Hallo,
ich habe ein Gerät, welches recht schnelle und variable Signale liefert.
Die kürzeste Pulsdauer kann eine Mikrosekunde betragen. Das Signal
selbst besitzt variable Spannungen (High Pegel), je nach Einstellung,
zwischen 1 V und 50 V. Der Low Pegel ist immer 0. Die Stromstärke des
Signals liegt irgendwo zwischen wenigen mA und 20 A.
Ich würde sehr gerne dieses Signal, möglichst mit wenig oder stets
definierter Strombelastung abgreifen und zu 3,3 V konvertieren, um die
steigenden Flanken zu zählen.
Zuerst dachte ich an einen Optokoppler, doch ich habe nichts entdeckt,
was schnell genug ist.
Habt ihr vielleicht eine Idee?
Vielen Dank!
1V reicht aber wohl nicht als High Pegel aus. Die meisten IC's benötigen
bei 3,3V Versorgungsspannung mindestens 2 Volt. Wenn die 1V wichtig
sind, dann brauchst du einen Transistor:
1
2,2kΩ
2
3,3V o---[===]-----+------o Zum Mikrocontroller oder Zähler
3
|
4
|
5
22kΩ |/
6
in o---[===]-----| BC547B
7
|\>
8
|
9
|
10
GND
Beachte, dass der Transistor die Logik-Pegel invertiert.
Martin schrieb:> ich habe ein Gerät, welches recht schnelle und variable Signale liefert.
Was denn für eins?
> Die kürzeste Pulsdauer kann eine Mikrosekunde betragen. Das Signal> selbst besitzt variable Spannungen (High Pegel), je nach Einstellung,> zwischen 1 V und 50 V.
Na dann stell doch einen konstanten Pegel mit 3,3V ein und alles ist
gut. Wozu soll dieser große Bereich gut sein?
> Der Low Pegel ist immer 0. Die Stromstärke des> Signals liegt irgendwo zwischen wenigen mA und 20 A.
Also was Ernstes. Klingt nach Pulsgenerator oder so.
> Ich würde sehr gerne dieses Signal, möglichst mit wenig oder stets> definierter Strombelastung abgreifen und zu 3,3 V konvertieren, um die> steigenden Flanken zu zählen.
Ein begrenzender VErstärker (limiting amplifier), der schnell aus der
Sättigung rauskommt.
> Zuerst dachte ich an einen Optokoppler, doch ich habe nichts entdeckt,> was schnell genug ist.
Falsch gesucht. Aber der allein löst das Problem des arg variablen
Pegels nicht.
> Habt ihr vielleicht eine Idee?
Im einfachsten Fall ein Komparator ala LM393, welcher von einer
Klemmschaltung geschützt wird. Siehe Anhang. D1 begrenzt die
Eingangsspannung auf ~4V, R4 den Eingangsstrom auf ~25mA. D2 ist pro
forma vorhanden.
Martin schrieb:> Vielen Dank für die Hilfe! :-)>> Ich denke, ich werde die Transistorlösung umsetzen.
Naja, sie wird leidlich funktionieren, aber je nach Spannungshöhe
deutlich unterschiedliche Verzögerungszeiten haben. Wieviel? Keine
Ahnung, ich tippe mal auf 100-500ns, ggf mehr.
Wenn es gut werden soll, braucht man was Besseres. Siehe oben.
Falk B. schrieb:> Im einfachsten Fall ein Komparator ala LM393
Ja, die Lösung mit dem Komparator halte ich auch für eine gute Idee,
weil man damit sauber die Schaltschwellen einstellen kann, Hysterese
hinzufügen etc.
>, welcher von einer> Klemmschaltung geschützt wird. Siehe Anhang. D1 begrenzt die> Eingangsspannung auf ~4V
Vermutlich wird das so schon irgendwie funktionieren, für eine
Bastelschaltung mag es das so tun. Aber saubere Ingenieursarbeit sieht
anders aus:
- Common-Mode-Input-Bereich des LM393 verletzt, der ist V+ -1,5V, also
hier 1,8V. Wenn der Eingang darüber ist, sind Daten und Funktion nicht
mehr garantiert.
- max. Reaktionszeit ist 1,3µs, der TO hat aber als Minimum-Pulszeit 1µs
angegeben
Ich würde daher z.B. einen LMV311 vorschlagen und den mit 5V versorgen.
Für D1 und D2 Schottky-Dioden verwenden, z.B. eine BAT54S-Doppeldiode.
D1 geht dabei weiterhin auf 3,3V, nicht auf 5V.
