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Elektronikproblem: 0,8V am Trigger-Ausgang

flicflac

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Minden / NRW
Hi, Frage an die Elektronikergemeinde...

Ich habe ein (mehrere) 16fach GBM Eigenbaumodule welche eigentlich Problemlos ihren Dienst tun. Die normale Standardschaltung mit nachfolgenden Trigger für saubere HI/LO Pegel.
Bei zwei Ausgängen des Triggers liegt jedoch der Pegel bei 0,2V und 0,85V bei unbelegtem Gleis. Der nachgeschaltete µC (atmega16) kann mit diesen Pegeln aber nix anfangen. Die Eingansspannung am Trigger liegt bei 2,6 bzw. 3,4V, was blöderweise im Hysteresebereich liegt. Ich habe mehrere 40106 getestet. Die Streuung ist so groß, dass bei Einigen ein Ausgang auf dauerhaft HI lag.
An den Elementen vor dem Trigger kann ich wegen der engen Ausführung eigentlich nichts mehr ändern, z.B R1. Wenn das Gleis belegt ist, (Lok oder 15K Achswiderstand) liegt ein sauberer HI-pegel an.
Nun suche ich eine Möglichkeit die Ausgänge auf verwertbare Pegel zu bringen. Als favorisierte Lösung sehe ich eine nachfolgende doppelte Invertierung mittels eines weiteren Triggers (40106).
Oder hat jemand eine einfachere Idee?

THX
flic
 

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Hmm . Mit deinen angaben und dem Schaltplan komme ich zu dem Ergebnis das der Transistor im Optokoppler bei Widerstandwerten zwischen 1 Kilo und 2,125 Kiloohm bewegt . Normalerweise sollte er aber zwischen unendlich und fast 0 wechseln .

Entweder hast du da etwas vor dem Optokoppler noch ein problem sodaß er nicht richtig abschaltet , aber auch nicht richtig in die Pötte kommt oder du hast evtl. einen fehler in der Verdrahtung allgemein .
 
Hallo,

R2 und C1 sollte erstmal raus, R3 darf bei 5V Ub auch einen Wert von 1K haben - bei 5mA weiß der T wenigstens wozu er da ist. Außerdem wird der 40106 dann auch mit nur einem H Pegel versorgt, wenn T zu ist oder eben mit einem L Pegel, wenn er auf ist. Die Uce sat des T des PC817 liegt bei 5V in etwa bei 200...300mV, d.h., um diesen Wert würde der C des T höher liegen als Masse. Bei nur 5V Ub kann es aber sein, daß der 40106 genau diesen Wert schon als "freie" Zone betrachtet.

Besser wäre es gewesen, den E des T in den 40106 zu speisen und mittels 1K....4.7K einen Pulldown R von diesem Knotenpunkt gen Masse zu legen. Der Rc des T darf auch hier 5mA Ic zulassen, kann aber auch wegbleiben.

Zu den Eingangsseitigen Bauteilen ist so wenig zu schreiben, es müßte schon alles eingezeichnet sein. Was bedeutet DCC, normalerweise kann dort nur Masse sein, da die LED sonst in Sperrichtung wäre.
Betrachtet man "Gleis" als Ub+, "DCC" als Masse, dann fällt über D3 und D4 eine Spannung von ca. 1.4V ab, was wiederum die LED schon zum "glimmen" bringt, den T anfängt aufzusteuern.

In der Art, wie Dein Plan ist, vielleicht mal eine Anregung in Bild 1

Der 2. Plan funktioniert nur in eine Richtung (für die Gegenrichtung muß er umgestaltet werden), setzt sich aber auch bei Stillstand der Lok, da eine Hilfsspannung bei ist (hier am nachfolgendem Block angeknotet, da dort immer Saft drauf ist). Das ist sehr hilfreich, wenn eine stromlose Lok irgendwo steht und die Anlage eingeschalten wird. Gelöscht wird dieser BGM nur durch einen Magneten am letzten Wagen (Zugriss wird somit erkannt) oder durch einen generellen Reset. Zwischen dem Reed für den Reset und NOR3 sind noch Zwischenbauteile, deshalb das NOR.

Viele Grüße - vielleicht hilft es Dir weiter.
 

