Differenzverstärker/Komparator?

[Ansgar Strickerschmidt]

Hallo NG,

ich mache mir Gedanken, wie ich einfache, günstige und zuverlässige
Gleisbesetzt-Melder für eine Modellbahn baue. Die Bahn ist eine
Märklin-Anlage, die digital betrieben wird, d.h. +/-15V Logiksignal mit
38400Bd als Zufuhr.
Der GBM soll auf den Strom einer Lokomotive reagieren, d.h. bei 1 mA Strom
auf dem Gleisabschnitt (soviel zieht der Dekoder im Leerlauf) soll der
Melder ansprechen und ein 5V-Logiksignal liefern.
Andererseits soll bei Vollast (sagen wir, 1,5 A auf dem Gleisabschnitt)
nicht mehr als vielleicht 0,2 V verloren gehen. Ich hätte also an einen
Längswiderstand von 0,1 Ohm gedacht, macht bei 1,5 A 150 mV
Spannungsabfall, und bei 1 mA 0,1 mV.
Ich würde jetzt einen OpAmp als Differenzverstärker mit Faktor 50000
einsetzen wollen, um einen 5V-Logikpegel am Ausgang zu bekommen.
Jetzt meine Fragen:
a) Was muss ich zur Entstörung bei den geringen Eingangspegeln beachten
(OK, das Differenzsignal ist ja doch *recht* niederohmig, aber
trotzdem...)?
b) welcher Opamp oder Komparator ist für die Aufgabe zu empfehlen? Komme
ich da mit einem LM324 hin (es sollen ja doch eine ganze Menge Abschnitte
überwacht werden, und es soll nicht teuer sein...)?
c) Wie muss die Schaltung aussehen, dass im strom*losen* Zustand (< 1 mA)
der Ausgang zuverlässig auf Low liegt? Stichwort Common-Mode Rejection...
d) irgendwelche guten und praxisnahen Quellen?

Danke!

Ansgar

[Dieter Wiedmann]

Ansgar Strickerschmidt schrieb:

[...]

Post by Ansgar Strickerschmidt
Spannungsabfall, und bei 1 mA 0,1 mV.

[...]

Post by Ansgar Strickerschmidt
Komme ich da mit einem LM324 hin

Sicher nicht, schau dir mal an wie der LM324 so driftet.

Ich würde zwei antiparallele Schottkydioden als 'Shunt' verwenden, dann
gehts problemlos mit Billigopamps, die dann aber als Komparator
beschaltet.


Gruß Dieter

[Ansgar Strickerschmidt]

Post by Dieter Wiedmann
[...]

Post by Ansgar Strickerschmidt
Spannungsabfall, und bei 1 mA 0,1 mV.

[...]

Post by Ansgar Strickerschmidt
Komme ich da mit einem LM324 hin

Sicher nicht, schau dir mal an wie der LM324 so driftet.
Ich würde zwei antiparallele Schottkydioden als 'Shunt' verwenden, dann
gehts problemlos mit Billigopamps, die dann aber als Komparator
beschaltet.

OK, ist schonmal eine gute Idee.
Werd ich mal weitergucken. Das Ausgangssignal muss ja dann auch noch
gleichgerichtet werden...

Ansgar

[Michael Lange]

Hallo Ansgar,

Post by Ansgar Strickerschmidt
Hallo NG,
ich mache mir Gedanken, wie ich einfache, günstige und zuverlässige
Gleisbesetzt-Melder für eine Modellbahn baue. Die Bahn ... /[egal]/ ...
Der GBM soll auf den Strom einer Lokomotive reagieren, ...

ein Widerstand ist wegen des vom Strom abhängigen Spannungsabfall eher
schlecht, außerdem wird u.U. wird an ungünstigen Stellen innerhalb der
Anlage viel gefährliche Wärme erzeugt.
Ich zwar selbst noch keinen GBM gebaut, aber schon ein paar Schaltungen
aus der Praxis gesehen. Da wurden für den Spannungsabfall antiparallele
Dioden eingesetzt, und ein Komparator (sowas wie LM339).

HTH, ansonsten google.
Michael

[Marte Schwarz]

Hallo Ansgar,

Post by Ansgar Strickerschmidt
Ich würde jetzt einen OpAmp als Differenzverstärker mit Faktor 50000
einsetzen wollen, um einen 5V-Logikpegel am Ausgang zu bekommen.

