Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Analoges LED-Thermometer (OPV als Komparator)


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von Martin E. (der_lehrer)


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Hallo liebe Foren-Gemeinde,

um meinen Schülern den Aufbau und die Funktionen des OPVs zu 
unterrichten, möchte ich mit ihnen ein kleines Projekt durchführen. 
Hierbei wollen wir den OPV als Komparator verwenden und ein kleines 
LED-Thermometer basteln. Hier eine kurze Beschreibung des gewünschten 
Thermometers.

Beschreibung:
=============
Es soll ein analoges LED-Thermometer entwickelt werden.
Unterhalb und einschließlich 0°C soll eine blaue LED leuchten. Steigt 
die Temperatur in den Bereich zwischen 0°C und 9°C leuchtet zusätzlich 
eine grüne LED leuchten. Zwischen 10°C und 19°C signalisiert eine 
orangene LED den Temperaturbereich. Eine gelbe LED leuchtet zusätzlich 
im Bereich von 20°C bis 29°C. Über 30°C kommt dann letztendlich nur noch 
die rote LED dazu. Fällt die Temperatur unter die jeweilige 
Temperaturgrenze erlischt die entsprechende LED.

Im Anhang ist ein PDF mit schematischer Skizze und einem 
Schaltungsentwurf, der aber noch nicht dimensioniert ist. Es geht 
erstmal ums Prinzip.
Die Temperatur soll über einen PTC/NTC erfasst werden und der daraus 
resultierende Spannungspegel über eine kaskadierte OPV/LED-Schaltung 
angezeigt werden.

Könnt ihr mich bei der Auslegung der Schaltung unterstützen bzw. mir 
Tipps geben? Die Schaltung soll möglichst einfach bleiben und dient nur 
für den Unterricht, nicht für den Dauereinsatz. Da ich beruflich aus der 
Automatisierungsbranche komme, habe ich in der Bastelszene wenig 
"Felderfahrung". Für eure Hilfe danke ich euch bereits im Voraus sehr 
herzlich!

Viele Grüße,
Martin

: Verschoben durch Moderator
von Falk B. (falk)


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Martin E. schrieb:
> Könnt ihr mich bei der Auslegung der Schaltung unterstützen bzw. mir
> Tipps geben? Die Schaltung soll möglichst einfach bleiben und dient nur
> für den Unterricht, nicht für den Dauereinsatz.

Naja, für sowas gibt es einen IC, LM3914. Der kann 10 LEDs im Punkt- 
oder Bandbetrieb ansteuern.
Klar kann man das zu Lernzwecken auch mit normalen OPVs aufbauen.
In deiner Schaltung hat man Bandbetrieb, d.h. mit steigender Temperatur 
gehen von unten nach oben die LEDs an. Naja, mich würde das eher 
irritieren, ich würde Punktbetrieb als sinnvoller betrachten.

 Da ich beruflich aus der
> Automatisierungsbranche komme, habe ich in der Bastelszene wenig
> "Felderfahrung". Für eure Hilfe danke ich euch bereits im Voraus sehr
> herzlich!

Naja, du mußt halt den Spannungsteiler berechnen. OPVs gibt es wie Sand 
am Meer, LM324 ist ein Klassiker mit 4 OPVs in einem Gehäuse.

Den Punktbetrieb könnte man entweder per Prioritätsencoder oder durch 
einen Trick erreichen. Siehe Anhang. Das spart sogar einen OPV ;-)

von MaWin (Gast)


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Deine Schaltung macht nicht, was deine Beschreibung sagt.
In der Schaltung gehen einfach immer mehr LEDs an. Immerhin funktioniert 
das.

Der Pt100 erfordert genaue OpAmps um auf 1 GradC genau schalten zu 
können, 0.1% Widerstande und 100uV Offsetspannung OpAmps wie LT1014 sind 
nötig.
Ein NTC würde geringere Anforderungen an die Bauteile stellen, aber da 
muss man die Widerstandswerte an den Schalttemperaturen nennen, sie sind 
bei jedem Modell anders.

Dummerweise funktioniert die Schaltung mit einem NTC genau andersrum.

von Harald W. (wilhelms)


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Martin E. schrieb:

> um meinen Schülern den Aufbau und die Funktionen des OPVs zu
> unterrichten, möchte ich mit ihnen ein kleines Projekt durchführen.
> Hierbei wollen wir den OPV als Komparator verwenden

Warum willst Du etwas lehren, was kein Fachmann so macht?
Wenn man einen Komparator braucht, nimmt man ein Komparator (-IC)

> Unterhalb und einschließlich 0°C soll eine blaue LED leuchten. Steigt
> die Temperatur in den Bereich zwischen 0°C und 9°C leuchtet zusätzlich
> eine grüne LED leuchten. Zwischen 10°C und 19°C signalisiert eine
> orangene LED den Temperaturbereich. Eine gelbe LED leuchtet zusätzlich
> im Bereich von 20°C bis 29°C. Über 30°C kommt dann letztendlich nur noch
> die rote LED dazu.