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zucker schrieb:
Was bedeutet DCC...
DCC ist das Digitalsignal.
Deine Schaltungen scheinen aber für Gleichstrombetrieb ausgelegt zu sein.
Betrachtet man "Gleis" als Ub+, "DCC" als Masse, dann fällt über D3 und D4 eine Spannung von ca. 1.4V ab, was wiederum die LED schon zum "glimmen" bringt, den T anfängt aufzusteuern.
Das ist der Zweck der Dioden!
Bei Stromfluß am Gleis soll der Zustand als "Besetzt" gemeldet werden.
 
Aja, meine sind für Gleichstrom.
Dennoch kann die LED nur leuchten, wenn ihre K auf niedrigerem U-Niveau liegt als ihre A. Von daher muß DCC negatives (oder negativeres) Potential führen.
Das bei Stromfluß über D3 und D4 im Messfall eine Spannung abfallen soll und tut ist klar, jedoch werden 1.4V Uf für die LED nicht ganz genügen. 3 Dioden wären da schon sinnvoller.
 
wenn der reststrom des Elkos zu hoch ist, zieht der bereits über den R den eingang in den verbotenen bereich, und damit kommst du am eingang nicht mehr auf HI und der ausgang hat dauerhaft HI.
Elko raus oder (wenn du die Impulsunterdrückung wirklich brauchst) einen besseren rein (Tantal mal testen)
Ist der Elko richtig rum drin?
 
Hallo flicflac,

ich sehe drei Möglichkeiten:

1. wie Zucker schrieb R2 und C1 raus, R3 1k oder
2. TLP620 statt PC817 oder
3. RS-Flipflop statt Trigger (Reset durch Folgeschaltung)

Gruß Jens
 
Hi flicflac

Ich habe eine fast identische Schaltung für einen 8-fach S88-GBM.
Nur das eben der 40106 wegfällt und es dafür dann direkt in ein 4044 geht. Ist aber in dem Zusammenhang egal.
Die Werte der Widerstände und des C sind auch gleich, bis auf R3, den habe ich mit 100k bemessen.


Gruß Desastro
 
Hallo flicflac,
ich würde mal darauf tippen, dass der OK eine Macke hat.
Ich hatte schon einige Probleme mit diesem Typ.
Vielleicht versuchst Du mal einen anderen, so wie jf- es auch schon schrieb.
Ich verwende da fast nur noch die CNY 17-er Familie.
Und ich gebe auch Holgi recht, wenn Du Deinen Trigger noch nachtriggern willst, brauchst Du ersteren gar nicht.
Gruß Dexy
 
Lieber flicflac,

der mit Abstand allerwenigste Aufwand wäre:
testweise R3 durch Parallelschaltung eines weiteren Widerstands (10 oder 4,7 oder 2,2k) mal verkleinern und die Eingangsspannung am 40106 dabei messen. Du mußt auf alle Fälle im Ruhezustand über die Schaltschwelle kommen, die beim 40106 im ungünstigsten Fall bis zu 3,6V (Fairchild) betragen kann. Aber das weißt Du ja schon :)
Laß Dir den Schmitt-Trigger nicht madig machen, er sorgt für schöne steile Schaltflanken, wenn er denn mal in die Gänge kommen sollte...
Ein weiterer davon ist sinnlos, wenn schon der erste nicht sicher schaltet.

Grüße Achim
 
proxy.php


proxy.php


Also wenn man euch so zuhört!

Schön zu wissen das es solche Spezis unter uns gibt die mit diesen Abkürzungen und Werten klar kommen.


Gruß Christian
 
Zuletzt bearbeitet:
Was bezweckst Du eigentlich mit dem 1k Widerstand und dem Elko? Ich würde diese erstmal weglassen und den 10K Widerstand gegen einen Einstellregler auswechseln und einen 1k Widerstand in Serie als Schutz einbauen. So kannst Du ein ewentuelles leuchten der LED im Optokoppler abgleichen. An den Eingang des 40106 würde ich noch einen Keramikcondensator von 0,1µ gegen Masse legen um Störspannungen abzuleiten.

