Schalten Sie einen Schmitt-Trigger um, wenn Strom durch eine Zenerdiode fließt

Ich versuche, eine Schaltung mit einer intermittierenden Stromquelle (einem Fahrradnabengenerator) zu entwerfen, die gleichgerichtet und gefiltert und auf 6,8 V geregelt wird.

Jetzt möchte ich "erkennen", wenn die Stromquelle ein- oder ausgeschaltet ist. Ich habe eine experimentelle Schaltung (unten) erstellt, um die Idee zu bestätigen, dass, wenn ich einen Pulldown an NODE1 lege, wenn VCC über 6,8 V ansteigt, Strom durch den Zener fließt, der Mosfet aktiviert wird und die LED leuchtet.

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Dies schien wie erwartet zu funktionieren, aber es gab eine gewisse Welligkeit und der Ein / Aus-Übergang war nicht so scharf, wie ich es brauche. Also dachte ich über die Verwendung eines Schmitt-Triggers nach, da ich einige ICs herum habe (nämlich einen CD4093BCN). Ich habe versucht, den MOSFET durch eine Doppelinverter-Konfiguration mit zwei der IC-Gatter zu ersetzen, und die Triggerung funktioniert, wenn ich den Triggereingang mit einem direkten Draht von Vcc oder Masse abtaste, aber nicht, wenn ich den Eingang an verbinde NODE1.

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Beim Messen von V an NODE1 fand ich heraus, dass es nicht genug ansteigt, um auszulösen (geht nicht über 2/3 von VCC).

Meine Fragen sind:

  1. Was mache ich falsch?
  2. Wie kann ich den Schmitt-Trigger richtig aktivieren, wenn der Zener "ein" ist?
  3. Wäre ich mit einem OpAmp-Schmitt-Trigger besser bedient als mit einem Logic-Gate-Trigger?
Könnten Sie auch ein Schema der Schmitt-Trigger-Variante bereitstellen?
@Humpawumpa Ich habe den Schaltplan hinzugefügt. Der trigPuffer bedeutet, dass der IC richtig mit Stromschienen verbunden ist. Ich habe einen Fehler gemacht und der Triggerausgang "senkt" die LED, anstatt sie zu "sourcen", aber die allgemeine Absicht bleibt erhalten: Der "Ein-Aus"-Zustand der LED sollte dem "Aus-Ein"-Zustand von zugeordnet werden die VCC-Spannung.

Antworten (3)

Die Schmitt-Trigger-ICs haben ziemlich schlecht definierte Schwellenwerte, die Prozentsätze der Versorgungsspannung sind, keine absoluten Spannungen. Dies ist im Datenblatt klar formuliert. Wenn Sie die Versorgung von der Eingangsspannung ableiten, müssen Sie dies berücksichtigen. Wenn die Eingangsspannung Vcc - 6,8 V beträgt, dann sollte die Eingangsspannung 3 * 6,8 = 20,4 V betragen, damit der Chip 2/3 Vcc beträgt, wodurch der Chip zerstört wird.

Sie können so etwas ausprobieren, das die Hälfte eines billigen Dual-Operationsverstärkers als Komparator verwendet. Die Schwellen liegen bei etwa 6,8 V für „Ein“ und 6,3 V für „Aus“ mit den gezeigten Werten. Ändern Sie R4, um die Hysterese zu ändern.

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Danke für deine Antwort! Denken Sie, dass ein CA741CE ein guter OpAmp dafür ist? Ich habe einen in der Nähe. Gehe ich auch richtig davon aus, dass ich durch Ändern des Verhältnisses zwischen R6 und R5 die Werte der Eingangsspannungsschwellen einstellen könnte?
Eine 741 funktioniert nicht. Mit R5/R6 können Sie den Schwellenwert innerhalb eines Bereichs variieren, ohne den Zener zu ändern.
Danke noch einmal! Entschuldigen Sie meinen Mangel an Wissen, aber können Sie mir bitte sagen, warum die 741 nicht funktioniert? Gibt es eine Möglichkeit zu wissen, ob ein anderer OpAmp funktionieren würde oder nicht, oder gibt es eine Reihe von Merkmalen, die mich bei der Auswahl eines passenden OpAmp für diese Anwendung anleiten würden?
Der 741 benötigt mehr Versorgungsspannung und der Eingangs-Gleichtaktbereich umfasst keine Masse. Der LM358 ist wahrscheinlich der billigste Operationsverstärker der Welt (vielleicht ein oder zwei Cent im Volumen) und eignet sich für diese Anwendung, insbesondere das breite Angebotsspektrum. Es ist die duale Version des Quad LM324, die Bimpelrekkie verwendet hat.
Noch eine Frage: Nach dem, was ich gerade online gelesen habe, möchte ich vielleicht keinen (Rail-to-Rail) OpAmp, sondern einen Komparator . Ich hätte leichten Zugang zum LM393, denkst du, das wäre ein guter Ersatz?
Ja, Sie können einen LM393 verwenden, er funktioniert ungefähr genauso gut in der obigen Schaltung, aber schalten Sie 10K parallel zur LED, um die Hysterese ungefähr gleich zu halten.

