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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Bipolare ansteuerung einer Quarzuhrspule


Autor: Fridolin H. (hebu)
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Hallo Elektroniker Gemeinde

Ein einfaches Problem eigentlich... dachte ich....
Habe mir ein Sekundenpendel gebaut (Hobby) und das bringt mit einer
kleinen Spule – die gleichzeitig auch Antriebspule des Pendels ist
- einen Sekundenimpuls von etwa plus 1,3 Volt in 3zehntel sek.
Damit möchte ich eine Quarzuhrspule (von einer Quarzuhr die man
an die Wand hängt) ansteuern, um die Zeit angezeigt zu bekommen.

Soweit so gut und einfach. Aber wie immer, der Teufel liegt im Detail.
Die Quarzuhrspule will wechselweise einmal  positiv dann die nächste
Sek. negativ angesteuert werden. Bipolar eben.
Dazu eignen würde sich ein Bipolar-Relais. Aber das geht nicht so gut
da es im Jahr 31'536'000 Schaltungen hätte.

Muss irgendwie elektronisch machbar sein.
Habe mir auch diese Schaltung angeschaut:

https://www.themt.de/el-0220-fflp-49.html
Flipflop mit Toggle–Eingang (T-Flip-Flop).

Aber damit komme ich irgendwie auch nicht weiter.
Eine Quarzuhrspule steuere ich deshalb an, weil das ganze an einer
Batterie laufen sollte.

Wenns so nicht geht dachte ich an eine Uhr, an der ich den positiven 
Sekundenimpuls direkt einspeisen könnte.
Im Netz hab ich nichts brauchbares gefunden mit direktem Zugang zum 
Sekundenimpuls um mein Sekunden-Pendel einzuspeisen.

Hat jemand eine Idee zu einer Schaltung, oder zu einer Uhr die ich 
ansteuern kann? Ev. Bausatzuhr?

Netten Gruss  Frido

: Verschoben durch Moderator
Autor: Michael B. (laberkopp)
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Fridolin H. schrieb:
> Hat jemand eine Idee zu einer Schaltung,

1sImpuls --Elko--Quarztuhrspule--Masse

Der Elko so simensioniert, daß der Impuls gerade reicht. Es muss ja 
nicht zu viel Strom sinnlos verbraucht werden.

Autor: Gerhard O. (gerhard_)
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Die Ansteuerung mit Elko geeigneter Größe funktioniert gut solange man 
eine Push-Pull Treiberstufe hat. Das ist absolute Voraussetzing wenn man 
mit Elko arbeitet.

Mein Vorschlag: Flip-Flop mit je drei mal parallel geschalteten HC14 
Inverter Ansteuerung von Q und Q-.

Das funktioniert einwandfrei.

Sonst: H-Brückenansgeuerung mit genau eingestellter zeitlichen 
Ansteuerung wie es halt die Uhren ICs machen.

Keinen Widerstand in Serie einfügen, weil manche Uhrenmotoren den 
niedrigen Ausgangswiderstand zur mechanischen Dämpfung benötigen. 
Leistung mit Parallelwiderstand empirisch optimieren oder mit niedriger 
Betriebsspannung arbeiten.

Autor: K. S. (the_yrr)
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Michael B. schrieb:
> Fridolin H. schrieb:
>> Hat jemand eine Idee zu einer Schaltung,
>
> 1sImpuls --Elko--Quarztuhrspule--Masse
wird in diesem Fall völlig ausreichend sein, ansonsten wäre ein Full/H 
Bridge (Motor)Treiber das was du suchst (hier aber völlig overkill).

: Bearbeitet durch User
Autor: jitterer (Gast)
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Nimm einen Motortreiber mit H-Brücke.

