Frequenz eines NE555 durch "Handauflegen" steuern

[Lupin III.]

Ich habe mit einem NE555 eine astabile Kippstufe wie im Schaltplan unten gezeigt aufgebaut (von http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0310131.htm). Die Werte habe ich so gewählt, dass eine LED am Ausgang ca. alle 2sec aufblitzt (R1 ca. 200k (Poti), R2 = 10k, C1 = 4,7µ).

Ich möchte nun die Frequenz des AVM steuern, indem ich zwei Kontakte mit den Fingern berühre. Das ist aber noch nicht alles (das wäre zu leicht ;-).

Ich möchte, dass sich die Frequenz beim Berühren nicht sofort erhöht, sondern erst nach und nach das Maximum erreicht (nach 30-60 Sekunden). Nach dem Loslassen soll die Frequenz wieder langsam zurückgehen, auch wieder im selben Zeitbereich.

Dazu habe ich R1 bereits durch die andere unten abgebildete Schaltung ersetzt. Verbindet man die Kontakte links mit den Fingern, fließt ein geringer Strom, der C1 lädt und mit der Zeit T1 durchsteuert. Wird der Kontakt wieder unterbrochen, entlädt sich C1 über R3 und R4 bis T1 komplett schließt. Dadurch habe ich einen Steuerbereich von 200kOhm (T1 geschlossen) bis unter 50kOhm (T1 geöffnet) und damit eine entsprechende Frequenzänderung.

Soweit, sogut. Bis hierhin funktioniert alles. Aber jetzt fangen die Probleme an.
Von Minimum auf Maximum dauert es nicht einmal 10 Sekunden. Wie kann ich das ändern ohne einen größeren Kondensator einzubauen und trotzdem noch genug Strom für die Basis von T1 zu bekommen?
Zweitens ist die Frequenzänderung zuerst langsam (es sieht fast so aus als würde sich nichts ändern) und dann plötzlich immer schneller bis zum Maximum (liegt nicht an meinen Fingern, ich hab's auch schon mit einem Widerstand probiert). Woran liegt das?

Und wie immer die Frage: gibt es eine bessere Möglichkeit die Frequenz durch "Handauflegen" wie beschrieben zu ändern?

[Stromus]

Bist Du mit der anderen Schaltung weiter gekommen? Du hast Dich nicht mehr gemeldet

[Erfinderlein]

Hallo Lupin,

was du da siehst ist die E-Funktion des 220 µf Kondensators.

Idee : Das kannst du umgehen indem du den 27 kOhm Widerstand durch eine FET-Konstantstromschaltung ersetzen tust.

Mit der wiederum kannst du auch den Ladestrom und somit die Zeit einstellbar machen.

Zu deiner Frage nach einem besseren "Handauflegesensor": Du könntest das, alledings mit einigem Aufwand verbunden, mittels D-Feld-Sensor lösen und je nach Richtung und Abstand der Hand zum Sensor die Frequenzänderungen rauf und runter ändern und wenn du willst auch noch die Lautstärke.

Gruss

[Lupin III.]

Gleich mal Danke an Stromus und Erfinderlein, die beinahe hyperaktiv in jedem meiner Threads dabei sind!

@Stromus (die, die das folgende nicht interessiert, können bei @alle weiterlesen; für die anderen ist vielleicht auch http://www.transistornet.de/viewtopic.php?t=2044 ganz interessant)
Ja, danke. Ich habe die Werte berechnet, allerdings für zwei sehr hochohmige Spannungsteiler. Da der NTC dabei aber eben wenig Einfluss hätte, habe ich in einem Spannungsteiler doch wieder einen Widerstand durch einen Transitor ersetzt, der seinerseits von einem Spannungsteiler (NTC + R) gesteuert wird. Dadurch habe ich habe ich dann nur einen niederohmigen Spannungsteiler.

Berechnet habe ich da zugegebenermaßen nicht viel, da neben der Arbeit noch damit beschäftigt war meine Lichtschranken-Zeitschaltungs-200LED-Dimmer-Beleuchtung aus einem anderen Thread zu montieren. Die Lichschranken muss ich erst einbauen, aber immerhin leuchten die LEDs dank einer anderen auch noch entworfenen Schaltung schon automatisch sobald es draußen dunkler wird (ein LDR mit NE555 als Schmitt-Trigger, echt vielseitig das Ding).

