Schmitt-Trigger tut nicht was er soll

[Paul H. (powl)]

Hi,

um eine Art Membranüberwachung für Lautsprecher zu realisieren, die 
letzendlich verhindern soll, dass Membrane über ihre mechanische 
Belastbarkeitsgrenze hinaus betrieben werden platziere ich hinter der 
Membran einen CNY70 Reflex-Optokoppler, und versuche über einen Poti 
empirisch eine Vergleichsspannung einzustellen aber der die Auslenkung 
zu groß wird.

Über dem Widerstand R2 erhalte ich je nach Membranauslenkung Spannungen 
von wenigen 10mV bis zu 2V. Die Spannung ist natürlich nicht 
proportional zur Membranauslenkung sondern eher exponentiell. Die 
analoge Abtastung funktioniert soweit schon mal. Nun ist mir aufgefallen 
dass, trotz dass der OpAmp ohne Gegenkopplung bei seiner maximalen 
Verstärkung betrieben wird die Aussteuerung der LED von 0 bis maximal 
immer noch einen relativ weiten Membranweg von mehr als 1mm erfordert. 
Da ist mir die Idee mit dem Schmitt-Trigger gekommen, welcher das immer 
noch analoge Ausgangssignal des OpAmps mit 1/3 Hysterese eigentlich in 
ein schönes Digitalsignal wandeln sollte.

Interessanterweise verändert der Schmitt-Trigger kaum etwas am Verhalten 
der LED. Wenn ich die Membran per Hand eindrücke gibt es keinen 
Schwellwert an dem die LED schlagartig an geht sondern ich kann deren 
Helligkeit immer noch über den Membranhub variieren. Das dürfte doch nun 
eigentlich überhaupt nicht sein, da es im direkten Widerspruch zur 
Funktion des Schmitt-Triggers steht.

Hat jemand spontan eine Idee, warum der Schmitt-Trigger nicht das 
gewünschte verhalten zeigt? (Der Schmitt-Trigger wird übrigens über VCC 
und GND versorgt, habe ich vergessen einzuzeichnen).

lg Paul

[Max H. (hartl192)]

Paul H. schrieb:
> Das dürfte doch nun
> eigentlich überhaupt nicht sein, da es im direkten Widerspruch zur
> Funktion des Schmitt-Triggers steht.
Nein, der Schmitt-Trigger gibt wie der 385er davor ein Rechtecksignal 
aus und dimmt die LED per PWM.

> Hat jemand spontan eine Idee, warum der Schmitt-Trigger nicht das
> gewünschte verhalten zeigt?
Weil der vorgeschaltete Komparator keine Hysterese hat. Der Schmitt 
Trigger kann das Rechtecksignal vom 358er auch nicht mehr richten. Die 
Hysterese sollte schon beim 358er sein.

[Paul H. (powl)]

D.h. ich kann mir vorstellen, dass der OpAmp im Bereich zwischen 0 und 
100% Helligkeit der LED eine art unkontrolliert oszillierende PWM 
ausgibt? Woher kommt das? Verstärkung des Rauschens? Morgen kann ich 
auch mal das Oszi anschmeißen.

[Max H. (hartl192)]

Paul H. schrieb:
> Woher kommt das? Verstärkung des Rauschens?
Der 385er hat ein Open Loop Gain von 100dB bei kleinen Frequenzen, da 
sind 50µV schon Vollausschlag. Ein bisschen Rauschen, 50Hz Netzbrummen 
können im Umschaltpunkt ein Oszillieren des Ausgangs bewirken. Diese 
Grafik erklärt es mMn gut: 
http://www.scienceprog.com/wp-content/uploads/2007i/Schmitt/Schmitttrigger_vs_logical_real.png

[Mani W. (e-doc)]

Du solltest einen 10 K zwischen Poti-Schleifer und +Eingang schalten.
Dann noch ein 1M-Pot vom +Eingang auf den Ausgang des LM358...

Dann sollte es schalten


Gruß

Mani

[wartemal (Gast)]

LM358 ist doch kein S.T.

[Max H. (hartl192)]

wartemal schrieb:
> LM358 ist doch kein S.T.o
Hat auch nie jmd. behauptet. Man kann aber leicht einen damit bauen und 
genau das würde das Problem wahrscheinlich lösen.

[TomA (Gast)]

Hallo Paul,

dein Schmitt-Triger ist keiner, ihm fehlt die Mitkopplung vom Ausgang 
zum +Eingang. So wie er jetzt beschaltet ist, ist er nur ein Verstärker 
mit hoher Verstärkung (Leerlaufverstärkung ohnr Gegenkopplung). Dadurch 
schwingt er in der Nähe der Vergleichsspannung und das sieht aus wie 
spannungsabhängige PWM.

Mani W. hat es bereits geschrieben. Schau dir die OP-Grundschaltung mal 
an und füge eine Mitkopplung ein, dann wird es auch funktionieren.

Viel Erfolg. Tom

[Max H. (hartl192)]

TomA schrieb:
> dein Schmitt-Triger ist keiner
Laut Datenblatt [1] ist der 4584 eindeutig ein Schmitt-Trigger nur ist 
es dort schon zu spät für den Schmitt-Trigger.

[1]http://www.toshiba.com/taec/components2/Datasheet_Sync/201205/DST_TC4584BP-TDE_EN_81.pdf

[Max M. (jens2001)]

1. Wie "glatt" ist deine Versorgungsspannung?
Wenn da ein Ripple drauf ist wird damit gleich die Sendediode vom OK 
moduliert.
Evtl einen Abblockkondensator direkt parallel zur Diode.

2. Haben deine ICs Abblockkondensatoren?

3. Wenn der Phototransistor voll aufgesteuert wird geht das 
Eingangssingnal am LM358 sehr dicht an die Versorgungsspannung. Ist 
nicht direkt verboten, erzeugt aber manchmal seltsame Effekte.
Um das Signal mehr in die Mitte zu rücken dem Transistor einen 
Wiederstand am Collektor verpassen.
Den Emitterwiderstand dafür verkleinern

4. Der 4584 kann keine 20mA LED treiben!

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Paul H. schrieb:
> ... das immer noch analoge Ausgangssignal des OpAmps ...

Das hier ist die Fehlannahme.

Ein LM358 hat eine Großsignalverstärkung von 100dB = 100'000. Um an 
seinem Ausgang den Spannungshub von 5V/3 ~= 1.33V zu erreichen, der den 
Schmitt-Trigger umschalten läßt, braucht er eine Eingangsdifferenz- 
spannung von lediglich 13,3µV. Vollkommen klar, daß das nicht sauber 
funktioniert, sondern auf jedes bißchen Rauschen und natürlich auch auf 
Schwankungen der Betriebsspannung (= Referenzspannung) reagiert.

Schalte den OPV als Schmitt-Trigger mit einer vernünftig großen 
Hysterese und dann geht das auch.