Vergiss es lieber. Du bräuchtest ein OP, dessern Offsetspannuung deutlich
unter 1 mv kommt, das ist nicht mehr billig. und 50000 in einer Stufe ist
auch nicht so doll, die Teile machen oft im Leerlauf gerade mal 10k bis
100k. Ausserdem willst Du eigentlich einen Komparator, dann nimm auch einen
solchen. Es hat meist einen Grund, wenn es spezialisierte Teile gibt.

Post by Ansgar Strickerschmidt
a) Was muss ich zur Entstörung bei den geringen Eingangspegeln beachten
(OK, das Differenzsignal ist ja doch *recht* niederohmig, aber
trotzdem...)?

kurze Wege, kompakter Aufbau...

Post by Ansgar Strickerschmidt
b) welcher Opamp oder Komparator ist für die Aufgabe zu empfehlen? Komme
ich da mit einem LM324 hin (es sollen ja doch eine ganze Menge Abschnitte
überwacht werden, und es soll nicht teuer sein...)?

s.o. LM339 heisst das low-Cost Komparator-Pendant zum LM324

Post by Ansgar Strickerschmidt
c) Wie muss die Schaltung aussehen, dass im strom*losen* Zustand (< 1 mA)
der Ausgang zuverlässig auf Low liegt? Stichwort Common-Mode Rejection...

Welche Common Mode willst Du denn unterdrücken? Du willst ja wohl
hoffentlich die 1mV nicht auf Reise Schicken, sondern das digitalisierte
Signal.
Schau mal im National-Datenblatt zum LM324 auf Seite 11 oben Links die
Schaltung an. Wenn Du die umstrickst auf Lowside, dann klappt das (auch mit
dem LM339).
Woher kommen denn die maximal 200 mV Spannungsabfall, fährst Du Rennen mit
der Anlage?
Wenn das nicht so tragisch ist, dann mach den Widerstand deutlich größer und
überbrücke ihn mit einer Diode. Das entpannt den Rest deutlich.

Marte

[Ansgar Strickerschmidt]

Post by Michael Lange
Hallo Ansgar,

Post by Ansgar Strickerschmidt
Ich würde jetzt einen OpAmp als Differenzverstärker mit Faktor 50000
einsetzen wollen, um einen 5V-Logikpegel am Ausgang zu bekommen.

Vergiss es lieber. Du bräuchtest ein OP, dessern Offsetspannuung deutlich
unter 1 mv kommt, das ist nicht mehr billig. und 50000 in einer Stufe ist
auch nicht so doll, die Teile machen oft im Leerlauf gerade mal 10k bis
100k. Ausserdem willst Du eigentlich einen Komparator, dann nimm auch
einen solchen. Es hat meist einen Grund, wenn es spezialisierte Teile
gibt.

... weil sie simpler gestrickt sind??

Post by Michael Lange

Post by Ansgar Strickerschmidt
c) Wie muss die Schaltung aussehen, dass im strom*losen* Zustand (< 1 mA)
der Ausgang zuverlässig auf Low liegt? Stichwort Common-Mode
Rejection...

Welche Common Mode willst Du denn unterdrücken? Du willst ja wohl
hoffentlich die 1mV nicht auf Reise Schicken, sondern das digitalisierte
Signal.

Ähm, ja, die Millivölter sind natürlich nur höchstens ein paar cm weit auf
einem PCB unterwegs. Common Mode meint, dass das ganze Konstrukt (also
beide Komparator-Eingänge) ja ständig zwischen +15V und -15V pendelt, wenn
Du Dir das Märklin/Motorola-Protokoll mal ansiehst... und dagegen sollte
die Schaltung hinreichend immun sein.

Post by Michael Lange
Schau mal im National-Datenblatt zum LM324 auf Seite 11 oben Links die
Schaltung an. Wenn Du die umstrickst auf Lowside, dann klappt das (auch
mit dem LM339)

OK, guckich, nehmichdannmal.

Post by Michael Lange
Woher kommen denn die maximal 200 mV Spannungsabfall, fährst Du Rennen
mit der Anlage?

Ja, meine Loks werden getunt. ;)
Es ist einfach eine Worst-Case-Abschätzung.
Die stärkste Lok im Sortiment ist eine V200, und deren Motor hat ca. 16 VA.
Wenn man dann noch Zusatzfunktionen in die Lok einbaut, oder noch ein paar
Wagen mit Beleuchtung im Abschnitt stehen, kommt da schon nochmal schnell
ein halbes Ampere zusammen.
Und nicht zuletzt können ja in einem Abschnitt auch mal mehrere Loks
unterwegs sein, Digitalsteuerung sei Dank. Ob die dann wiederum alle
gleichzeitig mit Volldampf rumschießen, sei mal dahingestellt...