Die Rot-Blau-Wechseldimmer-Schaltung aus dem anderen Thread kommt übrigens an den Ausgang der hier beschriebenen Blink-Schaltung. Aus dem "Farben-Thermometer" ist durch neue Ideen jetzt ein künstliches Herz geworden. Das Anfangs als Energiesparmaßnahme gedachte Blinken hat mich an einen Herzschlag erinnert. Da habe ich mir gedacht, es wäre doch nett, so ein Ding in ein Holzkistchen einzubauen (auf einer Seite mattes Plexiglas). Dazu soll dann kommen, dass sich beim Berühren von zwei unauffälligen Kontakten (z.B. Schrauben) langsam die Frequenz bzw. durch erwärmen die Farbe ändert.


@alle
Kann ich die Konstantstromschaltung auch noch irgendwie anders aufbauen? Ich habe keinen einzigen FET. Und nicht nur das, ich habe auch noch keine einzige Schaltung mit einem FET gebaut, habe davon also keine Ahnung!
Was ich auch noch gemerkt habe: bei bestimmten Verhältnissen von R3:R4 schaltet der Transistor sofort durch und C1 wird kaum geladen. Eigentlich auch logisch wieso, aber wenn ich jetzt nur R3 ändern würde, komme ich sicher bald in diesen Bereich, oder?


@erfinderlein
Das mit dem D-Feld-Sensor hört sich lustig an, aber auch etwas zu kompliziert für diese Schaltung hier. Die Wörter sind in Suchmaschinen schwer im richtigen Zusammenhang zu finden. Misst ein D-Feld-Sensor die dielektrische Verschiebung? Wenn, ja wie sieht so eine Sensor aus? Das muss nicht in diesen Thread, es reicht wenn wer einen gute URL dazu nennen kann. Vielleicht kommt das ja in ein späteres Projekt ;-).

[Stromus]

Damit der NTC Einfluß bekommt muß der Spannungsteiler niederohmiger sein. Wähle dazu einen Quesrstrom von etwa 40 x Ib (bisher war er 5 x Ib). Du brauchst nicht den Zusaztransisor. Er bringt nichts zusätzliches.

Zu diesem Thema. Diese Schaltungsart mit offener Basis ist eigentlich eine undankbare Sache. Im sog. unberührten Zustand fliesst ein Strom über die parasitäre Kapazität zwischen Basis und Erde. Da aber im Emitter keine Wechselspannung zur Verfügung steht ist dieser Vorgang einmalig. Nun berührst Du die Basis und ein Kollektorstrom kommt zustande. Der ist nicht berauschend groß und ändert langsam die Amplitude, da der Kondensator im Kollektor auch langsam immer hochimpedanter wird. Die Kapazität, die durch Berührung zustande kommt beträgt etwa 2...6pF. Das ist nicht besonders viel als Delta gegenüber dem Ausgangszustand. Deshalb ist diese Schaltung auch nicht besonders geeignet für das, was Du vor hast.
Zu der Stromquelle: es gibt die Möglichkeit über einen Bipolartransistor sie zu gestalten. Damit aber zum nächsten Punkt: wie wollen wir die Quelle wirksam beeinflussen. Sie hängt von zwei Sachen ab:

1. Klemmspannung zwischen Betriebsspannung und Basis und falls ein pnp-Transistor eingesetzt wird, dann ist diese Massefrei.
2. Emitterwiderstand der den Strom bestimmt.

[Erfinderlein]

Hallo Lupin,

ja da bist du auf der richtigen Spur.

Nur ganz kurz das Prinzip: Du gibst eine Frequenz auf den einen Draht und invertierst diese und gibst sie auf einen zweiten Draht. Zwischen den beiden Drähten ( Geometrie kann sehr unterschiedlich sein ) liegt Draht drei , die Antenne .
Diese wird im ungestörten Zustand ausgenullt ( eines der Signale muss in der Amplitude rauf oder runter, bis das Signal auf der Antenne Null ist. Das heisst das sich die gegenphasigen Signale aufheben )

Nun liegt es nur noch an der Auswertung , ob du damit Entfernungen messen willst ( Amplitude nimmt bei Annäherung eine Gegenstandes zu) oder ob du die Richtung erkennen willst ( Phasenlage ändert sich je nach Richtung der Annäherung) und so weiter.
In einem Glühofen kann man damit vorbeifahrende Brammen zählen, wenn man Keramik nimmt, die nicht selbst zum Leiter wird.

