LM393 Schwingneigung - Designtipps?

[Alexander H. (alexander_h732)]

Hallo Leute,

ich hatte in den vergangenen Tagen mehrfach Probleme bei Testschaltungen 
mit dem Komparator IC LM393.

Es geht um einen Unterspannungsdetektor
(der hier: 
https://www.mattmillman.com/a-simple-low-battery-detection-circuit-with-hysteresis/)
Das Verhalten war wahrscheinlich durch Kapazitäten (Flussmittelreste) 
oder dem Drahtverhau/Lochraster Aufbau geschuldet. Mal reproduzierbar, 
mal nicht  kam es zu Schwingungen um den Schaltpunkt.
In der Nähe befindet sich ein LCD, das konnte ich schon teilweise als 
Störquelle identifizieren (wohl durch AC?).

Beim Googeln nach ganz konkreten Umsetzungen oder Designregeln hab ich 
nicht wirklich einheitliche Vorgaben gefunden. Es scheint wohl häufig 
vorzukommen, dass Schaltungen mit LM393 nicht auf Anhieb laufen oder 
sich seltsam verhalten.
Muss unbedingt ein Abblockkondensator an GND und Vcc verwendet werden?

Im konkreten Fall wird ein Komparator als Logikinverter verschaltet. Ich 
las, dass es beim Weglassen eines Rs von +IN nach OUT (zB. 1M Ohm) 
aufgrund fehlender Hysterese zu solchen Problemen kommen kann. Braucht 
es einen 1M Ohm Widerstand an der Stelle (ich konnte keine Auswirkungen 
beobachten)?
Die Koppelkapazität zwischen IN- und OUT soll auch Probleme machen.

Was sollte ich beachten, um halbwegs auf der sicheren Seite zu sein (und 
mir evtl. viel Probiererei esparen kann😀)?


Viele Grüße
Alexander

[Michael B. (laberkopp)]

Alexander H. schrieb:
> Im konkreten Fall wird ein Komparator als Logikinverter verschaltet

Und der funktioniert nicht, weil der LM393 bei Uin>VCC-1.5V nicht mehr 
funktioniert.

[Enrico E. (pussy_brauser)]

Betreibe den LM393 mit mindestens 5 Volt und vertausche an den Eingängen 
die 5V mit den 2,5V Referenzspannung. Dann klappt's auch wieder.

[Falk B. (falk)]

Alexander H. schrieb:
> Es geht um einen Unterspannungsdetektor
> (der hier:
> 
https://www.mattmillman.com/a-simple-low-battery-detection-circuit-with-hysteresis/)

Naja, ganz schon viel Aufwand für fast nix. Sowas kauft man heute fertig 
als IC unter dem Namen Voltage Monitor. Der braucht auch deutlich 
weniger Teile, Platz, Strom und überhaupt.

Wenn man es "old school" aufbauen will, dann wenigstens halbwegs 
stromsparend mit einem Low Power OPV und einer stromsparenden 
Spannungsreferenz ala LM4040.

[Alexander H. (alexander_h732)]

Also ist die Beschaltung des zweiten Komparators (Logikinverter) so 
falsch?

Der Logikinverter (wird benötigt, damit die LED bei 4,8V Schaltschwelle 
an- statt ausgeht) hängt aktuell an 5V Vbat. Passt das?

Ich hatte den LED Vorwiderstand etwas zu klein gewählt (es flossen 
5,2mA)
Evtl. ging der LM393  in die Strombegrenzung. Das hab ich auf 3,5mA 
angepasst.

Beim Basteln ist mir aufgefallen, dass beim Einschalten der Schaltung 
mit der Spannung >4,85V die LED angeht, sie sich aber bei Berührung von 
IN2- oder mit Taster auf GND wieder ausschalten lässt.
Der Taster über 560k auf GND erfüllt so den Zweck, dass ich sehen kann, 
wenn die Spannung sich an die Schaltschwelle annähert. Solange sich die 
LED damit „ausknipsen“ lässt sind die 4,8V noch nicht erreicht.
Die Hysterese geht bis ca. 4,89V (knapp 0,09V).

Wahrscheinlich wird diese „Funktion“
hier zurecht zerissen🤔😀 Aber vielleicht kann einer einordnen was ich da 
gebastelt hab.

Interessanterweise verhält sich die Schaltung nur im
Lochrasteraufbau genau so.
In der späteren Einbausituation unterhalb des LCD entfällt die Hysterese 
fast komplett und das Einschalten >4,85V lässt die LED nicht dauerhaft 
leuchten. Somit entfällt die „Tasterfunktion“.
Außerdem flackert die LED (ein wenig) beim 4,8V Schaltpunkt statt sauber 
einzuschalten (wie im Testaufbau), schaltet aber knapp darunter 
dauerhaft ein.

