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Hallo,

ich bin gerade an einem kleinen Projekt mit meiner Modelleisenbahn. Ich habe dabei folgendes Problem:

Ich habe einen Sensor, der mir kontinuierlich ein Signal von ca 2,5 V ausgibt. Durch bestimmte Aktionen, erhöht sich das Signal auf bis zu 2,8 V. (Skizze, Bild oben)
Ich möchte jetzt, dass ein Motor (5 V) zu laufen beginnt, (evtl auch ein paar LED´s leuchten), wenn die Spannung die der Sensors ausgibt größer ist als 2,5V.
Mein Stromversorgung liefert 5V.

Im Internet bin ich jetzt auf so was hier gestoßen. (Skizze unten) Kann das mit so einem Operationsverstärker funktionieren? Wenn ja, wie kann ich die größe der Widerständer berechnen, und wie finde ich den richtigen OV? Ich habe auf dem Gebiet übrigens nur sehr wenig Ahnung, hoffe ihr könnt mir weiterhelfen...

» Ich möchte jetzt, dass ein Motor (5 V) zu laufen beginnt, (evtl auch ein
» paar LED´s leuchten), wenn die Spannung die der Sensors ausgibt größer ist
» als 2,5V.

Ja so geht's (prinzipiell)
Statt OP lieber einen Komparator (=Vergleicher)
Komparatoren haben oft einen Open Collector Ausgang (OC)
Der Ausgang reicht vermutlich nicht für einen Motor, also brauchts noch einen Treiber (z.B. einen Transistor)
Motoren müssen entstört werden, damit sie die Elektronik nicht killen (zumindest Diode parallel zum Motor, Anode an Masse, Kathode an Plus des Motors)

» Wenn ja, wie kann ich die größe der Widerständer berechnen

Müssen 2,5V ergeben. Nach Spannungsteilerregel an 5V beide Widerstände gleich gross. Z.B. 4k7 oder 1K

» und wie finde ich den richtigen OV?

Erfahrung oder hier fragen. LM311 ist z.B. ein weitverbreiteter Komparator. Bei OP's an 5V brauchst du einen Typ, der am Ausgang bis an die Masse runterkommt.

» Ich habe auf dem Gebiet übrigens nur sehr wenig Ahnung, hoffe ihr könnt
» mir weiterhelfen...

und wer lötet dir das zusammen?

hws

Hui, das ging aber schnell, klasse!

» Der Ausgang reicht vermutlich nicht für einen Motor, also brauchts noch einen Treiber (z.B. einen Transistor) Motoren müssen entstört werden, damit sie die Elektronik nicht killen (zumindest Diode parallel zum Motor, Anode an Masse, Kathode an Plus des Motors)

Hmm, ok. Der Motor kommt erst noch, der ist gerade in Planung. Erstmal würde es mir reichen, wenn ein paar LED's leuchten. Ich denke das ist kein Problem?

» Müssen 2,5V ergeben. Nach Spannungsteilerregel an 5V beide Widerstände gleich gross. Z.B. 4k7 oder 1K

So wie ich das bis jetzt verstanden habe, gibt der untere Widerstand den "Sollwert" an?
Wie kommst du denn auf z.B.: 1K? Warum nicht zum Beispiel zweimal 27,2 Ohm, das bewirkt doch prinzipiell das gleiche, oder nicht? (Entschuldige bitte, falls die Frage arg dumm ist..)

» LM311 ist z.B. ein weitverbreiteter Komparator. Bei OP's an 5V brauchst du einen Typ, der am Ausgang bis an die Masse runterkommt.

Sehe ich das richtig, ein Komparator ist eine bestimmte Form des Operationsverstärkers?

Ich hab gleich bei Conrad nachgeschaut und im Datenblatt folgende Belegung gefunden (Anhang)

So ganz schlau werde ich noch nicht daraus...
2 und 3 sind wohl die (nicht-) invertierenden Eingänge. Dann brauch ich noch 1 und 10 für die Stromversorgung des Komparators (Ich habe Gleichstrom). Und 9 ist der Ausgang der in der Skizze (1. Post) rechts aus dem Dreieck rauskommt.
Habe ich mir das richtig zusammengereimt? Sind die restlichen Anschlüsse auch wichtig für mich?