Autor: Michael B. (laberkopp)
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Gerhard O. schrieb:
> Mein Vorschlag:

Dein Vorschlag
  +---+
  |  Q|--|>o--+
  |  _|      Spule
  |  Q|--|>o--+
  +---+
hat das Problem, dass er dauernd Strom durch die Spule schickt, die 
Schaltung also erheblichen Strom verbraucht und das Magnetfeld die Unruh 
dämpft.
Beim Elko kann man bestimmen, wie lange Strom fliessen soll nach der 
Impulsflanke.
Ausserdem reicht ein Ausgang Q für ihn.

Autor: K. S. (the_yrr)
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Fridolin H. schrieb:
> einen Sekundenimpuls von etwa plus 1,3 Volt in 3zehntel sek.
ich nehme an der Impuls ist 3/10 s lang und danach Pause?


Fridolin H. schrieb:
> Flipflop mit Toggle–Eingang (T-Flip-Flop).
>
> Aber damit komme ich irgendwie auch nicht weiter.

das wäre aber genau was du brauchst, und dann:
Ausgang - Kondensator - Spule - Masse
einfacher wirds kaum.

welche Schaltung denn genau und womit kommst du nicht klar, auf der 
Seite sind Schaltungen mit NE555 verlinkt, das geht zwar aber braucht 
auch ca. 4.5-5V mindestens (außer du hast nen low voltage Ersatztypen) 
und ist nicht besonders Stromsparend.

Autor: Ach Du grüne Neune (Gast)
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Michael B. schrieb:
> 1sImpuls --Elko--Quarztuhrspule--Masse

Gerhard O. schrieb:
> Die Ansteuerung mit Elko geeigneter Größe funktioniert gut solange man
> eine Push-Pull Treiberstufe hat.

Am besten wäre eine Treiberstufe mit Push-Pull Ausgang die mit 1,5 Volt 
funktioniert. Die oben gezeigte Schaltung hat einen Spannungsabfall von 
0,7 Volt, da bleiben dann nur noch 0,8 Volt für die Spule übrig. Es sei 
denn man hat 3 Volt zur Verfügung?

Autor: Gerhard O. (gerhard_)
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Ach Du grüne Neune schrieb:
> Michael B. schrieb:
>> 1sImpuls --Elko--Quarztuhrspule--Masse
>
> Gerhard O. schrieb:
>> Die Ansteuerung mit Elko geeigneter Größe funktioniert gut solange man
>> eine Push-Pull Treiberstufe hat.
>
> Am besten wäre eine Treiberstufe mit Push-Pull Ausgang die mit 1,5 Volt
> funktioniert. Die oben gezeigte Schaltung hat einen Spannungsabfall von
> 0,7 Volt, da bleiben dann nur noch 0,8 Volt für die Spule übrig. Es sei
> denn man hat 3 Volt zur Verfügung?

Oder parallel geschaltete HCMOS Ausgänge.

Germanische Transistoren wie AC187/188K wären in der Hinsicht günstiger, 
aber schwer und teuer zu bekommen.

Aber andrerseits vermute ich fast, daß 1.5V gar nicht unbedingt für 
Fridolin ideal wäre.

Autor: Gerhard O. (gerhard_)
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Michael B. schrieb:
> Gerhard O. schrieb:
>> Mein Vorschlag:
>
> Dein Vorschlag
>   +---+
>   |  Q|--|>o--+
>   |  _|      Spule
>   |  Q|--|>o--+
>   +---+
> hat das Problem, dass er dauernd Strom durch die Spule schickt, die
> Schaltung also erheblichen Strom verbraucht und das Magnetfeld die Unruh
> dämpft.
> Beim Elko kann man bestimmen, wie lange Strom fliessen soll nach der
> Impulsflanke.
> Ausserdem reicht ein Ausgang Q für ihn.

Stimmt. Das beachtete ich nicht:-(

Danke!