mfg Bahn120
 
@flicflac
Da mußt Du mal testen.
1. C raus - stimmt der Pegel? Wie ptl-bahn schrieb, der Elko kann manchmal zuviel Reststrom ziehen.
2. Eingang des Ok mal abtrennen - stimmt der Pegel? Wenn nicht, dann ist der OK i.A.
Dann bleibt nur noch ein Kriechstrom auf der Überwachungsseite.
Gruß vom Heizer
 
Ich danke euch erstmal für die Antworten.
Die OC's und Trigger habe ich um Defekte auszuschließen mehrfach getauscht.
Nochmal kurz zur Erläuterung. Rund 20 solcher GBM funktionieren problemlos, nur eben 2 Stück machten Probleme.
Wozu den 1K + 10µ? Ich habe die Schaltung vor mehr als 2 Jahren hier aus dem Board geholt und ohne R2/C1 nachgebaut da nur Led's am Ausgang vorgesehen waren. Muss ja funktionieren, dachte ich. Für Led's war es auch ok, aber der Mensch wächst mit seinen Aufgaben. An den Ausgang sollen Led's zur Anzeige, ein µC für meine eigenen Basteleien und ein Rückmelder für S88/RS. Ohne R2/C1 schwebte die Spannung und hatte bei weitem kein sauberes HI/LO. Mit R2/C1 wurde es bedeutend besser aber nícht 100% befriedigend. Also Trigger nachgeschaltet um ein sauberes Signal zu bekommen. Danach kann ich mittels Invertern/Treibern je nach Ziel das Signal anpassen. Soviel zum Hintergrund.
Aber man sollte nicht blind alles nachbauen! Der von mir eingesetzte 10 Ohm Widerstand (lt. Originalschaltung) ist wohl zu niedrig dimensioniert und lässt wahrscheinlich den OC immer leicht durchsteuern. Ich habe heute ein bisschen getestet und mit höheren Werten von 33 bzw 47 Ohm für R1 verbessert sich das Schaltverhalten enorm. Zu hoch sollte der Widerstand jedoch nicht gewählt werden, sonst funktioniert das Durchschalten mit 15k Widerstandsachsen nicht mehr. Da ist Ausprobieren unter den jeweiligen Bedingungen gefragt.
Ohne Impulsunterdrückung C1 reicht das Ganze jedoch nur für Led's. Aber "ptlbahn's" Anmerkung hat mich in dieser Richtung forschen lassen. Das Weglassen von R2 brachte zeigte ein bedeutend besseres Schaltverhalten. Ob andere Kondensatoren besser geeignet sind teste ich in den kommenden Tagen.
Für die zwei Problemmelder habe ich den R2 gebrückt und bei Einem durch Anpassung von R1 (auf rund 70 Ohm) ein saubers Schaltverhalten erreicht.
Anbei die angepasste Schaltung.

Der Test mit der nachfolgenden doppelten Invertierung bringt mich aber irgendwie ins Grübeln. Soweit ich einen Trigger verstehe funktioniert der wie folgt:

Eingansspannung unterhalb Schwelle >> Ausgang LO (0V) / inv. HI (5V)
Eingansspannung oberhalb Schwelle >> Ausgang HI (5V) / inv. LO (0V)

Wie kommt dann bei 0,2V Eingangsspannung eine inv. Ausgansspannung von 4,65V zustande, bzw. bei 4,65V Eingansspannung invertiert 0,21V am Ausgang???


@C.Krause
Ja, es gibt hier zum Glück einige "Größen" (welche mir gerade weiterhelfen) die etwas mehr wissen als "Der Strom (Spannung) kommt aus der Steckdose." Ich betrachte deine ironisch zu interpretierende Bemerkungen mal als respektvolle Huldigung Derer!

flic
 

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...Der von mir eingesetzte 10 Ohm Widerstand (lt. Originalschaltung) ist wohl zu niedrig dimensioniert und lässt wahrscheinlich den OC immer leicht durchsteuern.

Das kann eigentlich nicht sein, wenn kein Verbraucher auf dem Gleis steht ist der Stromkreis ja offen. Aber vielleicht reicht schon Feuchtigkeit / Kriechstrom aus. Andere Möglichkeit wäre noch, dass DCC und die Spannung für die Trigger nicht 100 % sauber getrennt sind.
 
