Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Idee gesucht..Analogschalter?


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von Holm T. (Gast)


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Ich habe hier einen Thyristor Motorregler aus DDR Zeiten den ich gerne
für die Steuerung eines Gleichstrommotors einer Wickelmaschine 
misbrauchen wollen würde. Dazu sind ein paar Anpassungen notwendig.
Der Drehzahlregler wird durch einen analogen Sollwert von +-10V geführt
und stellt den Motor in 4 Quadranten. Was nicht direkt vorgesehen ist, 
ist die Steuerung des Drehmomentes, ..ist aber für eine Wickelmaschine 
ziemlich unerläßlich. Der Regler begrenzt aber den Motorstrom "nach 
Projektierung" durch das Einlöten verschiedener Widerstände und hat auch 
Stromstufen für z.B. den Anlauf eines Motors.
Ich möchte nun Drehmoment und Drehzahl mit einem Rechner vorgeben 
können, die Drehzahl ist dabei kein Problem, einfach aus einem ADC 
ziehen und entsprechend verstärken.

Die Stromstufen werden normalerweise durch als Analogschalter betriebene 
Sperrschichtfets KP303G (russisch, etwa BF245B) umgeschaltet, damit wird 
die Basisvorspannung der im Gegenkopplungszweig des Integrator-OPV 
befindlichen Bipolartransistoren umgeschaltet. An deren Emittern hängt 
dann der nachfolgende Komparator- und Impulskram zur Ansteuerung der 
Thyristorbrücke, der den Analogwert entsprechend umsetzt.

Ich suche nun einen cleveren, digital steuerbaren Ersatz für die 
Schalter Q2,3,4 und Q5 die sich normalerweise sowieso auf einer 
"Zusatzelektronik" die über einen Steckverbinder kontaktiert wird, 
befinden. Ich habe relativ wenig Lust diese Schalter aus Einzelfets für 
1,2,4 und 8 nach zu empfinden und das für beide Polaritäten, gibts da 
vielleicht auch was integriertes von Ratiopharm? Irgend eine serielle 
Ansteuerung wäre Klasse...

Gruß und Dank im Vorraus,

Holm

von Hp M. (nachtmix)


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Holm T. schrieb:
> Dazu sind ein paar Anpassungen notwendig.

Besser komplett neu aufbauen.

von Holm T. (Gast)


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Hp M. schrieb:
> Holm T. schrieb:
>> Dazu sind ein paar Anpassungen notwendig.
>
> Besser komplett neu aufbauen.

Da die Begründung fehlt hilft das nicht recht.

Gruß,

Holm

von oldeurope O. (Gast)


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TLP220A oder so.

LG
old.

von Mark S. (voltwide)


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Wie willst Du denn einen Gleichstrommotor über Thyristoren steuern?

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


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Mark S. schrieb:
> Wie willst Du denn einen Gleichstrommotor über Thyristoren steuern?

Du speist den Steller mit Wechselstrom und lässt die Thyristoren den 
Gleichstrom herstellen - sind ja steuerbare Gleichrichter. Meine alte 
Waschmaschine hatte einen DC Polymotor Italiana und steuerte den über 
ein Board mit Philips Thyristoren - ganz und gar übliches Verfahren.

von THOR (Gast)


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Mark S. schrieb:
> Wie willst Du denn einen Gleichstrommotor über Thyristoren
> steuern?

Naja das geht ja im Grunde schon. Aber ich seh da im Schaltplan auch 
keine.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Holm T. schrieb:
> Die Stromstufen werden normalerweise durch als Analogschalter betriebene
> Sperrschichtfets KP303G (russisch, etwa BF245B) umgeschaltet

Da die Dinger selbstleitend sind: liegt da wirklich eine negative
Spannung an von außen, um sie zu sperren?

Seltensame Mimik …

Ansonsten: in welchem Spannungsbereich arbeitet das Dingens denn?
Kann man nicht vielleicht 08/15 CD4066 dafür benutzen?

