Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Hilfe: Erbitte Schaltbildüberprüfung (Phototransistor/Komparator)


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von Joël S. (jol_s)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

Ich brauche Hilfe mit folgendem Schaltbild. Der Phototransistor ist ein 
CNY70 und der Komparator ein LM339.

Ist das Schaltbild korrekt?
Wenn ja, wie berechne ich bitte R6 und R4, wenn alle anderen Werte 
bekannt sind?

Bspw. wenn, der Ausgang HIGH ist, wie kann ich mir das vereinfacht 
darstellen, damit ich die Widerstände berechnen kann? Welche Widerstände 
sind in Serie, welche parallel, und welche bilden einen 
Spannungsteiler...Dieselbe Frage, im Fall, wo der Ausgang LOW wäre. Ich 
bin mit dem Transistor überfordert. Kann dieser wie ein Widerstand 
behandelt werden?

Der Widerstand R4 ist der Schmitt-Trigger für Hysteresis.

Danke,
Joël

: Bearbeitet durch User
von oszi40 (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert

von Joël S. (jol_s)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke für die Antwort. Die Pins in meinem Schaltbild (speziell LM339) 
entsprechen nicht denen vom Hersteller. Ich habe das Schaltbild mit der 
Software Eagle erstellt, und der Komparator ist ein anderer...

Die Pins sind richtig angeschlossen. Ich will einen "non-inverting 
comparator with hysteresis".

Ich weiß leider nicht, wie ich die Widerstände berechne.

von Dieter (Gast)


Bewertung
-1 lesenswert
nicht lesenswert

von Carl D. (jcw2)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Je nach Wert der Widerstände ist jede Antwort zwischen ja und nein 
richtig. Die Anordnung der Bauteile ist aber schon mal nicht falsch.

von Ach Du grüne Neune (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Carl D. schrieb:
> Die Anordnung der Bauteile ist aber schon mal nicht falsch.

Ja. Kann man so machen.

Allerdings kann R6 auch entfallen und R3 und der Optokoppler tauschen 
ihre Positionen.
Der Trimmer R1 wird jetzt an den nichtinvertierenden Eingang 
angeschlossen (wo vorher R6 dran war). Und der Emitter vom 
Optokopplertransistor wird an den invertierenden Eingang angeschlossen.

von Peter R. (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Der Teiler r4/r6 bestimmt die Hysterese , näherungsweise mit 
Spannungshub Ausgang (5V) /Hysterese =  R6/R4 also z.B. Unterschied der 
Schaltpunkte 100mV wenn R6/R4  50 ist. Allerdings stört beim 
Ausgangspannungshub die evtl vorhandene Last und das Schaltvermögen des 
Ausgangs, der geht sicher nicht von 0V auf ganze5V.
Und auch R3 beeinflusst bei abgeschaltetem Foto-Ts:anstatt R4 muss R3+R4 
genommen werden.

von MaWin (Gast)


Bewertung
2 lesenswert
nicht lesenswert
Joël S. schrieb:
> Wenn ja, wie berechne ich bitte R6 und R4, wenn alle anderen Werte
> bekannt sind?

Je nach gewünschter Hysterese.

R3 muss niederohmig gegenüber R4+R6 sein, z.B. 1k gegenüber 100k.

Da der Auagang des Komparators von (fast) 0V nach 5V schaltet, bekäme 
man eine Hysterese von 1V wenn D6 4 mal so gross ist wie R4, also z.B. 
R6=80k und R4=20k damit Summe 100k.

ABER: Der LM339 mag keine Eingangsspannung über 3.5V, deine Schaltung 
tut das aber bei dunklem Phototransistor oder hoch eingestelltem 
Trimmpoti.

Die taugt so also nicht.

von MaWin (Gast)


Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Irgendwie hab ich R4 und R6 Bezeichungen vertauscht, kann ja keiner 
ahnen dass R6 weiter links liegt.

von Peter R. (pnu)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Entschuldigug,so passierts mir ähnlich, mit R4. Wenn man zu schnell 
schreibt... MaWin kanns besser und denkt auch an den Spannungshub des 
339.

