Berechnungen zur Astibile Kippstufe für Durchgangsprüfer

[Tobias (600ohm)]

Hallo,

ELV vertreibt einen Durchgangsprüfer(bausatz) DP 100:
https://media.elv.com/file/2000_04_07_dp100.pdf

Kern des Durchgangsprüfers ist eine astabile Kippstufe. Screenshot vom 
Schaltplan aus dem PDF des Durchgangsprüfer habe ich mal angehangen.

Leider hat ELV es versäumt, den Frequenzbereich, bzw. den 
Widerstandsmessbereich anzugegeben. Zumindest finde ich die Angabe 
nirgendwo in dem Dokument oder auf elv.de
Nachtrag: Auf der Artikelseite ist lediglich der Satz zu finden: "Der 
Dynamikbereich erstreckt sich bis zu einigen Megaohm."

Jetzt habe ich versucht ihn selber zu errechnen nach den Formeln von 
Wikipedia:

https://de.wikipedia.org/wiki/Astabile_Kippstufe#Berechnung_der_Zeitdauern

R2 und R3 aus wikipedia entsprechen R3 und R5 im Elv-Schaltplan. Ich 
errechne damit jeweils tau1,tau2 und T1 (Puls) und T2 (Pause). Ich nehme 
den Kehrwert der gesamten Periode 1/T=1/(T1+T2) und erhalte als 
Frequenz. 981Hz. Wohlgemerkt an 0Ohm Messwiderstand (=Durchgang). Die 
(nur akustisch) gemessene Frequenz liegt aber mehr als doppel so hoch 
(2300-2400Hz). Jetzt ist vor dem beiden Wiederständen R3 und R5 noch ein 
3K PTC (R1). Wie rechne ich den mit ein? Rechne ich die 3K jeweils zu R3 
und R5 dazu? Ändert am Ergebnis auch kaum was (966Hz). Muss man 
irgendwie ein Ersatzwiderstand errechnen? Der eigentlich Messwiderstand 
kommt später ja auch noch, genau wie der R1=3K, davor in Reihe hinzu.

Wie errechnet man die Frequenz richtig? Ich möchte gerne den Messbereich 
anpassen (auf 0-100 Ohm), dazu möchte ich die Rechnung aber erst mal 
verstehen.


Danke im Voraus,

Tobias

[Josef C. (josefc)]

Die Frequenz mit ca. 1kHz sollte passen.

Evtl. haben die Kondensatoren nur noch ca. 2nF.
Sind ja schon etwas älter.

[Tobias (600ohm)]

Danke für die Antwort.
In Zwischenzeit habe ich die Software LtspiceIV von 2014 mit wine zum 
Laufen bekommen (leider keine Chance mit der aktuellen 64bit für Win10) 
und konnte damit simulieren. Das Ergebnis weicht doch deutlich ab. Mit 
meinem leicht angepassten Hühnerfutter (R1=3,3K R statt 3K PTC) komme 
ich auf 791Hz. Trotzdem passt die Simulation nicht zur akustischen 
Messung. Mit viel Phantasie könnte man sagen, dass es die 3.Oberwelle 
ist, die heraussticht. Smartphone-Mic und der Kleinlautsprecher sind 
sicher nicht besonders linear. Da kann eine Oberwelle schon Resonanz 
haben. Aber kommt dadurch das komplette Spektrum durcheinander?
Ich müsste wohl mal direkt ein DSO an den Ausgang anschließen, statt 
akustisch zu messen. Ich habe aber gerade keines zur Hand.

Ja, die Kerkos sind in der Tat schon sehr alt und haben sicher keine 
exakten 3n9. Auch die eingesetzen billigen Kohelschichtwiderstände haben 
sicherlich gewisse Toleranzen (5-10%). Das könnte die Abweichungen 
erklären. Trotzdem ist es noch mein bester/meistgenutzer 
Durchgangsprüfer. Da ich nie an Netzspannung messe, habe ich auf den 
(schwierig zu beschaffenden) PTC verzichtet.

