Hallo, ich möchte gerne eine einfache, zweistufige Messschaltung dimensionieren. Ziel ist: 1. Beim erreichen der Temperatur t1 schaltet sich die 1. LED an. 1. Beim erreichen der Temperatur t2 schaltet sich die 2. LED dazu an. Die Grundüberlegung von mir ist, dass ich einen Spannungsteiler mit einem NTC und einem Widerstand R1 erstelle. R1 ist so gewählt, dass beim erreichen der 1. Temperaturschwelle eine Spannung von 0,7 V über diesen abfällt. Diese Spannung wird über einen Spannungsfolger auf einen npn-Transistor angelegt. Gleiches gilt für die Zweite Stufe, nur dass deren Spannungsteiler nach Spannungsfolger kommt. Zur Veranschaulichung liegt ein Schaltplan im Anhang bei. Mein Problem und gleichzeitig meine Frage besteht aus der Wahl des Basiswiderstandes. Denn wenn ich im Internet schaue, dann wird zu Berechnung Immer die Formel (U_0 - 0,7V) / I_b benutzt. Nun ist mein U_0 doch im Idealfall 0,7 V und somit R_B = 0 Ohm . Darf ich den Widerstand also bedenkenlos weglassen oder muss ich vom Worst Case ausgehen ( sprich schauen wann meine anliegende Spannung am größten ist) und damit R_b berechen ? Und verändere ich durch den Vorwiderstand nicht den Temperaturwert, bei dem der Transistor durchschaltet ? Wie ihr sicherlich merkt, bin ich alles andere als ein Profi auf dem Gebiet und würde mich über jeden Hinweis freuen.
Nimm Komparatoren statt Opamps, und beschalte sie auch so. Die können die LEDs auch direkt ansteuern, sofern das keine dicken Dinger zur Beleuchtung sind.
Dir ist bewusst das dein Transistor ein lineares Bauteil ist? Will sagen vermutlich glimmt die LED deutlich vor der Temoeratur. Nimm statt des Spannungsfolgers einen Komparator und statt der Transistoren FETs.
hinz schrieb: > Die können die LEDs auch direkt ansteuern, sofern das keine dicken > Dinger zur Beleuchtung sind. Das wäre für Status LEDs. Natürlich noch einfacher ;)
> Nimm statt des Spannungsfolgers einen Komparator und statt der
Leider habe ich keine Komparatoren zu Hand. Kann ich meine Op´s dazu
umfunktionieren oder ist das eher nicht zu empfehlen ?
Deine eigentliche Frage braucht man gar nicht zu beantworten. Die Schaltung ist für deinen gewünschten Zweck komplett falsch angelegt. - statt OPAs nimmt man zwei Komparatoren - mit einem Spannungsteiler aus drei Widerständen (oder zwei getrennten Spannungsteilern) erzeugt man die beiden Schwellenspannungen - damit ergibt sich ein digitales Signal als Eingang für die Transistoren, die auf jeden Fall einen Basiswiderstand benötigen. Bei Komparatoren hast du meist Glück: die haben Open-Collector und der Arbeitswiderstand ist gleichzeitig der Basiswiderstand. - noch einfacher ist es, den Komparator die LEDs direkt schalten zu lassen, wenn es welche mit nur wenigen mA sein sollten. (Viel kann es ja nicht sein, wenn du den BC547 als Treiber schon vorgesehen hast.
Guest schrieb: > hinz schrieb: >> Die können die LEDs auch direkt ansteuern, sofern das keine dicken >> Dinger zur Beleuchtung sind. > > Das wäre für Status LEDs. Natürlich noch einfacher ;) Und es geht tatsächlich um 3,3V? Und gibts noch eine weitere Versorgungsspannung?
Jan schrieb: > Leider habe ich keine Komparatoren zu Hand. Kann ich meine Op´s dazu > umfunktionieren oder ist das eher nicht zu empfehlen ? Ja, geht auch. Die haben dann aber keine Open-Collector und du brauchst den Basiswiderstand. Und bei kleinen LEDs versorgen die auch diese direkt - mit Vorwiderstand natürlich. Welche OPAs hast du denn verwendet? Es gibt wenige, die bei 3.3V noch arbeiten.