: Bearbeitet durch Moderator
von Holm T. (Gast)


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@voltwide, THOR:
..das ist ein kleiner Auszug der mehrseitigen Schaltung dieses Reglers. 
Der TDR100 ist ein Drehzahlregler für Gleichstrommotoren bis 400V und 
6KW Leistung, das Motörchen das ich derzeit da dran hängen will hat nur 
lausige 3x0W. Der Regler ist ein fertiges Stück Industrieelektronik das 
im DDR Werkzeugmaschinenbau zum Einsatz kam um Werkzeugmaschinen und 
Industrieroboter anzusteuern. Ich hatte so ein Ding mal irgendwo im 
Schrott aufgegabelt, mittlerweile ist mir die Dokumentation, ein 2. 
Regler und noch Ersatzplatinen zugelaufen. Reparieren mußte ich den Kram 
freilich, aber das ist erledigt. Das Ding kann Gleichstrommotoren in 
beiden Richtungen beschleunigen und bremsen. "Westliche Bezeichnung" 
dieser Geräteklasse: "DC Drive".

Bei dem Ding hier fehlt mindestens eine Platine:

Ebay-Artikel Nr. 271177876678

Heute sind die Dinger nicht mehr üblich und durch Frequenzumrichter an 
Asynchronmotoren mehr oder weniger abgelöst, es sind aber massenhaft 
solcher Antriebssteller international noch im Einsatz.


@Darius: TLP220 hätte ich sogar da, allerdings hilft mir das nicht viel 
weiter, galvanische Trennung ist nicht notwendig, die Steuerelektronik 
des Reglers ist bereits über Zündtrafos an den Thyristoren netzgetrennt. 
Ich würde also im konkreten Fall 2 einzelne FETs durch einen TLP220 
ersetzen..das ist faktisch der selbe Aufwand.

Einfacher wird es wohl wenn ich einen gewöhnlichen D/A Wandler am 
Mikrorechner benutze und dessen Ausgangsspannung einmal negiert und 
einmal direkt auf diese beiden Steuerschienen gebe. R16 und R17 legen 
den Maximalstrom fest (3,1A), je niedriger die Spannung an den Basen 
wird, desto niedriger wird der Motorstrom und damit das Drehmoment. Die 
in der Originalschaltung benutzen FETs schalten auch nur den 
Spannungsteiler um.

Gruß,
Holm

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Holm T. schrieb:
> lausige 3x0W.

Da ist dir wohl was abhanden gekommen. ;-)

von Mani W. (e-doc)


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Mit der gezeigten Schaltung kann ich nichts anfangen, auch ist die
Schaltung mehr als suspekt...

Eine Gesamtschaltung bis zum Motoranschluss wäre interessant, sonst
denke ich, die Schaltung ist unbrauchbar...

von Holm T. (Gast)


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Jörg W. schrieb:
> Holm T. schrieb:
>> lausige 3x0W.
>
> Da ist dir wohl was abhanden gekommen. ;-)

Ja, die Zehnerstelle, deswegen steht da ein 'x'.
Gruß,

Holm

von Holm T. (Gast)


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Mani W. schrieb:
> Mit der gezeigten Schaltung kann ich nichts anfangen, auch ist die
> Schaltung mehr als suspekt...
>
> Eine Gesamtschaltung bis zum Motoranschluss wäre interessant, sonst
> denke ich, die Schaltung ist unbrauchbar...

Denkst Du, kannst Du auch machen, aber wahrscheinlich irrst Du nicht nur 
in einer Beziehung.
Du willst den Rest der Schaltung gar nicht wirklich sehen und er ist 
auch uninteressant weil Dir 5 ICs namens U708D auch nichts sagen würden.
Du bist wahrscheinlich in dieser Richtung nicht der Denker der Du 
glaubst zu sein, das ist eine Industrieschaltung, mit etlichen tausend 
Stück gebaut..