» und wer lötet dir das zusammen?

Meinst du, weil der so klein ist?
Das krieg ich hoffentlich hin...

» Wie kommst du denn auf z.B.: 1K? Warum nicht zum Beispiel zweimal 27,2
» Ohm, das bewirkt doch prinzipiell das gleiche, oder nicht? (Entschuldige
» bitte, falls die Frage arg dumm ist..)

Stimmt
2 gleiche Widerstände ergeben immer die halbe Betriebsspannung und weil du 5V Versorgung hast und 2,5V brauchst klappt das so.

2 * 27 Ohm geht theoretisch auch aber der Strom durch die Widerstände belastet deine Spannungsquelle unnötig hoch (und in dem Fall hast schon einen Heizkörper)
Blei bei den Vorschlägen von HWS

» Sehe ich das richtig, ein Komparator ist eine bestimmte Form des
» Operationsverstärkers?

ja
http://de.wikipedia.org/wiki/Komparator_(Analogtechnik)

»
» Ich hab gleich bei Conrad nachgeschaut und im Datenblatt folgende Belegung
» gefunden (Anhang)
»
» So ganz schlau werde ich noch nicht daraus...
» Meinst du, weil der so klein ist?
» Das krieg ich hoffentlich hin...

Nimm einen im DIL Gehäuse - hast mehr Freude beim löten
http://www.fairchildsemi.com/ds/LM/LM311.pdf

und deine "geheime" Schaltung muss die selbe Versorgung wie die Komperatorschaltung haben

Als Modellbahner und Elektronikanfänger würde ich dir so was empfehlen

http://www.elektronik-kompendium.de/shop/elektronik-lernpakete/lernpaket-elektronik

geht ohne löten und garantiert Lernerfolg und Erfolgserlebnisse

» würde es mir reichen, wenn ein paar LED's leuchten. Ich denke das ist kein
» Problem?

Nein. Vorschlag: eine rote LED mit der Anode an Plus und über einen passenden Vorwiderstand mit Kathode an den LM311 Ausgang. Dann isses zwar "anders rum" die LED leuchtet, wenn der Ausgang LOW ist, hat aber andere Vorteile (LM311 hat Open Collector, man müsste über einen Widerstand Strom zum LED Leuchten zuführen, das müsste der Ausgang "platt machen" - nimms einfach mal so hin)
Den Vorwiderstand - dazu gibts tausende von LED-Vorwiderstandsrechner im Netz (im Elko glaub ich auch)

» So wie ich das bis jetzt verstanden habe, gibt der untere Widerstand den
» "Sollwert" an?
Wenn du meinst, dass die am unteren Widerstand anliegende Spannung die Schaltschwelle angibt - ja, korrekt.

» Wie kommst du denn auf z.B.: 1K? Warum nicht zum Beispiel zweimal 27,2
» Ohm, das bewirkt doch prinzipiell das gleiche, oder nicht?

Ja, prinzipiell schon. Nur sollte der durchfließende Strom in einem vernünftigen Bereich sein. Nimmst du 2*2,5M dann hast du einen Strom von 1µA. Jede Störung würde voll reinschlagen und die 2,5V würden "eiern", der Ausgang also auch.

Jetzt 2*25 Ohm (entschuldige, das ist etwas einfacher zu rechnen als 27,2 und ich weiss, dass 25R nicht üblich sind) Macht 50 Ohm gesamt. Bei 5V = 100mA ergibt 0,5W an den Widerständen. Nimmst du 1/2W Typen, wäre das gerade noch ok mit 1/4W je Widerstand, aber du baust ne Heizung, dein Netzteil muss den Strom liefern ..

1K oder 4k7 sind Werte aus Erfahrung.

» Sehe ich das richtig, ein Komparator ist eine bestimmte Form des
» Operationsverstärkers?
Die Definition könnte man grade so noch zulassen.