Hallo flicflac,

der OK schaltet mit der Frequenz des Digitalsignals ständig ein und aus, was einer LED ziemlich egal sein dürfte und dem s88-Bus ebenfalls, da hier ein Flipflop gesetzt wird.
In Deiner Schaltung vermute ich, daß C1, durch das ständige an - aus des OK den Triggereingang quasi in der Schwebe hält.
Schalte doch mal spaßeshalber zwei PC817 zusammen, LED antiparallel, Transistor parallel ...

Gruß Jens
 
Also mal eine kurze Funktionserläuterung. Dazu vernachlässigen wir erst einmal R2/C1
Am eingang des Triggergatters liegt ein Spannungsteiler aus R3 und dem Transistor des OK. Ist der Transistor dunkel, ist er hochohmig und der Gattereingang liegt auf +5V. Wird der Transistor von der LED Beleuchtet, so steuert er durch, und zieht den Gattereingang auf Masse.
Solange das Ganze nur diese 2 Zustände hat, ist alles kein Problem, aber wenn es durch Kontaktprobleme zu Unterbrechungen im ms-Bereich kommt (die Lok fährt dabei weiter und hat sofort wieder Kontakt) so werden diese unterbrechungen 1:1 am Gatterausgang erscheinen. Damit dies nicht passiert, sind R2/C1 vorhanden. Zunächst ist die Funktion wie ohne dies Bauelemente (Test: Besetztmelder vom Gleis trennen, dann Probehalber den Transistor des Optokopplers Überbrücken. Am Gatterausgang müßte ein Ordnungsgemäßes umschalten nachweißbat sein)
Nun kommt R2/c1 ins Spiel!
Im Ruhezustand läd sich C1 auf +5V über R2/3 auf. Wird nun der Transistor Angesteuert legt er den Gattereingang auf Masse, gleichzeitig entläd sich C1 über R2. Sobald der Transistor nicht mehr angesteuert wird, beginnt C1 sich wieder über R2/3 auf zu laden. Am anfang ist damit der Punkt zwischen C1/R2 noch auf Massepotential, aber je mehr sich C1 auf läd, desto mehr steigt an diesem Punkt die Spannung an. Damit steigt auch die Spannung am Gattereingang über den Spannungsteiler R2/R3. Ist der Schwellwert erreicht, schaltet das Gatter um. Ist die Dunkelphase des Transistors kürzer wie die Ladezeit des Kondensators ( Kontaktproblem, L-Impulslänge der Gleisspannung), so bleibt der Gattereingang unter dem Schwellwert, ist die Dunkelphase länger (Gleis frei) schaltet das Gatter um.
Das Beschriebene Problem kann nun mehrere Fehler als Ursache haben!
Wenn im Statischen Zustand (wie im Test ohne DCC-Signal) bereits das Problem hat, dann können die bereits genannten Defekte der Bauelemente vorliegen (Gatter, Optokoppler defekt, C1 zu hoher Reststrom oder verpolt)
Arbeitet der Besetztmelder im Statischen Betrieb ordnungsgemäß, so stimmt die Lade-/Entladezeit von C1 nicht. Dies kann durch Falsche Signalimpulslänge entstehen (können wir hier wohl ausschließen, da die anderen Melder ordentlich arbeiten), durch falsche Werte für R2/3; C1 (zu groß) oder ebenfalls zu großen reststrom von C1 entstehen. Ausserdem könnte noch ein Krichstrom im Gleis zum ein Dauerbesetzt erzeugen. Das känn man durch Tausch der Besetztmelder (Anschluß Gleis) mit einem anderen Besetztmelder testen.
 
Mir erscheint die Kapazität des Elkos etwas groß gewählt.
Den Grund warum er da ist wurde ja schon hinreichend beschrieben. Jetzt gilt es halt nur noch zu prüfen wie die Kapazität bemessen sein muss um die Spannung im Falle einer Unterbrechung von einigen Millisekunden unter/über den Triggerschwellen zu halten.
Es könnte helfen sich im Elektronik-Kompendium oder hier umzuschauen um Rückschlüsse auf Ladekurven zu ziehen die einen sicheren Betrieb des Triggers ermöglichen sollten.
Hilft das nicht weiter würd ich die "russische" Methode nutzen und den Ausgang mit einem Pull-Down-Widerstand versehen.
 