Jetzt ist die Frage, wie ich so ein Durchgangsprüfer auf einen kleinen 
Messbereich anspassen kann. Dachte so an 0-100Ohm oder besser an 0-50Ohm 
oder gar 0-10Ohm. Vermute mit Tausch einiger Widerstände ist es nicht 
getan und es bedarf einer komplett anderen Schaltung (eventuell mit 
Opamp?).

[Arno R. (arnor)]

Tobias schrieb:
> Jetzt ist die Frage, wie ich so ein Durchgangsprüfer auf einen kleinen
> Messbereich anspassen kann. Dachte so an 0-100Ohm oder besser an 0-50Ohm
> oder gar 0-10Ohm. Vermute mit Tausch einiger Widerstände ist es nicht
> getan und es bedarf einer komplett anderen Schaltung (eventuell mit
> Opamp?).

Ja, man braucht eine andere Schaltung. Natürlich kann man was mit OPVs 
bauen, aber auch andere Lösungen sind möglich. Du hast übrigens nicht 
gesagt wie sich die Frequenz zum gemessenen Widerstand verhalten soll.

Im Anhang eine Schaltung, die mit abnehmendem Meßwiderstand (R7) auch 
die Frequenz reduziert. Bei R7=0 ist auch die Frequenz=0. Das kann man 
aber auch umgekehrt machen. T1/T2 und T3/T4 müssen gut gekoppelt sein 
und gleiche Daten haben, wie z.B. BCV61/62. Notfalls gehen aber auch 
diskrete Transistoren.

[Tobias (600ohm)]

Arno R. schrieb:

> Im Anhang eine Schaltung, die mit abnehmendem Meßwiderstand (R7) auch
> die Frequenz reduziert. Bei R7=0 ist auch die Frequenz=0. Das kann man
> aber auch umgekehrt machen. T1/T2 und T3/T4 müssen gut gekoppelt sein
> und gleiche Daten haben, wie z.B. BCV61/62. Notfalls gehen aber auch
> diskrete Transistoren.

Danke für die Schaltung. Der TLC555 ist wohl ein moderner NE555. Der 
Rest sieht irgendwie nach einer Art Messbrücke aus?
Ja, es soll leider genau umgekehrt sein. Bei 0 Ohm Durchgang soll es ja 
gerade Piepen (irgendein fester Piepton 1-2kHz). Dann wäre es schön, 
dass man quasi jedes Ohm schon hören könnte im Frequenzniedergang, um 
schlechte Kontakte ausfindig zu machen und auch Übergangswiderstände zu 
bemerken. Noch besser wäre für so etwas natürlich eine 4-Leiter Messung 
(mit jeweils 2pol. Sonden oder Kelvin-Klemmen), damit 
Übergangswiderstände keine Rolle mehr spielen. So eine Schaltung wäre 
aber vermutlich sehr schwierig. Solche Messgeräte sind schließlich 
relativ teuer.

[Arno R. (arnor)]

> Ja, es soll leider genau umgekehrt sein. Bei 0 Ohm Durchgang soll es ja
> gerade Piepen (irgendein fester Piepton 1-2kHz). Dann wäre es schön,
> dass man quasi jedes Ohm schon hören könnte im Frequenzniedergang, um
> schlechte Kontakte ausfindig zu machen und auch Übergangswiderstände zu
> bemerken.

Bitte sehr. Bei R7=100Ohm ist die Frequenz=0, bei R7=0Ohm ist die 
Frequenz etwas über 1kHz.

[Manfred P. (pruckelfred)]

Tobias schrieb:
> In Zwischenzeit

.. hätte ich das zusammengelötet, wenn ich wirklich Interesse daran 
hätte.

