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Hallo zusammen,

Hätte kurz eine Frage bezüglich einer Schutzbeschaltung vor Überspannung
an OPV und Schaltungseingängen.
Anbei eine Schaltung, wobei der Eingang der Schaltung (X2-X4/LSX) direkt von einem 450m langem
Kabel kommt und direkt ohne sonstige Beschaltung an den Eingang des OPV's führt.
Für mich eine eher unzureichend gesicherte Schaltung!
Am Eingang liegt eine Spannung von ca. 1V (Low) und ca. 4,5V (H) an,
wobei ein Strom von 4mA oder 20mA fließt.
Wie wäre hier eine geeignete Schutzmaßnahme vorzusehen?
1. eine Sicherung, oder?
2. Shottky Dioden wie es hier
[[http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaere...]]
beschrieben wurde, leider ohne einer Beispieldimensionierung!
Vielleicht könnt ihr mir helfen, die Schaltung bezüglich Überspannungsschutz zu dimensionieren ggf. auch eine Schutzbeschaltung der Spannungsversorgung.

Beste Grüße, Thorsten

Hier der Link:
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/ovprot.htm

» Hier der Link:
» http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/ovprot.htm

Auch dort kann man lesen, das der Herr nicht Shottky sondern Schottky heißt, Walter Schottky, deutscher Physiker.

Küsschen, Julie

Hallo Thorsten,

» Hätte kurz eine Frage bezüglich einer Schutzbeschaltung vor Überspannung
» an OPV und Schaltungseingängen.
» Anbei eine Schaltung, wobei der Eingang der Schaltung (X2-X4/LSX) direkt
» von einem 450m langem
» Kabel kommt und direkt ohne sonstige Beschaltung an den Eingang des OPV's
» führt.
» Für mich eine eher unzureichend gesicherte Schaltung!

Absolut richtig!

» Am Eingang liegt eine Spannung von ca. 1V (Low) und ca. 4,5V (H) an,
» wobei ein Strom von 4mA oder 20mA fließt.

Warum setzt Du den Eingangswiderstand gleich auf 100 Ohm herab? Welchen Sinn soll das haben?

Diese 450 Meter - das ist ja sehr viel - die sind ja bei dieser Länge klar ausser Haus, oder?

Wenn ja, dann muss man sich u.U. überlegen ob da nicht eine komplexere Blitzschutzeinrichtung vorzusehen ist. Auf diese Thematik gehen meine Elektronik-Minikurse nicht ein. Da musst Du warten, bis sich sonst jemand meldet, der die entsprechende Erfahrung hat.

» Wie wäre hier eine geeignete Schutzmaßnahme vorzusehen?
» 1. eine Sicherung, oder?
» 2. Shottky Dioden wie es hier
» [[http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaere...]]
» http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/ovprot.htm
» beschrieben wurde, leider ohne einer Beispieldimensionierung:!

Beispieldimensionierung: Das hat sein guten Gründe, weil es kommt schon halt auch darauf an, wozu die Schaltung gebraucht wird. Hast Du denn Dir auch die Mühe genommen die Minikurs-Inhalte zu lesen.

Diese Minikurse sind im Stil von Praxis-Worshops geschrieben. Sie setzen also gewisse Grundlagenkenntnisse voraus. Allerdings scheint mir, dass Du diese hast...

In Bezug auf einen gesamten Schutz der Schaltung beim Einsatz dieser sehr langen Leitung, wäre es vernünftig, wenn Du ein wenig erzählst was Du vor hast, es sei das Ganze ist CIA-mässig top geheim.

Wenn es nur um den Schutz des Opamp geht, kannst Du diese Schaltung (reduziert auf einen Opamp) einsetzen. Du musst die Sache aeinfach noch umdenken vom Dualsupply- zum Singlesupply-Modus für Deine Anwendung.



Wenn das Rauschen kein Problem ist, kannst Du für R1 z.B. 100 k-Ohm wählen, weil der Eingangswiderstand dieser Opampschaltung ist hochohmig genug. Warum es R2 (etwa 1 bis 10 k-Ohm) benötigt, liest Du im Minikurs. Ich repetiere das hier nicht. Du kannst ganz normale Signaldioden, z.B. 1N914 einsetzen. Schottky ist nicht nötig.

Worstcase: Bei dieser langen Leitung empfehle ich Dir am Eingang der Schaltung ein Zink-Oxyd-Varistor und die Spannung vor gefährlichen Höhen zu schützen. Dies einfach als Minimal-Gesamtschutz.