Das wars auch schon zu deinem 555er // bei mir der 777 ste Beitrag. Einen kleinen Drambui habe ich mir eingeschenkt, Prosit !
Diese Zahlen mag ich irgendwie.

Gruss aus GR Ladet euch ein Bier runter !

[Lupin III.]

So, jetzt bin ich etwas überfordert. Die Kapazitäten im Transistor sind hier so wichtig? Ich möchte keinen Kondensator ersetzten und auch keine hochpräzise Schaltung mit 0,01% Prozent Toleranz bauen. Der Mensch soll nur als ohmscher Widerstand dienen um damit einen Transistor zu öffen und zu schließen, und zwar beides verzögert und fließend. Die Änderung am Transistor ändert den Gesamt-Widerstand der R1-Ersatzschaltung (Bild 2) und dadurch ändert sich die Frequennz des NE555 in Schaltung 1. Und das funktioniert ja auch einigermaßen, ich bin nur mit der Zeit und der Art der Änderung noch nicht ganz zufrieden.

[Lupin III.]

Die offene Basis war tatsächlich nicht so toll. Ich habe jetzt stattdessen einen sehr hochohmigen Spannungsteiler hingebaut, wobei die berührbaren Kontakte den Widerstand der Masse-Seite überbrücken können.

Das hat folgende Effekte:

Ich brauche R1 nicht mehr, da ich die Basis über den Spannungsteiler vorspannen kann, sodass der Transistor nie schließt. Die Mindestfrequenz des NE555 kann ich durch R7 einstellen. Das war auch die Lösung dafür, wieso sich bei der vorherigen Schaltung zuerst gar nichts getan hat und dann plötzlich alles ganz schnell ging. C1 musste sich erst aufladen, bis die Basis-Emitterstrecke von T1 ihre 0,7V Spannungsunterschied bekommen hat.

R2 beeinflusst sowohl Minimal- als auch Maximal-Frequenz. Allerdings wird die Maximalfrequenz weit stärker verändert. Diese kann man damit also steuern.

Mit R4 und R5 kann man außerdem die An- und Abstiegszeit anpassen.

Sieht also alles schon ganz gut aus.

Möglicherweise ist der Spannungsteiler noch ein kleines bisschen zu hochohmig, da die Schaltung tatsächlich sehr empfindlich reagiert. Wie hoch ist der Widerstand zwischen zwei Fingerspitzen so im Schnitt? Ich komme bei mir auf Werte zwischen 200k und 400kOhm. Will das mal jemand bei sich nachmessen? Aber ohne sich die Messspitzen in die Finger zu stechen, einfach nur festhalten!

[Stromus]

Schauen wir doch mal, was die Schaltung macht.

Wir wollen wissen, welche Ströme wir im Ruhezustand bekommen. Zunächst gehen wir davon aus, dass R2 mit der Masse verbunden ist (Kein C dazwischen). Dazu müssen wir folgende Berechnungen durchführen:

Wenn der Kondensator C1 seinen Pegel erreicht hat, dann spielt er für die Berechnungen im stabilisierten Zustand keine Rolle. Da die Widerstände hochohmig sind, kommt ein Basisstrom zustande, der die Basis-Emitter Spannung auf ein Wert von etwa 0,64V erhöht. Ein genauer Wert ist nicht so wichtig, denn die Verfälschung dadurch in dieser Größenordnung nicht relevant ist (Nachkommastellen).

1. I_R6 = U_R6 / R6
2. I_R7 = (9V-U_R6) / R7
3. I_R5 = (9V-0,64V-U_R6) / (R4+R5) (das ist Dein Basisstrom!)
4. I_R6 = I_R7 + I_R5

1 bis 3 in 4 eingesetzt und gelöst nach U_R6 ergibt :

U_R6 = 8,32V

Eingesetzt in 3 ergibt ein Basisstrom von etwa I_R5 = Ib = 0,2µA
Der Transistor ist damit in seiner Verstärkung eingeschränkt und kann in etwa ein hfe zwischen 300 und maximal 330 aufweisen (erinnere Dich bitte an die Kurve hfe = f(IC))
Damit kommt ein Kollektorstrom von etwa Ic = 300...330 * Ib = 60...66µA (nicht berauschend was?)
Das ergibt auf R2 einen Spannungsabfall von etwa 6...6.6V und eine UCE = 3...2,4V