Die erste Schaltung kann mit einer etwas "steileren" Reaktion hergestellt werden, indem ein NPN anstelle eines NMOS verwendet wird:

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Ich habe die Zenerspannung von D1 etwas niedriger gemacht, jetzt sollte die LED über 6,2 V + 0,7 V = 6,9 V einschalten.

Beachten Sie in Bezug auf die Schaltung mit dem Schmitt-Trigger, dass die Pegel des Schmitt-Triggers relativ zur Versorgungsspannung sind , sodass er ein sich bewegendes Ziel verfolgt (der Triggerpegel steigt, wenn die Versorgung steigt).

Wenn Sie den Eingang des Schmitt-Triggers auf Masse legen könnten, bleibt dieser konstant, wenn sich der Triggerpegel mit der Versorgung ändert. Das könnte funktionieren, welchen Zenerwert Sie benötigen, weiß ich nicht, ich würde ein wenig experimentieren. Damit die LED aufleuchtet, wenn die Versorgung (und der Triggerpegel) größer als ein bestimmter Wert ist, werden 2 NAND-Gatter in Reihe benötigt. Wenn Sie die LED von Masse aus referenzieren, reicht natürlich ein NAND-Gatter aus:

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Eine opamp-basierte Lösung könnte so aussehen:

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R7 ist optional , es fügt ein bisschen Hysterese wie bei den Schmitt-Triggern hinzu. Machen Sie R7 kleiner, um den Abstand zwischen den Triggerpegeln zu vergrößern. Entfernen Sie R7, um überhaupt keine Hysterese zu haben.

Danke für deine Antwort! Mir ist aufgefallen, dass Sie die Position zwischen dem Zener und seinem Vorwiderstand vertauschen. Meine anfängliche Konfiguration ging davon aus, dass in NODE1 nur "Spannung" anliegen würde, wenn der Zener leitete (dh wenn VCC die Zenerspannung erhöhte). Ich habe deine Umkehrung nicht verstanden. Es scheint mir, dass NODE1 (der Schmitt-Trigger-Eingang) immer VCC folgen würde, selbst wenn er unter der Zenerspannung liegt, und die Rolle der Zenerdiode in dieser Schaltung ist mir nicht klar. Könnten Sie das näher erläutern? Es wäre sehr nützlich für mich, danke!
Außerdem habe ich dies entlang des Lösungsmodells "Zener + BJT" gefunden. Haben Sie darüber nachgedacht? electronic.stackexchange.com/a/272424/5814
In meiner 2. Schaltung erzeugt der Zener eine Referenzspannung, nehmen wir an, es sind 3 V. Nehmen Sie auch an, dass die Triggerpegel 1/3 und 2/3 der Versorgung betragen. Also bei Versorgung = 3 V, NODE1 = 3 V, also über 2/3 der Versorgung, also eine "1", dann ist der Ausgang von NAND1 "0" und der Ausgang von NAND2 ist "1", die LED ist aus. Damit die LED einschaltet, benötigen wir eine "0" am Eingang von NAND1. Um diese "0" zu erhalten, muss die Spannung 1/3 der Versorgungsspannung betragen. Die Referenzspannung beträgt 3 V, dann muss die Versorgung 9 V betragen (1/3 * 9 V = 3 V). Oberhalb von 9 V beträgt der Eingang von NAND1 weniger als 1/3 der Versorgung und die LED schaltet sich ein.
Die in electronic.stackexchange.com/questions/272408/… vorgestellte Schaltung funktioniert nicht, sie muss ernsthaft modifiziert werden, ich würde diese Schaltung einfach vergessen. Es ist nicht das, was Sie brauchen.

Das ist alles sehr schön, aber es geht viel viel einfacher. Versuchen Sie es mit einem TL431. Dieser Chip ist schon seit Ewigkeiten im Einsatz und erfüllt seinen Zweck perfekt. Sie können dieses dreibeinige Gerät auf vielfältige Weise verwenden, und eine davon ist eine Art Festspannungskomparator. Sobald die Spannung am Einstellstift höher als 2,5 V ist, beginnt der TL431 an den A- und C-Pins zu leiten. Also alles, was Sie brauchen, ist ein Spannungsteiler, um von 6,8 V auf 2,5 V zu gehen. Ich habe eine Obergrenze von 100 n für eine gewisse Störfestigkeit hinzugefügt, aber Sie würden dies in der Simulation nicht bemerken.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wenn Sie ein Signal an einen Mikrocontroller oder Arduino usw. senden möchten, können Sie einen Pullup-Widerstand auf der Seite des Arduino-Schaltkreises mit VCC und eine Diode verwenden, deren Kathode auf diese Weise mit "Vo" verbunden ist IO ist ein wenig.

Es gibt sogar spezielle 431er-Varianten, den TLV40x1 , der für die Verwendung als Komparatoren entwickelt wurde, einige mit Funktionen, die dazu beitragen können, die Anzahl der Teile etwas zu reduzieren
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