Das lässt sich gut mit einem vierfach Komparator-IC realisieren.
Das kann dann auch gleich die LED treiben.

> Die Temperatur soll über einen PTC/NTC erfasst werden

Mit NTC ist das einfacher zu lösen. Die Kennlinie ist da zwar nicht
linear, aber das kann man an den Komparatoren durch veränderte
Schaltschwellen ausgleichen.

von Wolfgang (Gast)


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MaWin schrieb:
> Dummerweise funktioniert die Schaltung mit einem NTC genau andersrum.

Da gibt es die Möglichkeit, neben Auswendiglernen und Transferleistung, 
ein bisschen Kreativität ins Spiel zu bringen.

Man könnte es den Schülern überlassen, auf die Idee zu kommen, den NTC 
oben in den Spannungsteiler zu hängen und an Stelle des Pt100 einen 
Festwiderstand einzubauen.

von Günni (Gast)


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MaWin schrieb:
> Der Pt100 erfordert genaue OpAmps um auf 1 GradC genau schalten zu
> können, 0.1% Widerstande und 100uV Offsetspannung OpAmps wie LT1014 sind
> nötig.
> Ein NTC würde geringere Anforderungen an die Bauteile stellen, aber da
> muss man die Widerstandswerte an den Schalttemperaturen nennen, sie sind
> bei jedem Modell anders.

Ein Kompromiss bieten Siliziumwiderstände. Diese sind zwar "fast" so 
linear wie Platinwiderstände, haben aber eine größere Empfindlichkeit. 
Während PT-Widerstände ihren Wert pro Grad nur um 0,385% ändern, ist die 
Änderung mit etwa 0,75% fast doppelt so hoch, was die Auswertung etwas 
einfacher macht. Nachteil ist aber, dass der Wert bei 0°C ungenauer ist, 
d.h. der Nullpunkt muss eingestellt werden (z.B. Widerstand in Eiswasser 
tauchen und Anzeige auf 0 einstellen). Siliziumwiderstände gibt es bei 
Reichelt und auch ein Datenblatt:
https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/C650/KTY84_SER.pdf .
Siliziumwiderstände sind eine auslaufende Technologie, da es inzwischen 
ICs gibt, die recht genau eine der Temperatur proportionale Spannung 
ausgeben. Und für alle diejenigen, die bei analogen Signalen 
Panikattacken bekommen, gibt es auch ICs, die den Temperaturwert direkt 
als Datentelegramm ausgeben.

von Martin E. (der_lehrer)


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Hallo zusammen,

vielen Dank für die schnellen, informativen Rückmeldungen!

Ziel von diesem kleinen Projekt ist es ein neues Thema (in diesem Fall 
der OPV als Komparator) mit digitalen Medien zu unterrichten. Als 
Motivationsleitbeispiel habe ich mir dieses Thermometer ausgedacht. Das 
es technisch besser zu realisieren geht ist mir auch klar, aber mit 
Schülern muss man erstmal einfach beginnen. Später kann man ja das 
Thermometer mit fortgeschrittenem Wissensstand optimieren ;-)

Bis bald mal wieder!
Martin

von Martin E. (der_lehrer)


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Falk B. schrieb:
> In deiner Schaltung hat man Bandbetrieb, d.h. mit steigender Temperatur
> gehen von unten nach oben die LEDs an. Naja, mich würde das eher
> irritieren, ich würde Punktbetrieb als sinnvoller betrachten.

Hallo Falk,

ich finde den Bandbetrieb besser, der erinnert so schön an das 
klassische Quecksilber-Thermometer aus meiner Kindheit. In der Industrie 
würde man das jetzt Retro-Fit nennen :-)

Schönen Abend dir noch und danke für die Unterstützung!
Martin

von Michel M. (elec-deniel)



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Zum weiteren testen und simulieren mit LTspice aufgeführt.
Widerstandswerte und ausgewählter OP kann sicherlich noch optimiert 
werden.
Einfaches Modell des PT100 beigefügt.

: Bearbeitet durch User
von Zeno (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Den Punktbetrieb könnte man entweder per Prioritätsencoder oder durch
> einen Trick erreichen. Siehe Anhang. Das spart sogar einen OPV ;-)

oder durch einen Fensterkomperator.

von Zeno (Gast)


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MaWin schrieb:
> Deine Schaltung macht nicht, was deine Beschreibung sagt.
> In der Schaltung gehen einfach immer mehr LEDs an. Immerhin funktioniert
> das.

Er schreibt doch das die LED's nach einander leuchten und genau das 
macht die Schaltung.

Harald W. schrieb:
> Warum willst Du etwas lehren, was kein Fachmann so macht?
> Wenn man einen Komparator braucht, nimmt man ein Komparator (-IC)

Warum sollte er einen Komperator nehmen?
Er schreibt doch:
Martin E. schrieb:
> Hierbei wollen wir den OPV als Komparator verwenden und ein kleines ...