Gruß,

Holm

von Holm T. (Gast)


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Jörg W. schrieb:
> Holm T. schrieb:
>> Die Stromstufen werden normalerweise durch als Analogschalter betriebene
>> Sperrschichtfets KP303G (russisch, etwa BF245B) umgeschaltet
>
> Da die Dinger selbstleitend sind: liegt da wirklich eine negative
> Spannung an von außen, um sie zu sperren?
>
> Seltensame Mimik …
>
> Ansonsten: in welchem Spannungsbereich arbeitet das Dingens denn?
> Kann man nicht vielleicht 08/15 CD4066 dafür benutzen?

An 4066 hatte ich auch schon gedacht, aber das Drahtgewusel würde 
bleiben,
das ist Nichts anderes als die FETs da ich auch wieder Widerstände 
umschalten müßte, also gewissermaßen den A/D Wandler zu fuß und für 
beide Polaritäten aufbauen.

Anbei Schaltungsauszug aus der Zusatzelektronik mit den FETs und den zur 
Ansteuerung verwendeten B084 und U105D PMOS..
Die beiden Leitungen rechts oben sind die beiden "Steuerschienen".
Die OPVs hängen an +- 13,5V.
Es stimmt aber, bei den FETs oben im zuerst geposteten Plan sind Drain 
und Source vertauscht, hab nicht aufgepaßt beim Abmalen, ist aber eher 
nicht relevant bei den Dingern :-)

Gruß,
Holm

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Holm T. schrieb:
> Ja, die Zehnerstelle, deswegen steht da ein 'x'.

OK, hatte ich als Multiplikationszeichen missverstanden.

Holm T. schrieb:
> An 4066 hatte ich auch schon gedacht, aber das Drahtgewusel würde
> bleiben,

Ja, allerdings.  Insofern war der erste Hinweis, das komplett neu
aufzubauen, nicht völlig verkehrt.  Aufwand ist es halt so oder so,
egal, wie rum man's dreht.

Diese Industrieschaltungen damals waren von tollen Schaltungsdesignern
entworfen, aber daran irgendwas umzuändern, schmeißt oft das gesamte
Schaltungskonzept übern Haufen.

von Guido B. (guido-b)


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Grundsätzlich könntest du doch auch die Gatespannung mittels
DAC einstellbar machen. Einen Faktor 10 schafft man damit schon,
sollte reichen. Die Symmetrie für P- und N-Zweig wird aber
vermutlich schwierig, da würde ich einen dualen DAC einplanen.

Die Widerstandswerte zur "Programmierung" sind dir doch bekannt?

von Mani W. (e-doc)


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Holm T. schrieb:
> Denkst Du, kannst Du auch machen, aber wahrscheinlich irrst Du nicht nur
> in einer Beziehung.
> Du willst den Rest der Schaltung gar nicht wirklich sehen und er ist
> auch uninteressant weil Dir 5 ICs namens U708D auch nichts sagen würden.
> Du bist wahrscheinlich in dieser Richtung nicht der Denker der Du
> glaubst zu sein, das ist eine Industrieschaltung, mit etlichen tausend
> Stück gebaut..
>
> Gruß,
>
> Holm

Wie kommst Du auf diese Gedanken?

Zumindest war das eine Antwort!

von Mani W. (e-doc)


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Holm T. schrieb:
> Du bist wahrscheinlich in dieser Richtung nicht der Denker der Du
> glaubst zu sein, das ist eine Industrieschaltung, mit etlichen tausend
> Stück gebaut..

Habe damit kein Problemm, da ich selbst aus der Industrie komme und
auch Entwickler war, mit etlichen hundert tausend Stück...


Was ich glaube, zu sein, ist mein Kaffee,
was ich weiß, auch mein Kaffee...


Als lass uns in Frieden diskutieren...


Gruß

Mani

von Holm T. (Gast)


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Jörg W. schrieb:
> Holm T. schrieb:
>> Ja, die Zehnerstelle, deswegen steht da ein 'x'.
>
> OK, hatte ich als Multiplikationszeichen missverstanden.
>
> Holm T. schrieb:
>> An 4066 hatte ich auch schon gedacht, aber das Drahtgewusel würde
>> bleiben,
>
> Ja, allerdings.  Insofern war der erste Hinweis, das komplett neu
> aufzubauen, nicht völlig verkehrt.  Aufwand ist es halt so oder so,
> egal, wie rum man's dreht.
>
> Diese Industrieschaltungen damals waren von tollen Schaltungsdesignern
> entworfen, aber daran irgendwas umzuändern, schmeißt oft das gesamte
> Schaltungskonzept übern Haufen.

