Spannungstest

[CowZ]

Hi,

da ich den einen Teil meines neuen Moduls jetzt fertig habe (Siehe dieser Thread (https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=20394)), habe ich eine Frage, wie ich den anderen realisieren soll.

Es geht um eine Spannungsüberprüfung. Eine LED soll leuchten, wenn die Spannung zwischen 4,5 und 5,5V liegt. Es wäre toll, wenn ich eure Lösung verstehen kann und das ganze dann auf 12V umstellen kann :)

Könnte man das ganze mit zwei Zenerdioden aufbauen? (Siehe Anhang)

Gruß, CowZ
edit: Zenerdioden richtig rum...

[Mobius]

Hum, mal nur so eine Frage in den Raum, sollten beide Z-Dioden nicht verkehrt eingesetzt sein? Weil ja dann D1 durchsteuern (avalache-Effekt) bei 4,5V würde (LED fangt an zu leuchten) und D2 dann erst zu leiten beginnt, wenn die Spannung über 5,5V steigt. So arbeiten sie doch nur als einfache Dioden, oder hab ich da was grundlegendes übersehen!?

Halt nur so ein Gedanke, bin mir auch nciht wirklich sicher (ist schon ein wenig zu spät ^^)
MfG
Mobius

[CowZ]

Äh.. ups.. Ja.. Ansich..

Ja, also an alle: Die Zener-Dioden bitte genau anders rum sehen ;)

Danke ;) (dummer Fehler... ich und Dioden... das klappt irgendwie nie..)

Gruß, CowZ

edit: hab's oben mal verbessert...

[dennisstrehl]

Wenn bei der Schaltung eine Spannung > 5,5V angelegt wird, wird die untere Z-Diode zwar leitend, aber nur soweit, dass die Spannung gerade noch 5,5V beträgt.
In diesem Fall leuchtet die LED also weiterhin.

Bei der unteren Schaltschwelle müsstest du außerdem die Flussspannung der LED (je nach Farbe unterschiedlich) berücksichtigen und die obere Z-Diode entsprechend verkleinern.

Ich würd's lieber mit nem Fensterkomparator lösen, siehe www.elektronik-kompendium.de unter Schaltungstechnik/OpAmp.

MfG

[shaun]

Tu was Dennis sagt :) Nee im Ernst: die Schaltung da oben tut Folgendes (und die Z-Dioden sind, wenn das Plus links der Eingang für die zu überwachende Spannung sein soll doch richtig gepolt!): bei einer roten LED wird diese ab ca. 6,3V anfangen zu glimmen, dann immer heller werden und bei etwas mehr als 10V brennen dann die Z-Dioden ab, weil der Strom durch sie nicht begrenzt wird. Z-Dioden sind relativ ungenau und haben keine so wirklich steile Kennlinie. Mit einem Fensterkomparator bist Du richtig bedient.

[dennisstrehl]

Wenn du dann noch ein NOR dahinterschaltest, hast du am Ausgang übrigens nen High-Pegel wenn die Spannung zwischen 4,5 Volt und 5,5 Volt liegt.

Ein OR macht genau das Gegenteil, dann hast du Low-Pegel wenn das Signal in dem Bereich liegt. Wenn du dann die LED gegen Vcc schaltest (mit Vorwiderstand natürlich), leuchtet die LED wenn die Spannung sich in dem Bereich befindet.

[shaun]

Ein NOR kann natürlich wie jede logische Funktion auch anders als durch ein entsprechendes IC mit Gattern drin realisiert werden. Wenn Du zB zwei Komparatoren mit offenem Kollektor (LM393) benutzt und die Schwellen so legst, dass einer seinen Ausgang auf low zieht, wenn die Spannung unter 4.5V ist und der andere dies tut, wenn sie über 5.5V steigt, dann die beiden Ausgänge zusammenschaltest und daran zum einen die LED nach Masse und den LED-Vorwiderstand nach Plus schaltest, hast Du eine Nicht-Oder-Verknüpfung realisiert: wenn Komparator 1 ODER 2 aktiv ist (=low) dann ziehe der LED den Strom ab, so dass sie NICHT leuchtet.

