Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik 20 mA Strom zu Digital IN


von „S“ „. (mt772)


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Hallo,

für ein Projekt brauche ich ein TTL High Signal wenn ein Strom von 
ca.20mA mit einer Pulsdauer von 700uS fließt. Minimum 10uS Pause 
zwischen den 700uS.

Mein Ansatz ist mit einem LM393 Komparator und einem 5 Ohm Widerstand 
als Shunt das Problem zu lösen.

Die schaltung funktioniert, aber bei mehr als 15 aufeinander folgenden 
Pulsen ist das Signal nicht mehr nutzbar. Ich weiß nicht woran es liegt. 
Es sieht aus als wenn es anfängt zu schwingen.

Bin für jeden Tip dankbar.

Gruß Sven

von karadur (Gast)


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DER FET ist doch überflüssig. Mach den Pullup kleiner. z.B. 2k2.

Der Eingang deines LM braucht einen Bezug zu GND. z.B. Spannungsteiler 
an - Eingang

von karadur (Gast)


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Nachtrag: der 1M mit dem Gate macht die Zeitkonstante.

von hinz (Gast)


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Vier offensichtliche Fehler:

Undefiniertes Potential des 20mA Stromkreises gegen die 
Auswerteschaltung.

Auf zufällige Offsetspannung des Komparators gesetzt.

Irre hochohmiger Pullup.

MOSFET als Sourcefolger geschaltet.



Nimm besser einen Optokoppler mit Digitalausgang.

von foobar (Gast)


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Der Pull-up am Gate ist extrem hoch - bei zu schnellen Signalen schafft 
der es nicht mehr, das Gate aufzuladen.

Zusätzlich: ich sehe kein gemeinsames Potential zwischen Stromschleife 
und Komperator.  Nur vergessen einzuzeichnen?

Warum überhaupt der Komperator?  Ein 250Ω-Shunt würde direkt einen 
5V-Pegel liefern.

von „S“ „. (mt772)


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Danke für die schnelle Antwort. Ich werde es ausprobieren. Mit dem 
Mosfet wollte ich eine TTL Signal machen für den Arduino.

Wenn ich dich richtig verstanden habe brauche ich einen Widerstand 
zwischen LM393 - und GND.

Ich darf an dem Signal welches durch meinen SHUNT läuft nichts 
beeinflussen.

von Wolfgang (Gast)


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„S“ „. schrieb:
> für ein Projekt brauche ich ein TTL High Signal wenn ein Strom von
> ca.20mA mit einer Pulsdauer von 700uS fließt. Minimum 10uS Pause
> zwischen den 700uS.

Und wann soll ein Low Signal aus deinem Wandler raus kommen?
Wie sieht dein Impulsdiagramm für Ein- und Ausgang aus?
Würde deine nachfolgende Schaltung auch mit 5V CMOS-Pegeln leben können?

von (prx) A. K. (prx)


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„S“ „. schrieb:
> Ich darf an dem Signal welches durch meinen SHUNT läuft nichts
> beeinflussen.

Genau das kann passieren, wenn die Pegel am Shunt ausserhalb des 
zulässigen Eingangsspannungsbereichs des Komparator liegen. Weshalb die 
Frage nach dem Potzential durchaus relevant ist.

> zwischen LM393 - und GND

Fast richtig. Zwischen Ausgang und +5V. Aber eher 10K als 1M.

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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„S“ „. schrieb:
> Ich darf an dem Signal welches durch meinen SHUNT läuft nichts
> beeinflussen.

Dann solltest du vielleicht auf die Fertiglösung HCPL-4200 setzen. Damit 
gehst du allen Potentialproblemen aus dem Weg.

von „S“ „. (mt772)


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Auf der Ader die über den SHUNT läuft ist ein 12V Rechtecksignal zum 
Triggern, 700 high, 250 low. Während einiger High-Phasen fließt der 20mA 
Strom den ich als digitales Signal brauche.

von Jörg R. (solar77)


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„S“ „. schrieb:
> Auf der Ader die über den SHUNT läuft ist ein 12V Rechtecksignal
> zum
> Triggern, 700 high, 250 low. Während einiger High-Phasen fließt der 20mA
> Strom den ich als digitales Signal brauche.