[Tobias (600ohm)]

Arno R. schrieb:
>> Ja, es soll leider genau umgekehrt sein. Bei 0 Ohm Durchgang soll es ja
>> gerade Piepen (irgendein fester Piepton 1-2kHz). Dann wäre es schön,
>> dass man quasi jedes Ohm schon hören könnte im Frequenzniedergang, um
>> schlechte Kontakte ausfindig zu machen und auch Übergangswiderstände zu
>> bemerken.
>
> Bitte sehr. Bei R7=100Ohm ist die Frequenz=0, bei R7=0Ohm ist die
> Frequenz etwas über 1kHz.

Danke für den Vorschlag. Der TLC555 ist nun endlich angekommen. Leider 
funktioniert die Schaltung bei mir nicht, was dann vermutlich an den 
Transistoren liegt. Ich habe BC547 und BC557 Kleinsignaltransistoren 
verwendet. Die genannten BCV61/62 habe ich nur in Mini-SMD Bauform 
gefunden, womit ich nichts anfangen kann in meinem Alter.
Wie ist der Kleinlautsprecher an VF1 anzuschließen? Zuerst habe ihn mit 
100Ohm Vorwiderstand gegen GND probiert ohne Erfolg. Gegen VDD dagegen 
bekomme ich tatsächlich erst mal ein 1kHz Signal. Erhöhe ich R7 in 
diskreten Schritten, dann scheint es erst zu klappen doch irgendwann 
(zwischen 50-90Ohm) schwillt die Schwingung von alleine ab und erlischt 
ganz. Es ist dann nur noch ein ganz kurzes Knacken im Lautsprecher zu 
hören mit ca. 1Hz. Selbst bei R7=0Ohm schwingt er nun nicht mehr (1Hz 
Knacken bleibt). Spannungsquelle kurz ausschalten, Kondensator entladen, 
etc. bringt auch alles nichts. Offensichtlich ist es ein thermisches 
Problem, denn wenn die Spannungsquelle länger weg war, dann funktioniert 
es nach wenigen Minuten wieder bei R7=0Ohm. Erhöhe ich R7 dann driftet 
er zwischen 50-90Ohm wieder weg.

Erhöhe ich den Vorwiderstand(!) vom Lautsprecher, dann driftet er sofort 
weg - auch bei R7=0Ohm, weg.

Die Schaltung scheint so leider sehr empfindlich zu sein und nicht 
praxistauglich. So wird das nichts.


Meine neue Idee ist nun, dass ganze indirekt mit einem Mikrocontroller 
über einen Shunt zu realisieren. So kann ich auch parallel den 
Widerstandswert auf ein Display anzeigen und dazu gewünsche Frequenz 
selbst generieren. Außerdem kann ich den Messstrom über Shunt und Höhe 
der Spannungsquelle auch viel leicher selbst bestimmen. Ich wollte eh 
schon immer ein Widerstandsmessgerät mit kleinem Innenwiderstand.

[Rainer W. (rawi)]

Josef C. schrieb:
> Evtl. haben die Kondensatoren nur noch ca. 2nF.
> Sind ja schon etwas älter.

Wo siehst du da Elektolytkondensatoren? Andere haben das Problem nicht.
Oder hast du schon einmal einen Keramik- oder Folienkondensator in den 
Fingern gehabt, der auf Grund von Alterung Kapazität verloren hat?

[Arno R. (arnor)]

Tobias schrieb:
> Leider funktioniert die Schaltung bei mir nicht

Tobias schrieb:
> Gegen VDD dagegen bekomme ich tatsächlich erst mal ein 1kHz Signal.

Funktioniert also doch. Der TLC555 kann keine niederohmigen Lasten wie 
etwa Lautsprecher treiben, schon gar nicht gegen Masse. Du brauchst eine 
Leistungsstufe wie etwa einen kleinen Mosfet am Ausgang des TLC.

Tobias schrieb:
> Offensichtlich ist es ein thermisches
> Problem, denn wenn die Spannungsquelle länger weg war, dann funktioniert
> es nach wenigen Minuten wieder bei R7=0Ohm.

