Mein Problem ist folgendes:
Ich habe ein Drawdio-DIY-Kit (https://github.com/watterott/Drawdio/blob/master/hardware/Drawdio_v10.pdf) in die Finger bekommen und aufgebaut.
Das Kit funktioniert auch.
Im Anschluss wollte ich die Schaltung, anstatt mit einer Mikrozelle, mit einer Knopfzelle (CR2032) betreiben.
Die dazugehörige Schaltung habe ich erstmal auf einem Breadboard aufgebaut und getestet.
Auch diese Konstellation funktioniert.
Die Laufzeit mit der Knopfzelle und den Bauteilen vom Bausatz betrug ca. 6h.
Jetzt habe ich das PCB einmal selbst mit Fritzing erstellt und entsprechende Bauteile bestellt.
Wenn ich nun die Schaltung mit meinen Bauteilen aufbaue (Breadboard), beträgt die Laufzeit nur ca. 6 bis 8 Minuten.
Auch hier wollte ich der Sache auf den Grund gehen, also habe ich ein Gleichstromnetzteil (3Vdc) anstatt der Batterie angeschlossen und mal die Stromaufnahme beider Varianten mit einem TRMS-DMM festgehalten:
BJT aus dem Kit (BC 327 25-F23):
$$I_{IN} = \sqrt{105,6^2+86,9^2}mA = 136,8mA$$
Alternativer BJT (CTBC 327-25 LS):
$$I_{IN} = \sqrt{124,0^2+116,7^2}mA = 170,7mA$$
Die etwas erhöhte Stromaufnahme kann, meiner Einschätung nach, also nicht der Grund für die stark verringerte Laufzeit sein.
Ich verstehe Grundsätzlich nicht, warum sich die beiden BJTs verscheiden verhalten, wenn doch beide vom Typ BC327-25 sind.
Auf welche Parameter muss man besonders bei dieser Schaltung achten?
Möglichst hoher Verstärkungsfaktor bei geringer Kollektor-Emitter-Sättingsspannung?
Im Zusammenhang mit Obigen, ist mir die Verstärkerschaltung insgesamt nicht ganz transparent (High-Side-Switch?).
Ich würde davon ausgehen, dass diese einen Basiswiderstand benötigt um den maximalen Strom, der in den Timerausgang fließt, zu begrenzen (oder ist dieser vom Ausgangswiderstand des Timers begrenzt?).
Ich komme hier leider an meine Wissensgrenzen und meine bisherige Recherche hat mich nicht wesentlich weiter gebracht.
Ich hoffe also, dass mir jemand in diesem Forum helfen kann.
Falls noch weitere Informationen gebraucht werden, reiche ich diese natürlich gerne nach.
Jetzt war ich fast geneigt ein Statement auf diesen Post abzugeben... bis einem dann auffällt, dass der TO genau einen (in Ziffern 1) Beitrag hier geschrieben hat, und zwar diesen hier.
Die Schaltung auf der verlinkten Seite hat in der einfachen PNP-Emitterstufe so viele Dinge, die man nicht macht und die offensichtlich sind, dass man auf die Idee kommen könnte, dass das absicht ist.
Ich verstehe Grundsätzlich nicht, warum sich die beiden BJTs verscheiden
verhalten, wenn doch beide vom Typ BC327-25 sind.
Jeder der auch nur ansatzweise das erste mal mit Transistoren hantiert weiß, dass da über 100% Toleranz bezüglich des Verstärkungsfaktors auftreten können.
Das sieht doch irgendwie nach einer quadratischen Addition in einem phasenverschobenen Dreieck aus (bei der dann aber entweder Widerstände oder Spannungen angegeben sind und keine Ströme)
Und auch die Schaltung selbst (auch wenn sie nur im originalen mit 1,5V betrieben wird): einer Emitterschaltung keinen Basisvorwiderstand zu geben ist schon arg. Sobald der Timer Low-Pegel hat, wird der Basisstrom des Transistors nur vom internen Widerstand des Timers begrenzt.
Zudem: Kollektorwiderstand 10 Ohm um dann über einen Kondensator an einen Lautsprecher auszukoppeln? Bei jedem High-Signal fließen durch den 10 Ohm Widerstand (bei 1,5V) unnötige 150mA ... und das ganze bei Batteriebetrieb.
