Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Selbsthaltung, Probleme mit Potenzial


von Micha B. (michaelmitch_m)


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Hallo zusammen,

Ich habe ein kleines Problem.
Die Schaltung, die ich mir ausgedacht habe (siehe Anhang) macht 
Folgendes:

Wird am J3 Wasser erkannt, schaltet Q1 VCC auf VSS
Am VSS hängt ein AMS1117 der mir aus 5V dann 3.3V macht für einen uC.
Schalte ich nun den Pin 1 vom Q2 (RS = Reset) auf VCC (also auf die 5V), 
wird die Selbsthaltung aufgelöst, VSS hat kein Saft mehr. Passt so weit!

Nun soll es aber so sein, dass ich nicht manuell RS auf VCC geben will, 
sondern der uC mir einen OUT auf HIGH schaltet und selbst die 
Selbsthaltung auflöst.
Und hier habe ich nun das Problem, dass das Reseten nur über VCC läuft, 
aber nicht über die 3.3V die am OUT vom uC liegen. Es liegt nicht am uC, 
auch wenn ich den RS direkt auf die 3.3V oder auf VSS gebe, passiert 
nichts.

Hätte jemand einen Tipp?

von Sherlock 🕵🏽‍♂️ (rubbel-die-katz)


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Q1 tut sicher nicht, was er soll. Er beginnt zu leiten, wenn die 
Spannung am Gate 2-4 Volt höher ist  als an Source. So viel Verlust hast 
du mindestens. Wenn der uC ordentlich Strom aufnimmt, wird der 
Spannungsabfall mich größer.

Unabhängig davon kann auch Q2 nicht tun, was er soll. Er leitet, wenn 
die Spannung an der Basis 0,7V höher ist, als an Emitter. Also noch 
höher als VCC.

Selbst wenn dieses Problem nicht wäre, hättest du nich ein anderes 
Problem: Wenn dein uC den Transistor zum Abschalten aktiviert, sinkt 
dessen Versorgungsspannung. Dadurch wird die Ansteuerung des Transistors 
schwächer  so dass die Versorgungsspannung wieder ansteigt.

Ein Irrtum ist hier, dass Transistoren nicht wie Relais (mit Hysterese) 
ein/aus schalten. Das sind analoge Bauteile!

Ein erster Schritt zur Korrektur wäre den Q2  da oben weg zu nehmen und 
ihn stattdessen dazu benutzen, den Q4 aus zu schalten. Also Emitter an 
GND und Kollektor am Gate von Q4. Vor die Basis muss ein Vorwiderstand, 
und vor das Gate von Q4 kommt auch ein Vorwiderstand.

Q1 kommt ganz weg. Stattdessen ist Drain von Q3 dein Ausgang.

Q3 musst du durch ein anderes Modell ersetzten, dessen RDSon für 5V 
spezifiziert ist.

Es kann aber sein, dass dir ganze Chose trotzdem nicht funktioniert, 
weil der Mikrocontroller das Abschaltsignal nicht lange genug geben 
kann. Ich würde das ganz anders aufbauen, mit einem Flipflop.

: Bearbeitet durch User
von Flip B. (frickelfreak)


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wurde die schaltung von einem LLM erdacht?

von Sherlock 🕵🏽‍♂️ (rubbel-die-katz)


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Flip B. schrieb:
> wurde die schaltung von einem LLM erdacht?

Eher von einem Selbstmörder. Oder jemand, der auf Einwegprodukte 
spezialisiert ist.

von Sherlock 🕵🏽‍♂️ (rubbel-die-katz)


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Noch was: Wegen Gleichstrom wird der Wassersensor an einem Pol rasch 
korrodieren, und am anderen Pol werden sich Mineralien ablagern, welche 
den Stromfluss allmählich bis auf Null reduzieren.

Langfristig funktioniert sowas nur mit Wechselstrom.

: Bearbeitet durch User
von Hans (ths23)


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Sherlock 🕵🏽‍♂️ schrieb:
> Unabhängig davon kann auch Q2 nicht tun, was er soll.

Zumal er auch noch falsch herum eingebaut ist.

von Enrico E. (pussy_brauser)


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Micha B. schrieb:
> auch wenn ich den RS direkt auf die 3.3V oder auf VSS gebe, passiert
> nichts.