Ich werde mal die Schottky-Dioden favorisieren und mir den LM339 ansehen.

Bisher mar mir auch die Unterscheidung OPamp/Komparator nicht so ganz
klar, zumal man ja ersteren als letzeren verwenden/beschalten kann...

Danke!

Ansgar

[Gottfried Gössl]

Hallo Ansgar!

Nur als Idee, falls die Probleme überhand nehmen:
Jedem Dekoder noch einen Widerstand geben, daß er
zB 10mA zieht oder auch mehr.

Und Störungen treten sicher auf. Deshalb die Comp-
Eingänge mit RC abblocken.

Gruß Gottfried

[Marte Schwarz]

Hallo Gottfried,

Post by Gottfried Gössl
Jedem Dekoder noch einen Widerstand geben, daß er
zB 10mA zieht oder auch mehr.

Das ist sicher eine brauchbare Idee.

Post by Gottfried Gössl
Und Störungen treten sicher auf. Deshalb die Comp-
Eingänge mit RC abblocken.

aber damit beerdigst Du die Gleichtaktunterdrückung relativ sicher.

Marte

[Dieter Wiedmann]

Post by Ansgar Strickerschmidt
Bisher mar mir auch die Unterscheidung OPamp/Komparator nicht so ganz
klar, zumal man ja ersteren als letzeren verwenden/beschalten kann...

Das ist eine Frage der Kompenstion und damit Stabilität. Opamps werden
auf relativ kleine Verstärkungen (intern) kompensiert, Komparatoren auf
sehr hohe (wenn überhaupt).


Gruß Dieter

[Marte Schwarz]

Hi Ansgar,

Post by Ansgar Strickerschmidt

Post by Michael Lange
einen solchen. Es hat meist einen Grund, wenn es spezialisierte Teile
gibt.

... weil sie simpler gestrickt sind??

Nee, eher schon, weil die einen darauf optimiert sind, am Ausgang ein
analoges Signal zu produzieren und die anderen eben nur 1 oder 0. Das macht
erheblichen Unterschied aufs Design intern.

Post by Ansgar Strickerschmidt
Ähm, ja, die Millivölter sind natürlich nur höchstens ein paar cm weit auf
einem PCB unterwegs. Common Mode meint, dass das ganze Konstrukt (also
beide Komparator-Eingänge) ja ständig zwischen +15V und -15V pendelt, wenn
Du Dir das Märklin/Motorola-Protokoll mal ansiehst... und dagegen sollte
die Schaltung hinreichend immun sein.

Na ja, ich hab mit Modelleisenbahnen nicht wirklich zu tun ;-)
Aber 30 V bei 38 kHz sind sehr sehr hässlich, wenn man 1 mV detektieren
will. Ich denke, das solltest Du begraben, also auf alle Fälle die Dioden
nehmen und dann eben ein bischen hochohmiger. Dann solte das gehen. Ohnehin
würde ich dann auf die Masseseite gehen und dort messen. Dann lohnt ggf doch
ein OP, weil Du dann ein Tiefpassfilter mit einbauen kannst, das den Stress
von der Logik wegbügelt.

Post by Ansgar Strickerschmidt
Es ist einfach eine Worst-Case-Abschätzung.

...

Post by Ansgar Strickerschmidt
Und nicht zuletzt können ja in einem Abschnitt auch mal mehrere Loks
unterwegs sein, Digitalsteuerung sei Dank. Ob die dann wiederum alle
gleichzeitig mit Volldampf rumschießen, sei mal dahingestellt...
Ich werde mal die Schottky-Dioden favorisieren und mir den LM339 ansehen.

Schottky bringen den gewünschten Effekt nicht zwingend, je nach
Innenwiderstand hsat Du ganz schnell die gleichen Spannungsabfälle bei
gleichem Geld und Strom.

Post by Ansgar Strickerschmidt
Bisher mar mir auch die Unterscheidung OPamp/Komparator nicht so ganz
klar, zumal man ja ersteren als letzeren verwenden/beschalten kann...

Ja, man kann auch mit einem Trabbi aufs Feld fahren... mit einem Traktor
geht das aber erheblich besser, nicht?

Marte