[CowZ]

Hi,

das mit dem Fensterkomparator sieht echt gut aus :)

Ich habe nur noch nicht raus, wie ich die Widerstände dimensionieren soll... (erstmal für 4,5V - 5,5V)

edit: Das ganze funktioniert doch auch, wenn ich die Versorgungsspannung messe, oder? Also nicht, dass der Komparator genau 5V haben muss um das zu messen ;)

Gruß CowZ

[dennisstrehl]

"Das ganze funktioniert doch auch, wenn ich die Versorgungsspannung messe, oder?"

Wenn man den Komparator mit der zu messenden Spannung beteibt, muss man nen paar Sachen beachten.
1. Müssen die Vergleichsspannungen (Urefo und Urefu) konstant sein, nämlich 4,5 Volt und 5,5 Volt. Dazu braucht man ne höhere Spannung :\
2. Der Opamp müsste einer sein, der Eingangsspannungen verkraftet, die über der Versorgungsspannung liegen, da er sonst bei niedrigen Versorgungsspannungen zerstört werden könnte oder zumindest nicht mehr richtig misst.

Besser wäre es, wenn du ne separate Versorgungsspannung von mindestens 6 Volt dafür hättest.

[CowZ]

Ja, ok, so was habe ich schon befürchtet :(

Sieht dann eher schlecht aus... Naja, schade, dann lass ich das Feature wohl weg :|

Gruß, CowZ

[dennisstrehl]

Eine Möglichkeit wäre, die zwei Referenzspannungen mit Z-Dioden zu erzeugen, und zwar 2,25V und 2,75V (wird man allerdings nicht so genau hinbekommen). Diese Spannungen nutzt man dann als Referenzspannungen.
Die Eingangsspannung halbiert man dann mit nem 1:1 Spannungsteiler, und benutzt diese halbierte Spannung als Messpannung.

Die Genauigkeit wird dann allerdings nicht so toll sein.

Wenn man ne höhere Genauigkeit braucht, könnte man noch andere Referenzen benutzten und entsprechende Spanungsteiler, aber das wird wieder aufwändiger.

MfG

[shaun]

Naja, er könnte auch die zu messende Spannung zB durch zwei teilen und dann mit Referenzen von 2,25 und 2,75V vergleichen. Funktionieren kann es natürlich nur, wenn Du eine von der zu messenden Spannung unabhängige und konstante Referenz hast, so wie es aussieht musst Du diese als erstmal erzeugen. Ich würde vorschlagen, Du nimmt als Schwelle 2,5V (zB mit einem TL431 oder LM336 erzeugen) und dimensionierst die Spannungsteiler vor den Komparatoren so, dass der eine bei 4,5V am Eingang gerade die 2,5V überschreitet, der andere erst bei 5,5V. Ich beschreibe mal die Schaltung, Du kannst sie ja bei Bedarf abmalen, posten und weitere Fragen stellen, ich habe gerade keine Lust zu malen.Du nimmst Dir einen LM393 und verbindest erstmal die Versorgungsspannung (die wohl die zu überwachende Spannung ist, richtig?): +5V an Pin 8, Masse an Pin 4. Nun erzeugst Du Dir mit einem TL431 eine Referenz, das Ding sieht aus wie ein Transistor und steckt in fast jedem PC-Schaltnetzteil. Den mittleren Pin legst Du an Masse, die beiden äusseren verbindest Du miteinander und dann mit Pin 3 und Pin 6 des LM393. Ausserdem schliesst Du hier noch einen Widerstand nach +5V an, so 2,2kOhm oder so. Damit hast Du an den beiden Eingängen schon mal eine 2,5V-Referenz.
Nun der Spannungsteiler: an Pin 5 musst Du 2,5V haben, sobald die Versorgung 4,5V übersteigt, an Pin 2 müssen diese 2,5V erreicht werden, wenn 5,5V überschritten werden. Dazu brauchst Du eine Kette aus 3 Widerständen: R1 von +5V zu Pin 5, R2 von Pin 5 zu Pin 2 und R3 von Pin 2 zur Masse. Diese bilden einen Spannungsteiler, der folgende Bedingung erfüllen muss: R3/(R1+R2+R3)=2,5V/5,5V und (R2+R3)/(R1+R2+R3)=2,5V/4,5V. Man sieht sofort: klare Werte gibt das nicht, nur die Verhälnisse der Widerstände zueinander. Weil ich eben schon mal 2,2k verbaut habe, nehme ich für R3 nochmal 2,2k. Daraus folgt, dass R1+R2+R3=4840 Ohm sein muss. Da (R2+2,2k)/4840 Ohm=0,555... sein muss, ist R2 also 489 Ohm - nehmen wir mal 470 Ohm. Bleiben für R1 2170, also nochmal 2200 Ohm. Das ist insofern einleuchtend, als dass Deine Schwellen symmetrisch um 5V liegen und die Referenz gerade die Hälfte dieser 5V sind. Wie ungenau wir durch die Annahme von 470 Ohm sind, lässt sich einfach ausrechnen: die untere Grenze liegt bei 2,5V/((470+2200)/(470+2200+2200))=4,56V, die obere bei 5,53V.
Nun muss der Zustand noch irgendwie angezeigt werden, dazu schliesst Du die beiden Ausgänge des LM393, Pin 1 und Pin 7, zusammen an die Anode einer LED an, Kathode kommt an Masse, und ausserdem kommt an die LM-Pins und die Anode noch ein Vorwiderstand nach +5V, für 10mA LED-Strom also zB. (5V-1,7V)/10mA=330 Ohm.