Also nimmt er folgerichtig einen OPV und schaltet ihn als Komperator - 
alles richtig gemacht.

von Jörg R. (solar77)


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Welchen Sinn macht denn der untere Komparator? Der Minuseingang liegt 
auf GND, der Pluseingang kann daher nicht negativer werden. Die Led an 
dem Ausgang kann auch direkt über einen Rv versorgt werden.

Ich würde den PT.. gar nicht verwenden. Für Schulungszwecke würde ich 
das Widerstandsnetzwerk anders dimensionieren? Das Eingangssignal würde 
ich von einem Labornetzteil einspeisen. Dann kann an den Minuseingängen 
und den Pluseingängen (liegen parallel) mit 2 Multimetern gemessen 
werden. Durch Verstellen des LNG und messen der Spannungen kann dann 
schön demonstriert werden wie sich die Schaltung verhält.

OK, anstelle eines LNG kann auch ein Poti verwendet werden;-)

Unten fehlt noch ein Widerstand, damit auch der Komparator Sinn macht.

Das mit dem PT...kann man dann immer noch zeigen.

: Bearbeitet durch User
von Olaf (Gast)


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> ich finde den Bandbetrieb besser, der erinnert so schön an das
> klassische Quecksilber-Thermometer aus meiner Kindheit.

Deswegen kann man beim LM3914 wohl die Geschmackrichtung umschalten. :)

Aber sagt mal was verwendest du bei deiner Schaltung fuer Leuchtdioden? 
Sind das einzelne LEDs oder module aus mehreren? Ich brauche gerade 
aehnliches fuer ein Projekt und wuerde gerne ein fertiges Modul 
verwenden das moeglichst wenig Platz braucht....

Olaf

von Gerhard O. (gerhard_)


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Olaf schrieb:
>> ich finde den Bandbetrieb besser, der erinnert so schön an das
>> klassische Quecksilber-Thermometer aus meiner Kindheit.
>
> Deswegen kann man beim LM3914 wohl die Geschmackrichtung umschalten. :)
>
> Aber sagt mal was verwendest du bei deiner Schaltung fuer Leuchtdioden?
> Sind das einzelne LEDs oder module aus mehreren? Ich brauche gerade
> aehnliches fuer ein Projekt und wuerde gerne ein fertiges Modul
> verwenden das moeglichst wenig Platz braucht....
>
> Olaf

Hallo Olaf,

Ich bestellte mir vor langer Zeit diese 28-Segment LED Streifen. Sind 
aber nicht gerade billig, dafür schön klein. Die müssen wegen der vielen 
Dioden im Multiplexbetrieb angesteuert werden. Hier ein Link als 
Beispiel:

Ebay-Artikel Nr. 153449804880

Gruß,
Gerhard

von Gerhard O. (gerhard_)


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Martin E. schrieb:
> Falk B. schrieb:
>> In deiner Schaltung hat man Bandbetrieb, d.h. mit steigender Temperatur
>> gehen von unten nach oben die LEDs an. Naja, mich würde das eher
>> irritieren, ich würde Punktbetrieb als sinnvoller betrachten.
>
> Hallo Falk,
>
> ich finde den Bandbetrieb besser, der erinnert so schön an das
> klassische Quecksilber-Thermometer aus meiner Kindheit. In der Industrie
> würde man das jetzt Retro-Fit nennen :-)
>
> Schönen Abend dir noch und danke für die Unterstützung!
> Martin

Hallo Martin,

Ist das schöne Thermometer von Dir eine Selbstbauentwicklung mit uC? 
Gefällt mir gut.

Gruß,
Gerhard

: Bearbeitet durch User
von Georg M. (g_m)


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Zeno schrieb:
> Warum sollte er einen Komperator nehmen?

Ein Komperator wäre eine vernümftige Alternatiefe.

von Forist (Gast)


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Günni schrieb:
> Und für alle diejenigen, die bei analogen Signalen
> Panikattacken bekommen, gibt es auch ICs, die den Temperaturwert direkt
> als Datentelegramm ausgeben.

"Datentelegramm" ist das richtige Stichwort.
Alles andere ist Analogelektronik  und hätte mit Mikrocontrollern oder 
digitaler Elektronik wenig zu tun.

von Michel M. (elec-deniel)


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Beitrag #6331721 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Martin (Gast)


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Hallo zusammen,

sorry für die späte Rückmeldung, aber ich bin Lehrer im Direkteinstieg 
und das ist in den ersten Jahren sehr stressig, macht aber auch sehr 
viel Spaß!

Michel M. schrieb:
> Infos über Komparatoren im allgemeinen mit fertigen LTspice-Schaltungen
> 
https://wiki.analog.com/university/courses/electronics/electronics-lab-opamp-comparator
>
> und "Comparator Voltage Level Detector"
> https://www.electronics-tutorials.ws/opamp/op-amp-comparator.html
>
> und "Comparator with and without Hysteresis"
> 
https://www.ti.com/lit/ug/tidu020a/tidu020a.pdf?ts=1594074111459&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

Hallo Michel,
Vielen Dank für die Links, den zweiten kannte ich und der war Grundlage 
für meinen Schaltungsentwurf!

