CMOS Gatter als Komperator ?

Hallo!

Ich möchte ein CMOS Gatter mit einem Transistor am Ausgang (A) als von Akkuspannung abhängigen Schalter für Mikrostepper in meinem Solarbot ausnutzen. Mein Prinzip ist gleich, wie dort: https://www.roboternetz.de/community...C2%B5C-messen? . Könnte es wie skizziert funktionieren ? :confused:

Code:

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            VCC=2 bis 2,7V variabel (Akkuspannung)
              +
              |
          +--+
          |  |
          .-. |
        R | | |
          | | |
          '-' | 1/6 74HC14
          | |\
          +-| >O-> A
          | |/
    LM385 z  |
    1,2V  A ===
          | GND
          ===
          GND

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

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Ich versuch mal die Schaltung nachzuvollziehen:

Also, der 74HC14 ist ein Schmitt-Trigger (invertierend).

Das Gatter schaltet also nur, wenn du mit der Eingangsspannung entweder sehr nahe an die Versorgungsspannung oder sehr nahe an GND kommst. Wenn du dich irgendwo in der Mitte dazwischen hin und her bewegst, passiert nichts.

Mit der Z-Diode willst du die Eingangsspannung bei konstanten 1.2V halten. (R = Vorwiderstand für die Z Diode).
-> 1.2V ist deine Schaltschwelle, bei welcher der "Komparator" schalten soll.


Beim Aufstarten mit VCC = 2.7V liegst du mit 1.2V am Eingang etwa in der Mitte des Schaltbereichs -> "keine Änderung", somit Anfangszustand unbekannt da Eingangsspannung weder nahe VCC noch GND ist.


Wenn VCC nun absinkt, so wird das Gatter logisch '0', sobald VCC ~= 1.2V erreicht (Eingang erreicht Schmitt-Trigger Schwelle).
-> Dieser Teil dürfte funktionieren.


Wenn VCC wieder ansteigt, so wird sich nichts verändern, weil die Eingangsspannung sich wiederum nur in den undefinierten Bereich zwischen den Schaltschwellen des Schmitt-Triggers bewegt.
-> keine Änderung.


So wie ich das sehe, funktioniert die Schaltung im momentanen Zustand nicht, weil die untere Schaltschwelle nie erreicht wird und der Ausgang somit nie den Zustandswechsel von logisch '0' auf logisch '1' machen kann. Dies müsste jedoch beim Aufstarten passieren, damit es später beim Erreichen der kritischen Akkuspannung wieder von '1' auf '0' schalten kann.

Vielleicht kannst du das Gatter "initialisieren", indem du z.B. einen Kondensator parallel zur Z-Diode schaltest, welcher beim Einschalten dafür sorgt, dass die Eingangsspannung kurzzeitig 0V beträgt (lange genug, dass das Gatter schalten kann)?

Hallo Jonny!

Danke dir für deinen gescheiterten Versuch die Schaltung nachzuvollziehen. Die Frage habe ich nur deshalb gestellt, weil ich immer sowohl sinnloses Basteln als auch Kommentare vermeinden versuche. ;)

Hm, jetzt versteh ich nicht mehr was du wolltest...

Wenn die Schaltung doch funktioniert, würd ich aber gern wissen, wie :)

Das ist bisher noch nicht ausprobierte Schaltung ("verrückte Idee"), die ich, falls niemand ein Denkfehler findet, aufbauen und prüfen werde. :)

Vereinfachte Erklärung (basierend auf Datebblätter für CMOS):

Umschaltpunkt ohne Hysterese Ug = 1/2 VCC
Hysterese Uh = 1/3 VCC
oberer Umschaltpunkt mit Hysterese Uhh = Ug + Uh = 2/3 VCC
unterer Umschaltpunkt mit Hysterese Ulh = Ug - Uh = 1/3 VCC
Rechnerich komme ich dann für VCC = 2,7 V auf Uhh = 1,8 V und für VCC = 2 V auf Ulh = 0,6(6) V.

Ich bin eben nicht sicher, was sich mit Varieren der VCC ändert und das muss ich praktisch ermitteln, da ich die Zenerspannung aus "dem Bauch" genommen und nur ums Prinzip gefragt habe. ;)

Ich habe gerade Mal in ein Datenblatt von NXP gesehen:
Spannung für eingehendes L->H: ca. 0.6VCC .. 0.5VCC (Abnehmend mit steigender Versorgungsspannung)
Spannung für eingehendes H->L: ca. 0.26VCC .. 0.31VCC (Zunehmend mit steigender Versorgungsspannung)

Was bedeutet das für deine Schaltung? Du wirst mit Vin = 1.2V bei einer Unterschreitung von VCC = ca. 2,2V ein eingehendes High (und damit als Ausgangssignal ein Low) bekommen. Wenn dann die Versorgungsspannung wieder steigt, wird der Komparator bei einer Überschreitung von ca. 4,2V auf High umschalten.