» Ich hab gleich bei Conrad nachgeschaut und im Datenblatt folgende Belegung
» gefunden (Anhang)

Na prima, da hast du ja gleich das schwierigste Gehäuse ausgesucht
Nimm Thomas Link und das IC im 8pol DIL Gehäuse.

» So ganz schlau werde ich noch nicht daraus...

Jetzt hat er dir einen schönen Datenblatt Link gegeben, aber ohne Applikation Muss ich mal eben suchen bei NS gibts sowas.
http://www.national.com/ds/LM/LM111.pdf
Auf seite 13 unten ist (fast) genau die Schaltung, die du brauchst. (Fast, deine Testspannung geht direkt an Pin 2 und zwischen dem R5 und +5V kommt deine LED. Und den R5 nicht 1K sondern das was der Led-Vorwiderstandsrechner dir angibt).

Ist dein Ausgang genau andersrum (LED an, wenn sie aus sein sollte und aus, wenn sie an sein sollte) dann tausche den + und - Eingang (Pin2 und 3).

» Sind die restlichen Anschlüsse auch wichtig für mich?
Machs so wie im Datenblatt. 1 und 4 müssen beide an Masse, 5 und 6 brauchst du nicht, 2 und 3 Sind Eingänge und dann noch Plus 5V.

hws

Danke Thomas Z und hws dür eure schnelle Antwort!


» Vorschlag: eine rote LED mit der Anode an Plus und über einen passenden Vorwiderstand mit Kathode an den LM311 Ausgang. Dann isses zwar "anders rum" die LED leuchtet, wenn der Ausgang LOW ist, hat aber andere Vorteile.

Das hab ich jetzt nicht verstanden, was du mit LOW meinst...


» Ja, prinzipiell schon. Nur sollte der durchfließende Strom in einem vernünftigen Bereich sein. Nimmst du 2*2,5M dann hast du einen Strom von 1µA. Jede Störung würde voll reinschlagen und die 2,5V würden "eiern", der Ausgang also auch.
» ...
» 1K oder 4k7 sind Werte aus Erfahrung.

ok, dann vertraue ich dem Fachmann


» Nimm Thomas Link und das IC im 8pol DIL Gehäuse.
» http://www.national.com/ds/LM/LM111.pdf
» Auf seite 13 unten ist (fast) genau die Schaltung, die du brauchst. (Fast, deine Testspannung geht direkt an Pin 2 und zwischen dem R5 und +5V kommt deine LED. Und den R5 nicht 1K sondern das was der Led-Vorwiderstandsrechner dir angibt).

Ich habe versucht das nochmal so zu zeichnen, wie ich das brauche. Stimmt das? (Kann sein das die LED genau anders rum rein muss... Der Widerstand müsste laut LED Rechner stimmen)
Und falls die LED aus ist, wenn sie an sein sollte, bzw an ist, wenn sie aus sein sollte, dann vertausch ich einfach Pin 2 und 3?

Noch eine letzte Frage: Wenn mein Schwellwert nicht mehr bei 2,5V sondern bei z.B.: 1,7V liegt, dann kann ich das einfach per Spannungsteilerregel mit entprechenden Widerständen regeln, oder muss ich was besonderes beachten? (Am unteren Widerstand müssen dann 1,7V anliegen)

» Das hab ich jetzt nicht verstanden, was du mit LOW meinst...
Digital gibt es 2 Zustände, die werden mit "0" und "1" oder Low und High oder (bei 5V Versorgungsspannung) mit null Volt und 5Volt bezeichnet. (letzteres eher weniger)

Wenn der Ausgang des 311 also null Volt beträgt, leuchtet die LED. ist der Ausgang 5V, leuchtet die LED nicht. (weil das andere Pinchen an 5V und nicht an Masse liegt)

» Ich habe versucht das nochmal so zu zeichnen, wie ich das brauche. Stimmt
» das? (Kann sein das die LED genau anders rum rein muss... Der Widerstand
» müsste laut LED Rechner stimmen)

Exakt, die LED muss anders rum.

Und 1,5k ? das sind 1500 Ohm. Hast du da ne Null zuviel?
Üblicher LED-Strom sind 20mA. Nur spezielle LowCurrent LED's haben 3 mA.