Autor: jitterer (Gast)
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https://www.ti.com/lit/ds/slvsd61a/slvsd61a.pdf

1.8 V Versorgugnspannung löst alle deine Probleme

Autor: Fridolin H. (hebu)
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Also mal vielen Dank an alle

bin erschlagen von den vielen Vorschlägen :-O
vielen vielen Dank.
Werde mich morgen im Hobbyraum einschliessen, Handy abschalten
und Eure Tips durcharbeiten.
Muss ja klappen.
Gebe nachricht....

Frido

Autor: Kurt (Gast)
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Dein Hobby-Trieb ist lobenswert! Aber 31.536.000 Pulse pro Jahr
sind 5 Pulse pro Sekunde. Das ist aber kein Sekundenpendel!

Ein "richtiges" Sekundenpendel macht eine Halbschwingung
pro Sekunde. (Und hat eine Bimetall-Längenkorrektur gegen
Temperatureffekte.)

Und da man dafür jede Sekunde die magnetische Flussrichtung
um 180° drehen muss, hättest du schon die Polarität,
wie sie für den Quarzuhrmagneten gebraucht wird.

Nimm eine Billig-Quarzuhr aus dem nächsten Geiz-Markt
(2..5 EU) und schalte deine Spannungspulse von +/- 1,3...1,5 V
parallel auf die Uhrenspule. Fertig.

Bei ungeschickten Bastelfingern oder Konzeptproblemen sind
2...5 EU aber auch meist verschmerzbar.  ;-)

Autor: Fridolin H. (hebu)
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Hallo Kurt

also wegen der Impulse pro Jahr: 60x60= 3600s pro Stunde
x24 = 86400s pro Tag x365 = 31'536'000s pro Jahr.
Mache ich da irgendwo einen Rechnungsfehler?
Bitte um aufklährung.
Der Antrieb/Impulsmessung wird im Lot unten am Pendel gemessen.
Der ganze Antrieb läuft in etwa so ab: Das Pendelmagnet kommt in die 
nähe
der Spule und induziert einen Strom. Löst via Basis eines 
Transistors/Elko einen Strom/Spannungsimpuls an die Spule aus und zieht 
damit das Pendel
weiter an. Beim übergang der Spulenmitte ist die Spule bereits wieder
Stromlos. Mit dem Oszillokop gemessen: Impuls etwa +1,3V 3/10sec. Hin 
und
zurück keine Polaritätsänderung. Funktioniert tadellos.
Das Pendel ist ein 1 meter-Pendel.
Das Pendel selbst ist so gebaut das alle Teile auf einfachste weise
ausgewechselbar sind.
Ist für mich als Testpendel gebaut.
Rein interessehalber. Hobby halt.

Gruss Frido

Autor: MaWin (Gast)
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Fridolin H. schrieb:
> Das Pendelmagnet kommt in die nähe
> der Spule und induziert einen Strom. Löst via Basis eines
> Transistors/Elko einen Strom/Spannungsimpuls an die Spule aus und zieht
> damit das Pendel weiter an. Beim übergang der Spulenmitte ist die Spule
> bereits wieder Stromlos.

Das ist das Prinzip der simplen 1-Transistor Babyzellen Küchenuhren ohne 
Quarz.
http://www.rolf-dieter-reichert.de/Seiten/Uhren/KUNDO%20ATO%201%20Transistor.htm
https://uhrforum.de/threads/schwingkreis-hilfe-eines-elektronikers-gesucht.229564/

Autor: Kurt (Gast)
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1 m Pendel klingt schon gut. Wenn du dabei einem nicht
magnetisiertem Eisengewicht etwas Energie zuführst ist die
Polarität natürlich egal.

Bei meiner Rechnung, die auf 1/5 s führt, muss ich wohl die
Ziffern falsch übertragen haben, was du mir verzeihen musst,
da deine Stellentrennung mit >'< statt >.< in Kontinental-
Europa etwas ungewöhnlich ist...

Ansonsten finde ich das Projekt sehr schön, wollte das auch
schon mal machen!