Gerhard O. schrieb:
> Hallo Martin,
>
> Ist das schöne Thermometer von Dir eine Selbstbauentwicklung mit uC?
> Gefällt mir gut.
>
> Gruß,
> Gerhard

Hallo Gerhard,
das Bild vom Thermometer habe ich bei meiner Ideensuche im Internet 
gefunden. Wollte ursprünglich einen Lautstärke-Pegelmesser entwickeln, 
aber das Thermometer ist da doch einfacher.

Zeno schrieb:
> Also nimmt er folgerichtig einen OPV und schaltet ihn als Komperator -
> alles richtig gemacht.

Hallo Zeno,
danke für die Verteidigung :-)

von Martin E. (der_lehrer)


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Hallo zusammen,

darf ich nochmal um eure Unterstützung bitten?
Ich hab mit der Browser-Simulation "falstad.com" folgende Schaltung 
entworfen:

[überlange URL entfernt - Mod.]

Im Anhang ist ein Bild der Schaltung. Die Schaltung tut was es soll, 
aber mit der Dimensionierung bin ich noch nicht so glücklich. Ich 
verwende ja einen Pt100 und meine LEDs sollen pro 10°C dazukommen, d.h.
bis 0°C  = 100 Ohm (nur blau)
bis 10°C = 103,9 Ohm (blau und grün) usw...

Wie dimensioniere ich auf einfachem Wege den Spannungsteiler für die 
OPVs?
Als Spannungsversorgung dient eine 9V-Block Batterie.

Beste Grüße und vielen Dank im Voraus!
Martin

: Bearbeitet durch Moderator
von Falk B. (falk)


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Martin E. schrieb:
> Ich hab mit der Browser-Simulation "falstad.com" folgende Schaltung
> entworfen:
>
> http://www.falstad.com/circuit

Mein Gott, welche Software generiert solche irrsinnigen Links?

> Im Anhang ist ein Bild der Schaltung. Die Schaltung tut was es soll,

Naja, das ist ne ziemliche Noob-Lösung. Ein PT100 mit 100 Ohm 
Vorwiderstand an 9V macht satte 45mA!!! Das ist viel zuviel, sowohl für 
den PT100 (macht locker mal 200mW Heizleistung) als auch für die 
Batterie. Da wäre MINDESTENS ein PT1000 angesagt! Oder noch viel besser, 
einer der vielen KTY Thermistoren, die haben deulich höhere Widerstände 
und auch größere Empfindlichkeit (Ohm/K)

> Wie dimensioniere ich auf einfachem Wege den Spannungsteiler für die
> OPVs?

Um GRÖßENORDNUNGEN hochohmiger? Bist du ein umgeschulter 
Starkstromelektriker? Im Referenzspannungsteiler reichen locker 10uA 
(MIKROAMPERE) Querstrom!

> Als Spannungsversorgung dient eine 9V-Block Batterie.

Die es bei deiner Schaltung nicht lange macht. Nimm 4x 100kOhm Potis und 
stell die einzelnen Spannungen einzeln ein. Das ist für dich hier das 
Einfachste.

von Martin E. (der_lehrer)


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Hallo Falk,
danke für deine schnelle Rückmeldung.

Falk B. schrieb:
> Mein Gott, welche Software generiert solche irrsinnigen Links?
Es gibt die Möglichkeit auch tinyurls zu generieren. Der wurde aber vom 
Forum als Spam geblockt.

Falk B. schrieb:
> Bist du ein umgeschulter
> Starkstromelektriker? Im Referenzspannungsteiler reichen locker 10uA
> (MIKROAMPERE) Querstrom!
Habe die letzten 12 Jahre in der Automatisierungsbranche als 
Systementwickler gearbeitet. Du hast Recht, bei den Servo-Motoren 
fließen andere Ströme ;-) Theoretisch hat man das alles mal gerechnet, 
aber wie so oft ist halt die Praxis und die Erfahrung das entscheidende. 
Vielen Dank schon mal für die Hinweise.

Werde dann gleich mal einen PT1000 und die genannten Potis bestellen.
Sonst noch Tipps für die Einkaufsliste?

Gruß,
Martin

von Falk B. (falk)


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https://www.reichelt.de/temperatursensor-ptc-2-kohm-55-150-c-kty-81-220-p9599.html?&trstct=pos_0&nbc=1

KTY 81-220 statt PT1000.

PT1000 ist was für Meßprofis, nicht für einfache Sachen.

Außerdem sollte/muss man den Spannungsteiler für den Temperatursensor 
als auch der Referenzpotis aus einer konstanten Spannungsreferenz 
speisen, da das Ganze dann nicht mehr ratiometrisch arbeitet. Also 
brauchst du einen sparsamen Spannungsregler ala LP2950 oder so.

von MaWin (Gast)


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Martin E. schrieb:
> Wie dimensioniere ich auf einfachem Wege den Spannungsteiler für die
> OPVs?