Die Schaltung ist grober Unsinn. Der Transistor wird ohne Basiswiderstand betrieben. Und die 10 Ohm nach Masse fressen (bei 3V) satte 300mA deines wertvollen Batteriestroms, so viel liefert deine Lithiumknopfzelle gar nicht, deren Spannung bricht ein, mit undefinierten Ruckwirkungen auf die Schaltung.
Immerhin geht der Transistor nicht kaputt, weil der TLC551 nicht so viel Strom liefert, aber dass es je nach Aufbau und Betriebsspannung nicht funktioniert, liegt daran. Lege 1kOhm in die Basisleitung, und erhöhe den 10Ohm auf zumindest 100 Ohm, damit es irgendwie trotzdem geht.
Man könnte eine ordentliche Verstärkerstufe nachschalten. Aber das bringt nichts, wenn es die Batterie überfordert. Ein Lithiumknopfzelle bringt maximal 20mA.
Als nimm besser einen Piezolautsprecher https://www.reichelt.de/piezolautsprecher-lsp-2030-lsp-2030-p145895.html direkt (ohne 100uF, ohne 10 Ohm, ohne PNP) am Q Ausgang des TLC551, der überfordert weder den TLC551 noch die Batterie. Er wird nicht so laut weil er statt 16Vpp nur 3Vpp bekommt, aber ich denke er wird ausreichend laut sein, und er bringt unter 300Hz kaum was, aber das ist halt so.
Nimm für Q1 einen NPN (BC337) und vertausche Emitter und Kollektor und erhöhe R2 auf 100R.
Durch diese Maßnahme erhälst du einen Emitterfolger, der bei Low-Ansteuerung keinen Ruhestrom benötigt und das Dreiecksignal verzerrungsfrei wiedergeben kann.
Und das Beste: Das Layout muss nicht verändert werden und Fertigungstoleranzen des Transistors sind unkritisch, weil die Verstärkung sowieso nur v=1 beträgt.
Ich sehe gerade, das Problem ist von von Michael B.
im Prinzip schon beantwortet worden.
von Michael B. schrieb:
Die Schaltung ist grober Unsinn. Der Transistor wird ohne
Basiswiderstand betrieben. Und die 10 Ohm nach Masse fressen (bei 3V)
satte 300mA deines wertvollen Batteriestroms, so viel liefert deine
Lithiumknopfzelle gar nicht, deren Spannung bricht ein, mit
undefinierten Ruckwirkungen auf die Schaltung.
Ich möchte Dir auf deine Anmerkungen und Fragen gerne so gut ich kann antworten.
Entschuldige bitte, dass ich nicht erwähnt habe, dass dies mein erster Beitrag ist. Vielleicht kann man hier etwas "Welpenschutz" walten lassen :)
Ein Troll bin aber ich sicher nicht und Drawdio ist ein beliebter Bausatz, der tatsächlich so vertrieben wird.
Neben dem Github-Repository ist er unter anderem auch hier (https://makezine.com/projects/drawdio-musical-pencil/) in ähnlicher Konfiguration zu finden.
Das Parameter, wie gerade beim Gleichstromverstärkungsfaktor, (immense) Tolleranzen aufweist ist mir bewusst.
Für den von mir ausgewählten BJT beträgt dieser:
$$h_{FE} = 160\dots 400$$
(Nachzulesen im Dateinblatt meinem ersten Post).
Ich gehe aber stark davon aus, dass der BC327 aus dem Kit, nicht zufälligerweise den richtigen Wert hat, da der Bausatz ja in Serie produziert wird. So etwas wäre dem Hersteller sicher aufgefallen.
Der Wert für die Stromaufnahme oben setzt sich aus dem gemessen Effektivwert des Wechselanteils und dem Gleichanteil zusammen, die geometrisch addiert werden.
Die geometrische Addition ist eine Konsequenz der allgemeinen Effektivwertberechnung für Mischgrößen, hat aber mit Phasenverschiebung, bis auf die ähnliche Form, nichts zu tun.
Die Vermutung, dass der Basisstrom nur vom Ausgangswiderstand (OUT) des 555s begrenzt wird, hatte ich auch, bin mir da aber nicht 100% sicher, ob nicht evtl. andere Mechanismen greifen, welche ich momentan nicht auf dem Schirm habe.
Ja, über R2 wird Leistung verbraten, allerdings ist dieser nicht unnötig. Ohne R2 kann sich C2 nicht entladen, wenn der BJT sperrt.
