Pegelwandler für bipolares Signal

[Roland L. (Gast)]

ich suche für die obige Ansteuerung einer Nebenuhr eine elegantere 
Lösung für den Pegelwandler.
das Eingangssignal wird am Motor eines Funkuhrwerks abgegriffen. Die 
Dauer der Impulse beträgt 30ms, die Zeit zwischen den Impulsen 10s.
Die Spannung beträgt je nach Zustand der Batterie zwischen 1,0V und 
1,6V.
Die Polarität ist abwechselnd positiv und negativ.
Die Schaltung funktioniert, aber bei der jetzigen Schaltung gefällt mir 
nicht, dass die Stromverstärkung bei negativer Eingangsspannung 1 
beträgt und bei positiver die Stromverstärkung des Transistors zum 
tragen kommt.
Deshalb hoffe ich, dass jemand eine bessere Idee hat, wie man das 
realisieren kann.

Wichtig ist, dass die Schaltung keinen Ruhestrom aufnimmt, da die Uhr 
mit Batterien betrieben wird und diese ein paar Jahre halten sollen.
Es soll auch kein Bezug zur Versorgungsspannung der Funkuhr bestehen, 
sondern nur das Signal vom Motor ausgewertet werden.

[Falk B. (falk)]

@Roland L. (roland2)

>Die Schaltung funktioniert, aber bei der jetzigen Schaltung gefällt mir
>nicht, dass die Stromverstärkung bei negativer Eingangsspannung 1
>beträgt und bei positiver die Stromverstärkung des Transistors zum
>tragen kommt.

So what! Wir reden über 1M Arbeitswiderstand! Die Schaltung ist clever, 
einfach und absolut stromsparend! Du leidest unter Perfektionismus!

https://de.wikipedia.org/wiki/Perfektionismus_(Psychologie)

[Ach Du grüne Neune (Gast)]

Falk B. schrieb:
> Wir reden über 1M Arbeitswiderstand

Der ist nicht das Problem, weil der an einer Extraversorgung hängt. Die 
10k sind dem TO noch zu niederohmig, die kann er aber noch auf max. 47k 
vergrößern, wenn er BC337-40 verwendet und den 1M Pullup-Widerstand 
nicht verkleinert.

Falk B. schrieb:
> Die Schaltung ist clever

Ja, das stimmt. Für einen Darlington wäre die Spannung zu niedrig und 
für Optokoppler ebenfalls und dann auch nicht mehr stromsparend.

[Roland L. (Gast)]

Ach Du grüne Neune schrieb:
> die kann er aber noch auf max. 47k
> vergrößern, wenn er BC337-40 verwendet und den 1M Pullup-Widerstand
> nicht verkleinert.

nein, leider nicht, das ist ja das Problem. Die Stromverstärkung von T2 
ist max. 1, d.h. der Strom durch R3 muss mindestens so groß sein wie der 
Strom durch R2.
bei maximaler Versorgungsspannung der Nebenuhr (18V) fließen durch R2 
18µA.
Bei minimaler Versorgungsspannung der Funkuhr liegen an R3 0,3V an (1V 
vom Uhrwerk - 0,7V Basisspannung). R3 darf also maximal 17k haben.
Mit 10k habe ich noch etwas Reserve, aber dass ich so wenig Spielraum 
habe ist ja das, was mir nicht gefällt.

[John (Gast)]

Hallo Roland,
du musst nicht beide Impulse auswerten. Es reicht der Ausgang, der bei
"20, 40, 60/0 Sekunden" einen Impuls liefert. Teiler statt 6:1 dann 3:1.

Gruß
John

[John (Gast)]

Noch was: wenn du den [-]-Anschluss der Funkuhr als Masse für die 18V 
verwendest, dann hast du nur positive Impulse.
Für Teiler 6:1 siehe Bild im Anhang.
Für Teiler 3:1 R10 und T3 weg lassen.

[Thomas E. (picalic)]

Evtl. so?

[Ach Du grüne Neune (Gast)]

Oder so?

Die Teilung durch 3 von John finde ich aber noch am einfachsten:

John schrieb:
> du musst nicht beide Impulse auswerten. Es reicht der Ausgang, der bei
> "20, 40, 60/0 Sekunden" einen Impuls liefert. Teiler statt 6:1 dann 3:1.

[ArnoR (Gast)]

Roland L. schrieb:
> Die Polarität ist abwechselnd positiv und negativ.
> Die Schaltung funktioniert, aber bei der jetzigen Schaltung gefällt mir
> nicht, dass die Stromverstärkung bei negativer Eingangsspannung 1
> beträgt und bei positiver die Stromverstärkung des Transistors zum
> tragen kommt.
> Deshalb hoffe ich, dass jemand eine bessere Idee hat, wie man das
> realisieren kann.

Schau mal hier:

Beitrag "Re: Nulldurchgangserkennung mittels PC814"

Die Schaltung macht genau das gewünschte. In der positiven Halbwelle 
arbeitet der obere NPN, der Rest ist inaktiv, in der negativen Halbwelle 
arbeitet der untere NPN in Basisschaltung, wobei sein Ic etwa dem 
Basisstrom des PNP entspricht, der obere NPN ist inaktiv.

Der Eingangsstrom der Schaltung in der positven Halbwelle ist also der 
Basisstrom des oberen NPN und in der negativen Halbwelle der Basisstrom 
des PNP.