[kalledom]

Warum nimmst Du keinen Fensterdiskriminator TCA965 ? Kostet bei R 3,65€.
Gurgel mal nach diesem Begriff, jede Menge Schaltpläne und Anleitungen.

[shaun]

Findest Du den TCA wirklich so sinnvoll für diese Anwendung? Ich meine, die Anforderung ist doch recht klar umrissen: Lampe an wenn Spannung ausserhalb des geforderten Bereiches. Das heisst, der TCA hat schon mal ein paar Ausgänge, die nicht gebraucht werden. Also ersetzt der TCA nicht mehr als den LM393 und den TL431 in meinem Vorschlag, denn Spannungsteiler braucht man so oder so. Die Referenz des TCA kann fast 10% daneben liegen, so dass für die Überwachung einer 5V-Speisung zB für einen Controller auch noch ein Abgleich nötig ist. Eins habe ich allerdings bei meinem Vorschlag unterschlagen: die Schaltung zieht auch wenn nichts leuchtet richtig Strom (sogar mehr als wenn die LED leuchtet). Das lässt sich mit einem Widerstand und einem Transistor jedoch lösen, und ich wage mal zu behaupten, dass ein 393, ein 431 und ein Transistor immer noch billiger ist als der TCA. Trotzdem, der 965 ist ein nettes IC, ich hatte auch viel Spass mit ihm und seit er wohl doch wieder produziert wird kann man ihn auch wieder empfehlen.

[kalledom]

Hallo shaun,
Deinen langen Beitrag habe ich bis jetzt immer nur angefangen zu lesen, dann überkommt mich die Faulheit und Unlust; sorry.
Ob ein TCA sinnvoll ist, ist eigentlich nicht die Frage; er erfüllt die geforderte Aufgabe sehr gut und präzise. Mit nur einem IC und einigen passiven Bauteilen, die bei jeder anderen Schaltung ebenfalls erfoderlich sind, ist der Aufwand recht klein. Ob die Kosten geringer sind, wage auch ich zu bezweifeln, deshalb habe ich auch den Preis dazu geschrieben.
Einige Pins bleiben beim LM393 auch frei.

[shaun]