Wenn Zeit ins Spiel kommt benötigst Du hierfür eine Erkennung, aber 
nicht den 1M Widerstand über dem OP.
Eine Hysterese nutzt Dir nichts, denn Du hast ja ein Rechtecksignal. Du 
benötigst einen komplett anderen Ansatz. Das der Fet überflüssig ist 
wurde schon geschrieben.

von „S“ „. (mt772)


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Die Lösung mit dem HCPL-4200 Optically Coupled 20 mA Current Loop 
Receiver hört sich gut an, aber dann kommen zu dem 20 mA die ich ich 
detektieren möchte noch 20mA hinzu vom HCPL. Das geht in meinem Fall 
nicht.

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Keine Ahnung was du damit meinst.

von Stefan F. (Gast)


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Deine Schaltung wird nicht auf 20mA reagieren, sondern bereits auf einen 
winzigen Bruchteil davon. Es besteht sogar eine relativ hohe 
Wahrscheinlichkeit, dass sie schon auf 0mA reagiert, je nach Offset des 
Komparators.

Ich denke auch, dass das aktuelle Konzept schon vom Ansatz her 
ungeeignet ist.

Zuerst mal solltest du klären, ob die 20mA einen Bezug zu GND haben und 
wenn ja, welchen. Dann solltest du klären, ab wie viel Strom die 
Schaltung ein "HIGH" (oder LOW) melden soll. Wenn das Eingangssignal ein 
Rauschen (Störungen) enthält, brauchst man wohl eine Hysterese. Bei der 
hohen Frequenz eignet sich nicht mehr jeder Schmitt-Trigger (bzw. 
Operatinsverstärker).

von „S“ „. (mt772)


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Aktuell sieht mein Signal so aus.

Gelb: Trigger Signal erzeugt vom Analog Signal mit einem LM363.

Grün: erzeugtes Signal von den Phasen an dehnen 20mA fließen.

bis zu 15 Strom puls phasen läft es prima.

von Stefan F. (Gast)


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„S“ „. schrieb:
> Aktuell sieht mein Signal so aus.

Irgendwie beantwortet das keine Rückfragen gar nicht.

Wenn es hier um zwei unterschiedliche Signale geht, solltest du das auch 
klar beschreiben. Wo kommen die her, wie sehen sie aus, wo sollen sie 
hin gehen, wie sollen sie verändert werden?

Am besten fängst du nochmal ganz neu an mit einer ordentlichen 
Beschreibung der Aufgabe. Aktuell müssen wir aus deinem Lösungsvorschlag 
heraus die Aufgabe erraten, das hat (wie fast immer) nicht funktioniert.

von „S“ „. (mt772)


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Nochmal von vorne.

Ich habe ein System/Anlage mit zwei Leitungen, auf diesen zwei Leitungen 
sind mehrere Module parallel angeschlossen, die verbrauchen je nach 
Einstellung zu verschiedenen Zeiten synchon zum Triggersignal einen 
Strom von 20mA. Immer nur ein Modul zur Zeit. Der Stromverbrauch darf 
aber die 20mA nicht überschreiten, daher kommt ein Optokoppler oder der 
HCPL-4200 nicht in Frage.

Ich möchte digital(TTL) auswerten welche Module im Verhältnis zum 
Trigger zeitlich einen Strom von 20mA verbrauchen.

Die blaue Leitung in der skizze ist verbunden mit GND meiner 
Schaltung.Die Schaltung funktioniert, aber wenn es zu viele Module 
werden fängt sie an zu schwingen bzw. die signale sind nicht mehr 
auszuwerten.

von Achim S. (Gast)


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„S“ „. schrieb:
> Der Stromverbrauch darf aber die 20mA nicht überschreiten, daher kommt
> ein Optokoppler oder der HCPL-4200 nicht in Frage.

der HCPL soll ja keine zusätzlichen 20 mA bekommen - er arbeitet mit den 
20 mA, die durch deine Last fließen.

„S“ „. schrieb:
> Die blaue Leitung in der skizze ist verbunden mit GND meiner
> Schaltung.Die Schaltung funktioniert,

wenn das wirklich zwischebdurch funktioniert, dann nur aus Zufall. du 
verletzt auch noch den Input common mode range des lm393. (neben dem 
anderen Fehlern, die schon genannt worden)

von „S“ „. (mt772)


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Ok, ich schau mal ob ich einen HCPL-4200 oder ähnliches bestelle und 
teste.