Hmm, einfache Mathematik, Dreisatz und so. Was lehrt ihr an der Schule ?
Es gibt die Empfehlung, nicht mehr als 1mA durch einen Pt100 fliessen zu 
lassen, wegen Eigenerwärmung, und nicht mehr als 0.33mA durch einen 
Pt1000.
Das erfordert, damit man wenigstens auf 1GradC genau wird, einen OpAmp 
mit besser als 0.3mV (1mV) Eingangsoffsetspannung und Widerstände mit 
0.1% Toleranz.
Das macht so eine Schaltung unnötig teuer.
Der Tip, statt dem Pt100 besser einen KTY(81) zu nutzen, ist also 
vernünftig, bei dem tun es 1% Widerstände und normale 3mV 
OpAmps/Komparatoren.
Apropos Komparatoren: ein Komparator wie LM339 schaltet den Ausgang nach 
Masse, die LED müsste nach plus, die Eingänge vertauscht. Dann muss man 
keine OpAmps als Vergleicher vergewaltigen.
Apropos Referenzspannungsquelle: genau die braucht man bei 
Widerstanndssensoren wie Pt100/KTY(81) nicht, die kommen gut mit der von 
9V auf 5.6v absinkenden Spannung einer 9V Batterie klar. Im Gegensatz zu 
LM35 und änlichen Spannungsliefernden Temperatursensoren.

> Als Spannungsversorgung dient eine 9V-Block Batterie

Falk B. schrieb:
> Mein Gott, welche Software generiert solche irrsinnigen Links?

Eine Software, die ganze Schaltpläne in dem Link speichert, sehr 
sinnvoll.

Falk B. schrieb:
> Nimm 4x 100kOhm Potis und stell die einzelnen Spannungen einzeln ein.
> Das ist für dich hier das Einfachste.

Oje, ein Falk, der nicht rechnen kann.

von Falk B. (falk)


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MaWin schrieb:
> Das erfordert, damit man wenigstens auf 1GradC genau wird, einen OpAmp
> mit besser als 0.3mV (1mV) Eingangsoffsetspannung und Widerstände mit
> 0.1% Toleranz.

Ist har gar nicht das Thema, das ist ein einfache Grundschaltung zur 
Demonstration des Prinzips.

> Apropos Komparatoren: ein Komparator wie LM339 schaltet den Ausgang nach
> Masse,

Es ist ein Open Collekor Ausgang.

> die LED müsste nach plus, die Eingänge vertauscht. Dann muss man
> keine OpAmps als Vergleicher vergewaltigen.

Nö, wenn man einen OPV mit Push/Pull Ausgang verwendet geht das schon. 
Und für so eine Trivialanwendung ist auch auch OPV als Komparator OK.

> Apropos Referenzspannungsquelle: genau die braucht man bei
> Widerstanndssensoren wie Pt100/KTY(81) nicht, die kommen gut mit der von
> 9V auf 5.6v absinkenden Spannung einer 9V Batterie klar.

Quark. Das gilt nur, wenn man eine Brückenschaltung verwendet.

>> Nimm 4x 100kOhm Potis und stell die einzelnen Spannungen einzeln ein.
>> Das ist für dich hier das Einfachste.
>
> Oje, ein Falk, der nicht rechnen kann.

Jaja . . .

von Falk B. (falk)


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Kann mal ein Mod diesen Schwachsinns-Link aus dem Beitrag entfernen, der 
vermurkst durch seine Breite die Darstellung der Diskussion.

Beitrag "Re: Analoges LED-Thermometer (OPV als Komparator)"

von MaWin (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Quark. Das gilt nur, wenn man eine Brückenschaltung verwendet.

Es IST eine Brückenschaltung (der Komparator überprüft ob die 
Brückenspannung zwischen dem Messwiderstandszweig und dem 
Vergleichspannungsteilerzweig 0 ist). Bitte Grundlagen lernen

Falk B. schrieb:
> Ist har gar nicht das Thema, das ist ein einfache Grundschaltung zur
> Demonstration des Prinzips.

Dein Prinzip aktuell ist der "Falk hat recht, der Rest der Wet ist doof, 
notfalls biegt sich Falk seine Welt zurecht" Modus ?

von Martin E. (der_lehrer)


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Guten Morgen MaWin,

vielen Dank für deine interessanten Infos.