Die Ansteuerung der Billig-Quarzuhr aus dem nächsten Geiz-Markt
würde ich dann mit Standard-CMOS bei 3 V machen:

Mit einem IC wird es schwierig, da dein Sekunden-Puls-Signal
bestimmt nicht steil genug ist, um direkt am CLOCK eines Flipflops
ordentlich zu wirken.
Also das 1,3 V Signal über wenige nF an einen CMOS-Schmitt-Trigger,
CD40106 o.ä. der mit einem Spannungsteiler (z.B. 270 k / 270 k)
auf halbe Betriebsspannung am Eingang vorgespannt ist.
Der Ausgang sollte den CLK-Eingang eines CMOS-D-FF, CD4013 o.ä.
richtig ansteuern können. ^Q des D-FF muss mit D verbunden werden.

22..47 µF vom Q des FFs zur Uhrenspule (den anderen Spulenanschluss
zur CMOS-Masse) sollten die Uhr mit sekündlichem Polaritätswechsel
zum Ticken bringen!
Strombegrenzung ist der Spulenwiderstand, meist etwa 300 Ohm.

Viel Erfolg!

Autor: Christian M. (Firma: magnetmotor.ch) (chregu) Benutzerseite
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Ich habe bei der Ansteuerung einer Tochteruhr damals auch eine H-Brücke 
in Erwägung gezogen, dann aber auf die angehängte Lösung geschwenkt.

Gruss Chregu

Edit: Ja, sorry, ist nicht schön gezeichnet. An X1-5 und 6 kommt die 
Spule, an A und B die Ansteuerung (5V, uC).

: Bearbeitet durch User
Autor: Fridolin H. (hebu)
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Hallo Elektroniker Gemeinde

Michael B. schrieb:
> 1sImpuls --Elko--Quarztuhrspule--Masse

Ein sehr guter Tip. Hat auf Anhieb gut funktioniert. Nur hat der Impuls 
eine steigende und eine abfallende Flanke. Was leider bei der
Quarzuhrspule immer gleich 2 Impulse = 2sek. auslöste
Gilt auch für die Tip's mit Push-Pull-Treiber.

Kurt schrieb:
> Also das 1,3 V Signal über wenige nF an einen CMOS-Schmitt-Trigger,
> CD40106 o.ä. der mit einem Spannungsteiler (z.B. 270 k / 270 k)
> auf halbe Betriebsspannung am Eingang vorgespannt ist.
> Der Ausgang sollte den CLK-Eingang eines CMOS-D-FF, CD4013 o.ä.
> richtig ansteuern können. ^Q des D-FF muss mit D verbunden werden.

Vielen Dank Kurt, das war der Volltreffer! Beim Spannungsteiler habe ich
auf der + seite ein 500k Trimmpoti reingemacht.

Einen klizekleinen Dämpfer hat es noch. Das ganze nimmt noch ein wenig
mehr Strom als mir lieb ist. Wegen dem Batteriebetrieb. Aber das ist
ein kleines Problem..... Hoffe ich...

Jetzt läuft das Pendel nach ein wenig auf und ab korrigieren des 
Gewichtes
mit etwa minus 1s/Tag visuell gemessen an einer DCF77-Uhr. Und das 
Freihängend offen ohne Holzverkleidung im Keller/Heizungsraum.

Abschliessend allen ein nettes DANKE die mir mit Tips geholfen haben.

Netten Gruss von Frido

Autor: Peter W. (pe_wi)
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Hallo Frido

Zeig doch mal was von Deinem Sekundenpendel.

Viele Grüße

Peter

Autor: Michael B. (laberkopp)
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Fridolin H. schrieb:
> Ein sehr guter Tip. Hat auf Anhieb gut funktioniert. Nur hat der Impuls
> eine steigende und eine abfallende Flanke. Was leider bei der
> Quarzuhrspule immer gleich 2 Impulse = 2sek. auslöste

Nun ja, dann halben Takt verwenden. Das geht ja wenigstens einfach mit 
einem FlipFlop, andersrum wäre schwieriger.