Ich hab die Schaltung bereits in eine Lage Aluklebeband gehüllt, das hat 
immerhin unkontrolliertes Flackern der LED verhindert. Das LCD scheint 
den LM393 wirklich mit 60Hz Segmentspannung zu stören.

[Falk B. (falk)]

Alexander H. schrieb:
> Also ist die Beschaltung des zweiten Komparators (Logikinverter) so
> falsch?

Nein, das passt, der braucht auch keine Hysterese, weil der 1. 
Komparator immer voll schaltet.

> Der Logikinverter (wird benötigt, damit die LED bei 4,8V Schaltschwelle
> an- statt ausgeht) hängt aktuell an 5V Vbat. Passt das?

Was soll wie passen? Soll die LED unterhalb oder oberhalb von 4,8V an 
sein?

> Ich hatte den LED Vorwiderstand etwas zu klein gewählt (es flossen
> 5,2mA)
> Evtl. ging der LM393  in die Strombegrenzung. Das hab ich auf 3,5mA
> angepasst.

Der kann das, offiziell 10mA, real eher 20mA.

> Beim Basteln ist mir aufgefallen, dass beim Einschalten der Schaltung
> mit der Spannung >4,85V die LED angeht, sie sich aber bei Berührung von
> IN2- oder mit Taster auf GND wieder ausschalten lässt.

Dann ist was faul.

> Der Taster über 560k auf GND erfüllt so den Zweck, dass ich sehen kann,
> wenn die Spannung sich an die Schaltschwelle annähert.

Das funktioniert so nicht, denn der hängt am Ausgang des Komparator, der 
mit 10k gegen VCC gezogen wird. Da bewirken 560k praktisch nix. Du hast 
den Schaltplan falsch gezeichnet oder die Schaltung anders aufgebaut.

> In der späteren Einbausituation unterhalb des LCD entfällt die Hysterese
> fast komplett und das Einschalten >4,85V lässt die LED nicht dauerhaft
> leuchten. Somit entfällt die „Tasterfunktion“.

Siehe oben.

> Außerdem flackert die LED (ein wenig) beim 4,8V Schaltpunkt statt sauber
> einzuschalten (wie im Testaufbau), schaltet aber knapp darunter
> dauerhaft ein.

Da fehlt die Hysterese oder ist zu klein.

> Ich hab die Schaltung bereits in eine Lage Aluklebeband gehüllt, das hat
> immerhin unkontrolliertes Flackern der LED verhindert. Das LCD scheint
> den LM393 wirklich mit 60Hz Segmentspannung zu stören.

R1 und R2 teilen Vref auf 1,75V runter. Braucht man hier eigentlich 
nicht. R4 und R5 teilen Vbat auf 35,5%. Mit der "neuen" Vref von 1,75V 
macht das rückwärts gerechnet 4,95V. R3 ist mit 3,9M sehr groß, die 
Hysterese eher klein. Hmm, LTspice sagt 200mV Hysterese. Das reicht 
eigentlich.

[Rainer W. (rawi)]

Alexander H. schrieb:
> IMG_1885.jpeg

Ich sehe da nur Antennen, aber keine Kondensatoren.

Bei der kleinen Hysterese kann es so schnell passieren, dass eine 
überlagerte Störspannung die LED in der Nähe der Schaltschwelle zum 
Flackern bringt.

[Michael B. (laberkopp)]

Falk B. schrieb:
> Der kann das, offiziell 10mA, real eher 20mA.

Offiziell 100mA.

Falk B. schrieb:
> Nein, das passt

Du solltest Datenblätter lesen lernen.

[Alexander H. (alexander_h732)]

Ok, ich geh nochmal alles rückwärts durch, um auszuschließen dass ich 
unterschiedliche Aufbauten habe.

Welche Maßnahmen (Abblock-Kondensatoren? kann ich denn treffen, damit 
trotz der teils empfindlichen Schaltung alles sicher funktioniert?
Pauschale Tips zum Testen würden vielleicht schon helfen.

Ich sehe auch unterschiedliche Schaltvorgänge am Oszi (gemessen über 
LED+Vorwiderstand).

Die Bilder zeigen den LED-AN Schaltvorgang knapp vor der eigentlichen 
Schaltschwelle.
Die Spannungsversorgung ist im  Einschaltmoment auf 4,83V eingestellt. 
Die sich daraufhin einschaltende LED kann ich dann mit dem Taster wieder 
ausschalten.
Das funktioniert bei einem Aufbau immer, beim anderen nur manchmal.