Nö, bleiben sie bei meinem Vorschlag nicht, aber das ist ja eigentlich auch recht egal. Ich meinte damit eher, dass der TCA mit seiner Dekodierlogik für die Anwendung nicht unbedingt nötig ist, man also in diesem Punkt keine Zusatzlogik braucht, wenn man mit einzelnen Komparatoren arbeitet. Sobald noch Logik dazu kommt und diese nicht nur LEDs ansteuern soll, sondern verwertbare Logikpegel liefern soll, ist der TCA sicher einfacher.
Zum Preisvergleich (Reichelt): LM393: 0,10, TL 431: 0,10, BC548B (für die Stromspar-Variante): 0,04, 2 Widerstände mehr als für den TCA965 nötig: 0,20 - macht 44 Cent. TCA965: 3,90. Bei beiden Ansätzen kommen noch die drei Widerstände für die Schwellen, der LED-Vorwiderstand und die LED dazu. Zum Präzisionsvergleich: TL431 2.495V +/-55mV für die 10-Cent-Version: +/-2,2% Fehler, für 4 Cent mehr (A-Typ): +/-1 % Fehler. TCA965: 3V +/-0,2V: +/-6,7% Fehler, jeweils zzgl. des Fehlers durch die Spannungsteilerkette.
Die Länge des Beitrags rührt wohl vor allem von der Schaltungsbeschreibung mit Berechnung her, daher denke ich nicht, dass sich da für Dich irgendwas Neues ergeben wird. Daher bist Du also entschuldigt :)
Der TCA wurde schon mal abgekündigt, gegen solche Bauteile sträube ich mich immer etwas. Ich hab neulich erst eine Ersatzschaltung für einen Ferranti-D/A-Wandler basteln dürfen, weil eine englische Firma meinte, '99 noch Lagerbestände von dem Ding verbauen zu müssen.

[CowZ]

Hi,

danke für euren Beiträge :)
Wenn das mit den Preisen so stimmt, tendiere ich sehr zu der Variante von shaun :) Aber die LED sollte leuchten, wenn die Spannung OK, also im Bereich von 4,5 und 5,5V liegt, nicht andersrum :)

(Dazu kommt auch noch, dass der TCA abgekündigt worde, laut Datenblatt: "Not for new design")

Gruß, CowZ

[shaun]

Huhu,
so isses auch gedacht. Einer der Komparatoren zieht den Strom von der LED ab, wenn die Spannung unter 4,5V liegt, der andere, wenn sie über 5,5V ist. Dazwischen ist keiner der beiden Ausgänge low und die LED kann leuchten.
Den TCA soll es inzwischen wieder regulär geben, wahrscheinlich brauchten zu viele neue ICs für ihre Autobatterie-Anzeigebausätze von Conrad :)

[CowZ]

Danke nochmal vielmals für die ganzen Berechnungen und Erklärungen :)

Kannst du dir nochmal folgenden Schaltplan angucken, ob ich das so richtig verstanden habe?

[shaun]

Das Schaltsymbol vom LM431 stimmt so nicht. Wenn ich schreibe, die beiden Äusseren, meine ich damit die Beinchen am realen Bauelement, nicht an Deinem Schaltsymbol. Die Anschlüsse, die ich meinte, sind die Kathode und der ADJ-Pin. Die Anode, die am Baualement mittig ist, kommt an Masse. Ansonsten sieht's gut aus.

[CowZ]

Mhh ok, war ansich auch so geplant... hab mich wohl im Datenblatt verguckt, was außen is...

Vielen Dank nochmal :) Jetzt hab ich's verbessert und setz mich an's layouten :)

edit: kannst du mir jetzt noch sagen, wie ich das ganze auf +12V umbauen kann? Ich würde nämlich gerne zwei von diesen Schaltungen haben, oder per Jumper umschalten (was wesentlich eleganter wäre :))

[CowZ]

Hi,

*push*

Wie muss ich die Schaltung modifizieren, damit ich mir 12V (also meinetwegen ~11,5 - 12,5) anzeigen lassen kann?

Gruß, CowZ

[shaun]

Hee, Du hast Dich doch für die Berechnungen brav bedankt, dann vollzieh' sie gefälligst auch nach :) Du musst den oberen Widerstand des Spannungsteilers aus den (jetzt) 2k2-470R-2k2 ändern. Wie darfst Du jetzt selbst mal ausrechnen, wenn Du ein Ergebnis hast, prüf ich's auch nach. Vorher muss ich erstmal den Kundenkram vom Tisch haben, da ich auch mal Feierabend brauche. So. ;)

[CowZ]

Du hast ja Recht *g* :)

Also, ich habe R3 wieder als 2,2k gewählt. Dann ergibt sich folgende Rechnung:
2,2k / (R1+R2+R3) = 0,2
2,2k / 0,2 = R1+R2+R3
11k = R1+R2+R3

(R2+2,2k) / 11k = 2,5/11,5
=> R2 = 191Ohm

R1+R2+R3 = 11k
R1 = 11k - R2 - R3
R1 = 11k - 191 - 2200
R1 = 8609Ohm

Stimmt das so?

Gruß, CowZ