C2 ist seinerseits notwendig, um zum einen den Gleichanteil am Lautsprecher zu blocken, zum anderen um die Membran des Lautsprechers in beide Richtungen auslenken zu lassen (in die eine Richtung, wenn der BJT durchschaltet und in die entgegensetzte, wenn der BJT sperrt und sich C2 über R2 entlädt).
Ich hoffe ich konnte dir und evtl. anderen etwas Klarheit verschaffen.
Es ist korrekt, dass die Knopfzelle nicht den Strom liefern kann wie das Netzteil. Der Grund warum ich ein Netzteil benutzt habe ist, da ich checken wollte, was passiert, wenn der Strom nicht durch die von der Knopfzelle maximal lieferbare Stromstärke begrenzt wird und um nicht X Knopfzellen aufzubrauchen.
Wenn ich es richtig in Erinnerung habe liefert die Knopfzelle 30mA ... 40mA.
Der Timer wirkt allerdings nicht als Quelle, sondern als Senke für IB (es ist ja ein PNP-BJT).
Bei Zuschalten eines 1k Basiswiderstandes reduziert sich die Lautstärke deutlich. U_CE erhöht sich mit den 1k von 1,4V auf 2,8V.
Heiß wird übrigends auch nichts.
Einen Piezosummer habe ich spaßeshalber auch schon ausprobiert.
Da ist das Problem das Summer in einem bestimmten, kleinen Frequenzbereich sehr laut sind und außerhalb dieses Bereiches unbefriedigend leiser.
Primär interessiert mich eigentlich, warum die gegebene Schaltung mit dem BJT aus dem Kit zuverlässig und mit langer Laufzeit funktioniert bzw. so angeboten wird.
Hast du da vielleicht eine Idee?
Übermäßig heiß wird allerdings nichts. Ich habe jedes Bauteil mit meinem körpereigenen Temperatursensor (Zeigefinger) überprüft. Alle Bauteile haben gefühlt Zimmertemperatur.
Vielen Dank für deinen Vorschlag. Ich probiere das parallel mal aus, nur interessiert mich eigentlich, warum es mit dem BC 327 25-F23 funktioniert und dem CTBC 327-25 LS nicht. Hast du dazu vielleicht eine Idee oder kannst du mir weitere Information über die gegeben Schaltung geben?
Weißt du beispielsweise wie man diese Transistorstufe bezeichnet?
Ich habe dazu auch folgenden Beitrag gefunden, von dem ich nicht sicher bin, ob er auch für die Drawdio-Schaltung gilt:
Primär interessiert mich eigentlich, warum die gegebene Schaltung mit
dem BJT aus dem Kit zuverlässig und mit langer Laufzeit funktioniert
bzw. so angeboten wird.
Gab ja schon einige Anmerkungen, so wie die Schaltung original aussieht, macht sie schön Kurzschlüsse.
Es kann passieren, dass solche Bauteile wie der Timer dann besonders viel Strom ziehen, wenn die Versorgungsspannung zu klein ist. Entweder der Timer selbst schon oder im Kontext mit der Beschaltung.
Möglicherweise funktioniert die Schaltung gerade so mit dem einen Transistor, mit dem anderen ist der Stromverbrauch aber ein paar Prozent höher was dazu führt, das die Versorgungsspannung weiter einbricht und der Stromverbrauch in der Folge nochmal deutlich ansteigt. Sprich so dicht an der Kante kann es sein, als geringe Bauteiltoleranzen darüber entscheiden, ob's geht oder nicht. Vielleicht reicht schon etwas mehr oder weniger Kontaktwiderstand auf dem Steckbrett.
Also Basiswiderstand und die anderen Hinweise beachten (Strom sparen). Und einen Stützkondensator parallel zu Batterie ist auch nicht verkehrt.
Wenn ich es richtig in Erinnerung habe liefert die Knopfzelle 30mA ...
40mA.
Dabei bricht aber die Spannung auf 0V ein, das ist der Kurzschlussstrom.
Bei Zuschalten eines 1k Basiswiderstandes reduziert sich die Lautstärke
deutlich.
Das ist ja auch sinnvoll und gewünscht, denn den Strom für die Lautstärke bei vollem Basisstrom des TLC551 kann die Knopfzelle nicht liefern. Schon gar nicht mit 10 Ohm am Kollektor.