MaWin schrieb:
> Hmm, einfache Mathematik, Dreisatz und so. Was lehrt ihr an der Schule ?
Den normalen unbelastenden bzw. belastenden Spannungsteiler kann ich 
schon berechnen. In diesem Fall möchte ich ja zu 4 gegebenen 
Referenzspannungen, die 5 Widerstände dimensionieren, die in einem 
Strompfad kaskadiert sind. Quasi einen 5fachen Spannungsteiler und 
möglichst aus der E12-Reihe.
Wenn du da einen einfachen und schnellen Weg kennst...nur her damit, da 
stehe ich gerne als Unwissender da ;-)

MaWin schrieb:
> Apropos Komparatoren: ein Komparator wie LM339 schaltet den Ausgang nach
> Masse, die LED müsste nach plus, die Eingänge vertauscht. Dann muss man
> keine OpAmps als Vergleicher vergewaltigen.
Es geht darum den OPV in der Klasse als Komparator einzuführen. Es geht 
nicht um die sinvollste Lösung für eine LED-Thermometer, sondern dass 
Unterrichtsthema anhand von einem Beispiel zu erklären. Ich habe mich 
halt für das Therometer entschieden. Gibt sicherlich noch andere/bessere 
Möglichkeiten, um die Funktion des OPVs als Komparator zu unterrichten

Gruß,
Martin

von HildeK (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Nö, wenn man einen OPV mit Push/Pull Ausgang verwendet geht das schon.
> Und für so eine Trivialanwendung ist auch auch OPV als Komparator OK.

Das stimmt natürlich, aber

Martin E. schrieb:
> um meinen Schülern den Aufbau und die Funktionen des OPVs zu
> unterrichten,

ist eigentlich diese Anwendung die Falsche. Dafür wäre eine 
Verstärkerschaltung ein richtiges Beispiel.
Das hier ist das richtige Beispiel für eine Komparatoranwendung.

von Martin E. (der_lehrer)


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HildeK schrieb:
> ist eigentlich diese Anwendung die Falsche. Dafür wäre eine
> Verstärkerschaltung ein richtiges Beispiel.
> Das hier ist das richtige Beispiel für eine Komparatoranwendung.

Hallo Hilde,
vor einem Jahr habe ich auch noch anders gedacht. Wenn man aber mal 
Schüler unterrichtet hat, kennt man ein bisschen die Verständnisprobleme 
der Schüler und versucht, das Wissen in einfachen Portionen zu 
servieren. Der OPV als Komparator ist an sich erstmal einfach und da 
lernen die schon mal das Schaltzeichen, die Anschlussmöglichkeiten, 
etc...
Als Verstärker werde ich ihn danach einführen. Diese Vorgehensweise hat 
mir auch so mein Fachdidakt empfohlen.

von MaWin (Gast)


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Martin E. schrieb:
> und möglichst aus der E12-Reihe.

Vergiss es.

Den Rest zu rechnen sollte jedem Grundschüler leicht fallen.
Es ist nur Dreisatz.

Martin E. schrieb:
> Es geht darum den OPV in der Klasse als Komparator einzuführen.

Warum sollte man da beim Schaltungsdesign den Fehler machen,
nicht auch einen echten Komparator "LM339" einsetzen zu können ?

LED von plus statt LED nach Masse ist ja nun nicht so intellektuell 
überfordernd.

von HildeK (Gast)


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Martin E. schrieb:
> Hallo Hilde,
HildeK, bitte. Mit deinem Namen hätte ich mich EitM genannt. :-)

> vor einem Jahr habe ich auch noch anders gedacht. Wenn man aber mal
> Schüler unterrichtet hat, kennt man ein bisschen die Verständnisprobleme
> der Schüler und versucht, das Wissen in einfachen Portionen zu
> servieren. Der OPV als Komparator ist an sich erstmal einfach und da
> lernen die schon mal das Schaltzeichen, die Anschlussmöglichkeiten,
> etc...
Schaltzeichen, Anschlussmöglichkeiten, Einfachheit sind beim Komparator 
die selben. Die Funktion 'Operationsverstärker' ist für Anfänger/Schüler 
imho die falsche Assoziation in einer Komparatorschaltung. Immerhin 
beinhaltet die Bezeichnung das Wort 'Verstärker'.
Ich würde einfach empfehlen, die beiden Bezeichnungen 
'Operationsverstärker' und 'Komparator' separat zu behandeln.

von Harald W. (wilhelms)


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Falk B. schrieb:

>> Dann muss man keine OpAmps als Vergleicher vergewaltigen.
>
> Nö, wenn man einen OPV mit Push/Pull Ausgang verwendet geht das schon.
> Und für so eine Trivialanwendung ist auch auch OPV als Komparator OK.

Das stimmt zwar, aber warum will man den Kindern unbedingt eine
Schaltung lehren, die ein ernsthafter Entwickler später nie so
machen wird?

von Harald W. (wilhelms)


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Martin E. schrieb:

> Es geht darum den OPV in der Klasse als Komparator einzuführen.

Warum willst Du das tun? Wenn man einen Komparator braucht, sollte
man auch ein Komparator-IC nehmen. Ein OPV-IC an dieser Stelle
wird immer schlechtere Eigenschaften haben als ein Komparator-IC.
Für ein einfaches Thermometer spielt das zwar keine Rolle, aber
warum willst Du unbedingt etwas Falsches lehren? Man könnte im
Unterricht zwar erwähnen, das man auch mit einem OPV Komparatoren
bauen kann, aber das man das normalerweise nicht tut. Umgekehrt
kann man ein Komparator-IC auch als OPV beschalten, aber auch das
ist etwas, was man normalerweise nicht tut.

von Martin E. (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Warum willst Du das tun?