[Roland L. (Gast)]

erst mal vielen Dank für die Antworten

John schrieb:
> Noch was: wenn du den [-]-Anschluss der Funkuhr als Masse für die 18V
> verwendest, dann hast du nur positive Impulse.

das ist nicht sicher, zumindest bei normalen Quarzuhren ohne Funk gibt 
es auch welche, bei denen die Ausgänge im Ruhezustand auf + liegen und 
die Impulse negativ sind. Funkuhrwerke hatte ich noch nicht so viele in 
den Fingern. Einen Bezug zur Betriebsspannung des Uhrwerks wollte ich 
daher vermeiden.


@ Ach Du grüne Neune

die Schaltung geht wegen des Ruhestroms nicht.


@ Thomas Elger
die Schaltung ist gut, weil hier der Strom durch die Quelle durch den 
Pullup-Widerstand bestimmt wird, und nicht wie bei meiner Schaltung 
durch den Vorwiderstand. Nur R4 werde ich etwas größer oder R3 etwas 
kleiner machen, damit auch im worst case die Ausgangsspannung nicht 
negativ werden kann.

@ ArnoR
die Schaltung hatte ich mir auch schon überlegt, daran hat mir nicht 
gefallen, dass der Leckstrom des unteren NPN Transistors mitverstärkt 
wird.
Bei 100nA Leckstrom und einer Stromverstärkung von 200 sind das schon 
20µA.
Bei einem Pullup-Widerstand von 1M reichen schon 18µA um die 
Ausgangsspannung auf 0V zu ziehen. Hier müsste der entweder der 
Pullup-Widerstand deutlich kleiner werden, oder noch ein Widerstand 
zwischen Basis und Emitter des PNP Transistors.

Für die Nebenuhrsteuerung mit dem Funkuhrwerk und der Uhr mit 
Minutenimpulsen werde ich, wie von John vorgeschlagen, nur jeden zweiten 
Impuls auswerten.
Für eine andere Uhr mit Sekundenzeiger, bei der ich beide Impulse des 
Motors benötige (von einem anderen Uhrwerk, das nur einen Antriebsmotor 
hat), werde ich die Schaltung von Thomas verwenden.

vielen Dank nochmal

[ArnoR (Gast)]

Roland L. schrieb:
> Bei 100nA Leckstrom und einer Stromverstärkung von 200 sind das schon
> 20µA.

Woher nimmst du die 100nA Leckstrom? Bei den genannten Transistoren sind 
die um Größenordnungen kleiner.

[Roland L. (Gast)]

ArnoR schrieb:
> Woher nimmst du die 100nA Leckstrom?

ich hatte bei dem BC337 geschaut, den ich verwendet habe

https://www.onsemi.com/pub/Collateral/BC337-D.PDF

in dem Datenblatt, das hier im Forum verlinkt ist, steht als typ. Wert 
2nA, als max. Wert 100nA. Allerdings bei 25°C und es kann ja schon mal 
wärmer werden.
nach anderen Transistoren habe ich nicht gesucht, gibt sicher bessere.

[ArnoR (Gast)]

Roland L. schrieb:
> ich hatte bei dem BC337 geschaut, den ich verwendet habe

Den hatte ich in meiner Schaltung aber nicht verwendet und die hast du 
kritisiert.

Einen 800mA-Transistor zum Schalten von 18µA auszuwählen und sich dann 
über möglicherweise zu große Restströme zu beschweren ist doch ziemlich 
blödsinnig.

Die BC546-548 von Onsemi haben max. 15nA und typ. 200pA Reststrom bei 
höchster zulässiger Sperrspannung. Da ist auch noch Luft für etwas 
höhere Temperaturen.

http://www.onsemi.com/pub/Collateral/BC546-D.PDF

[Roland L. (Gast)]

ArnoR schrieb:
> Den hatte ich in meiner Schaltung aber nicht verwendet und die hast du
> kritisiert.
>
> Einen 800mA-Transistor zum Schalten von 18µA auszuwählen und sich dann
> über möglicherweise zu große Restströme zu beschweren ist doch ziemlich
> blödsinnig.

Ich wollte deine Schaltung nicht kritisieren, mit den von dir 
verwendeten Bauteilen funktioniert das ja auch einwandfrei.
Ich habe nur geschrieben, warum ich es seinerzeit nicht so gemacht habe. 
Ich hatte es mir für die Kombination BC337, BC327 und 1M angeschaut, 
damit ging es nicht zuverlässig. Ich habe die genommen, weil ich die in 
der Ausgangsstufe auch verwendet habe.

[Ach Du grüne Neune (Gast)]

Roland L. schrieb:
> Die
> Dauer der Impulse beträgt 30ms, die Zeit zwischen den Impulsen 10s.
> Die Spannung beträgt je nach Zustand der Batterie zwischen 1,0V und
> 1,6V.

Ich gehe davon aus, dass die Schaltung von ArnoR entsprechend 
abgewandelt werden muss, damit sie bei kurzen 30ms Impulsen, die nur 
eine Spannung von 1 Volt haben können, auch wirklich funktioniert.

[Roland L. (Gast)]

noch ein Nachtrag, falls es jemand interessiert, was daraus geworden 
ist.

die Schaltung habe ich nochmal geändert, weil die Impulslänge mit dem RC 
Glied und dem Schmitt-Trigger etwas undefiniert und unsymmetrisch ist.
Man kann T2, R1, R4 und Ic2 auch weglassen, dann wird nur jeder zweite 
Impuls ausgewertet. In diesem Fall muss allerdings beim Funkuhrwerk die 
Polung beachtet werden.