Das ganze ist eine Simulation mit 3.3 V von einem Microcontroller. Danke für den Tipp mit dem Spannungsteiler aus 3 Widerständen :D Manchmal sieht man den Wald vor lauter Bäumen nicht.
Und die Frage nach dem Basiswiderstand bleibt. Welche Spannung nehme ich um diesen zu berechen ?
Jan schrieb: > Das ganze ist eine Simulation mit 3.3 V von einem Microcontroller. Du willst gar nichts reales aufbauen?
> Welche OPAs hast du denn verwendet? Es gibt wenige, die bei 3.3V noch > arbeiten. MCP 6002 . In der Simulation hat auch alles mehr oder weniger Funktioniert. Hatte nur bedenken wegen des Basiswiderstandes...
Jan schrieb: > Und die Frage nach dem Basiswiderstand bleibt. Welche Spannung > nehme ich > um diesen zu berechen ? Überflüssige Komponenten müssen nicht berechnet werden.
hinz schrieb: > Jan schrieb: >> Das ganze ist eine Simulation mit 3.3 V von einem Microcontroller. > > Du willst gar nichts reales aufbauen? Missverständlich geantwortet... Die Simulation mit den LED´s ist durchaus real.. die stehen stellvertretend für irgenteinen Verbraucher. Also ja, ich möchte die Schaltung mit 3.3V aufbauen.
Jan schrieb: > Also ja, ich möchte die Schaltung mit 3.3V aufbauen. Nimm einen ICL7665, da hast du alles nötige drin.
> Überflüssige Komponenten müssen nicht berechnet werden.
Worauf zielt das ab ? Darauf, dass ich keinen Basiswiderstand brauche ?
Oder darauf, dass ich einen Komperator benutzen soll.
Ich habe wie gesagt leider keine zu Verfügung...
> Nimm einen ICL7665, da hast du alles nötige drin. Leider habe ich nur ein sehr begrenztes Sortiment an Bauteilen zu Verfügung. Bestehend aus Transistoren, Widerständen den LED und den Op´s... Gibt es keine Möglichkeit die LED´s der Reihe nach mit Transistoren anzusteuern, auch wenn etwas umständlicher ?
Jan schrieb: > Und die Frage nach dem Basiswiderstand bleibt. Welche Spannung nehme ich > um diesen zu berechen ? Welcher Strom soll durch die LEDs fließen? Damit beginnt die Rechnung. Danach wird's einfach: RB = (UB-0.7V) / IB. Wenn du ein klein wenig suchst im Forum, findest du x Beiträge, in denen das ausführlich behandelt wurde. Der letzte ist erst wenige Tage her ...
> Welcher Strom soll durch die LEDs fließen? Damit beginnt die Rechnung. > Danach wird's einfach: RB = (UB-0.7V) / IB. Ja, dass ist mir ja auch klar, das Problem ist die Spannung UB - Welche nehme ich da ? Die Ändert sich doch immer und ist von der Temperatur abhängig.
Jan schrieb: > Leider habe ich nur ein sehr begrenztes Sortiment an Bauteilen zu > Verfügung. Bestehend aus Transistoren, Widerständen den LED und den > Op´s... Und noch eine Salamischeibe....
Jan schrieb: > Ja, dass ist mir ja auch klar, das Problem ist die Spannung UB - Welche > nehme ich da ? Die Ändert sich doch immer und ist von der Temperatur > abhängig. Ja klar ändert sich die. Am Ausgang des als Komparator verwendeten OPA liegen entweder 0V oder 3.3V an, wenn du ihn mit 3.3V versorgst. Deshalb nimmt man ja auch eine Komparatorschaltung: die Leds sollen entweder ganz an oder ganz aus sein. Also ist UB = 3.3V. Wenn 0V anliegen, soll ja kein Basisstrom fließen, dann ist RB auch egal.
Besser gefragt: Kann ich prinzipiell einen Spannungsteiler aus dem NTC und 2 Widerständen bauen, die jeweiligen Spannungen mit Basiswiderstand an die npn-Transistoren anlegen und damit die LED´s steuern ? Und wie gehe ich bei der Berechnung von R_b mit R_b = (UB-0.7V) / IB vor, wenn meine Spannung sich je nach Temperatur verändert ?