Ich hoffe, das hilft Dir zusaetzlich weiter...

PS.: Wie kommst Du eigentlich auf eine Verstärkung von 100 beim Opamp, wenn die Eingangsspannung bereits einige Volt beträgt? Das bringt gar nichts. Oder wolltest Du einen Schmitt-Trigger realisieren? Das könnte Sinn machen. Dann aber musst Du die Eingänge vertauschen.

--
Gruss
Thomas

Buch von Patrick Schnabel und mir zum Timer-IC NE555 und LMC555:
https://tinyurl.com/zjshz4h9
Mein Buch zum Operations- u. Instrumentationsverstärker:
https://tinyurl.com/fumtu5z9

Hallo Thomas, Vielen Dank für deine Antwort!

Also es sieht folgender Maßen aus:
Ich habe an einem Ende eine Lichtschranke (24V/0V), wobei ich dieses Signal in ein 4mA/20mA Signal umwandle, um es über eine Leitung (450m) problemlos Übertragen zu können!
Die Umwandlung von Spg. in Strom habe ich mittels einer Spannungsabhängigen Konstantstromquelle realisiert, funktioniert alles einwandfrei, schon getestet!
Am anderen Ende der 450m langen Leitung hängt dann meine Schaltung. Mit dieser Schaltung möchte ich 2 Dinge realisieren: 1.) Ob die Lichtschranke anspricht (High oder Low) am Ausgang des Optokopplers und 2.) ob Kabelbruch vorherrscht (High oder Low am Optokoppler)!

Der 100Ohm Widerstand ist mein Shunt! Bei 4mA=1V und bei 20mA=4,5V (Werte etwas gerundet).
Der obere Teil der Schaltung wertet schlicht und einfach aus ob Lichtschranke anspricht (20mA/4,5V) oder nicht (4mA/1V).
Der untere Teil sollte für die Kabelbruch Detektion vorgesehen sein (leider ist mir keine "ideale" Lösung eingefallen, so Verstärke ich einfach (egal welches Signal anliegt) auf das 101-fache, wobei am Ausgang max. die Versorgungsspannung des OPV's anliegen kann (bei reelen OPV etwas unterhalb von VCC), sollte Leitungsbruch vorherrschen, so wir ein "Undefiniertes" Potential verstärkt, wobei am Ausgang dann rund 10mV oder weniger anliegen, mittels Optokoppler kann ich dann wieder am Ausgang dessen, zwischen High(Kabelbruch) und Low(alles OK) unterscheiden! Eine andere Lösungsvariante ist mir leider nicht eingefallen - sry

Optokoppler deshalb, da die Signale zu einem FPGA-Board führen!

» Diese 450 Meter - das ist ja sehr viel - die sind ja bei dieser Länge klar
» ausser Haus, oder?
Ja, im Freien!

» Wenn ja, dann muss man sich u.U. überlegen ob da nicht eine komplexere
» Blitzschutzeinrichtung vorzusehen ist. Auf diese Thematik gehen meine
» Elektronik-Minikurse nicht ein. Da musst Du warten, bis sich sonst jemand
» meldet, der die entsprechende Erfahrung hat.

Wird aber bei Schlechtwetter nicht betrieben, obwohl ein Blitzschutz sicherlich nicht außer acht gelassen werden sollte!

Anbei nochmals die überarbeitete Schaltung mit Varistor, DPOL (Verpolungsschutz) und der kleinen Überspannungsschutzeinrichtung!
R2 würde bei mir auf 1 Ohm ausfallen, da min. 20mV/20mA (max. Strom) = 1 Ohm!

Beste Grüße, Thorsten

» Hallo Thomas, Vielen Dank für deine Antwort!
»
» Also es sieht folgender Maßen aus:
» Ich habe an einem Ende eine Lichtschranke (24V/0V), wobei ich dieses Signal
» in ein 4mA/20mA Signal umwandle, um es über eine Leitung (450m) problemlos
» Übertragen zu können!
» Die Umwandlung von Spg. in Strom habe ich mittels einer Spannungsabhängigen
» Konstantstromquelle realisiert, funktioniert alles einwandfrei, schon
» getestet!
» Am anderen Ende der 450m langen Leitung hängt dann meine Schaltung. Mit
» dieser Schaltung möchte ich 2 Dinge realisieren: 1.) Ob die Lichtschranke
» anspricht (High oder Low) am Ausgang des Optokopplers und 2.) ob Kabelbruch
» vorherrscht (High oder Low am Optokoppler)!
»
» Der 100Ohm Widerstand ist mein Shunt! Bei 4mA=1V und bei 20mA=4,5V (Werte
» etwas gerundet).