Weil es im Lehrplan vorgegeben ist, den OPV mit seinen verschiedenen 
Verwendungsmöglichkeiten zu unterrichten. Ich starte hier jetzt keine 
Diskussion über die Sinnhaftigkeit vom Lehrplan. Hier geht es erstmal 
allgemein darum den Schülern Bauteile, Schaltungen, Simulationssoftware 
zu zeigen und Beispiele damit zu machen. In einer Klasse sind nicht nur 
Hobbyelektroniker, bin ja froh wenn einer dabei ist. Da sind auch welche 
die können mit der Elektrotechnik gar nix anfangen. Deshalb ist es 
wichtig ein Beispiel sich auszusuchen, dass sie anspricht und 
interessiert. Ob es technisch altbacken ist, ist erstmal nebensächlich. 
Aber ich habe die Option dieses Beispiel in künftigen Unterrichten durch 
neue Bauteile/Schaltungen zu optimieren ;-)

Gruß,
Martin

P.S. Ich verstehe deine Denkweise, aber als Quereinsteiger ins Lehramt 
denke ich mittlerweile auch anders.

von Harald W. (wilhelms)


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Martin E. schrieb:
> Harald W. schrieb:
>> Warum willst Du das tun?
>
> Weil es im Lehrplan vorgegeben ist, den OPV mit seinen verschiedenen
> Verwendungsmöglichkeiten zu unterrichten.

...und dort steht wirklich drin, das man einen OPV als Komparator
verwenden soll? Dann kann man nur hoffen, das die Schüler schlau
genug sind, um zu erkennen, das das was der Lehrer sagt, nicht
immer richtig sein muss...

von Falk B. (falk)


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MaWin schrieb:
> Falk B. schrieb:
>> Quark. Das gilt nur, wenn man eine Brückenschaltung verwendet.
>
> Es IST eine Brückenschaltung (der Komparator überprüft ob die
> Brückenspannung zwischen dem Messwiderstandszweig und dem
> Vergleichspannungsteilerzweig 0 ist).

Stimmt, aber deine Aussage enthielt das nicht. Damit war deine Aussage 
mindestens unvollständig, ggf. eher irreführend. Und nein, PT100 und KTY 
werden NICHT immer und zwangsläufig in Brückenschaltungen genutzt.

"Apropos Referenzspannungsquelle: genau die braucht man bei
Widerstanndssensoren wie Pt100/KTY(81) nicht, die kommen gut mit der von
9V auf 5.6v absinkenden Spannung einer 9V Batterie klar."

von Martin E. (der_lehrer)


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Guten Abend liebe Foren-Gemeinde,

möchte mich nochmal bei allen hier für die Unterstützung bedanken und 
meine finale Version präsentieren. Im Anhang ist einmal die Simulation 
der Schaltung und der Layout-Entwurf für das Breadboard. Den Praxistest 
hat das Thermometer auch bestanden :-)

Es ist wirklich ein tolles und kompetentes Forum hier, bei dem man 
schnell Hilfe bekommt. Weiter so!

Beste Grüße,
Martin

von Falk B. (falk)


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Martin E. schrieb:
> Guten Abend liebe Foren-Gemeinde,
>
> möchte mich nochmal bei allen hier für die Unterstützung bedanken und
> meine finale Version präsentieren. Im Anhang ist einmal die Simulation
> der Schaltung und der Layout-Entwurf für das Breadboard. Den Praxistest
> hat das Thermometer auch bestanden :-)

Und warum zwei 9V Blöcke? Die braucht der OPV nicht, der kann am Eingang 
bis 0V an VCC-, hier GND ran.
In deinem Schaltplan sieht man die Stromversorgung des OPV nicht.
Deine Dimensionierung der Spannungsteiler ist Murks. Du hast gerade mal 
12mV von der untersten zur obersten Schaltschwelle. Da würde man 
praktisch eher das 10-50fache anstreben, also um die 0,5V. Denn ersten 
gibt es Störungen und Rauschen und 2. haben die OPVs Offsets im Bereich 
von 3-5mV. Klar, die kann man mit den Potis kompensieren, es bleibt aber 
Murks.

von MaWin (Gast)


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Martin E. schrieb:
> Den Praxistest
> hat das Thermometer auch bestanden :-)

Autsch.
LEDs nach Masse und Betrieb des OpAmp mit negativer Versorgung von -9V 
führt zu -9V an den nicht-leuchtenden LEDs: Das überschreitet ihre 
maximale zulässige Rückwärtsspannung von meist 5V.

So darf kein Lehrer lehren, das ist Mist den du lehsrt.

Die Batterie für negative Spannungen ist zudem üerflüssig, der LM324 
kann gut mit Masse alleine arbeiten.