Der Rechner:
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/1109111.htm

» Noch eine letzte Frage: Wenn mein Schwellwert nicht mehr bei 2,5V sondern
» bei z.B.: 1,7V liegt, dann kann ich das einfach per Spannungsteilerregel
» mit entprechenden Widerständen regeln, oder muss ich was besonderes
» beachten? (Am unteren Widerstand müssen dann 1,7V anliegen)

Exakt so. Auch hier kannst du wieder viele möglichen Widerstandswerte wählen. Solange der Gesamtwiderstand (beide Widerstände zusammen) zwischen 1k und 10k liegt, ist das ok. (dann liegt der Strom dort zwischen 5 und 0,5 mA)

hws

» Wenn der Ausgang des 311 also null Volt beträgt, leuchtet die LED. ist der
» Ausgang 5V, leuchtet die LED nicht. (weil das andere Pinchen an 5V und
» nicht an Masse liegt)

Aber das will ich ja eigentlich nicht. Ich möchte, dass die LED brennt, wenn das Eingangssignal größer ist als 2,5V. Kann ich dann einfach den LED-Ast mit der Masse verbinden? Oder was hat das für Nachteile?
Ich steh grade ziemlich auf dem Schlauch...


» Exakt, die LED muss anders rum.

wird gemacht , bzw, wenn ich den Ast an Masse lege, bleibt sie in der Richtung?


» Und 1,5k ? das sind 1500 Ohm. Hast du da ne Null zuviel?
» Üblicher LED-Strom sind 20mA. Nur spezielle LowCurrent LED's haben 3 mA.

Hmm, ich hatte eigentlich vor eine LowCurrent LED zu nehmen, wobei das eigentlich egal ist.


» Solange der Gesamtwiderstand (beide Widerstände zusammen) zwischen
» 1k und 10k liegt, ist das ok. (dann liegt der Strom dort zwischen 5 und 0,5 mA)

OK, wunderbar.


vielen Dank für deine Geduld!

Herbert

» » Wenn der Ausgang des 311 also null Volt beträgt, leuchtet die LED. ist
» der
» » Ausgang 5V, leuchtet die LED nicht. (weil das andere Pinchen an 5V und
» » nicht an Masse liegt)
»
» Aber das will ich ja eigentlich nicht. Ich möchte, dass die LED brennt,
» wenn das Eingangssignal größer ist als 2,5V. Kann ich dann einfach den
» LED-Ast mit der Masse verbinden? Oder was hat das für Nachteile?
» Ich steh grade ziemlich auf dem Schlauch...
»
»
» » Exakt, die LED muss anders rum.
»
» wird gemacht , bzw, wenn ich den Ast an Masse lege, bleibt sie in der
» Richtung?
»
Die LED muss an den Plus, weil der Ausgang des OPV einen offenen Kollektorausgang hat. Hatte dir hws schon gesagt. Solch ein Ausgang ist einfach wie ein NPN Transistor.
Wenn es nur um die LED geht, kannst du Pin 2 mit Pin 3 Tauschen. Dann hast du deinen gewünschten Effekt. Aber für den Motor benötigst du ja so wie so noch eine Verstärkerstufe mit der das Signal eventuell invertiert werden kann.

olit

» Aber das will ich ja eigentlich nicht. Ich möchte, dass die LED brennt,
» wenn das Eingangssignal größer ist als 2,5V.

Dann drehst du die Eingänge auch um, also Pin2 und Pin3 vertauschen. Zweimal gedreht ist wieder richtig.

(und selbst wenn, dann hast du zumindest die Funktion hingekriegt. Ob LED an oder aus kann ja erstmal egal sein, kümmern wir uns später drum)

» Kann ich dann einfach den LED-Ast mit der Masse verbinden?

Nein, der Ausgang kann zwar Strom aufnehmen, aber garnix liefern. Dazu müsste man ne andere Schaltung an den Ausgang machen.
Mach den 1k5 Widerstand wieder an Plus wie in der ersten Zeichnung und dreh die Diode gegenüber dem Originalbild um. Kathode (der Strich) zum Ausgang hin.