Auch der Pullup R1 geht auf 3,3V, nicht auf 5V. Damit hast bekommst Du
weiterhin 3,3V am Ausgang, auch wenn der Komparator 5V verwendet.
Danke Falk und Gerd für diesen super Input!
@Falk: Ja, es ist ein tatsächlich ein Pulsgenerator, bei dem Pulszeiten
und Strom vorgegeben werden :-)
Ich habe die Schaltung eben so, wie von Falk gezeichnet und mit Gerds
Anpassungen simuliert.
Als Dioden haben ich SB120 genutzt, da ich die noch habe.
Spricht da aus eurer Sicht irgendetwas dagegen?
Die Lösung gefällt mir sehr gut!
Ich muss allerdings gestehen, dass ich mich erstmal in Ruhe mit der
Schaltung auseinandersetzen muss, da mir viel Basiswissen fehlt.
Was ich nicht verstehe, ist der große Spannungsabfall nach R4 und
ebenso, warum das funktioniert, dass man die ca. 4V über die Diode D1
mit den 3,3V verbindet und dort trotzdem 3,3V anliegen.
Martin schrieb:> Als Dioden haben ich SB120 genutzt, da ich die noch habe.> Spricht da aus eurer Sicht irgendetwas dagegen?
Kein Problem, die passen.
> Was ich nicht verstehe, ist der große Spannungsabfall nach R4
Naja, Du hast max. 50V am Eingang. Die Common-Mode-Input-Voltage des
Komparators ist aber nach oben hin klar begrenzt. Beim LMV311 mit
5V-Versorgung sind es 4,2V. Höher sollte der Eingang des Komparators
nicht gehen.
Also verheizt man die Spannung in R4 und leitet den Rest in die
3,3V-Versorgung.
Am Eingang des Komparators bleiben damit dann 3,3V plus die
Vorwärtsspannung der Diode stehen. Bei einer Schottky-Diode sind das so
etwas 0,3 bis 0,4V. Also max. 3,7V und damit ok.
> und> ebenso, warum das funktioniert, dass man die ca. 4V über die Diode D1> mit den 3,3V verbindet und dort trotzdem 3,3V anliegen.
Die 3,3V kommen ja normalerweise von einem Spannungs_regler_. Der
versucht also aktiv die 3,3V zu halten, auch wenn da etwas Strom über
die Diode eingespeist wird. Bedingung ist dafür nur, daß Du weniger
Strom einspeist, als die mit 3,3V versorgten Bauteile insgesamt
verbrauchen.
Danke für die Erklärung!
Wieso die 50V an R4 so stark abfallen, ist mir noch immer nicht ganz
klar.
Wenn ich an Spannungsreduktion denke, dann habe ich einen
Spannungsteiler im Kopf. Dafür benötigt man ja zwei Widerstände.
Das es hier mit nur einem funktioniert, leuchtet mir irgendwie noch
nicht ein.
Martin schrieb:> Wenn ich an Spannungsreduktion denke, dann habe ich einen> Spannungsteiler im Kopf. Dafür benötigt man ja zwei Widerstände.> Das es hier mit nur einem funktioniert, leuchtet mir irgendwie noch> nicht ein.
Stell Dir die Diode wie einen niederohmigen Widerstand vor, über dem
z.B. 0,4V abfallen.
Stimmt zwar nicht ganz in Realität, da über der Diode die
Vorwärtsspannung abfällt, und die sich ganz anders verhält als ein
Widerstand, aber um das Prinzip zu verstehen hilft das denke ich.
Martin schrieb:> Danke für die Erklärung!>> Wieso die 50V an R4 so stark abfallen, ist mir noch immer nicht ganz> klar.>> Wenn ich an Spannungsreduktion denke, dann habe ich einen> Spannungsteiler im Kopf.
Ja. Aber hier ist es ein nichtlinearer Spannungsteiler.
> Dafür benötigt man ja zwei Widerstände.> Das es hier mit nur einem funktioniert, leuchtet mir irgendwie noch> nicht ein.
Wir nehmen an, daß die 3,3V Versorgung konstant ist. D1 ist mit der
Kathode dort angeschlossen. Wenn mann die Eingangsspannung IN auf ca.
3,3V erhöht, fließt noch kein Strom durch R4, denn die Diode sieht keine
Vorwärtsspannung (Anode auf 3,V vom Eingang, Kathode auf 3,3V der
Versorgung), der Eingangsstrom des Komparators ist minimal (50nA oder
so).