Primär interessiert mich eigentlich, warum die gegebene Schaltung mit
dem BJT aus dem Kit zuverlässig und mit langer Laufzeit funktioniert
bzw. so angeboten wird
Sie funktioniert nicht zuverlässig. Es stellt sich ein Strom ein, bei dem die Batteriespannung gerade so weit in die Knie gezwungen wird, dass eben nicht mehr Strom fliessen kann. Dieser 'Arbeitspunkt' stellt sich auf Grund von Nebenwerten der Bauteile ein, der Leistung des TLC551 Ausgangs, der Stromverstärkung des Transistors, dem Innenwiderstand und Ladezustand der Batterie. Deine Transistoren haben unterschiedliche Stromverstärkung und unterschiedliche Steilheit, und schon funktioniert es nicht mehr bzw. anders.
Das ist einfach schlechtes Design, weil diese Nebenwerte nur grob spezifiziert sind.
Es nützt jetzt auch nichts, statt dem PNP einen ordentlichen, für 3V geeigneten Verstärker wie LM4865M nachzuschalten, weil die Batterie den Strom nicht bringt.
Du brauchst einen schwächeren (hochohmigeren) Lautsprecher, und der kann dann direkt (über einen 100uF Elko) an den TLC551 Ausgang, denn der kann die 20mA, die man der Batterie zumuten kann, leicht selber.
Ich habe in der Zwischenzeit nochmal gemessen:
Die Knopfzellenspannung beträgt initial (d.h. nach ca. 2 Minuten Betrieb) ungefähr 1,7V (bei I_IN = 30mA).
Nach einer Stunde betrieb ungefähr 1,5V (I_IN = 20mA).
Was mich auch irritiert ist, dass bei Betrieb mit Netzgerät mit Konstantspannungseinstellung (3V) der Strom ca. 150mA beträgt (siehe oben).
Wenn die Basis direkt auf GND liegt (OUT-Ausgang des Timers ist LOW) sollte doch das Netzgerät in die Strombegrenzung gehen (auf 300mA eingestellt).
Reicht eventuell der Ausgangswiderstand des Timers aus um den Basisstrom zu begrenzen so, dass dieser quasi als Basiswiderstand fungiert?
Was hälst du von dieser Überlegung?
Du brauchst einen schwächeren (hochohmigeren) Lautsprecher
Einen hochohmigen Lautsprecher zu benutzen ist eine interessante Idee.
Mir waren bis jetzt nur Lautsprecher mit 8/16/32 Ohm bekannt (i.e. Impedanz bei Nennfrequenz des Lautsprechers).
Sie funktioniert nicht zuverlässig.
Ich habe mittlerweile ein zweites Kit. Auch dieser Läuft jetzt schon zwei Stunden mit der Knopfzelle.
Kannst du mir sagen ob alle BC327-25 Transistoren (d.h. herstellerunabhängig) den selben Verstärkungsfaktur (hier 160 bis 400) besitzen?
Ich habe mir ein paar Datenblätter angeschaut und bis jetzt keine Abweichung gefunden.
Ich weiß nicht genau um welchen BJT es sich bei dem Kit handelt, da ich nur die Beschriftung BC 327 25-F23 erkennen kann.
Reicht eventuell der Ausgangswiderstand des Timers aus um den Basisstrom
zu begrenzen
Nein. Der Digitalausgang eines IC darf nur bis zum im Datenblatt genannten Maximalstrom belastet werden. Mehr Strom und der IC hat alles Recht der Welt kaputt zu gehen Es ist nie in Ordnung, ihn einen BC327 ohne Basisvorwiderstand ansteuern zu lassen.
Deine 1.7V kommen wohl von den 0.7V des Transistors und 1V wenn der TLC551 den Basisstrom akzeptieren muss.
Mit 1kOhm werden es mehr als 1.7V sein (wobei die Messung per Multimeter nicht das Einbrechen der Spannung zeigt, ein Oszilloskop zeigt mehr vom Drama).
Einen hochohmigen Lautsprecher zu benutzen ist eine interessante Idee.
Mir waren bis jetzt nur Lautsprecher mit 8/16/32 Ohm bekannt (i.e.
Impedanz bei Nennfrequenz des Lautsprechers)
Dynamische Kapseln, zum Beispiel vom Feldfernsprecher haben 200 Ohm.
Verzerrten unterfordert (was sie so ja wären) wohl etwas weniger, und
@ > 1kOhm Lastimpedanz (= @ < 3mA) brächte eine Durchschnitts-CR2032
wohl längere Zeit grob >= 2,5V an Verstärker-Vcc.
