der Schaltbereich 
von 30-80°C, sowie die Uq mit 9V.
Und aus diesen Angaben soll der Rest berechnet und dimensioniert werden.

RT wurde mittels Brückenschaltung berechnet, soweit kein Problem. 
Vorwiderstand für die LED ist auch kein Problem.

Autor: Forist (Gast)
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Ingemar F. schrieb:
> Heizsteuerung.jpg

Guckst du dir die Bilder mal an, bevor du sie hoch lädst?

Autor: Wolfgang (Gast)
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Ingemar F. schrieb:
> Im Datenblatt von dem OPV uA741 finde ich irgendwie nicht wieviel Strom
> am Output Ausgang fließt ...

Das kommt auf die Last an. Im Datenblatt ist für +/-15V Betrieb im 
ungünstigsten Fall ein Kurzschlussstrom von 10mA angegeben. Wieviel 
Strom fließt denn durch dein "Sbreak"?

Der uA741 ist wegen seines relativ geringen Ausgangsspannungsbereiches 
(Output voltage swing) zur direkten Ansteuerung eines Transistors in 
dieser Beschaltung ziemlich ungeeignet.

Autor: HildeK (Gast)
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Ingemar F. schrieb:
> Mehr als dieses Angaben gibt es nicht.

Das reicht nicht.

Benötigt wird:
- R(KTY) bei 30° und 80° zur Bestimmung von P2 und R2. Kann man aus dem 
Datenblatt entnehmen oder berechnen, wenn man den eingesetzten Typ 
kennt.
- Größe der Schalthysterese zur Bestimmung von R5 und P5; Vorgabe!
- Widerstand des Relais sowie gewünschter LED-Strom zur Bestimmung der 
Transistorbeschaltung, speziell R6/R7.

R1 und R3 teilen die 9V auf die Spannung der Schaltschwelle, ist also 
4.3V.
Diese muss für 80° mit dem Teiler P2(max), R2 und RT erreicht werden.
Für 30° wäre dann P2=0 und die 4.3V müssen mit R2 und RT erreicht 
werden.

Da der BC548 max. 100mA kann (passt das zum Relais?), muss der 
Basisstrom nicht größer als 3-5mA sein (Stromverstärkung min. 100 mit 
drei- bis fünffacher Übersteuerung).
Jetzt gibt es noch zu berücksichtigen, dass der µA741 mit dem Ausgang 
nicht bis Null und nicht bis VCC kommt (hier wäre ein echter Komparator 
oder wenigstens ein LM358 geeigneter gewesen).
Diese max. LOW-Spannung (bis zu 3V) muss mit R6 und R7 soweit herunter 
geteilt werden, dass der Transistor sicher sperrt (<0.5V). Fürs 
Durchsteuern des Transistors musst du allerdings auch von dem 
reduzierten HIGH-Pegel des 741 ausgehen. Das Fossil ist eben kein 
R2R-Typ.

Wolfgang schrieb:
> Das kommt auf die Last an. Im Datenblatt ist für +/-15V Betrieb im
> ungünstigsten Fall ein Kurzschlussstrom von 10mA angegeben.

Im TI-Datenblatt stehen typ. 25mA / max. 40mA, da machen 5mA kein 
Problem, aber durch den notwendigen Teiler R6/R7 wird es dann doch mehr. 
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ua741.pdf
Aber der 741 (zumindest der von TI) ist schon deshalb ungeeignet, weil 
er minimal mit ±5V (oder eben 10V single supply) versorgt werden soll. 
Der TO hat nur 9V zur Verfügung.

Autor: Ingemar Fiby (dementius)
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Forist schrieb:
> Ingemar F. schrieb:
>> Heizsteuerung.jpg
>
> Guckst du dir die Bilder mal an, bevor du sie hoch lädst?

Mehr gibt es dazu nicht. So ist die Angabe. Lesbar ist es. Wenn es das 
für dich ist, liegt es nicht am Bild.