Hoffe mich nicht verrechnet zu haben, die Werte wurden aus dem NXP-Datenblatt extrapoliert.

mfG
Markus

Hallo markusj!

Auf so eine Bestätigung habe ich gewartet, also herzlichsten Dank ! :D

Jetzt kann ich es ruhig aufbauen und damit spielen. Eigentlich am wichtigsten für mich ist, dass der Motor erst beim vollem Akku (ca. 2,7 V) eingeschaltet wird und die Abschaltspannung wäre praktisch egal, weil die Schaltung sowieso unter 2 V angeblich nicht geht. Dann muss ich nur, für konkreten Exemplar vom IC, für mich optimale Vin mit Trimmpoti finden, da ich die Schaltung nur einmal brauche.

Das wird nicht reichen. Der Spannungshub 2V .. 2,7V reicht nicht aus, um den Motor einzuschalten. Es geht nur die Gegenrichtung (aus). Zum Zurücksetzen müsstest du über die 4,2V kommen. Du könntest dir damit behelfen, die Eingangsspannung weiter zu reduzieren.

Moment, Mal schnell ausrechnen:
L->H (2V): 1,2V und H->L (2V): 0,52V
L->H (2,7V): 1,62V und H->L (2,7V): 0,7V

Damit kannst du über einen Poti (Spannungsteiler) dafür sorgen, dass Vin knapp unter 0,7V liegt. Dann schaltet der Trigger von einem vorherigen Low-Ausgang (letztes Eingangssignal: High) auf High-Ausgang, weil 0,7V unter der Schwellspannung liegt. ABER: Du kriegst das nur genau einmal hin. Zum Zurücksetzen müsste Vin über 1,2V (bei leerem Akku) bzw. 1,6V (bei vollem Akku) kommen. Die Hysterese ist zu groß (bzw. im falschen Bereich)

Ich würde dir eine Schaltungsalternative vorschlagen, bei der du eine bessere Kontrolle über die Hysterese hast:
Referenzspannung -> Widerstand -> Inverter (ohne Schmitt-Eigenschaft) -> Rückkoppelung zum Eingang des Inverters über einen weiteren Widerstand.
Damit kannst du über das Verhältnis der beiden Widerstände einstellen, wie groß die Hysterese ist. Die Hysterese selbst sollte symmetrisch um den Umschaltpunkt des Inverters angeordnet sein, bei Bedarf kannst du die Referenzspannung entsprechend nach oben/unten "verbiegen", um da optimal zu liegen.

mfG
Markus

Noch ein Nachtrag: Akkus mögen Tiefentlade-Schutschaltungen. Wirklich ;) Ein Verzicht bedeutet einen vorzeitigen Tod des Akkus.

Vieeelen Dank für weitere Erklärung und optimalen Vorschlag. :D

Das habe ich schon vermutet, dass besser ein "normaler" CMOS Gatter (z.B. 74HC04 bzw. 74HC00 als Inverter) mit mitells zwei Widerständen einstellbarer Hysterese wäre. Aber das Prinzip ist schon richtig, was am erfreuerlichsten für mich ist.

Die Akkuspannung kann ich eben nicht ändern, aber sonst alles daran anpassen. Mit den SMD CMOS IC's sollte es einfacher und effizienter sein, als bisher üblich für BEAM-er benutzte Blink-LED's + Transistoren. Hoffentlich lassen sich die freie Gätter auch noch sinnvoll verwenden. :)

Ich werde natürlich versuchen die Umschaltspannungen auf ca. 2 und 2,7 V für die zwei seriell geschaltete Ni-MH Akkus (15 mAh) festzulegen um das Überladen bzw. Tiefendladen zu vermeiden.

Eine kleine Korrektur noch: Du musst zwei Inverter in Reihe schalten. Nach dem ersten Inverter hätte die Rückkoppelung genau den gegenteiligen Effekt, das ganze würde im Worst-Case sogar noch wild schwingen. Oder du nimmst ein AND bei dem du beide Pins zusammenschließt. Oder ein OR, oder ... Speziell die AND-Lösung hätte den Vorteil, dass du den zweiten Eingang evtl. als Abschaltsignal o.ä. für andere Zwecke nutzen könntest.

mfG
Markus