Wenn der Eingang nun auf 10V geht, sieht die Diode plötzlich
Vorwärtsspannung und beginnt zu leiten. Dann fließt Strom durch R4. Die
Spannung an der Anode von D1 liegt dann bei ca. 3,3V+0,7V~4V und das
praktisch unabhängig vom Strom. D.h. die Spannung klemmt fest. Man kann
sich das auch wie eine Z-Diode vorstellen, die Wirkung ist nahezu
gleich. Allerdings hat die Version mit Diode + VCC den Vorteil, bei
kleinen Spannungen < ~7V eien deutlich bessere, steilere Kennlinie zu
haben als eine Z-Diode. Außerdem ist sie deutlich kapazitätsärmer als
eine Z-Diode, damit wird die Schaltung deutlich schneller.
Bei dem Trick muss man beachten, daß der eingespeiste Strom über R4
immer kleiner bleiben muss als der Mindeststromverbrauch der Schaltung.
Denn sonst steigt die Versorgungsspannung! Denn 99,9% aller
Spannungsregler und Netzteile können keinen Strom verbrauchen, nur
liefern (Einquadrantenbetrieb). Wenn das nicht so einfach machbar ist,
schaltet man noch eine Z-Diode direkt an die Versorgungsspannung, die
schluckt dann den überschüssigen Strom.
Martin schrieb:> Kann es sein, dass die beiden Eingänge am Komparator oben im Schaltplan> vertauscht sind?
Nö, der Komparator arbeitet invertierend. Das hat hier den Vorteil, daß
man den Eingang sehr hochohmig machen kann und die Rückkopplung, die
immer am + Eingang hängt, nichts mit dem nichtlinearen Spannungsteiler
am Eingang zu tun hat.
Gerd E. schrieb:> Bastelschaltung mag es das so tun. Aber saubere Ingenieursarbeit sieht> anders aus:> - Common-Mode-Input-Bereich des LM393 verletzt, der ist V+ -1,5V, also> hier 1,8V. Wenn der Eingang darüber ist, sind Daten und Funktion nicht> mehr garantiert.
Stimmt.
> - max. Reaktionszeit ist 1,3µs, der TO hat aber als Minimum-Pulszeit 1µs> angegeben
So schlimm ist es nicht, wir können schon von 100mV Overdrive ausgegen,
dann kommt man auf 300ns.
> Ich würde daher z.B. einen LMV311 vorschlagen
Das ist ein OPV, kein Komparator. Würde ich nicht machen.
Oder meinst du den LMV331? Zahlendreher? Das ist aber nur die 1-Kanal 5V
Vairante des Urahns, und die ist auch nicht schneller oder besser, hat
nur ein kleineres Gehäuse (SOT23-5)
LM311 ist etwas schneller, den kann man auch nehmen. Allerdings braucht
der dann eine negative Versorgungsspannung. Lohnt sich nur bedingt.
Siehe Anhang, so sollte es mit dem guten, alten LM393 funktionieren. Und
man braucht nur 3,3V!
Falk B. schrieb:>> - max. Reaktionszeit ist 1,3µs, der TO hat aber als Minimum-Pulszeit 1µs>> angegeben>> So schlimm ist es nicht, wir können schon von 100mV Overdrive ausgegen,> dann kommt man auf 300ns.
ok.
>> Ich würde daher z.B. einen LMV311 vorschlagen>> Das ist ein OPV, kein Komparator. Würde ich nicht machen.> Oder meinst du den LMV331? Zahlendreher?
Du hast Recht, Zahlendreher. LMV331 meinte ich.
> Das ist aber nur die 1-Kanal 5V> Vairante des Urahns, und die ist auch nicht schneller oder besser, hat> nur ein kleineres Gehäuse (SOT23-5)>> LM311 ist etwas schneller, den kann man auch nehmen. Allerdings braucht> der dann eine negative Versorgungsspannung. Lohnt sich nur bedingt.
genau deswegen hatte ich ja die 5V-Variante LMV331 vorgeschlagen, die
braucht keine negative Spannung.
> Siehe Anhang, so sollte es mit dem guten, alten LM393 funktionieren. Und> man braucht nur 3,3V!
Nett. So muss man sich auch keine Sorgen mehr um den Verbrauch des in
die 3,3V-Versorgung injizierten Stroms machen, da der jetzt über D3 nach
GND fließt.
An den TO: Bei dieser Variante müssen es für D1 und D3 Si-Dioden wie die
1N4148 sein, es dürfen dort keine Schottkys verwendet werden, sonst
bleibt am Komparatoreingang zu wenig Spannung übrig. Nur D2 könnte man
für bessere Schutzwirkung durch Schottky ersetzen.