Fridolin H. schrieb:
> Vielen Dank Kurt, das war der Volltreffer!

CMOS mittendrin ist immer blöd was die Stromaufnahme angeht. 
Schmitt-Trigger genau in der Hysterese halten kann man vergessen, 
CMOS-Schmitt-Trigger dürfen ihre Mittenspannung verändern mit 
Temperatur, Alterung und Eingangsfehlstrom.

Autor: Fridolin H. (hebu)
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Hallo zusammen

Peter W. schrieb:
> Zeig doch mal was von Deinem Sekundenpendel.

Guten Tag Peter

Bilder sind selbsterklärend. Sonst einfach fragen.
Aahh.... und die Schemas haben auch noch eine Auffrischung nötig.
Zu schreiben ist noch: Seit gestern Nachmittag läuft das Pendel in der 
Sekunde.
Es kommen so etwa im Frühling noch Seitenwände, eine Glastüre mit
Holzrahmen hinzu, und alles lackiert mit Schiffsklarlack.
Darum alles im Frühling, da Damennasen ein wenig geruchsempfindlich
sind. ;-)
Da ja jetzt die Uhr/Pendel läuft geht’s fliessend langsam in den
Verbesserungsmodus Optimierungsmodus über, z.B. auswechseln/verbessern 
der
Pendelaufhängung, Temperaturstabilisierung, und die Elektronik im
besonderen.

Gruss von Frido

Autor: Harald W. (wilhelms)
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Fridolin H. schrieb:

>> Zeig doch mal was von Deinem Sekundenpendel.

Hmm, keine Temperaturabhängige Längenkorrektur?
Es hat übrigens eine ganze Weile gedauert, bis
Quarzuhren genauer als Pendeluhren waren. Mit
Google findet man eine Menge über Präzisions-
Pendeluhren.

Autor: Ach Du grüne Neune (Gast)
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Fridolin H. schrieb:
> Bilder sind selbsterklärend.

Das sieht sehr spannend aus.  :)

Fridolin H. schrieb:
> und die Elektronik im
> besonderen.

Man kann auch mit nur einem Transistor ein sparsames Sekundenpendel 
bauen.
Die Pendelfrequenz wird einzig und allein von dem mechanischen
Drehpendel bestimmt (Resonanzfrequenz). Der Transistor schubst nur
leicht im richtigen Moment mit der roten Spule das Drehpendel an.

Der 1M5 Widerstand spannt den Transistor nur etwas vor, so dass an der
roten Spule ein kleiner Spannungsabfall entsteht, dadurch wird der
Transistor gegengekoppelt und kann nicht weiter öffnen (leiten). Sobald
sich der Permanentmagnet des Pendels an der grünen Spule vorbei bewegt,
wird eine positive Spannung in der grünen Spule erzeugt, die den
Transistor voll durchsteuert. Der 100µF Kondensator dient nur zur
Energiemengenübertragungsbegrenzung für die Basis und zur
Gleichspannungsabkopplung (Hochpass).

Der durchgesteuerte Transistor treibt jetzt die rote Spule an, die dann
denn Permanentmagneten wegdrückt und dadurch das Drehpendel angeschubst
wird. Der 220nF Kondensator erzeugt eine kleine Zeitverzögerung, damit 
das Pendel erst ca. ab dem unteren Totpunkt angeschubst wird.

Die grüne Spule dient nur zum detektieren der Pendelposition und die
rote Spule ist die Arbeitsspule (Antriebsspule). Beide sind bifilar 
gewickelt (zwei Spulen auf einen gemeinsamen Spulenkörper).

Die beiden unterschiedlich gefärbten Kupferlackdrähte dienen zur 
besseren Unterscheidung (grün und rot). Man kann sie aber auch 
durchmessen.

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