Okay. Soweit klar.

» Der obere Teil der Schaltung wertet schlicht und einfach aus ob
» Lichtschranke anspricht (20mA/4,5V) oder nicht (4mA/1V).
» Der untere Teil sollte für die Kabelbruch Detektion vorgesehen sein (leider
» ist mir keine "ideale" Lösung eingefallen, so Verstärke ich einfach (egal
» welches Signal anliegt) auf das 101-fache,

Bei Leitungsunterbruch liegt ueber dem 100 Ohm Widerstand der GND-Pegel an.
Bei Nichtunterbruch hast Du stets eine Spannung weil 20/4.5 mA. Ich würde mir da was anderes ausdenken. Dazu habe ich jetzt keine Zeit, aber vielleicht jemand anders. Warte einfach ein bisschen.

» wobei am Ausgang max. die
» Versorgungsspannung des OPV's anliegen kann (bei reelen OPV etwas unterhalb
» von VCC), sollte Leitungsbruch vorherrschen, so wir ein "Undefiniertes"
» Potential verstärkt,

Nein, undefiniert ist es nicht, weil der LM324 hat einen Input-Commonmodebereich bis auf GND runter.

» wobei am Ausgang dann rund 10mV oder weniger anliegen,
» mittels Optokoppler kann ich dann wieder am Ausgang dessen, zwischen
» High(Kabelbruch) und Low(alles OK) unterscheiden! Eine andere
» Lösungsvariante ist mir leider nicht eingefallen - sry
»
» Optokoppler deshalb, da die Signale zu einem FPGA-Board führen!
»
» » Diese 450 Meter - das ist ja sehr viel - die sind ja bei dieser Länge
» klar
» » ausser Haus, oder?
» Ja, im Freien!
»
» » Wenn ja, dann muss man sich u.U. überlegen ob da nicht eine komplexere
» » Blitzschutzeinrichtung vorzusehen ist. Auf diese Thematik gehen meine
» » Elektronik-Minikurse nicht ein. Da musst Du warten, bis sich sonst
» jemand
» » meldet, der die entsprechende Erfahrung hat.
»
» Wird aber bei Schlechtwetter nicht betrieben, obwohl ein Blitzschutz
» sicherlich nicht außer acht gelassen werden sollte!

Ja.

»
» Anbei nochmals die überarbeitete Schaltung mit Varistor, DPOL
» (Verpolungsschutz) und der kleinen Überspannungsschutzeinrichtung!
» R2 würde bei mir auf 1 Ohm ausfallen, da min. 20mV/20mA (max. Strom) = 1
» Ohm!

Oh nein, Du hast diese Diodenschutzschaltung nicht begriffen. Diese Netzwerk mit den Dioden und R1 mit R2 gehoert in den Eingangskreis des Opamps. Siehe doch einfach noch mal meine Schaltung ganz genau an und studiere das ganz genau. R2 darf nicht nur 1 Ohm haben. Daraus schliesse ich, Du hast einen Inhalt im MInikurs nicht verstanden. Zeige mir gelegentlich bitte welchen. Dann kann ich Dir diese Sätze vielleicht anders vermitteln.

Falls es Dir nicht gelingt, musst dann halt ein paar Tage warten, bis ich extra zum Zeichnen komme. Mehr liegt momentan nicht drin. Sorry.

--
Gruss
Thomas

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» » Der obere Teil der Schaltung wertet schlicht und einfach aus ob
» » Lichtschranke anspricht (20mA/4,5V) oder nicht (4mA/1V).
» » Der untere Teil sollte für die Kabelbruch Detektion vorgesehen sein
» (leider
» » ist mir keine "ideale" Lösung eingefallen, so Verstärke ich einfach
» (egal
» » welches Signal anliegt) auf das 101-fache,
»
» Bei Leitungsunterbruch liegt ueber dem 100 Ohm Widerstand der GND-Pegel
» an.
» Bei Nichtunterbruch hast Du stets eine Spannung weil 20/4.5 mA. Ich würde
» mir da was anderes ausdenken. Dazu habe ich jetzt keine Zeit, aber
» vielleicht jemand anders. Warte einfach ein bisschen.
Habe es jetzt mit einem Schmitttriger gelöst! Schaltschwelle 500mV!

