Schaltung funktioniert und doch nicht

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Schaltung funktioniert und doch nicht

Neuer Beitragvon user2014 am Montag 1. Dezember 2014, 10:58

Ein Hallo ins Forum,

ich bräuchte erneut Euren fachlichen Support, einmal weil ich es wohl nicht kapiere (Warum auch immer?) und vielleicht sehe ich ja den Wald vor Bäumen nicht! Bekanntlich sehen ja vier oder mehr Augen "mehr".

Der Beschreibung dient folgendes PDF-File als Basis:
Zählersteuerung.pdf

Bild 4 Stromlaufplan der Ansteuerschaltung
Ich habe den unteren Teil (mit FF 1, Mono-Flop 1, Mono-Flop 2) auf dem Steckbrett aufgebaut und mit dem Test begonnen. Die Funktionsabläufe im Zusammenspiel FF 1 (D174) ---> Mono-Flop 1 (D121) ---> Mono-Flop 2 (D121) schienen auf Anhieb zu klappen. Bei genauerer Betrachtung musste ich jedoch folgendes feststellen:

Die /Reset-Steuerung über die beiden NAND-Gatter (die über Mono-Flop 2) funktioniert nicht, die Funktion des FF 1 wird blockiert, sobald die Verbindung vom Gatter-Ausgang zum (clear) Eingang (1) hergestellt wird.
Zur Lokalisierung habe ich beide Mono-Flop-Ansteuerungen überprüft. An deren Ausgängen (Q) wird der beschriebene Impuls ausgegeben (Ich habe die C-Werte soweit "hochgestellt", dass ich über eine LED jeweils den Impuls sichtbar hatte).
Über einen Digitalen (PLL) TTL-Quarzgenerator speise ich am FF 1 Eingang 3 die Zeitbasis ein. Die Signale habe ich mir am Oszi angesehen, sind Top i.O. Die Torschaltung zum Zählereingang funktioniert ebenfalls.
Also als nächstes die beiden Impulse (Speicherimpuls + Rücksetzimpuls) unter die Lupe genommen. Dabei stosse ich auf folgendes Phänomen: Der mir zur Verfügung stehende Frequenzmesser (Philips PM6620) zeigt mir bei beiden Impulsen die gleiche Puls-Breite an, egal wie welche C-Werte an beiden Mono-Flop's an den Eingängen 10 und 11 anstehen. Vermutlich ein Messfehler, aber welcher, ich komme einfach nicht dahinter! Zusätzlich dann noch die Impulse gezählt (wieder an den Q-Ausgängen der beiden Mono-Flop's) und am FF 1 (clear) Eingang 1. Nichts festzustellen.

Wer hat noch eine Idee, wo der Bug liegen könnte bzw. wie ich die exakte Impulsbreite mit meinem Frequenzmesser ermitteln kann? Mir fällt diesbezüglich momentan nichts mehr ein.

Dank im Voraus.
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Re: Schaltung funktioniert und doch nicht

Neuer Beitragvon anders am Dienstag 2. Dezember 2014, 03:08

auf dem Steckbrett aufgebaut
Das allein kann schon zum Scheitern führen.
Als Mindestmaßnahme musst du dann jedem einzelnen IC seinen eigenen 100nF Keramikkondensator an der Versorgungsspannung spendieren. Mit möglichst kurzen Anschlüssen, d.h. einfach diagonal von Pin7 (bzw. 8 ) nach Pin14 (bzw. 16).

ie /Reset-Steuerung über die beiden NAND-Gatter (die über Mono-Flop 2) funktioniert nicht, die Funktion des FF 1 wird blockiert, sobald die Verbindung vom Gatter-Ausgang zum (clear) Eingang (1) hergestellt wird.
Zur Lokalisierung habe ich beide Mono-Flop-Ansteuerungen überprüft. An deren Ausgängen (Q) wird der beschriebene Impuls ausgegeben (Ich habe die C-Werte soweit "hochgestellt", dass ich über eine LED jeweils den Impuls sichtbar hatte).
Dann liegt das Problem wohl bei den Gattern.