» wird gemacht , bzw, wenn ich den Ast an Masse lege, bleibt sie in der
» Richtung?

Die würde sich umdrehen - wenn es denn mit dem Ausgang funktionieren würde. Aber das tut es eben nicht.

Der Strom fließt in der LED in Richtung des Pfeiles. Also von Anode zu Kathode. Entweder von Plus mit der Dreiecksrichtung in den OP Ausgang.
Oder vom OP-Ausgang in Dreiecksrichtung zu Masse.
(Letzteres geht aber nicht, da der Komparatorausgang keinen Strom liefern kann).

Auch bei einem OP ist das schlecht. Meist kommt der OP-Ausgang zwar bis Masse runter, kann also gut Strom aufnehmen. Aber hoch kommt der Ausgang nur bis 2..3Volt unter Betriebsspannung. Der Ausgang kann zwar Strom liefern, aber nicht so kräftig wie aufnehmen.
Und jetzt vergiss den ganzen Abschnitt wieder sowie die neue Zeichnung.

Nimm die alte Zeichnung, tausche plus und minus-Eingang des Vergleichers und dreh die LED.

» Hmm, ich hatte eigentlich vor eine LowCurrent LED zu nehmen, wobei das
» eigentlich egal ist.

ok, rote LED 1,9Volt 3mA Strom 5Volt Ub macht 1033 Ohm, also 1,2k.
HAST du denn ne low Current LED (sind üblicherweise 3mm)

hws

» Die LED muss an den Plus, weil der Ausgang des OPV einen offenen Kollektorausgang hat. Hatte dir hws schon gesagt. Solch ein Ausgang ist einfach wie ein NPN Transistor.

OK, ich glaube dir, obwohl ich weder weiß was ein Kollektorausgang ist, noch ein NPN Transistor =)

» Und jetzt vergiss den ganzen Abschnitt wieder sowie die neue Zeichnung.
» Nimm die alte Zeichnung, tausche plus und minus-Eingang des Vergleichers und dreh die LED.

, ok, so eine einfache Anweisung hab ich gesucht.



» ok, rote LED 1,9Volt 3mA Strom 5Volt Ub macht 1033 Ohm, also 1,2k.
» HAST du denn ne low Current LED (sind üblicherweise 3mm)

Ich hab noch gar keine LED, ich hätte mir dann eine schöne ausgesucht und mir die bestellt. Aber ich hab immerhin verstanden wie man die einbaut und wie man die größe des Widerstands berechnet. Das krieg ich glaube ich alleine hin


Jetzt wäre es noch schön, wenn du die Version hier absegnen würdest, dann kann ich beruhigt schlafen gehen


Vielen Dank für deine ausführliche Hilfe und die vielen Erklärungen von allen, auch wenn ich leider nicht alles verstanden habe.

Herbert

» Jetzt wäre es noch schön, wenn du die Version hier absegnen würdest, dann
» kann ich beruhigt schlafen gehen

Naja, zumindest vorerst (denn wir sind hier richig gemein zu dir )

Für den praktischen Aufbau mach noch einen Elko 10..100µF zwischen Plus und Minus. Und nahe am LM311 noch einen kleinen keramischen Kondensator 47nF..100nF auch zwischen plus und minus. Möglichst nahe an den Pinchen 8 und 1/4.

Du wirst möglicherweise feststellen, dass die LED flackert, wenn die Spannung in der Nähe von 2,5V ist. Das lösen wir dann.

Und irgendwann willst du einen Motor einbauen. Dann brauchst du einen Treiber und noch nen bischen Entstörung.

Dann melde dich nochmal und mach nen neuen Thread auf.

Die Ersten Versuche könntest du auch auf einem Steckbrett machen.