1. Bild: funktionierender Testaufbau
2. Bild: ab und zu funktionierender Aufbau (unter LCD)

3. Bild: Schaltvorgang LED-Aus nach Tasterdruck

[Manfred P. (pruckelfred)]

Falk B. schrieb:
> Sowas kauft man heute fertig
> als IC unter dem Namen Voltage Monitor.

Was soll das, für jeden Kram spezielle ICs kaufen zu sollen?
Ich brauchte letztes Jahr eine Unterspannungsabschaltung, 
Operationsverstärker etc. habe ich im Bestand. Das war in überschaubarer 
Zeit auf Lochraster gelötet, ohne etwas spezielles bestellen zu müssen. 
Spielte nicht auf Anhieb, aber dafür habe ich Meßgeräte und meinen 
Verstand. Das ist ein Einzelstück, muß nicht optimiert gebaut sein 
sondern nur funktionieren.

Alexander H. schrieb:
> Also ist die Beschaltung des zweiten Komparators (Logikinverter) so
> falsch?

Wieviel Threads noch? Das Bild kommt mir doch bekannt vor, aus einem 
anderen, wo Du an dieser simplen Anforderung herumstümperst und Hinweise 
ignoriesrt oder nicht verstanden hast.

[Frank O. (frank_o)]

Manfred P. schrieb:
> Falk B. schrieb:
>> Sowas kauft man heute fertig
>> als IC unter dem Namen Voltage Monitor.
>
> Was soll das, für jeden Kram spezielle ICs kaufen zu sollen?
> Ich brauchte letztes Jahr eine Unterspannungsabschaltung,
> Operationsverstärker etc. habe ich im Bestand.

Grundsätzlich bin ich da auch eher bei Falk. Aber um etwas zu lernen 
oder etwas zu verstehen, ist das sinnvoll und, wie du auch schreibst, 
wenn du alles da hast und das selbst bauen kannst, muss man nicht erst 
etwas bestellen. Aber der Vorteil von spezialisierten ICs liegt trotzdem 
auf der Hand.

[Alexander H. (alexander_h732)]

Ich bin ja so langsam auch doch ein Fan von Spezial ICs…
Das ewige Schaltung läuft/läuft doch nicht ist ätzend.

Die Schaltung hab ich geprüft und festgestellt, dass am 3,9M Ohm ein 
Bein locker war. Die Schaltung, die vermeintlich lief, hatte also gar 
keinen Hysteresewiderstand.
Ansonsten war alles identisch.

Das Feature mit dem Ausschalten per Taster ist wahrscheinlich 
Schwachsinn, denn mit Hysterewiderstabd klappt es nicht mehr so 
zuverlässig. Das muss ich nochmal checken.
Mit 1M Ohm ändert sich so ziemlich alles, auch die mühsam eingestellte 
Schaltschwelle bei 4,8V, daher belass ich das wahrscheinlich bei 3,9 M 
Ohm (oder spricht da was dagegen?).

Ich hab bei 4,8V sowohl bei 1M als auch bei 3,9M Ohm Hysteresewiderstand 
ein Flackern der LED. Bei 1M ist es so heftig, dass die LED zuerst 
schwach leuchtet und dann heller wird.
Die LED sollte ja einfach nur sauber einschalten ohne 
Übergabgsbereich/Flackern.

Was gibts da für Gegenmaßnahmen?

[Enrico E. (pussy_brauser)]

Alexander H. schrieb:
> daher belass ich das wahrscheinlich bei 3,9 M Ohm (oder spricht da was
> dagegen?).

3M9 ist zu hochohmig und die auswertbare Spannung sollte ziemlich nahe 
in der Mitte liegen, also bei etwa 2,5V! Denn du hast ja nur 5V 
Versorgungsspannung zur Verfügung.

Zum genauen Einstellen des Umschaltpunktes kannst du zwischen den beiden 
120k Widerständen R4 und R5 noch einen 50k Spindeltrimmer vorsehen.

R2 entfällt!

[Rainer W. (rawi)]

Alexander H. schrieb:
> Was gibts da für Gegenmaßnahmen?

Filterkondensatoren,
Oder rechnest du damit, dass sich deine Batteriespannung im MHz-Bereich 
ändert?

Alexander H. schrieb:
> Welche Maßnahmen (Abblock-Kondensatoren?

Abblockkondensatiren hast du hoffentlich sowieso.

Alexander H. schrieb:
> daher belass ich das wahrscheinlich bei 3,9 M Ohm (oder spricht da was
> dagegen?).

Eine Hysterese, die kleiner als die Amplitude der Störungen ist, ist 
sinnlos. Entweder du verkleinerst die Störungen oder du erhöhst die 
Hysterese.