> Und wie gehe ich bei der Berechnung von R_b mit R_b = (UB-0.7V) / IB > vor, wenn meine Spannung sich je nach Temperatur verändert ? Oke ich rechen dann den Basiswiderstand mit den (3,3-0,7)V / I_b aus.
Es fehlt ein Widerstand zwischen dem OP und Basis Q1. Der OP wird sonst überlastet.
Dieter schrieb: > Es fehlt ein Widerstand zwischen dem OP und Basis Q1. Der OP wird sonst > überlastet. MCP6002 ist dauerkurzschlussfest und bringt bei 3,3V eh nur ca. 15mA.
Davon nur zwei Stufen und Du bist fertig: http://www.dieelektronikerseite.de/Lections/Bandanzeigen%20-%20LEDs%20zeigen%20Staerke.htm
Jan schrieb: > Kann ich prinzipiell einen Spannungsteiler aus dem NTC und 2 > Widerständen bauen, die jeweiligen Spannungen mit Basiswiderstand an die > npn-Transistoren anlegen und damit die LED´s steuern ? Ja, im Prinzip schon. Aber dann schalten deine LEDs nicht mehr sondern leuchten mehr oder weniger hell, je nach Temperatur. Außerdem bekommst du eine Menge Abhängigkeiten durch die Last mit der BE-Strecke der Transistoren. Wird nicht einfach das zu berechnen und das Ergebnis ist trotzdem nicht das was du willst: schaltende LEDS bei bestimmten Temperaturen.
hinz schrieb: > MCP6002 ist dauerkurzschlussfest und bringt bei 3,3V eh nur ca. 15mA. Zwar richtig, aber solche Sitten sollen bei den Anfängern erst gar nicht einreißen. Das ist unnötiger Stromverbrauch der Schaltung, wenn 0.X mA für den Q1 und die LED reichen würden. 50mW*8000h=400Wh also rund 10-15ct/Jahr gespart. Der Widerstand amortisiert sich unter einem Jahr.
Nochmal zurück zur Anfangsfrage: Ein Basiswiderstand ist auf jeden Fall nötig. Wenn die Eingangsspannung nämlich höher als 0,7 V ist, will OP1 so wie er beschaltet ist, diese Spannung am Ausgang ausgeben. Dann steigt der Basisstrom von Transistor Q1 stark an und nun kämpfen OP1 und Q1 gegeneinander. Ein gesunder Betrieb ist das nicht. Übrigens ist auch der Spannungswert 0,7 V ein worst-case-Wert. Die meisten Transistoren schalten (bei Raumtemperatur) schon bei einer Basisspannung von 0,5 V.
Günni schrieb: > Nochmal zurück zur Anfangsfrage: Ein Basiswiderstand ist auf jeden Fall > nötig. Wenn die Eingangsspannung nämlich höher als 0,7 V ist, will OP1 > so wie er beschaltet ist, diese Spannung am Ausgang ausgeben. Dann > steigt der Basisstrom von Transistor Q1 stark an und nun kämpfen OP1 und > Q1 gegeneinander. Ein gesunder Betrieb ist das nicht. Das ist das Verständnisproblem des TO. Er will den Transistor zur Komparatorfunktion missbrauchen. Die typischen 0.7V sollen, wenn erreicht, den Transistor einschalten. Das geht weder mit der Rechengröße 0.7V brauchbar noch mit irgend welchen anderen Werten. Man kann vielleicht akzeptieren, die UBE als Komparatorschwelle zu missbrauchen, wenn man eine schnelle Änderung des Eingangssignals hat und eine sehr einfache Lösung sucht. Bei Temperaturfühlern wird das nichts. Wie schon mehrfach gesagt, soll er die OPAs als Komparator verschalten und er hat eine saubere Funktion. Günni schrieb: > Übrigens ist auch der Spannungswert 0,7 V ein worst-case-Wert. Die > meisten Transistoren schalten (bei Raumtemperatur) schon bei einer > Basisspannung von 0,5 V. Nein, sie schalten nicht. Sie beginnen zu leiten. Es ist eine Frage des Stromes, wie gut sie leiten. Die Spannung an der Basis stellt sich dann schon passend ein. Und eine Frage der Last, ob bzw. wann der Kollektor ganz auf Null geht.