Ok, dann rechnen wir mal...
(wenns falsch ist, schon im Studium habe ich mich um sowas immer gedrückt)

Die Ladezeit ist t=5 x R x C (5= 5 Tau).
Da C1 über R2 und R3 geladen wird ergibt sich bei 10k + 1k und 10µ:
t = 5 x 11000 x 0,00001
t = 0,55s = 550 ms

Wichtiger sehe ich aber seine Entladezeit zum Überbrücken von Unterbrechungen. Die Entladung erfolgt aber nur über R2. Wenn man bedenkt das ein C nach 0,69 Tau die Hälfte seiner Ladung abgegeben hat, bleibt überschlagsmäßig:
0,05s / 5T x 0,69 = 7ms

Vermutung:
Wegen der Impulslänge der Schaltspannung durch das permanente Schalten des OC in der DCC-Frequenz und der zu langen Entladezeit bleibt der Eingang in der Schwebe und liegt oberhalb des Schwellwertes von min 0,9V.
Eine kürzere Entladezeit sollte das Problem beheben.
Mit 150 Ohm und 1µ ergibt sich eine Entladezeit (50%) von 100ns. Die 100ns liegen auch unterhalb der Delay-Time des 40106 von 200ns. Den Entladestrom (Spitze) von 33mA sollte der OC wohl vertragen.
Das war so meine Theorie. In der Praxis kommen dann noch andere Faktoren wie die Transferrate des OC in Abhänigkeit vom Strom und die Schaltzeiten des OC hinzu.

Mit meiner Testschaltung zeigten sich folgende Werte am Eingang des Triggers mit Achswiderstand 15k:

C1 / R2 > OC durch / OC gesperrt
10µ /1k > 0,64 / 4,62 V
1µ / 1k > 0,6 / 4,62 V
10µ /150 > 0,37 / 4,62 V
1µ /150 > 0,35 / 4,62 V

Mit einer Lok sah das Ganze noch besser aus
1µ / 150 > 0,12 / 4,62 V

Ohne C1/R2 lag die Spannung mit 15K Achswiderstand bei 1,9V, Lok stehend bei 0,9V, fahrend bei 0,7V. Ich möchte aber dass der GBM auch bei 15K reagiert. Die Funktionalität hängt also wieder von den Ansprüchen ab.
Das Erhöhen von R1 auf 20 Ohm senkt die Empfindlichkeit. Mit einer Lok kein Problem, aber für einen 15k Achswiderstand ist das schon zu hoch.
Höhere Werte für R3 (10k) verschieben den Hysteresebereich nach unten. Mit 22k hatte ich zwar nur 0,07V, aber bei OC gesperrt lag die Spannung gerade mal noch bei 3,7V.

Meine zwei Problemfälle habe ich zwar "zurecht getrickst", aber trotzdem scheint da ein Problem in der Spannungsversorgung zu bestehen.
Das ganze Messen und Testen brachte allerdings ein grundlegendes Problem zu Tage. Bei meinen fertigen 16x GBM liegt bei gesperrtem OC die Spannung am Trigger-Eingang bei max. 3,8V. Gerade so über dem Grenzwert. Die muss ich wohl doch nochmal neu auf Leiterplatte statt auf Lochraster machen. Das Anflicken hat da irgendwelche Nebeneffekte verursacht. Die identische Testschaltung zeigt da bedeutend bessere Werte (s.o.).

Nun ist der Sonntag im Ar... und zwei "Damen" leicht pikiert. Na, fahren wir zu McD, dann redet wenigstens Eine wieder mit mir, gg.

flic
 
@flicflac, ich verwende bei meinen CMOS Schaltungen 12Volt als Betriebsspannung, der Vorteil der Schaltabstand von HI und LO ist größer. Das Problem des gerade so erreichten HI hatte ich früher bei den TTL Schaltungen und war ein Grund auf CMOS zu wechseln.