: Bearbeitet durch User
von Jens G. (jensig)


Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Dieter (Gast) schrieb:

>Nun rechne mal:
>https://www.mikrocontroller.net/articles/Operationsverst%C3%A4rker->Grundschaltungen#Der_Komparator

Mach Du die Rechnung mal vor anhand der dortigen Infos. Und bitte die 
Hysterese nicht vergessen ...

von Jens G. (jensig)


Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
>Ist das Schaltbild korrekt?

Korrekt isses, wenn auch ohne jede Sinnhaftigkeit. Aber als 
Rechenbeispiel vielleicht gar nicht mal so schlecht.

>Wenn ja, wie berechne ich bitte R6 und R4, wenn alle anderen Werte
>bekannt sind?

Alle drei R (R3, R4, R6) haben Einfluß auf die Hysterese, die über den 
R4 bewirkt wird. Also legt man zwei von denen einfach in sinnvollem 
Rahmen fest, und berechnet dann den dritten. Und wenn Du es ganz einfach 
haben willst, dann lege den R6 einfach mit 0 fest, dann sind's nur noch 
zwei, die Einfluß auf die Hysterese haben. Aber das ist wohl nicht Sinn 
und Zweck der Übung (Hausaufgabe?).

Der Transistor des OK ist nur als Stromquelle zu betrachten, und bewirkt 
eigentlich nur eine Verschiebung der Hysterese, aber nicht die Größe der 
Hysterese.

Die Frage ist also, wir groß die Hysterese sein soll, um überhaupt einen 
sinnvollen Ansatz haben zu können.

>Bspw. wenn, der Ausgang HIGH ist, wie kann ich mir das vereinfacht
>darstellen, damit ich die Widerstände berechnen kann? Welche Widerstände
>sind in Serie, welche parallel, und welche bilden einen
>Spannungsteiler...Dieselbe Frage, im Fall, wo der Ausgang LOW wäre. Ich

Also wenn es schon damit anfängt, daß Du je nach Ausgangspegel nicht mal 
die Reihen-Parallelschaltung aus den drei Rs erkennen kannst, dann 
wird's schon etwas schwer.

>bin mit dem Transistor überfordert. Kann dieser wie ein Widerstand
>behandelt werden?

Nein, nur wie eine Stromquelle.

>Der Widerstand R4 ist der Schmitt-Trigger für Hysteresis.

Neee, der R4 ist nicht der Trigger (erst recht nicht ein 
Schmitttrigger), sondern der bewirkt nur das Trigger- bzw. 
Hystereseverhalten.

: Bearbeitet durch User
von Jens G. (jensig)


Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Wenn es nur um die Hysterese (Spannungsdiff. zw. H- und L-Fall) geht, 
dann kann man einfach von der Spannungsteilerregel ausgehen (den 
Transistor als Stromquelle kann man da getrost ignorieren, denn der hat 
als Stromquelle ja unendlich hohen Widerstand):

Ub/(R3+R4+R6)=Uhyst/(R3+R6)


Wenn Hysterese als Verhältnis zur Betriebsspannung gegeben, dann 
entsprechend umformen:

Ub/Uhyst=V=(R3+R4+R6)/(R3+R6)    (V=Verhältnis)


Wenn Hysterese als absolute Spannungsdifferenz gegeben, dann 
entsprechend anders umformen:

Uhyst=Ub(R3+R4)/(R3+R4+R6)

Ausgehend davon kann man seinen R4 ausrechnen (R6 muß man einfach 
festlegen, wenn der nicht gegeben ist (der ist sowieso eigentlich 
vollkommen sinnlos, wie eigentlich die gesamte Schaltung)).

Wenn man da die absoluten Schaltschwellen ermitteln will, dann geht man 
am besten von den Strömen aus, denn nur so bekommt man den 
Transistorstrom, der die ganze Spannungslage verschiebt, mit in die 
Rechnung rein:

I_R3=Ic+I_(R4+R6) für L am Ausgang
Ic=I_R3+I_(R4+R6) für H am Ausgang

Jetzt musste nur noch die ganzen Ströme mit bestem Wissen und Gewissen 
durch bekannte Größen ersetzen (z.B. bekannte Widerstände, Spannungen, 
bekannte Schaltschwellen, ...), um irgendwas anderes Unbekanntes 
errechnen zu können.

Den Strom in den OPV-Eingang kann man grundsätzlich ignorieren, solange 
man  es nicht supergenau haben will, was eher wenig Sinn machen würde 
wegen dessen Temperaturabhängigkeit.