Sowas mit einem DoppelOP, da ja nur zwei Anzeigen benötigt werden. https://www.elektronik-labor.de/Lernpakete/Kalender17/Kalender17Contest5.html Mit Transistoren: https://eleneasy.com/2018/11/15/an-led-bar-graph-vu-meter/ Denke das sind genug Lösungen für den TO.
Oke ich habe gemerkt, dass es deutlich elegantere Lösungen für die Dimensionierung der Schaltung gibt. Ich habe mir gestern eine Schaltung überlegt, komme dabei aber auf sehr merkwürdige Werte für die Basiswiderstände. Kann mir jemand sagen, ob ich dabei Fehler gemacht habe ? Die Schaltung hat den Nachteil, dass die LED faded, das ist aber für mich soweit oke.
Jan schrieb: > Darf ich den Widerstand also bedenkenlos weglassen Ja, aber aus einem anderen Grund: ein normaler OpAmp liefert nicht mehr als ca. 20 mA und geht dann in Strombegrenzung, und das hält dein Transistor locker aus. Trotzdem ist die Schaltung aus geschilderten Gründen Murks, zudem ändert sich die Schaltschwelle mit steigender Temperatur des Transistors. Jan schrieb: > Die Schaltung hat den Nachteil, dass die LED faded, das ist aber für > mich soweit oke. ?!? Wenn man das nicht will, baut man es halt anders. Noemand zwingt dich, den Murks mit den Einzeltransistoren statt OpAmps aufzubauen. Mit mehr Transistoren (5) und höherer Betriebsspannung gäbe es noch die Möglichkeit der long tailed pair Differenzverstarker mit UBEreverse als Z-Diodenersatz für stabile Referenzspannung.
Jan schrieb: > Leider habe ich keine Komparatoren zu Hand. Kann ich meine Op´s dazu > umfunktionieren oder ist das eher nicht zu empfehlen ? Normalerweise sind OpAmps nicht so gut als Komparatoren, weil sie in der Begrenzung sehr langsam werden. Aber das spielt hier keine Rolle, so das du deine erste Schaltung sicherlich umbauen kannst und das ist besser als alles, was sich auf die BE Schwellspannung von Transistoren verlässt. Um Opamps als Komparatoren zu benutzen, streichst du jegliche Gegenkopplung vom Ausgang zum Eingang und legst stattdessen den invertierenden (-) Eingang auf die gewünschte Schaltschwelle. Wenn du die Ausgangspolarität umkehren willst, tauschst du + und - Eingang des OpAmps.
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Bearbeitet durch User
Jan schrieb: > Ich habe mir gestern eine Schaltung > überlegt, komme dabei aber auf sehr merkwürdige Werte für die > Basiswiderstände. Kann mir jemand sagen, ob ich dabei Fehler gemacht > habe ? In der Rechnung sehe ich 68k, in der Zeichnung 6.8k? Was nun? Falsch ist folgendes: - hfe = 420 ist für den Linearbetrieb. Du willst schalten, also rechne lieber mit 100. (Ok, ich hab gesehen, dass du einen Faktor 3,3 noch berücksichtigst, passt dann doch). - IC ist nicht U0/R_LED, sondern (U0-U_LED)/R_LED. Das hat natürlich Einfluss auf den RB. - Zum RB hinzu kommt noch der Quellwiderstand deines Spannungsteilers mit NTC und den Widerständen. Der ist aber <500R für den unteren und <1k für den oberen Teil und natürlich auch geringfügig vom NTC-Wert, also der Temperatur abhängig. Dies müsste man korrekterweise vom Basiswiderstand noch abziehen. Beachte noch die maximale Leistung in dem NTC wegen der Eigenerwärmung. Es fließen zwar nicht mehr als 2mA, aber es hängt von dessen Größe und Bauform ab, ob er sich dabei schon selbst erwärmt. Ansonsten sind die Gleichungen richtig; die Zahlen habe ich aber nicht nachgerechnet. > Die Schaltung hat den Nachteil, dass die LED faded, das ist aber für > mich soweit oke. Ja, das hatte ich oben bereits erwähnt. Aber auch der Temperaturgang der BE-Spannung wird Einfluss haben.