Zusammmen bilden sie ja ein AND. Da ein nicht angeschlossener TTL-Eingang von selbst Hi ist, vermute ich dass die Verbindung vom ersten NAND zum zweiten fehlt. Dessen Ausgang ist dann permanent Low und hält das D-FF über den asynchronen /Clear Eingang fest.

(Philips PM6620) zeigt mir bei beiden Impulsen die gleiche Puls-Breite an, egal wie welche C-Werte an beiden Mono-Flop's an den Eingängen 10 und 11 anstehen.
Oben hast du doch aber geschrieben, dass du die Impulse auf diese Weise verlängert hast um sie sichtbar zu machen?

Besser du nimmst den Oskar zum Debuggen, dann siehst du was du misst.
Der Frequenzmesser ist evtl. so empfindlich, dass er die Spikes auf der schlechten GND-Verbindung sieht.
Und bau reichlich die erwähnten Keramikkondensatoren von VCC nach GND ein!
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Re: Schaltung funktioniert und doch nicht

Neuer Beitragvon user2014 am Dienstag 2. Dezember 2014, 11:19

Hallo anders,

bevor ich diesen, sagen wir mal, "Hilferuf" hier gestartet habe, ist meinerseits bereits ausgiebig Troubleshooting betrieben worden!

Dazu gehört u.a. alles was mit Grundlagen TTL-Technik zu tun hat, auch die Problematik der Keramikkondensatoren direkt an den TTL-Schaltkreisen. Im ersten Step habe ich diese über die Schaltkreise gestellt und so nah wie möglich auf dem Steckbrett am Schaltkreis "verdrahtet". Als das nicht geholfen hat, ging im Step 2 der Griff zu den "besseren" IC-Fassungen mit den integrierten Kondensatoren. Näher und direkter geht nun nicht mehr. Das also sollte nicht das Problem der Schaltung sein.
Auch die 5VDC-Versorgung ist auszuschliessen, ich habe ein Industrienetzteil 5VDC/10A im Einsatz. Zugegeben noch aus DDR-Ära, aber voll funktionstüchtig. Da geht nichts in die "Knie"!

Die "Gatter-Schaltung" habe ich gründlich unter die Lupe genommen, schliesse ich ebenfalls aus. Es gibt keine "offenen" Eingänge. Das was an Gattern nicht benutzt ist, liegt über den Eingängen an 5VDC Vcc. Der eingesetzte D200 ist von mir bereits getauscht, die "Logik-Funktion" wurde extern überprüft.

Das "rätselhafte" Verhalten kann ich mir einfach nicht erklären. Deshalb (evtl. habe ich mich oben falsch ausgedrückt) wurden beide Mono-Flop's mittels C_extern soweit träge gemacht, dass ich die Funktionalität durch eine einfache LED mit Vorwiderstand nachweisen konnte. Danach habe ich die Originalwerte der C's wieder in die Schaltung übernommen.
Leider bekomme ich die Impulse, welche an Pin 6 der D121 anstehen (100ns/800ns) anstehen sollten, nicht auf dem Oszi sichtbar gemacht. Aber wenn diese mit den "hohen" C_extern-Werten kommen, dann wohl auch mit denen im pF-Bereich.

Besser du nimmst den Oskar zum Debuggen, dann siehst du was du misst.

Diese Möglichkeit kenne ich nicht??? Bring mich bitte mal auf Stand dazu.

Was habe ich nocht getätigt. Alle vorhandenen TTL-Schaltkreise getauscht (D174 ---> D274, D121 ---> originale 74121, D200 ---> D200). Beide Impulse am Pin 6 der D121 haben die erforderliche Steilheit, ich habe diese an eine "alte" Zählerschaltung angebunden und die darauf befindlichen 7490 werden sauber auf "Null" gestellt, wenn der Impuls kommt.