Wenn es klappt, wäre es eine einfache sicherer Lösung.

Danke

von Mohandes H. (Firma: مهندس) (mohandes)


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„S“ „. schrieb:
> Die Schaltung funktioniert, aber wenn es zu viele Module werden fängt
> sie an zu schwingen bzw. die signale sind nicht mehr auszuwerten.

Die Schaltung funktioniert 'irgendwie' ...

... das Potential für den Komparator ist nicht definiert, der 
Rückkoppelwiderstand viel zu hoch, keine Hysterese.
Auch zu kompliziert und 2 Versorgungen, 5V & 12V.

Ich vermute Du verstehst den HCPL-4200 falsch.
Dort hast Du einen 20mA-Eingang und davon potentialgetrennt über 
(Optokoppler) einen Ausgang für TTL/CMOS. Mit Hysterese. Nur eine 
Versorgung 5V.

Schau mal ins Datenblatt (Blockschaltbild).

von „S“ „. (mt772)


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Habe ich, aber in dem Optokoppler Eingang ist eine LED, ich dachte sie 
braucht strom um potentialfrei die andere Seite zu schalten.

von Stefan F. (Gast)


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Du willst erkennen, welche Module 20mA aufnehmen. Genau 20mA wirst du 
praktisch nie haben, also musst du einen Bereich definieren, der erfasst 
werden soll. Zum Beispiel >15mA.

Ströme kann man zum Beispiel mit einem Shunt Widerstand messen. 
Schwellwerte kann man mit einer Referenzquelle vorgeben. Das kann auch 
ein simpler Spannungsteiler sein, wenn die Versorgungsspannung stabil 
genug ist. Das Überschreiten der Schwellwerte kann man wiederum mit 
Komparatoren erkennen.

Die allerwichtigste Frage für den Entwurf einer Lösung hast du leider 
immer noch nicht beantwortet: In welcher Beziehung stehen die Spannungen 
zu GND?

Wie viel Spannung darf an dem "Ding" abfallen, dass in die Zuleitungen 
zu den Modulen eingeschleift wird? Wären 1,5 Volt noch in Ordnung?

Welche Stromversorgung steht für die Auswerteschaltung zur Verfügung?

von Stefan F. (Gast)


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„S“ „. schrieb:
> Habe ich, aber in dem Optokoppler Eingang ist eine LED, ich dachte sie
> braucht strom um potentialfrei die andere Seite zu schalten.

Die LED könnte man eventuell in Reihe zu den Modulen Schalten. Dann 
erhöhen sich die 20mA nicht, aber der Spannungsabfall. Ohne die 
Rahmenbedingungen zu kennen, können wir nur raten, welcher Lösungsansatz 
geeignet sein könnte.

von Achim S. (Gast)


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„S“ „. schrieb:
> Habe ich, aber in dem Optokoppler Eingang ist eine LED, ich dachte sie
> braucht strom um potentialfrei die andere Seite zu schalten

klar braucht die Strom - aber du hast ja einen Stromfluss von 20mA. 
kritisch könnte höchstens der Spannungsabfall für dich sein. der ist an 
der LED etwas höher als an deinem 5Ohm Shunt

von Achim S. (Gast)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Die allerwichtigste Frage für den Entwurf einer Lösung hast du leider
> immer noch nicht beantwortet: In welcher Beziehung stehen die Spannungen
> zu GND?

hier war die antwort (die gezeigt hat, das der Input common mode range 
des komparators verletzt wird)

„S“ „. schrieb:
> Die blaue Leitung in der skizze ist verbunden mit GND meiner Schaltung.

von „S“ „. (mt772)


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In welcher Beziehung stehen die Spannungen zu GND?
- Blaue Leitung ist mit meiner Masse verbunden.
- zwische Gelber Leitung und Blauer ist das Triggersignal 12V/0V Trigger 
signal.

Wie viel Spannung darf an dem "Ding" abfallen, dass in die Zuleitungen
zu den Modulen eingeschleift wird? Wären 1,5 Volt noch in Ordnung?
- Spannungsabfall ist egal, es darf nur der Strom nicht >20mA sein.