Das zeigt doch ganz klar, das da was überlastet ist...

Tobias schrieb:
> Die Schaltung scheint so leider sehr empfindlich zu sein und nicht
> praxistauglich. So wird das nichts.

Die Schaltung funktioniert, da kannst du ganz sicher sein. Im Übrigen 
kannst du auch mit einem µC keinen Lautsprecher direkt treiben.

[H. H. (hhinz)]

Arno R. schrieb:
> Im Übrigen
> kannst du auch mit einem µC keinen Lautsprecher direkt treiben.

Es gibt schon ausreichend hochohmige Lautsprecher.

[Tobias (600ohm)]

Arno R. schrieb:

>> Offensichtlich ist es ein thermisches
>> Problem, denn wenn die Spannungsquelle länger weg war, dann funktioniert
>> es nach wenigen Minuten wieder bei R7=0Ohm.
>
> Das zeigt doch ganz klar, das da was überlastet ist...

Nein, wie ich schrieb funktionierte es gar nicht, wenn ich den 
Vorwiderstand des Lautsprechers höher gewählt habe als 100Ohm. Mit 
100Ohm ist er mir eigentlich viel zu laut.
Sei's drum. Ich habe als neue Endstufe noch mal ein zusätzlichen BC557 
spendiert und die Schaltung genauso aufgebaut, wie im Schaltplan meines 
Ausgangsbeitrags: Also T3 BC557, R6=4,7K (Basisvorwiderstand) nach VF1 
und R7=470Ohm (Lautsprecher Vorwiderstand). Der Kleinlautsprecher, den 
ich zum Testen verwende, ist mit "50Ohm 0,3W" spezifiziert.
Mit der neuen Zusatzstufe funktioniert es jetzt tatsächlich nach dem 
Einschalten, aber noch schlechter als vorher: Er schwingt mit den 1kHz 
an (bei R7=0Ohm), aber schon bei 30-40Ohm Messwiderstand fängt er an 
abzuschwillen und erstummt. Das 1Hz Ticken, was ich zuvor noch hatte, 
ist nun allerdings weg! Am LS liegt dagegen weiterhin Spannung an. Wenn 
ich jetzt aus- und einschalte höre ich nur ein einmaliges Ticken im LS. 
Die Schaltung nimmt laut Labornetzteil nun (=kein Ton mehr aber LS 
offensichtlich durchgeschaltet) 26mA auf. Ohne sind es 17mA.

Ich habe jetzt nach kurzer Abkühlphase (per Handfühlung wird übrigens 
kein Bauteil heiß!) mal direkt mit R7=40Ohm gestartet. Es war ca. 
10Sekunden Ton da, der kontinuierlich (bzw. zum Ende hin schneller) 
abgeschwollen ist bis zum Erstummen. Der Strom steigt dabei tatsächlich 
an! Erst langsam von 20->21mA und gegen Ende relativ schnell auf 25mA.

Der 474 Folienkondensator, den ich nutze, ist messtechnisch (Multimeter) 
natürlich auch in Ordnung. Liegt bei 458nF laut Multimeter


> Tobias schrieb:
>> Die Schaltung scheint so leider sehr empfindlich zu sein und nicht
>> praxistauglich. So wird das nichts.
>
> Die Schaltung funktioniert, da kannst du ganz sicher sein.

Vielleicht in der Simulation mit idealen Transistoren. Vielleicht auch 
mit den von Dir erwähnten besseren Transistoren.

Nachtrag: Ich habe nun mal ins Datenblatt des TLC555 geschaut. Klar, 
dass es ohne Ausgangstransistor nur gegen VDD funktioniert hat: Er kann 
150mA gegen GND, aber nur 15mA gegen VDD schalten. Also doch leider kein 
1zu1 Ersatz zum NE555.

[H. H. (hhinz)]

Tobias schrieb:
> Also doch leider kein
> 1zu1 Ersatz zum NE555.

Natürlich nicht, das sollte er ja gerade nicht sein.