Sherlock 🕵🏽‍♂️ schrieb:
> Ein erster Schritt zur Korrektur wäre den Q2  da oben weg zu nehmen und
> ihn stattdessen dazu benutzen, den Q4 aus zu schalten. Also Emitter an
> GND und Kollektor am Gate von Q4. Vor die Basis muss ein Vorwiderstand,
> und vor das Gate von Q4 kommt auch ein Vorwiderstand.

Genau DAS sollte man mal ausprobieren.

von Sherlock 🕵🏽‍♂️ (rubbel-die-katz)


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Enrico E. schrieb:
> Genau DAS sollte man mal ausprobieren.

Ja

Und Q1 weg lassen, der funktioniert nicht. Und für Q3 einen P-Kanal 
Mosfet benutzen, der für 5V spezifiziert ist. Dessen Drain ist dann der 
Ausgang der Schaltung.

: Bearbeitet durch User
von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Micha B. schrieb:
> schaltet Q1 VCC auf VSS
Für Jemand, der schon länger damit zu tun hat, ist das das Schlimmste, 
was passieren kann, denn Vdd ist die positive Versorgung und Vss die 
Negative. Dazwischen hängt der GND.
Alternativ ist in der Digitaltechnik Vdd die positive Versorgung und Vss 
der GND.
Und niemals käme so jemand auf die Ide, Vdd mit Vss zu verbinden. Dazu 
ein kleiner Merksatz, der im Dialekt hier ganz gut funktioniert:
Vdd kommt von "der druggt" (der drückt) und Vss von "sell saugt" 
(selbiger saugt). Dann wird einem (zusammen mit der technischen 
Stromrichtung) recht schnell klar, was wohin gehört.

Micha B. schrieb:
> auch wenn ich den RS direkt auf die 3.3V oder auf VSS gebe, passiert
> nichts.
Weil die Bodydiode im Q1 auch bei hochohmiger DS-STrecke leitet, wird 
Vss höchstens auf Vdd-0,5V abfallen können.

Ein Wort zu diesen vielen verpolten Bauteilen: die Pfeile in den 
Symbolen bedeuten, dass das Bauteil in diese Richtung den (technischen) 
Strom leitet, der von "plus" nach "minus" fließt. Und wenn man dann noch 
weiß, dass ein bipolarer Transistor leitet, wenn Strom durch die 
BE-Diode fließt, dann wird schnell klar, warum der Q2 falsch herum drin 
ist. Genauso schnell wird einem klar, warum der Q1 als Diode geschaltet 
ist...


Sherlock 🕵🏽‍♂️ schrieb:
> Unabhängig davon kann auch Q2 nicht tun, was er soll. Er leitet, wenn
> die Spannung an der Basis 0,7V höher ist, als an Emitter. Also noch
> höher als VCC.
Du verwechselst das mit den isolierten Gates von Mosfets. Denn hier wird 
lustigerweise der Q2 sogar irgendwie "funktionieren", wenn die Spannung 
an der Basis so hoch wird, dass die BC-Diode leitet. Nur leitet er halt 
ganz schlecht mit einer lausigen Stromverstärkung. Denn die hier 
angewendete Schaltung heißt "Bipolartransistor im Inversbetrieb":
- https://www.google.com/search?q=bipolartransistor+inversbetrieb

Micha B. schrieb:
> Hätte jemand einen Tipp?
Was willst du denn überhaupt machen? Den Wasserstand anhand der 
Leitfähigkeit erkennen und dann den µC einschalten, bis der sich selbst 
wieder ausschaltet?
Dann ist dir aber schon klar, dass du diese Selbshaltung prinzipiell 
nicht ausschalten kannst, so lange die Fühlerkontakte belegt sind? Oder 
andersrum: du kannst sie zwar ausschalten, die Selbsthaltung schaltet 
sich aber sofort danach wieder ein...

von Hans (ths23)