Ich bin wirklich ratlos.
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Re: Schaltung funktioniert und doch nicht

Neuer Beitragvon Erfinderlein am Dienstag 2. Dezember 2014, 13:46

Das Thema ist ja lustig. Diese Zählersteuerung habe ich 1974 entwickelt und diese Ossis haben das aus der DE-OS oder aus dem US-Patent abgekupfert.
Das macht aber nur Sinn, wenn du mit den gezeigten Bauteilen für Zähler und Speicher arbeitest. Die gezeigte Schaltung kann aber noch stark vereinfacht werden.
Momentan erlaube ich mir nicht hier einzusteigen, da ich gerade ein zeitintensives Projektchen angenommen habe, wo jede Stunde zählt.
Ich werde aber mal schauen ob das nicht schon mal behandelt wurde.Habe es schließlich schon 11 Jahre hier ausgehalten.
Dann bis demnächst. (Ein normaler Name wäre auch angenehm )

LG Lothar
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Re: Schaltung funktioniert und doch nicht

Neuer Beitragvon Erfinderlein am Dienstag 2. Dezember 2014, 14:04

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Re: Schaltung funktioniert und doch nicht

Neuer Beitragvon anders am Dienstag 2. Dezember 2014, 14:42

Leider bekomme ich die Impulse, welche an Pin 6 der D121 anstehen (100ns/800ns) anstehen sollten, nicht auf dem Oszi sichtbar gemacht.
Die kannst du auch nicht sehen weil es sie nicht gibt, wenn die Monoflops nicht getriggert werden, solange das D-FF mit /CLR festgehalten wird.

Miss doch einfach mal, -ohne Triggersignal-. die Gleichspannungen an den betreffenden 6 Pins des '00 und an Pin1 des '174.
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Re: Schaltung funktioniert und doch nicht

Neuer Beitragvon user2014 am Dienstag 2. Dezember 2014, 15:34

Hallo anders,

anders hat geschrieben:Die kannst du auch nicht sehen weil es sie nicht gibt, wenn die Monoflops nicht getriggert werden, solange das D-FF mit /CLR festgehalten wird.


Die Verbindung Gatter-Ausgang zum (clear) Eingang 1 D174 ist ja getrennt. Den (clear) Eingang 1 habe ich auf 5VDC Vcc gelegt, damit ich überhaupt die Steuerkette zum Laufen bekomme. Trotzdem sind am Oszi beide Impulse nicht sichtbar!

Die Spannung liegt im "sicheren" logisch 1-Bereich (~3,9V).

Was ich jetzt festgestellt habe ist, dass die Steuerung auch "ohne" die "Gatter-Schaltung" läuft, warum auch immer? Jedenfalls die letzten beiden Stunden.

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Re: Schaltung funktioniert und doch nicht

Neuer Beitragvon anders am Dienstag 2. Dezember 2014, 19:36

Trotzdem sind am Oszi beide Impulse nicht sichtbar!
Möglicherweise weil sie zu selten kommen und zu kurz sind. Da muß man die Helligkeit ganz aufdrehen und selbstverständlich die Zeitabvlenkung so schnell machen, dass man die Impulsdächer sehen kann.
Was für einen Oszi hast du denn?

Was ich jetzt festgestellt habe ist, dass die Steuerung auch "ohne" die "Gatter-Schaltung" läuft, warum auch immer?
Laufen wird sie - aber nicht wie beabsichtigt.

ie Spannung liegt im "sicheren" logisch 1-Bereich (~3,9V).
Welche?
Wenn der /CLR Eingang des FF permanent auf 0 gehalten wird, wird man an einer Schaltung, die lediglich aus zwei Gates besteht, doch noch mit einem ganz gewöhnlichen Voltmeter feststellen können, warum da 0 rauskommt. :evil:
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Re: Schaltung funktioniert und doch nicht

Neuer Beitragvon user2014 am Mittwoch 3. Dezember 2014, 08:58

Guten Morgen anders,

anders hat geschrieben:Möglicherweise weil sie zu selten kommen und zu kurz sind. Da muß man die Helligkeit ganz aufdrehen und selbstverständlich die Zeitabvlenkung so schnell machen, dass man die Impulsdächer sehen kann.Was für einen Oszi hast du denn?