Und wenn du sowieso nen kleines Steckbrett brauchst und LED's und was dazulernen willst und den LM311 bei Conrad bestellen willst - dann hol dir von denen auch den Adventskalender für 9,95€ (siehe Beitrag von Thomas direkt hier drüber: "Weihnachten kommt - Conrad Adventkalender 2009". Da hast du diverse LED's, ein Steckbrett und z.B. auch einen Versuch, wie man mit einem Transistor eine LED schaltet. (und statt LED nehmen wir später deinen Motor)


hws

Ein Aspekt fehlt mir noch. Im allerersten Beitrag steht

» Ich habe einen Sensor, der mir kontinuierlich ein Signal von ca 2,5 V ausgibt. Durch bestimmte Aktionen, erhöht sich das Signal auf bis zu 2,8 V.

Wenn der Sensor also unter Normalbedingungen 2,5 V ausgibt, dann muss die Schaltschwelle knapp oberhalb von 2,5 V liegen, also z.B. bei 2,6 V.

Wenn Du zwei Widerstände gleicher Größe verbaust, liegt Deine Schaltschwelle bei ziemlich präzise 2,5 V. Sie kann durch die Toleranzen der Widerstände ein wenig abweichen, aber meistens haben Widerstände aus dem selben Fertigungslos keine riesigen Abweichungen.
Jetzt hast Du also eine Schaltschwelle von ca. 2,5 V und Dein Sensor liefert ca. 2,5 V. Das System hat also schlicht und ergreifend ein nicht vorausbestimmbares Verhalten. Man kann das ganze nur aufbauen und testen. Dann merkt man entweder, dass es funktioniert und man Glück hatte oder eben nicht.
Besser ist es, die Schaltschwelle gleich anpassbar zu gestalten. Dazu brauchst Du nur einen zusätzlichen einstellbaren Widerstand (Poti oder Trimmer).

Mit den Werten im Anhang (4,7k für die Festwiderstände und 470 Ohm für den Trimmer) kannst Du die Schaltschwelle im Bereich von 2,38 V bis 2,62 V anpassen. Statt des 470 Ohm Trimmers kannst Du auch einen 1k Trimmer verwenden, was den Einstellbereich noch ein wenig vergrößert.
Trimmer findest Du ebenfalls bei Conrad, z.B. 425222 - 62.

Gruß
Torsten

@ Herbert

Ich habe kürzlich einen Schwellwertschalter gebraucht und habe nach mehreren Varianten mit OP den TL431 (Referenzspannungsquelle) gewählt. Beschaltung und Funktion ist sehr einfach, aber äußerst präzise. Vor allem hast Du damit auch eine Referenzspannungsquelle automatisch mit drin. Auf dem Schaltplan steht 12V. Die Schaltung kann selbstverständlich auch mit 5V betrieben werden.

Falls Interesse, hab ich noch Schaltungen für Optokoppler statt Relais.

HDT

» Ein Aspekt fehlt mir noch.


Korrekt. Und gut wenn man's jetzt schon einbaut (u.a. wegen der Teilebestellung bei Conrad )

Da wir nicht wissen, ob seine 5V Versorgung evtl nur 4,5 oder 5,5 ist, wollte ich das auf Später verschieben.

@Herbert: hast du ein Multimeter? Wenigstens ein 5Euro Baumarkt Billigmodell?
Wenn du eins bei Conrad kaufst, nicht ein 5Euro Billigdingen VC xxx und fest angeschlossenen Meßkabeln. Das hat eine 12V Miniatur-Spezialbatterie. 2 Nächte versehentlich nicht ausgeschaltet -> Batterie leer.
Und wenn du die Nachkaufen willst, kriegste nen Preisschock. Seit Monaten bin ich schon dran: "na gut, DIE Ersatzbatterie kaufste noch, aber dann fliegt das Multimeter in den Müll..."

» Mit den Werten im Anhang (4,7k für die Festwiderstände und 470 Ohm für den
» Trimmer) kannst Du die Schaltschwelle im Bereich von 2,38 V bis 2,62 V
» anpassen.

Meine Faulheit dankt dir für's ausrechnen

HDT's Schaltung (voriger Beitrag) mit dem TL431 ist auch ne Lösung. Vorteil: die 2,5V hängen nicht von der 5V Betriebsspannung ab, sondern werden im IC selbst sehr konstant erzeugt.

hws