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Lothar M. schrieb:
> Für Jemand, der schon länger damit zu tun hat, ist das das Schlimmste,
> was passieren kann, denn Vdd ist die positive Versorgung und Vss die
> Negative. ...
VDD kommt aber weder in dem Schaltplan noch in der Beschreibung des TO 
vor.
Die Bezeichnung der Eingangsspannung mit VCC ist ja prinzipiell korrekt, 
da mit VCC eine positve Versorgungsspannung bezeichnet wird. Die 
Bezeichnung VSS ist allerdings, wenn man die allgemein üblichen 
Definitionen für Spannungsbezeichnungen berücksichtigt, hier fehl am 
Platze. Besser wären in diesem Fall vermutlich die Bezeichnungen Vin und 
Vout gewesen. Das ist aber nur im Endeffekt erst mal nur ne Bezeichnung, 
die, auch wenn sie nicht korrekt ist, für gewünschte Funktion nicht 
relevant.
Vielmehr hat TO ganz offensichtlich ein Problem damit, 
Halbleiterbauelemente elektrisch korrekt in die Schaltung einzusetzen. 
Q1 und Q2 sind beide falsch herum in der Schaltung. Für den p-Kanal FET 
gilt, daß das Sourcepotential größer als das Drainpotential ist, 
demzufolge gehört Source vom Q1 beim TO an Vcc. Damit wäre dann auch 
gleich das Problem mit der Bodydiode gelöst.
Q3 und Q4 sind überflüssig, wenn man den Q2 anders anordnet, indem man 
Q2 einfach zu J3 parallel schaltet  - Emitter natürlich an GND. Basis 
kommt über einen Spannungsteiler an die Ausgangsspannung. Sobald jetz Q1 
eingeschalten hat, bekommt Q2 Basisstrom, öffnet und zieht das Gate von 
Q1 nach GND, womit dieser ebenfalls geöffnet bleibt. Zum Unterbrechen 
der Selbsthaltung wird einfach das Basispotential von Q2 (über eine 
richtig gepolte Diode) kurzzeitig nach GND gezogen.

: Bearbeitet durch User
von Micha B. (michaelmitch_m)


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Oj oj oj...
Danke... jaaa Q1 ist tatsächlich falsch eingezeichnet... Auf meinem 
Aufbau aber ist der aber Korrekt..
SORRYYY!!!!!

Und ja, E-Technik ist bei mir schon ewig her :)

Worum geht es?!

Sobald die beiden Kontakte nur kurz mit Wasser in Berührung kommen soll 
Q1 VCC "durchschalten" Ich will also am Drain eine Spannung haben um 
eben einen DC/DC mit einem uC zu betreiben.

War Kontakt mit Wasser geht das ganze in Selbsthaltung, der uC läuft!

Bis hierher funktioniert das ganze auch.

Dann soll der uC seine paar Aufgaben machen und nach einer Weile über 
einen GPIO die ganze Schaltung wieder in Ruhe versetzen.

In Ruhe versetzt werden kann die wenn ich die Gates von Q1 bzw Q3 auf 
VCC lege. Das funktioniert.. Nur der uC hat kein VCC sondern nur seine 
3.3V

von Enrico E. (pussy_brauser)


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Micha B. schrieb:
> Nur der uC hat kein VCC sondern nur seine 3.3V

Diese 3,3V kann man nutzen, um Q3 für das Rücksetzen anzusteuern.

Nur wenn die beiden Elektroden dann immer noch im Wasser stecken 
sollten, dann schaltet sich die Schaltung nach Beendigung des 
Resetimpulses wieder ein!

von Hans (ths23)


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Micha B. schrieb:
> In Ruhe versetzt werden kann die wenn ich die Gates von Q1 bzw Q3 auf
> VCC lege. Das funktioniert.. Nur der uC hat kein VCC sondern nur seine
> 3.3V

Deshalb die Lösung ohne Q3 und Q4 die braucht es nicht. Der FET, 1 
Transistor und ein bissel Hühnerfutter drum rum reicht. Rücksetzen 
erfolgt, wenn man den Reseteingang auf GND zieht. Wenn man es anders 
herum haben möchte, dann so wie vom Pussy_brauser

PS: Die Diode ist falsch rum drin - bitte umdrehen.

: Bearbeitet durch User
von Rainer W. (rawi)


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Micha B. schrieb:
> Wird am J3 Wasser erkannt, schaltet Q1 VCC auf VSS
> Am VSS hängt ein AMS1117 der mir aus 5V dann 3.3V macht für einen uC.

VSS steht gewöhnlich für eine negative Versorgungsspannung, VCC für eine 
positive. Falls du dich nicht an solche Konventionen hältst, wäre es für 
das Verständnis hilfreich, wenn du das explizit adressierst.

Wie ist das mit dem AMS1117 gemeint?

: Bearbeitet durch User
von Enrico E. (pussy_brauser)


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Hans schrieb:
> Die Diode ist falsch rum drin - bitte umdrehen.

Falls die Flussspannung von D1 zu hoch sein sollte, oder der uC nicht 
weit genug auf GND runter ziehen kann, dann könnte man für D1 auch eine 
Schottkydiode einsetzen.