» » Anbei nochmals die überarbeitete Schaltung mit Varistor, DPOL
» » (Verpolungsschutz) und der kleinen Überspannungsschutzeinrichtung!
» » R2 würde bei mir auf 1 Ohm ausfallen, da min. 20mV/20mA (max. Strom) = 1
» » Ohm!
»
» Oh nein, Du hast diese Diodenschutzschaltung nicht begriffen. Diese
» Netzwerk mit den Dioden und R1 mit R2 gehoert in den Eingangskreis des
» Opamps. Siehe doch einfach noch mal meine Schaltung ganz genau an und
» studiere das ganz genau. R2 darf nicht nur 1 Ohm haben. Daraus schliesse
» ich, Du hast einen Inhalt im MInikurs nicht verstanden. Zeige mir
» gelegentlich bitte welchen. Dann kann ich Dir diese Sätze vielleicht anders
» vermitteln.
So, nach langem studieren des Beitrages und zusätzlichen Infos habe ichs jetzt endlich kapiert! Danke auch für den Beitrag!
Zusätzlich habe ich noch einen 100nF Kondi parallel geschalten, um herumvagabundierende HF-Störungen zu Filtern!
Das einzige bei dem ich mir nicht ganz sicher bin ist ob der obere Optokoppler, zwischen Shunt und Vorwiderstand für die LED des Optos noch eine Schutzbeschaltung mittels Dioden braucht?! Aber auch die Spgs-Versorgung (5V und 3,3V), sind hier auch Schutzdioden nötig?

Gruß Thorsten

» Habe es jetzt mit einem Schmitttriger gelöst! Schaltschwelle 500mV!

Soso, hast Du das? Wo ist denn dieser?

Also mit dem Opamp hast Du das jedenfalls nicht realisiert. Du hast auf Grund der Gegenkopplung noch immer ein Verstärker...

» So, nach langem studieren des Beitrages und zusätzlichen Infos habe ichs
» jetzt endlich kapiert! Danke auch für den Beitrag!

Du hast jetzt das Ueberspannungsschutznetzwerk an den richtigen Ort platziert.

Jetzt noch wegen diesen 100 k-Ohm und auch wegen des Einsatzes des LM324, wie hoch ist eigentlich die Schaltfrequenz des 4/20mA-Stromloops?

» Zusätzlich habe ich noch einen 100nF Kondi parallel geschalten, um
» herumvagabundierende HF-Störungen zu Filtern!

Dann aber ein Keramik-Kondensator.

» Das einzige bei dem ich mir nicht ganz sicher bin ist ob der obere
» Optokoppler, zwischen Shunt und Vorwiderstand für die LED des Optos noch
» eine Schutzbeschaltung mittels Dioden braucht?! Aber auch die Spgs-Versorgung (5V und 3,3V)», sind hier
» auch Schutzdioden nötig?

Kann sein, dazu müsste man sich mehr mit der Gesamtheit befassen...
Siehe am Schluss.

Fundamentales: Du willst mit Opamp erkennen ob der Stromloop unterbrochen ist. In diesem Fall liegt der nichtinv. Eingang auf GND. Das besorgt der Shunt mit 390 Ohm.

Wenn kein Unterbruch ist, liegt der Pegel ständig zwischen zwei Spannungswerten, die durch die beiden Shuntströme definiert sind.

Das Einzige was Du eigentlich brauchst ist ein Komparator, der unterscheiden muss, ob am nichtinv. Eingang die Spannung auf GND liegt oder positiver ist. Natürlich muss die Triggerschwelle etwas höher sein als 0 V, zur sichren Detektion.

Wenn 4 mA beträgt die Spannung 1.56 V und wenn 20 mA sind es 6.42 V. Stimmt nicht ganz, weil Optokoppler mit Vorwiderstand zieht auch noch Strom. Berechne es genau.

Für die Unterbruchserkennung eignet sich eine Triggerspannung am Komp.-Eingang von etwa 0.5 V.

Und WICHTIG, das geht nur weil der LM324 (auch LM358) am Eingang eine Spannung bis runter auf 0 V zulässt. Ein ebenso steinalter LM741 würde da voll streiken!

Falls weitere Fragen - nur zu diesem Themenkreis, nicht Spgs-Versorgung (5V und 3,3V) - eine Beantwortung vielleicht morgen Sonntag oder erst am Montag.

»

--
Gruss
Thomas

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» » Habe es jetzt mit einem Schmitttriger gelöst! Schaltschwelle 500mV!
» Soso, hast Du das? Wo ist denn dieser?
Hier ist er! Dürfte vorher wohl etwas anderes gebaut haben...!