: Bearbeitet durch User
von Joël S. (jol_s)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke Euch allen für die zahlreichen Beiträge, speziell an Jens.

Ich will noch schnell erklären, wozu ich dieses Schaltbild erstellt 
habe.

Ich möchte gerne einen Midi Controller für eine Klavier-Anschlagmechanik 
bauen.

Dazu soll die Geschwindigkeit des Hammers gemessen werden. Die 
Geschwindigkeit ist dann proportional zu der Lautstärke des Signals, 
welche ich an ein DAW (Digital Audio Workstation) sende, welches mir 
einen Ton ausgibt.

Wie messe ich die Geschwindigkeit? Über dem Hammer einer jeden Taste 
misst ein CNY70 Phototransistor (oder ist's ein Optocoupler?) die 
Distanz zum Hammer. Mit zwei Potentiometern und dem Komparator ermittle 
ich 2 verschiedene Positionen relativ zum Hammer. Nachher kann ich damit 
die Geschwindigkeit ausrechnen, da die Distanz bekannt ist.
Potentiometer benutze ich dafür um Feinjustierungen vorzunehmen (nicht 
jede Taste ist gleich).
Den Schmitt Trigger brauche ich, weil sonst der Übergang von LOW/HIGH zu 
sehr fluktuiert.

Ich hoffe, jetzt macht das Schaltbild mehr Sinn, auch wenn es nicht 
komplett ist, weil der zweite Potentiometer und der zweite Komparator 
fehlen (LM339 hat ja 4).

Ich denke, mein Schwachpunkt liegt im Moment noch beim Verständnis eines 
Transistors. Ich werde mich einmal reinlesen.

Edit: Kleiner Nachtrag. Wieso R4, R5 und R6. Nun R5 weil der LM339 ein 
Open Collector Komparator ist und einen Pull-Up Widerstand benötigt. Der 
R4 Widerstand ist zwecks des Schmitt Triggers da, und R6 weil ich auf 
Transistoren Schaltplänen oft einen gesehen habe, oder was von BIAS 
gelesen habe, ohne es verstanden zu haben :/ lol.

Danke nochmals, und bleibt alle gesund!
Joël

: Bearbeitet durch User
von Forist (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vielleicht kann ein Moderator den Thread mal ins passende Unterforum 
verschieben ...

von HildeK (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Jens G. schrieb:
> Korrekt isses, wenn auch ohne jede Sinnhaftigkeit.

und

Joël S. schrieb:
> Über dem Hammer einer jeden Taste
> misst ein CNY70 Phototransistor (oder ist's ein Optocoupler?) die
> Distanz zum Hammer.

Sinnhaft ist es erst, wenn man weiß, dass der CNY70 ein Reflexkoppler 
ist, bestehend aus einer IR-LED und einem Phototransistor.

Wobei man mit dem eher keine Distanzen messen sondern nur eine helle von 
einer dunklen Fläche unterscheiden kann. Mit zwei hellen Flächen und 
einem dunklen Zwischenraum kann auch die Geschwindigkeit bestimmt 
werden.

von Joël S. (jol_s)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich habe diesen Satz wohl unklar/ungenau formuliert.

Meine Vorgehensweise:

Wenn eine Klaviertaste gedrückt wird, springt der Hammer los 
(Startposition), und die Zeit wird gemessen, bis er auf eine Saite 
trifft (Endposition). In meinem Fall trifft er auf ein Dämmmaterial, und 
keine Saite. Die Distanz zwischen Start- und Endposition kann ich 
manuell messen (mit Lineal).
Wenn der Hammer sich auf den CNY70 Sensor zu bewegt (der Sensor ist fix 
oberhalb der Hammermechanik angebracht), ändert sich die 
Lichtstärke/Strom. Mit zwei Trimpots definiere ich welche 
Lichtstärke/Strom zu welcher Position (Start oder Ende) korrespondiert. 
Der Komparator vergleicht, ob der Hammer die Schwellenwerte (Start oder 
Ende) passiert und gibt das entsprechende Signal am Ausgang wieder.

von HildeK (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ok. Das hatte ich optional auch im Hinterkopf und habe aber nicht 
geglaubt, dass das sauber funktionieren kann. Eine Chance besteht aber 
...
Es geht auch nicht aus deinem Bild hervor; du bräuchtest dann zwei 
Komparatoren.