Autor: Ingemar Fiby (dementius)
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HildeK schrieb:
> Ingemar F. schrieb:
>> Mehr als dieses Angaben gibt es nicht.
>
> Das reicht nicht.
>
> Benötigt wird:
> - R(KTY) bei 30° und 80° zur Bestimmung von P2 und R2. Kann man aus dem
> Datenblatt entnehmen oder berechnen, wenn man den eingesetzten Typ
> kennt.
> - Größe der Schalthysterese zur Bestimmung von R5 und P5; Vorgabe!
> - Widerstand des Relais sowie gewünschter LED-Strom zur Bestimmung der
> Transistorbeschaltung, speziell R6/R7.
>
> R1 und R3 teilen die 9V auf die Spannung der Schaltschwelle, ist also
> 4.3V.
> Diese muss für 80° mit dem Teiler P2(max), R2 und RT erreicht werden.
> Für 30° wäre dann P2=0 und die 4.3V müssen mit R2 und RT erreicht
> werden.
>
> Da der BC548 max. 100mA kann (passt das zum Relais?), muss der
> Basisstrom nicht größer als 3-5mA sein (Stromverstärkung min. 100 mit
> drei- bis fünffacher Übersteuerung).
> Jetzt gibt es noch zu berücksichtigen, dass der µA741 mit dem Ausgang
> nicht bis Null und nicht bis VCC kommt (hier wäre ein echter Komparator
> oder wenigstens ein LM358 geeigneter gewesen).
> Diese max. LOW-Spannung (bis zu 3V) muss mit R6 und R7 soweit herunter
> geteilt werden, dass der Transistor sicher sperrt (<0.5V). Fürs
> Durchsteuern des Transistors musst du allerdings auch von dem
> reduzierten HIGH-Pegel des 741 ausgehen. Das Fossil ist eben kein
> R2R-Typ.
>
> Wolfgang schrieb:
>> Das kommt auf die Last an. Im Datenblatt ist für +/-15V Betrieb im
>> ungünstigsten Fall ein Kurzschlussstrom von 10mA angegeben.
>
> Im TI-Datenblatt stehen typ. 25mA / max. 40mA, da machen 5mA kein
> Problem, aber durch den notwendigen Teiler R6/R7 wird es dann doch mehr.
> http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ua741.pdf
> Aber der 741 (zumindest der von TI) ist schon deshalb ungeeignet, weil
> er minimal mit ±5V (oder eben 10V single supply) versorgt werden soll.
> Der TO hat nur 9V zur Verfügung.

R(KTY) bei 30°C ist 2079,77 Ohm und bei 80°C 2984,17 Ohm (alles noch 
ohne E-Reihe).
R2min ist bei 2287,75 Ohm und R2max bei 3282,59 Ohm (ebenfalls noch ohne 
E-Reihe). Das Poti P2 ist ja die Differenz von min auf max oder?

Hysterese für R5 und P5 ist leider keine Vorgabe, sondern erst zu 
berechnen. Die einzige Angabe ist welchen Einfluss R5 auf das 
Schaltverhalten hat, mit der Annahme das P5 auf 0 Ohm gestellt ist.

Der OPV wird mit 9V Vcc betrieben.

Annahme bzw. Angabe beim BC548B ist, dass der Ic 100mA (Maximum) sein 
soll. Also nehme ich an das beim Sbreak ebenfalls 100mA fließen 
werden/sollen. Beim Relais ist nur die Frage, wie groß mindestens der 
Spulenwiderstand sein muss damit der Transistor keinen Schaden nimmt.

Leider kann ich nicht mehr Angaben bzw. Informationen geben, da mir 
selbst wenig zur Verfügung stehen. Wenn es hilft, kann ich auch die 
Originalangaben posten.

Autor: Wolfgang (Gast)
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Ingemar F. schrieb:
> Mehr gibt es dazu nicht. So ist die Angabe. Lesbar ist es. Wenn es das
> für dich ist, liegt es nicht am Bild.

Dann guck dir bitte mal diesen Pixelbrei an. Spaß macht das nicht, da 
irgendetwas rauszuprökeln.

Die JPG Kompression ist für scharfe Linien denkbar ungeeignet. Nicht 
ohne Grund erfolgt beim Hochladen von Dateien der Hinweis auf die 
Bildformate.