Das schätze ich nicht so kritisch ein. Der Schaltungsteil mit dem OPV 
und den beiden Transistoren befindet sich auf der eigenständig 
betriebsfähigen Hauptplatine und nur die Widerstände neben den 
Transistoren sind zur grunsätzlichen Strombegrenzung bestückt, die 
beiden Steuerschienen gehen auf einen 26poligen EFS Steckverbinder und 
die Schalt-FETs sind auf einer Zusatzplatine die da angesteckt werden 
kann. Die fraglichen zuschaltbaren Widerstände für die Stromstufen sind 
gar nicht bestückt, sondern Lötösen. Die Formel für die Berechnung des 
Widerstandswertes ist aber dokumentiert.
Ich kann also meinen eigenen Salat da einfach statt der Zusatzelektronik 
anstecken.


@Guido B.:

>Grundsätzlich könntest du doch auch die Gatespannung mittels
>DAC einstellbar machen. Einen Faktor 10 schafft man damit schon,
>sollte reichen. Die Symmetrie für P- und N-Zweig wird aber
>vermutlich schwierig, da würde ich einen dualen DAC einplanen.

..ja.. aber siehe oben.. die Fraglichen Transistoren existieren erst 
einmal gar nicht wenn ich die originale "Zusatzelektronik" nicht benutze 
und einen veränderlichen Spannungswert kann ich auch an den Basen der 
BPTs einspeisen, das ist ja das was der originale D/A Wandler mit durch 
FETs umgeschalteten Widerständen macht.

Diese "Zusatzelektronik" bewerkstelligt aktive Bremsung bei Abschaltung 
des Netz- oder des Sicherheitskreises, Drehzahlrampen und 
Reglerüberwachung.
Ich brauche nichts davon weil ich sowieso einen Mikrocontroller zum Chef 
machen will/muß. Der kann diese Funktionen locker mit erfüllen.

Die Symmetrie der Stromregelung mit dem NPN und PNP Transistor und nur 
5,1K und 470 Ohm Widerständen ist auch nicht "sooo dolle", reicht aber 
offensichtlich für den Zweck.

Der Regler macht eine Art Impulsbetrieb des Motors, bei erreichter 
Solldrehzahl im Leerlauf wird der mit mehreren Perioden in Drehrichtung 
angetrieben, aber dazwischen auch gebremst (wobei eine Rückspeisung 
erfolgt) so das er um die Solldrehzahl pendelt. Zwischen der 
Thyristorbrücke aus 4 Doppelthyristormodulen und dem Anker befindet sich 
dabei noch eine Drossel zur Glättung des Ankerstroms.

>Die Widerstandswerte zur "Programmierung" sind dir doch bekannt?

Ja, bzw. deren Berechnung, das ist dokumentiert.

@Mani:

>Zumindest war das eine Antwort!

Es ist natürlich schön das Du Dich mit meinem Problem überhaupt 
beschäftigst und antwortest, es wäre allerdings nett wenn Du zu Deinen 
Antworten noch eine Interpretationsanleitung liefern würdest, denn 
zumindest auf den ersten Blick enthalten sie keinerlei nützliche 
Informationen.

Guck doch mal selber:

>Mit der gezeigten Schaltung kann ich nichts anfangen, auch ist die
>Schaltung mehr als suspekt...

Dir ist die Schaltung suspekt..das sind mir die Schnittmusterbogen in 
Frauenzeitschriften aber auch...und das wird nicht an den 
Schnittmusterbogen liegen,

>Eine Gesamtschaltung bis zum Motoranschluss wäre interessant, sonst
>denke ich, die Schaltung ist unbrauchbar...

Das Ding ist ziemlich komplex aber ich habe von Anfang an erwähnt das es 
sich um einen fertigen industriell gebauten Regler handelt, der 
logischerweise funktioniert haben muß und in Serie gebaut wurde.