R10 und R11 auf 10k verkleinern. Das Poti am Eingang hat 1k und kann für das Justieren für den korrekten Einsatzpunkt der ersten LED eingestellt werden. Der NTC wird noch in Reihe zum Poti vorgeschaltet. Die Diode lässt das Aufleuchten der zweiten LED etwas abrupter erscheinen. Die zweite LED lässt sich allerdings nicht mehr nachträglich justieren.
Also kann ich mit dieser Schaltung nicht ohne weiteres die beiden LED´s an konkreten Werten für den Poti ansteuern, oder ?
Bei der angehängten Schaltung habe ich mir überlegt, dass die Spannung, welche am Spannungsteiler abfällt beim ersten Temperaturzustand 0,7 V beträgt und beim zweiten Zusand 1,7 V. So sollte erst die eine LED und dann die zweite LED beim erreichen der jeweiligen Temperaturen angehen. Leider funktioniert das ganze in LT-Spice nicht... Hab ich einen Denkfehler ?
Jan schrieb: > Leider funktioniert das ganze in LT-Spice nicht... Hab ich einen > Denkfehler ? Was geht denn nicht, was ist das Ergebnis? Hänge doch auch den *.asc-File an, dann können wir mit wenig Aufwand das nachsimulieren. Der zweite Transistor sollte bei ca. 1.4V sxhalten, nicht bei 1.7V. Typo oder dein Fehler?
Jan schrieb: > Hab ich einen Denkfehler ? Nein, nicht einen. Stattdessen stehst du auf einem dicken Schlauch, befüllt mit vielen Denkfehlern. Nimm deine (vorhandenen) Operationsverstärker als (idealerweise als unendlich spannungsvestärkenden, aber temperaturunabhängigen) vergleicher, deren Schaltwert in deiner Schaltung vorgegeben duch Spannungteilende Widerstände aka Spannungsteiler (auch eine "Kette" von Widerständen wurde ja schon vorgeschlagen) zum vergleichen mit der Spannung des Spanugsteilers am Punkt R+Rntc. Wie die Ausgangsstufe hinter deinen Operationsverstärkern (also an deren Ausgang) auszusehen hat ist dann völlig unabhängig davon... Zumindest einen Vorwiderstand zur Basis einer NPN-emitterschaltung wurde ja auch schon als zwingend empfehlenswert erwähnt. HTH Das bei deiner angehängten Schaltung -auch in der Simulation- nichts leuchtet... könnte an fehlenden Leuchtdioden liegen :P SCNR
> 1.4V
Vertippt
Ich glaube ich les mir am besten nochmal den Thread durch, mach mit ein
paar Gedanken und schreibe dann meine Fragen präziser als bisher.
2 Cent schrieb: > Jan schrieb: >> Hab ich einen Denkfehler ? > Nein, nicht einen. Stattdessen stehst du auf einem dicken Schlauch, > befüllt mit vielen Denkfehlern. Da übertreibst du etwas. Ich würde es nicht als Denkfehler bezeichnen, eher als schwaches Design. Wenn er einen recht weichen Übergang von AUS zu AN seiner LEDs akzeptieren kann, dann geht die Schaltung schon - also: nicht falsch gedacht. Die Verwendung der vorhandenen OPAs als Komparatoren haben wir ihm oben schon erläutert und empfohlen. Das ist klar die bessere Schaltung. Die hier ist eben maximal simpel, mit den genannten Nachteilen. @Jan: Wenn du zwischen R7 und Basis Q2 noch einen Widerstand nach GND hinzufügst, dann kannst du auch die zweite Schwelle beeinflussen. Geschätzt mal so 50-150k. Durch die Diode D1 wird halt der Übergang von AUS zu EIN noch weicher. Ich habe dir mal eine 'richtige' Schaltung angehängt, die auch sauber bei den Schwellen schalten wird. Sieht etwas kompliziert aus, ist es aber eigentlich nicht. Einige Erklärungen: - zwei Komparatoren mit OC (die sind beide in einem DIL8-Gehäuse) - R9 und R11 sind gleich wie R13 geählt, dann kann man mit R8 und R10 direkt den NTC-Wert, bei dem geschaltet werden soll, einstellen. Es darf aber auch ein gleicher Faktor gewählt werden (R9,R11 = n * R13 und R8, R10 = n * R_NTC), um z.B. weniger Strom durch diese Teiler zu haben. - R17 und R18 sorgen für eine Hysterese, deshalb sind beim OC-Ausgang auch R12 und R16 notwendig - sonst geht der Ausgang nicht richtig nach HIGH wegen der LEDs. Damit gibt es kein Flattern am Umschaltpunkt. Du kannst R17/R18 auch größer wählen (220k, 470k), dann wird eben die Hysterese kleiner. R12 und R16 kann man weglassen, wenn du deinen oben genannten OPA mit Push-Pull-Ausgang verwendest. Willst du keine Hysterese, können alle vier Widerstände R12, R16, R17, R18 entfallen. - ich habe für die beiden Schwellen mit R8-R11 getrennte Teiler genommen. Das ist leichter zu rechnen und einzustellen; man braucht halt einen Widerstand mehr. - die kleinen LED-Ströme kann der Komparator direkt treiben. Auch dein oben verwendeter OPA.