mfg Bahn120
 
Hallo flicflac,

wenn dein OC im gesperrten Zustand 3,8V am Triggereingang liefert, stimmt etwas nicht. Da ich davon ausgehe, dass dein Messgerät hochohmig ist, sperrt dein OC nicht wirklich. Laut Datenblatt hat er im gesperrten Zustand nur 100nA Reststrom das sind bei 5V -> 50MOhm. Bleibt nur der Schluss das durch Fehlströme der OC immer noch angesteuert wird. Dagegen sollte ein parallel Widerstand zum Eingang (LED) des OC helfen. Beginnen würde ich mit 1KOhm. Den Widerstand zur Strombegrenzung würde ich wieder auf 10Ohm verringern um die Ansprechempfindlichkeit nicht zu verlieren. Um eventuelle Störungen durch Unterbrechungen zu Überbrücken reicht bei DCC ("1" => 58µs und "0"->116..10000µs) auch eine größere RC-Kombination. Also sollte mit einem R3 von 220KOhm und C1 von 100nF und R2 = 0 eine ausreichende Verzögerung gegeben sein. Ausschlaggebend für die Überbrückung von Unterbrechungen ist die Aufladung des Kondensators und nicht dessen Entladung. Ich hoffe das ich keinen Fehler in meiner Analyse habe und dir weiterhelfen konnte.
 
@Bahn120
Ich brauche nun mal die 5V wegen der µC bzw. des S88/RS.

Die ganze Sache funktioniert, wenn auch gerade so über dem Grenzbereich. Also sucht man nicht weiter, es sei denn es treten Probleme auf. Die gibt es bei den zwei Problemabschnitten. Dann fängt die Suche an...
Derzeitige Feststellung:
Die fertigen GBM arbeiten nicht so wie sie sollen sondern "gerade so". Dem gegenüber werkelt die Testschaltung wie ich es mir vorstelle. Daher muss ich die GBM kpl. überarbeiten, also neu bauen.
Zweite Feststellung...
Die zwei Problemstrecken müssen irgendwo Kriechströme verursachen, welche die GBM "leicht" auslösen. Das gilt es zu untersuchen.
Dritte Feststellung...
Die Ursprungsschaltung muss für meinen speziellen Fall sensibler abgestimmt werden. Mit Lok und für Led funktioniert es wohl, aber wehe man will mehr.
Im Moment sehe ich den größten Handlungsbedarf im Neubau der 16x GBM und der Fehlersuche bei den zwei Poblemabschnitten.

So, nur hoffe ich mal dass mich die "freaks" vollkommen auseinander nehmen, auch wenn ich gar nix mehr verstehe :D

flic
 
Hallo flicflac,

vor Jahren hatte ich mal ein ähnliches Phänomen. GBM so wie bei Dir, auch gleiche Bauelemente. Am OK jeweils direkt den s88-Eingang.
Über 90% funktionierte tadellos. Einige wenige Abschnitte dagegen brachten Fantasiemeldungen oder oszillierten.
Damals habe ich mich dumm und dämlich gesucht. Was ich alles ausprobiert habe, würde reichen, ein Buch zu füllen.
Irgendwann fand ich dann doch Abhilfe, wohl eher durch Zufall. Die Verkürzung der Einspeiseabstände auf durchschnittlich 30cm, maximal 50cm löste das Problem komplett. Die Seite, wo die GBM dranhängen, wird zumeist in recht kurzen Abständen eingespeist, weil es sich durch die Einteilung in Rückmeldeabschnitte quasi von selber ergibt. Die zweite Schiene dagegen vernachlässigt man oft ungewollt.

Gruß Jens
 
Die ganze Sache funktioniert, wenn auch gerade so über dem Grenzbereich... Mit Lok und für Led funktioniert es wohl, aber wehe man will mehr.
Hallo flicflac,
manchmal muss man erst mit den 'Billig-Schaltungen' auf die Nase fallen, bis sich die Erkenntnis durchsetzt. Es gibt nicht viele vernünftige GBM-Schaltungen, die Empfindlichkeit nach NEM mit Anlagentauglichkeit verbinden, und die Dioden-Optokopplerschaltung gehört nicht dazu. Wirklich tauglich ist nur das Twin-T nach Westcott, die Antiparalleldiodenstrecke mit OpAmp-Auswertung und der Stromtrafo. Ist alles in den entsprechenden Threads beschrieben.
Und wenn Du vollends verwirrt werden möchtest ( Nur laß den Abschnitt über die 'optoisolators' aus :)) HIER
Gruß vom Heizer
 
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