Was soll ich dann mit Deiner Info "die Schaltung ist unbrauchbar" 
anfangen?

Auf der "rechten Seite" der Schaltung wird ein spezieller, nur in der 
DDR gefertigter Ansteuerschaltkreis für Thyristorsteller für die 
Zündimpulserzeugung benutzt, der nur beschissen dokumentiert ist und 
mehrere durch verschiedene Anschlußbelegung programmierbare Funktionen 
hat, das ist Sowas komisches wie TFK Uxxx -Ics. Davon sind 6 Stück 
verbaut ( U708D) und es ist trotz Schaltung nicht ohne weiteres 
nachvollziehbar was da passiert.
Es reicht aber aus zu wissen das die Mimik da tut was sie soll.

Ich habe den oben eingangs abgebildeten Integrator mal versuchsweise 
gleichspannungsmäßig gegen gekoppelt und durch Versuch nachgewiesen das
dann mit einem Sollwert der Zündwinkel statisch in die Richtung 
verschoben wird die für eine Drehzahlstellung des Motors brauchbar ist, 
auf deutsch
ich kann die Motorbeschleunigung und -bremsung statisch steuern, das ist 
das wo ich hin will, da ich nicht vor habe einen Tachogenerator an die 
Motorwelle zu prömpeln, sondern einen Inkrementalgeber verwenden möchte 
der im Controller ausgewertet werden soll. Der Regler wird also zum 
Stellglied.
Um nicht in jeder Halbwelle den Strom im Controller auswerten und regeln 
zu müssen, möchte ich eine hardwaremäßige Einstellung des Ankerstromes.. 
und das ist der Punkt an dem wir hier jetzt sind.

Für mich sind Aussagen wie "neu bauen" oder "unbrauchbar" simpel nicht 
nützlich. Die Mimik kann einen Motor einem Analogsollwert folgend in 4 
Quadranten steuern, die Leistungselektronik ist fertig und funktioniert.
Warum also neu bauen, mit welchem Nutzeffekt?
Was genau denkst Du ist "unbrauchbar"?

Ich habe, bevor ich über die Verwendung des Thyristorreglers nachgedacht 
hatte, über eine Mosfet H-Brücke nachgedacht, das wäre heute technischer 
Stand. Allerdings ist es halt erfahrungsgemäß so, das einem das Zeug bis
Hard- und Software final funktionieren in der fraglichen Leistungsklasse 
ein paar mal um die Ohren fliegt. Man muß da Entwicklungsaufwand 
investieren den ich mir so sparen möchte. Freilich muß ich das was ich 
habe an meine Vorstellung anpassen.

Ich habe die kompletten Schaltungsunterlagen des TDR 100 Reglers, wenn 
sich Einer dafür interessiert kann er sich melden, ich fülle dann ein 
paar Megabytes in die Mailbox.

Edit:

für die ganz Harten die die Schaltung sehen wollen habe ich hoch 
geladen:

Analoge Signalaufbereitung
http://www.tiffe.de/images/02_KBG_InfoElek_2.JPG

Zündimpulsgenerierung
http://www.tiffe.de/images/01_KBG_InfoElek_1.JPG

Zusatzelektronik
http://www.tiffe.de/images/05_KBG_Zusatz_InfoElek_2.JPG

Zündverstärker
http://www.tiffe.de/images/07_KBG_SV_Zuendimpuls.JPG

allgemeine Verschaltung
http://www.tiffe.de/images/08_allg.JPG


U708 Doku:

http://www.tiffe.de/Robotron/Bausteinuebersicht/U708.pdf

Na denn, denke aber das interessiert außer mir Keinen..

Gruß,

Holm

von Holm T. (Gast)


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..hab mirs schon gedacht, das war Information overload, Keiner hat mehr 
eine Meinung..