Autor: Wolfgang (Gast)
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Ingemar F. schrieb:
>> Wolfgang schrieb:
>>> Das kommt auf die Last an. Im Datenblatt ist für +/-15V Betrieb im
>>> ungünstigsten Fall ein Kurzschlussstrom von 10mA angegeben.
>>
>> Im TI-Datenblatt stehen typ. 25mA / max. 40mA, da machen 5mA kein
>> Problem, aber durch den notwendigen Teiler R6/R7 wird es dann doch mehr.

Genau das DS vom uA741 hatte ich auch erwischt und da steht für
I_OS    min 10   typ 25    max 40  mA
Dazu kommt, dass diese Angaben für VCC=+/-15V gelten. Wenn du also ein 
Minimumexemplar/-bedingung mit den 10 mA erwischt und dann noch etwas 
Strom für den Spannungsteiler berücksichtigst, sieht das gar nicht mehr 
rosig aus.

Für Toleranzen bleibt da wenig Spiel.

Autor: Klaus Ra. (klara)
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Ingemar F. schrieb:
> Im Datenblatt von dem OPV uA741 ...

Dieser OPV war schon in den 80ziger Jahren nicht mehr die erste Wahl. 
Warum werden in den Schulen museumsreife Bauteile immer wieder 
rausgekramt?
mfg klaus

Autor: Homo Habilis (Gast)
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Klaus R. schrieb:
> Warum ... Schulen museumsreife Bauteile ... rausgekramt?

Ich befürchte, daß da schlicht häufig alte Vorlagen ohne Überprüfung neu 
aufgelegt, oder gar einfach nur kopiert werden.

Autor: Max Mustermann (jens2001)
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Klaus R. schrieb:
> Warum werden in den Schulen museumsreife Bauteile immer wieder
> rausgekramt?

Weil man am 741 sehr gut den Unterschied zwischen einem idealen und 
einem realen OpA lernen kann!

Wie ich vor 35 Jahren studiert habe, haben wir fast ausschlieslich mit 
dem 741 gearbeitet. Und die Schaltungen haben funktioniert!

Eine "Heizungssteuerung" sollte man problemlos auch mit einem 741 
hinkriegen!

Autor: Wolfgang (Gast)
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Max M. schrieb:
> Eine "Heizungssteuerung" sollte man problemlos auch mit einem 741
> hinkriegen!

Eine Heizungssteuerung mit Hysterese bekommt man genauso mit ein paar 
Einzeltransistoren und Widerständen hin.

Dafür braucht man keinen µA741 und kann getrost den Fortschritt der 
Halbleiterindustrie der letzten 50 Jahre ignorieren.

Wenn man allerdings grundlegende Prinzipien vermitteln will, ist man bei 
idealen Bauelementen nahestehenden Komponenten erstmal besser 
aufgehoben.

In den 80er Jahren war es fast noch selbstverständlch, dass eine 
OP-Schaltung ein Doppelspannungsnetzteil haben muss, eben weil 
Rail-to-Rail noch eher ein Fremdwort war.

Autor: Homo Habilis (Gast)
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Max M. schrieb:
> Weil man am 741 sehr gut den Unterschied zwischen einem idealen und
> einem realen OpA lernen kann!

Ein so aufgeführt nicht unwahres Argument - allerdings kann (!) man den 
Unterschied auch aus den Datenblättern fast sämtlicher anderer OPVs im 
Vergleich zum "generic operational amplifier" erkennen.

Der Einwand von Klaus ist schon exakt so richtig und wahr, und dazu muß 
man auch nur die unzähligen Beispiele betrachten.

Scheinbar ist aber irgendwer so "verliebt" in µA741, daß er sich lieber 
in überspitzfindig unfundierten Negativbewertungen ergeht, als 
stattdessen lange, fundierte und gute Beiträge  wie z.B. von HildeK oben 
positiv zu bewerten. (Rückzug, Klaus - böse Minus-Maschine am Start...)

Da könnte ich stundenlang grinsen über so viel offensichtliche 
Subjektivität... ^^

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