von Joël S. (jol_s)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ja, im Schaltbild ist nur ein Komparator gezeichnet. Ich habe allerdings 
im Laufe des Threads erwähnt, dass es sich um ein LM339 mit 4 
Komparatoren handelt, das Schaltbild aber nur einen enthält. Ich dachte, 
dass dies für meine Verständnisfrage nach der Berechnung der Widerstände 
ausreichen würde.

von Jens G. (jensig)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>Edit: Kleiner Nachtrag. Wieso R4, R5 und R6. Nun R5 weil der LM339 ein
>Open Collector Komparator ist und einen Pull-Up Widerstand benötigt. Der
>R4 Widerstand ist zwecks des Schmitt Triggers da, und R6 weil ich auf
>Transistoren Schaltplänen oft einen gesehen habe, oder was von BIAS
>gelesen habe, ohne es verstanden zu haben :/ lol.

R4 und R5 ist schon klar, aber R6 ist witzlos. Laß ihn weg.
Mach R3 so groß, daß ein sinnvolles Signal aus dem Reflexkoppler 
rauskommt, und mach den R4 z.B. 100mal so groß (solange der nicht zu 
groß und unhandlich wird). Ist aber eher unkritisch, da es hier ohnehin 
nur ums Einschalten geht - da kommts nur drauf an, daß die 
Schaltschwelle konstant ist - der Rest wird ohnehin abgeglichen. Genau 
berechnen mußt Du da bezüglich des R4 nicht wirklich was - 
PiMalDaumen-Erfahrungswerte reichen da vollkommen, wie bereits auch von 
den anderen genannt.
Ob Du mit Deiner Meßmethode ein sinnvolles Verhalten bekommst, steht 
noch in den Sternen, denn der Phototransistor ist sicherlich 
temperaturabhängig, und damit auch Deine Ansprechschwellen.
Zwei Komparatoren auf einen Phototransistor sollte zwar gehen, aber dann 
sollten die zwei Meßpunkte (=Schaltpunkte) beider Komparatoren nicht zu 
nah sein, bzw. die Hysterese nicht zu klein, damit der eine Komparator 
nicht den anderen über die Mitkopplung (R4) beim Schalten mitzieht.

: Bearbeitet durch User
von HildeK (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Jens G. schrieb:
> Ob Du mit Deiner Meßmethode ein sinnvolles Verhalten bekommst, steht
> noch in den Sternen, denn der Phototransistor ist sicherlich
> temperaturabhängig, und damit auch Deine Ansprechschwellen.

Könnte auch sein, dass sich das kaum auswirkt: eine hervorgerufene 
Empfindlichkeitsverschiebung würde dann zwar eine zeitliche Verschiebung 
beider Schaltpunkte bedeuten, die Auswirkung auf die Zeitdifferenz ist 
vermutlich deutlich kleiner, und die will er auswerten.

@Joël: bitte nenne später auch deine Ergebnisse und Erfahrungen. Ich 
finde den Ansatz interessant, auch wenn ich den Hell/Dunkelansatz 
bevorzugt hätte. Vielleicht geht das aber mechanisch nicht ...

von MaWin (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Joël S. schrieb:
> Ich möchte gerne einen Midi Controller für eine Klavier-Anschlagmechanik
> bauen

Da wird dir die Schaltung keine Freude machen. Störlichtempfindlich und 
Alterungsdrift, abhängig von Versorgungsspannung und 
Umgebungstemperatur, und übel schwer einzujustieren bei fast 100 Tasten.

Wähle eine andere Methode. PSD oder Piezo, Beschleunigungssensor oder 
kapazitiver Annäherungssensor, vor allem wären Methoden schlau die ohne 
manuelle Justierung auskommen und ohne hunderte von Kabeln.

Ein anständiger uC (z.B. ARM) kann pro Millisekunde 1000 Analogeingange 
erfassen (1Msps), und nicht nur auf Schaltschwellen und 
Durchfluggeschwindigkeit reagieren, sondern die auch automatisch 
kalibrieren.
Das ist mehr als Midi senden kann.

von Forist (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Was haben eigentlich irgendwelche OP-/Komparatorschaltungen und 
Hysterseberechnungen mit Mikrocontrollern oder digitaler Elektronik zu 
tun?

Vielleicht ist ein Mod mal so gut ...

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.