Ich habe mir das so vorgestellt wie im Anhang zu sehen, die Mimik wird 
durch den DAC des MCs gespeist (3,3V) um 0.176 verstärkt und mit Offset 
umgedreht.
Die Ausgangsspannungen sollte sich dann im Bereich von 0...|0.581V| 
bewegen, das entspricht 3,1A Ankerstrom und das steht auf dem Motor 
Typenschild.
Die beiden Ausgänge gehen dann über Dioden an diese 
Strom-stell-schienen.
Die Flußspannung der Dioden kann ich ggf. ja noch mit in die Verstärkung 
einrechnen.

Die Symmetrie kann ich evtl. noch verbessern in dem ich OPVs mit 
Offsetkompensation verwende ...

...Einwände Jemand?

Gruß,

Holm

von oldeurope O. (Gast)


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Holm T. schrieb:
> ...Einwände Jemand?

Könnte mir vorstellen, dass Du da mit einem
eingeprägten Strom statt einer Spannung drauf
musst.
Aber Du hast schon Recht, den Durchblick habe
zumindest ich da nicht.

LG
old.

von Holm T. (Gast)


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Strom im Sinne von durch den Spannungsteiler fließendem Strom ..sicher.
Aus meiner Sicht fangen die beiden BPT an zu leiten wenn die 
Kollektorspannung aus dem OPV die Basisspannung übersteigt, und die wird 
durch den Spannungsteiler gebildet und über Entkopplungsdioden auf die 
Basen eingespeist. Die kann also mit eingelöteten 
Strombegrenzungswiderständen von 470 Ohm (wie in der Schaltung) maximal 
den Spannungspegel von 0,58 Volt erreichen (13,5V-5,1K-470R-GND). Wenn 
ich eine niedrigere Spannung anlege sperren die Entkopplungsdioden und 
die Basisspannung aus meiner Mimik zählt, weil die entsprechenden Dioden 
leitend werden. Ich kann also die wirksame Strombegrenzung nur 
"herunter" drehen, unter den Wert der durch die 470R Widerstände 
eingestellt ist (aka Ankerspitzenstrom).
Die Transistoren machen dann die wechselspannungsmäßige Gegenkopplung 
des Integrators wirksam und wirken dem Stromanstieg entgegen, der 
Zündwinkel wird nach hinten verschoben.

Das einzige Problem das ich damit habe ist, das die Spannung mit 0,58 V 
für 3,1A relativ klein ist. Normalerweise zieht der Regler größere 
Motoren, die original statt den 470 Ohm eingelöteten Widerstände hatten 
2,4K, damit lag die Basisspannung bei 4.32 Volt für 15A.
Hoffentlich muß ich nicht noch an den nachfolgenden Komparatoren 
herumändern damit der Spannungspegel generell höher wird...

Gruß,

Holm

von oldeurope O. (Gast)


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Mit Deiner Erklärung wird vieles klarer. Danke.

Holm T. schrieb:
> Aus meiner Sicht fangen die beiden BPT an zu leiten wenn die
> Kollektorspannung aus dem OPV die Basisspannung übersteigt

Ich meine die Transistoren leiten immer.
Deine Zeichnung (weil zB. R15 dort, ist R13 bei Dir):
Wenn der opamp am Ausgang 0V hat fliesst kein
Collectorstrom aber von VDD über R13 die BE-Diode
von Q6, weiter über die BE-Diode von Q7 dann über
R20 nach VEE.
Da VEE = VDD, R13 = R20 und die BE-Dioden gleich sind,
ist dann an den Emittern auch 0V.
Beim Aussteuern in die positive Richtung geht das
Emitterseits nur so weit, bis der Basisstrom von Q6 so
klein wird, dass der Emitter dem Collector nicht mehr
folgen kann. Analog dazu bei negativer Aussteuerung
mit Q7.

Holm T. schrieb:
> Die Flußspannung der Dioden

hebt sich mit der BE-Flusspannung. Insofern dürfte
Deine Spannungssteuerung sogar präzieser sein als die
Einstellung über die Vorwiderstände.
Meine Vorstellung da
Beitrag "Re: Idee gesucht..Analogschalter?"
war falsch.

Ich muss mir die Pläne mal drucken um zu sehen was wo
hin geht. So auf dem Monitor bekomme ich da keinen Überblick.

LG
old.

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