Anmerkung: auch wenn R2 ein Wert von 1Ohm hätte, würde trotzdem ein Kollektorstrom von nicht mehr als 66µA zustande kommen. Nur mit dem Unterschied, dass dann die Kollektor-Emitter Spannung 9V – U_R2 = 8,99994V beträgt und der Widerstand der Kollektor-Emitter Strecke größer ist. Im Prinzip kann die Lastgerade ganz entfallen, denn bei diesem Kollektrostrom auch keine Gefahr der Überlastung für den Transistor besteht.
Wenn zwischen R2 und Masse ein Kondensator eingebaut wird, dann lädt sich dieser auf fast 9V. Der Delta besteht in den unterschiedlichen Spannungen der Basis-Emitter und der Kollektor-Basis Strecken. Mit steigender Ladung im Kondensator wird dieser immer hochimpedanter und drückt nach unten die Basis-Kollektor Spannung bis die Polarität der Spannung den Vorzeichen kehrt und die Kollektor-Basis Quasi-Diode leitend wird (Sättigung). Die Spannung darauf wird aber nie gleich der Spannung der Basis-Emitter Strecke sein und deshalb lädt sich der Kondensator nicht ganz auf 9V (Uce wird nicht zu NULL).

Versuche die Schaltung mit R2 = 1Ohm und Kondensator (ca. 10nF) zwischen R2 und Masse zu betreiben und nimm dabei die Ladezeit auf und dann ändere R2 auf 100kOhm (Achtung erst ohne Berührung mit dem Finger!!!) und nimm wieder die Ladezeit auf. Interessant nicht wahr?

[Lupin III.]

Ich habe jetzt nicht gerade ein Profi-Multimeter (20kOhm Innenwiderstand), deswegen kann ich die Ladezeit nur indirekt messen, indem ich den Strom Ic_T1 messe. Ein 10nF Kondensator wäre übrigens sofort voll (Zeit nicht messbar). Du meintest wahrscheinlich 10µF.

Mit den in der Schaltung angebenen Werten, komme ich auf wahrscheinlich 60µA. Leider kann ich es aber nicht ablesen, da der Messbereich nur bis 50µA geht (der nächste wäre 25mA). Aus der Ausschlaggeschwindigkeit des Multimeter schließe ich aber das es nicht weit darüber hinausgehen würde. Um alles besser messen zu können, habe ich R7 so verstellt, dass ich einen Strom von 10µA habe.

Tja, und das wolltest du mich wahrscheinlich herausfinden lassen: dieser Strom ist unabhängig davon, wie groß ich R2 wähle!

Zwei kleine Unterschiede gibt es aber, wenn der Kondensator zur Masse dazwischen geschalten ist: der Lade-Strom ist eine Zeit lang konstant, fällt bei einem R2 von 0 Ohm aber schneller ab als bei 100kOhm. Nicht zu verwechseln mit der Zeit, bis dieser Abfall geschieht: die ist nämlich bei 0 Ohm ca. 12,5sek, bei 100kOhm 11,5sek, also weniger!?!

[Stromus]

R7 sorgt nicht für den Basisstrom des Transistors und spielt auch sonst eine untergeordnete Rolle.

10nF habe ich einfach nur pauschal gewählt. Du wirst schon den benötigten Wert auswählen. Maßgebend ist nur die Tatsache, dass mit R2 = 1Ohm oder R2 =100kOhm die gleiche Zeitverzögerung zustande kommt. Das passiert eben, weil der Transistorstrom relativ unabhängig von der Last ist, solange er sich im aktiven Bereich befindet. Und das eben wegen des geringen Kollektorstromes. Damit ist trotz unüblicher Beschaltung eine Stromquelle mit nahezu konstantem Strom zustande gekommen. Der Strom ist nur für eine bestimmte Zeit konstant und zwar bis zu dem Zeitpunkt, wo der Transistor die Sättigungsgrenze = ca. 0,8V erreicht. Ab der Sättigungsgrenze bricht die Stromquelle zusammen und der große Innenwiderstand dieser Stromquelle = rce beträgt nur noch wenige Ohm.