Zudem areitest du jetzt mit einem KTY Sensor statt dem Pt100. Da ist die 
Spannungsverteilung, nur 48mV am Sensor, nicht nötig. Du kommst sehr in 
die Eingangsoffsetspannung des LM324 von 7mV hinein. Nutze besser 2.5V, 
also 4k7 statt 330k.

Den Unsinn, die LEDs nach Masse statt plus zu legen um die Nutzung von 
Komparatoren zu verhindern, machst du immer noch. Eine Transformation 
mit LED nach plus geschaltet würde flexiblane Geist zeigen.

von Harald W. (wilhelms)


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Falk B. schrieb:

> Klar, die kann man mit den Potis kompensieren,

...bis diese thermisch weggelaufen sind.

von Martin (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Und warum zwei 9V Blöcke? Die braucht der OPV nicht, der kann am Eingang
> bis 0V an VCC-, hier GND ran.

So hatte ich es auch erst... Bei der Einführung der OPs wird ja erstmal 
die prinzipielle Funktionsweise mit pos. und neg. Aussteuergrenze 
vorgestellt. Hab mir gedacht, dass verwirrt zu sehr und wollte diese 
Möglichkeit erst später offenbaren.

Falk B. schrieb:
> In deinem Schaltplan sieht man die Stromversorgung des OPV nicht.

ja, habe hier den idealen OP eingefügt. Dort kann man die 
Versorgungsspannung am Bauteil konfigurieren. Die Schüler lernen ja 
erstmal auch die Simulationsumgebung kennen, d.h. wie erstelle ich eine 
Schaltung, wie messe ich. Mit dem realen OP kreuzen sich viele Leitungen 
und die Schaltung wird unübersichtlich. Will die Komplexität stufenweise 
erhöhen.

Falk B. schrieb:
> Deine Dimensionierung der Spannungsteiler ist Murks.

ok, danke. Dann werde ich da nochmal Hand anlegen

MaWin schrieb:
> Das überschreitet ihre
> maximale zulässige Rückwärtsspannung von meist 5V.

Sauerei...daran habe ich bei meiner Umstellung auf die symmetrische 
Versorgung des OPs wahrlich nicht gedacht. Danke für den Hinweis.

MaWin schrieb:
> Autsch.
> LEDs nach Masse

Was ist daran falsch oder verpönt?

MaWin schrieb:
> Nutze besser 2.5V,
> also 4k7 statt 330k.

Nochmals danke!

MaWin schrieb:
> So darf kein Lehrer lehren, das ist Mist den du lehsrt.

Ich bin auch noch am Anfang. Es ist noch kein Meister vom Himmel 
gefallen ;-)

von Falk B. (falk)


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Martin schrieb:

>> Und warum zwei 9V Blöcke? Die braucht der OPV nicht, der kann am Eingang
>> bis 0V an VCC-, hier GND ran.
>
> So hatte ich es auch erst... Bei der Einführung der OPs wird ja erstmal
> die prinzipielle Funktionsweise mit pos. und neg. Aussteuergrenze
> vorgestellt. Hab mir gedacht, dass verwirrt zu sehr und wollte diese
> Möglichkeit erst später offenbaren.

Naja. Würde ich trotzdem nicht so machen.

> MaWin schrieb:
>> Autsch.
>> LEDs nach Masse
>
> Was ist daran falsch oder verpönt?

Falsch ist es nicht, aber MaWin wollte ja unbedingt einen Komparator ala 
LM339 verwenden. Der hat aber einen Open Collector Ausgang und kann nur 
nach GND hohe Ströme schalten.
Mit einem normalen OPV ala LM324 sind beide Verschaltungen möglich, da 
der Ausgang vom Typ Push-Pull ist.

von MaWin (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Falsch ist es nicht, aber MaWin wollte ja unbedingt einen Komparator ala
> LM339 verwenden. Der hat aber einen Open Collector Ausgang und kann nur
> nach GND hohe Ströme schalten.
> Mit einem normalen OPV ala LM324 sind beide Verschaltungen möglich, da
> der Ausgang vom Typ Push-Pull ist.

Es ist halt blöd, wenn man mit OpAmps eine Schaltung aufbaut, bei der mn 
sagt, hier arbeiten die OpAmps als Komparator, wenn dann die Schaltung 
beim einstecken eines Komparators statt eines OpAmps nicht mehr 
funktioniert.

Eben weil der billige handelsübliche LM393 keine Spannung von plus 
liefern kann sondern nur nach Masse ableitet.

Hätte man vorher dran gedacht (bzw. hier wurde er darauf hingeweisen, 
tritt aber jeglichen Vorschlag bei Seite), dann hat man hinterher 
weniger Verzweiflung.

Und das umdenken, die LEDs nicht nach Masse sondern von plus kommend zu 
schalten, sollte nun nicht so überfordernd sein.

von Martin (Gast)


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Vielen Dank euch beiden, mit eurer Hilfe werde ich noch zu einem richtig 
guten Lehrer :-) Besten Dank

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