Bei meiner Schaltung hatte ich noch den Pull-Up Widerstand R1 vergessen 
einzuzeichnen.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Hans schrieb:
> VDD kommt weder in dem Schaltplan noch in der Beschreibung des TO vor.
Stimmt, also streiche dd aus meiner Beschreibung und setze cc ein. Der 
Rest gilt weiterhin.

> Besser wären in diesem Fall vermutlich die Bezeichnungen Vin und Vout
Vin und Vout sind genauso generisch und nichtssagend. Wenn, dann Vbat 
und Vuc, denn dann weiß ich, wo die Batterie und wo der µC hingehört.

Besser sind aber meist konkrete Werte wie "+12V" und "+12Vsw" (von 
"switched"). Denn mit Vdd musst man erst noch ein halbes Jahr suchen, ob 
das Messgerät nun mit 9V schon einen brauchbaren Wert anzeigt, oder ob 
der zu klein oder zu groß ist. Bei "+12V" weiß ich, dass gemessene 9V 
auf einen Fehler hindeuten.

BTW: Woher kommen denn diese dd, ss, cc, ee, die man so üblicherweise 
hinter dem V findet?

Die kommen von  **d**rain, **s**ource, **c**ollector und **e**mitter. 
Denn dort waren bei den ersten Logikfamilien diese Spannungen 
angeschlossen. Und wenn man das weiß, dass Vcc eigenlich 
"Kollektorversorgungsspannung" heißt, dann denkt man sich schnell einen 
anderen Namen für seine eigenen Spannungen aus.

Enrico E. schrieb:
> 20250413_231411.jpg
Es ist ungeschickt, den "Zurücksetz-Impuls" high-aktiv zu machen, denn
1. ist der Ausgang eines µC bis zur Initialisierung evtl. ein Eingang 
mit Pullup. Die Selbsthaltung wird also gleich beim ersten Bestromen des 
µC ausgehebelt.
2. muss der Controller Ausgang ein "high" ausgeben, bis er ausgeschaltet 
ist. Das ist ungeschickt, wenn er sich grade selber den Saft abdrehen 
will.

Merke: Selbsthaltung immer mit einem High-Pegel am Ausgang. Denn dann 
bedeutet Low = Aus. Und das ist ja der Zustand des Pins bei 0V an dessen 
Vcc-Pin.

: Bearbeitet durch Moderator
von Udo S. (urschmitt)


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Die eigentliche Frage ist doch:
Welches Problem will der TO mit dieser Schaltung lösen.
Klingt für mich irgendwie nach einem Sumpf den er leer pumpen möchte.

Micha B. schrieb:
> War Kontakt mit Wasser geht das ganze in Selbsthaltung, der uC läuft!
>
> Bis hierher funktioniert das ganze auch.
>
> Dann soll der uC seine paar Aufgaben machen und nach einer Weile über
> einen GPIO die ganze Schaltung wieder in Ruhe versetzen.

Warum eine komplizierte Selbsthalteschaltung, wenn man sowieso einen µC 
hat der die Steuerung übernimmt. Der kann auch die Selbsthaltung machen.

von Hans (ths23)


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Lothar M. schrieb:
> "+12Vsw" (von
> "switched").
Ist eben auch wieder so eine Eigenschöpfung von Dir, deren Bedeutung 
vermutlich nur Du kennst.

Lothar M. schrieb:
> Vin und Vout sind genauso generisch und nichtssagend. Wenn, dann Vbat
> und Vuc, denn dann weiß ich, wo die Batterie und wo der µC hingehört.
Ach komm das ist doch Käse was Du hier schreibst und das weist Du auch 
selbst. Ein jeder kann vermutlich was mit Ein- bzw. Ausgangsspannung 
anfangen, auch wenn Vin und Vout neudeutsch sind. Früher hätte man 
einfach gesagt Ue und Ua und jeder hätte gewußt worum es geht. Man 
betrachte die Schaltung einfach als Blackbox und da geht halt auf der 
einen Seite was rein und auf der anderen kommt was raus und gut ist. Für 
die Funktion der Schaltung ist es auch völlig unerheblich ob da am 
Eingang eine Batterie oder irgend eine andere Spannungsversorgung dran 
hängt und was da als Ausgangslast dran hängt ist ebenfalls völlig wumpe.