HildeK schrieb: > Ich habe dir mal eine 'richtige' Schaltung angehängt Die funktioniert mit 3.3V aber nicht. Der LM393 misst höchstens bis (3.3-1.5=) 1.8V, am Spannungsteiler 1350/3k9 liegen aber mit 2.45 deutlich mehr an. Und man kann sie deutlich vereinfachen, ich würde 5 Widerstände weglassen.
MaWin schrieb: > Die funktioniert mit 3.3V aber nicht. Der LM393 misst höchstens bis > (3.3-1.5=) 1.8V, am Spannungsteiler 1350/3k9 liegen aber mit 2.45 > deutlich mehr an. Ja, du hast recht. Ich hatte das leider nicht nachgeschaut. Da er aber oben den R2R-OPA schon mal vorgeschlagen hatte: mit dem würde es ohne Änderung gehen. Kann man aber dadurch beheben, dass man R9, R11 und R13 auf 1k reduziert. Intention war, dem NTC etwas weniger Strom zu spendieren ... > Und man kann sie deutlich vereinfachen, ich würde 5 Widerstände > weglassen. Welche fünf? Klar, die beiden Teiler kann man zusammenfassen und die Hysterese weglassen. Das hatte ich auch angemerkt und auch, warum ich es trotzdem so vorgeschlagen habe. Und mit dem OPA braucht man trotz Hysterese R12 und R16 nicht. Auch das hatte ich erwähnt.
HildeK schrieb: > Kann man aber dadurch beheben, dass man R9, R11 und R13 auf 1k > reduziert. Intention war, dem NTC etwas weniger Strom zu spendieren Geht auch. Siehe R101 mit Beispielsweise 3k3.
2 Cent schrieb: > Geht auch. Siehe R101 mit Beispielsweise 3k3. Ja. Die Empfindlichkeit lässt dann aber deutlich nach, viel mehr als mit der Reduzierung auf 1k. Je nach Sensorgröße und dem, woran er fühlt, werden die maximal 1.4mA durch ihn vermutlich nichts ausmachen - nur wissen wir darüber nichts und auch nichts über die notwendige Genauigkeit der Schwelle, die sich durch Eigenerwärmung verändern könnte. Mit 1k wären es w.c. ≈ 2.7mW, mit den 3k9 allerdings nur 0.7mW. Ich wollte es nur erwähnt haben. Es gibt noch weitere Möglichkeiten: - NTC unten und R13 oben, Komparatoreingänge vertauschen. - anderen Komparator mit R2R-Eingang oder den R2R-OPA, den der TO oben schon verwenden wollte. Viele Wege führen nach Rom ...
HildeK schrieb: > Viele Wege führen nach Rom ... Stimmt. Des TO Schaltung anbei eine Nachbesserung mit Transistoren anhand seines ersten Schaltungsentwurfes. Die Transistoren habe auch eine Temperaturdrift, die aber nicht gegenphasig zum NTC das Ganze beeinflussen (aber lehrreich).
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