» Jetzt noch wegen diesen 100 k-Ohm und auch wegen des Einsatzes des LM324,
» wie hoch ist eigentlich die Schaltfrequenz des 4/20mA-Stromloops?
Das kann ich hier, so leider nicht wirklich beantworten, ich habe einfach eine Spannungsgesteuerte Stromquelle zwischen der obigen Schaltung und der Lichtschranke häineingeklatscht. Solange sich das aber im ms-Bereich abspielt - kein Problem!

Jetzt müsste es aber Schutz genug sein - zusätzlich noch den oberen Opto geschützt + Sicherung falls doch sehr hohe Ströme auftreten sollten..!

Gruß, Throsten

» » » Habe es jetzt mit einem Schmitttriger gelöst! Schaltschwelle 500mV!
...
» Hier ist er! Dürfte vorher wohl etwas anderes gebaut haben...!
Das ist ein als Komparator mißbrauchter OP.

Aber danke für die korrekte Schreibung von "Schmitttriger" und "Schottky".

hws

POSTING-WIEDERHOLUNG!

» » Jetzt noch wegen diesen 100 k-Ohm und auch wegen des Einsatzes des
» LM324,
» » wie hoch ist eigentlich die Schaltfrequenz des 4/20mA-Stromloops?
» Das kann ich hier, so leider nicht wirklich beantworten, ich habe einfach
» eine Spannungsgesteuerte Stromquelle zwischen der obigen Schaltung und der
» Lichtschranke häineingeklatscht. Solange sich das aber im ms-Bereich
» abspielt - kein Problem!

Nein ist kein Problem.

» Jetzt müsste es aber Schutz genug sein - zusätzlich noch den oberen Opto
» geschützt + Sicherung falls doch sehr hohe Ströme auftreten sollten..!

Noch einmal: Die Sicherung brennt durch, wenn ZOV in die Spannungsbegrenzung fährt und d.h., wenn diese Spannung nicht zu hoch gewählt wird, kann der LED im Optokoppler nichts passieren.

Aber jetzt mal 'ne Frage an Dich, hast Du diese Antwort nicht bereits gelesen? Diese Antwort gab ich nämlich in dem Posting wo ich auch geschrieben habe, dass der HWS Dir bereits gesagt hat, dass es kein Schmitt-Trigger sondern ein Komparator ist. Und dann schrieb noch etwas dazu, ob denn der HIGH-Ausgangspegel bei der Detektion des Leitungsunterbruches richtig ist.

Bitte darauf kurz antworten. Ich speichere jetzt diesen Text extra, falls wieder eine Löschpanne oder was Ähnliches passiert. Naja, keine "Technik" ist vollkommen...

»

PS.: Nur weil ich sage, dass ich erst ein oder zwei Tage später vielleicht wieder antworten kann, heisst es ja nicht, dass ich nicht schon vorher wieder die Moeglichkeit sehe...
Ich verstehe diese Situation nicht. Macht auch nichts, man muss nicht immer alles verstehen können. Es gibt Wichtigeres...

--
Gruss
Thomas

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https://tinyurl.com/fumtu5z9

Hallo

» » Jetzt müsste es aber Schutz genug sein - zusätzlich noch den oberen Opto
» » geschützt + Sicherung falls doch sehr hohe Ströme auftreten sollten..!
»
» Noch einmal: Die Sicherung brennt durch, wenn ZOV in die
» Spannungsbegrenzung fährt und d.h., wenn diese Spannung nicht zu hoch
» gewählt wird, kann der LED im Optokoppler nichts passieren.
»
» Aber jetzt mal 'ne Frage an Dich, hast Du diese Antwort nicht bereits
» gelesen? Diese Antwort gab ich nämlich in dem Posting wo ich auch
» geschrieben habe, dass der HWS Dir bereits gesagt hat, dass es kein
» Schmitt-Trigger sondern ein Komparator ist. Und dann schrieb noch etwas
» dazu, ob denn der HIGH-Ausgangspegel bei der Detektion des
» Leitungsunterbruches richtig ist.

Habe ich leider nicht gelesen, kann diesen Text auch nicht finden?
Ich weiß nur das du am Anfng geschrieben hast, dass ich einen Varistor vor Überspannung benutzen soll...
Aber egal, die Sicherung bringt sich wirklich nichts, sorry, habe mich jetzt nochmals kurz in die Thematik Varistor, Suppresordioden, Gasableiter, etc. eingelesen und wahrhaftig - kein nutzen der Sicherung, außer das sie durchbrennt

Besten Dank nochmals für die tatkräftige Unterstützung!
Gruß, Thorsten