Lothar M. schrieb:
> Besser sind aber meist konkrete Werte wie "+12V" und "+12Vsw" (von
> "switched").
Auch das ist in diesem Falle nicht gefragt und für die Funktion der 
Schaltung völlig uninteressant. Die funktioniert bei entsprechender 
Bauteilauslegeung vermutlich auch mit 5V, 12V, 24V oder auch ganz 
anderen Spannungen. Bei Prinzipschaltungen werden in aller Regel eh 
keine konkreten Angaben zu den Werten gemacht - da geht es eben nur ums 
Funktionsprinzip.

Lothar M. schrieb:
> Denn mit Vdd musst man erst noch ein halbes Jahr suchen, ob
> das Messgerät nun mit 9V schon einen brauchbaren Wert anzeigt, oder ob
> der zu klein oder zu groß ist. Bei "+12V" weiß ich, dass gemessene 9V
> auf einen Fehler hindeuten.
Oh Gott das ist jetzt das allergrößte Problem. Ich verliere natürlich 
wertvolle zehntel Sekunden an Lebenszeit, wenn ich mich mit meinem 
Messgerät von höheren Messbereichen aus heran taste. Das war durchaus 
gängiges Vorgehen damit man sein wertvolles Instrument nicht himmelte. 
Heutzutage wo alle gängigen Multimeter Autorangig beherrschen ist das 
doch völlig wumpe, da habe ich sofort einen Messwert. Ob der in Ordnung 
ist oder eher nicht muß ich dann dem konkreten Schaltplan, der 
Reparaturanleitung etc. entnehmen. Wenn ich weis daß es sich, wie im 
konkreten Fall um einen Schalter handeln soll, dann sind absolute 
Spannungen für die Funktionsprüfung eh uninteressant. Da ist nur wichtig 
das die Spannung nach dem Schalter, also Vout, im eingeschalteten 
Zustand in etwa genau so groß ist wie die Spannung vor dem Schalter, 
also Vin.

Man muß nicht immer Probleme konstruieren wo keine sind und vor allem 
auch dann nicht wenn nicht danach gefragt wurde.

: Bearbeitet durch User
von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


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Eine Schaltung die zwei stabile Zustände (Selbsthaltung) hat,
nennt sich von der Logig her ein SR-Flip-Flop, oder auch
bistabiler Multivibrator. Kann man mit Transistoren machen,
oder auch mit ICs. Das typische daran ist die gegenseitige
Rückkopplung zweier Schaltstufen, daß bewirkt die Selbsthaltung.

https://www.elektronik-kompendium.de/sites/dig/0209302.htm

von Hans (ths23)


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Udo S. schrieb:
> Warum eine komplizierte Selbsthalteschaltung, wenn man sowieso einen µC
> hat der die Steuerung übernimmt. Der kann auch die Selbsthaltung machen.
Keine Ahnung, ich halte es eh für übertriebenen Aufwand. Für so eine 
Aufgabe braucht es eigentlich auch keinen µC.

Ich habe so was mal für meinen Kumpel für eine Pumpensteuerung für einen 
Regenwassersammelbehälter gebaut. Ich hatte das seinerzeit mit einem 
D151 + 1Transistor + 1 Relais gelöst. Ja der D151 ist ein TTL-Gatter, 
aber so etwas hat man eben vor 40 Jahren benutzt. Angesteuert wurde das 
Ganze mit zwei Reedkontakten, die von einem Schwimmer mit Magneten 
betätigt wurden. Das Ding funktioniert heute noch.

von Micha B. (michaelmitch_m)


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Enrico E. schrieb:
> Hans schrieb:
>> Die Diode ist falsch rum drin - bitte umdrehen.
>
> Falls die Flussspannung von D1 zu hoch sein sollte, oder der uC nicht
> weit genug auf GND runter ziehen kann, dann könnte man für D1 auch eine
> Schottkydiode einsetzen.
>
> Bei meiner Schaltung hatte ich noch den Pull-Up Widerstand R1 vergessen
> einzuzeichnen.

Deine Schaltung scheint zu funktionieren:)
Der Sensor regiert hier aber sowohl auf HIGH als auch auf LOW, was aber 
im Grunde egal ist..
Ich habe hinter D1 (also auf RESET) jetzt noch einen Pull-Up gesetzt. 
der uC geht auf HIGH beim starten und wenn er Resetet zieht er den GPIO 
auf LOW und schaltet alles ab!

Danke!

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