Welche Stromversorgung steht für die Auswerteschaltung zur Verfügung?
- 12V oder 5V

Das die Module nur Strom oder keine Strom brauchen ist für die 
Detektierung alles > 5 mA möglich.

gefunden hatte ich das hier, 
https://www.google.com/search?q=strommessen+mit+komparator&client=firefox-b-d&tbm=isch&source=iu&ictx=1&fir=h6NrnUy363NK-M%252CW6U3Uv5YzhBdvM%252C_&vet=1&usg=AI4_-kSWIlDCYvQatKmefaqvNO9Q7gC0tQ&sa=X&ved=2ahUKEwjnlMbJr-brAhVDlYsKHcLaD6oQ9QF6BAgMEAY#imgrc=zzJ-ZOqUuhLg0M

von Stefan F. (Gast)


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Optokoppler wären meine erste Wahl, falls der Spannungsabfall 
tolerierbar ist.

Ansonsten, da die blaue Leitung mit GND verbunden ist, würde ich dort 
Shunt Widerstände ein schleifen und deren Spannungsabfall mit einer 
Referenz vergleichen, die 15mA (oder was auch immer die Schwelle sein 
soll) darstellt.

Aber du musst schon Komparatoren verwenden, die derart niedrige 
Eingangsspannungen verarbeiten können. Außerdem sollte der 
Spannungsabfall an den Shunts deutlich größer sein, als der Offset der 
Komparatoren, sonst wird der Ergebnis zu unpräzise.

von Jörg R. (solar77)


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Ein kompletter richtiger Schaltplan wäre besser als die Erklärung in 
Textform.

Sollen wir raten was Du mit dem Link meinst?

von „S“ „. (mt772)


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aktuell ist es ein LM393 und ein SHUNT Widerstand von 3,8 Ohm. Bin mit 
10 Ohm angefangen, Da waren es ca. 150mV Spannungsabfall.

von Stefan F. (Gast)


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„S“ „. schrieb:
> Spannungsabfall ist egal

Dann verwende Optopkoppler, zum Beispiel PC817.
1
                   82Ω
2
 20mA --> o---+---[===]---+----[Modul]-----o -->
3
              |           |
4
              +----|>|----+

Lege den Widerstand so aus, dass die LED beim gewünschten Strom 
leuchtet. Den Ausgang des Optokopplers kannst du direkt mit dem Eingang 
des Arduinos verbinden. Verwende dort den internen (oder einen externen) 
Pull-Up.

Der Spannungsabfall wird unter 1,5 Volt liegen.

von „S“ „. (mt772)


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ich habe nur einen TLP598 hier, der ist zu Langsam bzw. schaltet 
garnicht.

wie wäre das damit?

https://www.mikrocontroller.net/attachment/170425/ina333.png

von Stefan F. (Gast)


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„S“ „. schrieb:
> wie wäre das damit?

Wo ist die Schaltschwelle? Ich glaube du hast immer noch nicht 
verstanden, was du brauchst.

Mir ist gerade noch etwas zu dem Vorschlag mit Optokoppler eingefallen: 
Denke dran, dass diese Dinger in der Regel nur mit einem relativ 
niedrigen Lastwiderstand schnell sind. Der interne Pull-Up des Arduinos 
wird vermutlich zu hochohmig sein.

Ich würde mal 2,2kΩ oder 1kΩ versuchen.

von Jörg R. (solar77)


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„S“ „. schrieb:
> wie wäre das damit?
>
> https://www.mikrocontroller.net/attachment/170425/ina333.png

Du versuchst das Problem mit raten zu lösen, anstatt es richtig 
anzugehen. Vorschläge hast Du bereits bekommen. Vielleicht solltest Du 
das Problem mal genau beschreiben anstatt weiter in Salamitaktik zu 
agieren.

von Stefan F. (Gast)


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Da das alles ein gemeinsames GND Potential hat, könnte man auch ganz 
simple Transistoren verwenden:
1
                          Zum Arduino
2
                               o
3
                               |
4
                             |/
5
20mA --> o----[Modul]----+---|   BC548C
6
                         |   |\>
7
                        |~|    |
8
                 39Ω    |_|    |
9
                         |     |
10
                        GND   GND

Ab ungefähr 16 mA schaltet der Transistor ein. Der Spannungsabfall ist 
unter 1 Volt.

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