"Mein" Oszi ist (mal von der heutigen Sicht aus gesehen) ein Oldi. 15MHz-2-Kanal-Oszilloscope (TRIO). Ein feines Gerät, bisher bin ich damit gut ausgekommen. Eigentlich sollte ich damit auch die beiden Impulse der Mono-Flop-Ausgänge sehen können. Eigentlich ...
Helligkeit etc. alles bereits probiert. Das die Impulse da sind, sehe ich ja deutlich an der Zählerplatine, die mir die "richtigen" Stände zeigt und korrekt "genullt" wird.


user2014 hat geschrieben:Welche?Wenn der /CLR Eingang des FF permanent auf 0 gehalten wird, wird man an einer Schaltung, die lediglich aus zwei Gates besteht, doch noch mit einem ganz gewöhnlichen Voltmeter feststellen können, warum da 0 rauskommt.

Es kommt eben nicht "Null" raus, sondern ~3,9V. Ob die Verbindung Gatter-Ausgang mit (clear) Eingang 1 D174 geschlossen oder offen ist. Und das Gatter des D200 ist i.O., mittlerweile habe ich bereits mehrere neue D100/200 TTL-IC's dort eingesetzt. Auch die Verdrahtung auf dem Steckbrett ist mehrmals überprüft, unter Mithilfe meines Sohnes (wegen der vier und mehr Augen!), passt. Also keine falsche Verbindung oder Pin verwechselt etc.
Das Verwunderliche ist eben, dass mit "schliessen" der Verbindung der Ausgang 6 vom D174 Dauer 1 hat und dadurch keine Messung mehr zu Stande kommt. Die Messdauer müsste im Rhytmus der Zeitbasis aufblinken, also im derzeitgen Modus aller 1Sekunde (Zeitbasis 1Sek.). Da "flackert" evtl. in der Gatter-Schaltung oder bei den Mono-Flop's was, nur wo es herkommt ...?

Über die Nacht hin habe ich beide Q-Ausgänge der Mono-Flop's überwacht (mit zwei getrennt baugleichen Zählern). Die Impulse kommen immer, beide Zähler zeigten heute morgen den gleichen Zählerstand. Modus: Pin 1 (clear) Eingang D174 fest auf 5VDC Vcc.

Ich bin weiter dran und für weitere Info's offen.
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Re: Schaltung funktioniert und doch nicht

Neuer Beitragvon Erfinderlein am Mittwoch 3. Dezember 2014, 10:11

hast du mal einen Blick auf die Abbildung aus dem US-Patent geworfen?

http://patentimages.storage.googleapis. ... 5744-2.png

Das ist ein funktionierender Zähler samt Zählersteuerung mit Spitzenwertanzeige ( das Einzelgatter unterdrückt die Änderun des letzten Messwertes. Das Vertauschen des Zeitbasissignals und der zu messenden Frequenz mit einem simplen dpdt Schalter macht aus dem Zähler auch ein Zeit respektive Periodendauermeßgerät. Das Einzelgatter elaubt das Festhalten des letzten Meßwertes. So zum Beispiel Spitzenwertspeicherung oder eventabhängig den jeweiligen Meßwert.
Alles was in der anderen gezeigten Schaltung verbaut iat, ist dann wohl überflüssiger Schnick-Schnack. Die von mir entwickelte Schaltung ist nur im amerikanischen Patent enthalten. Da in Deutschland solche Details nicht patentfähig sind, findet man das nur in der deutschen Offenlegungsschrift.

Mit den besten Empfehlungen

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Re: Schaltung funktioniert und doch nicht

Neuer Beitragvon Erfinderlein am Mittwoch 3. Dezember 2014, 11:41

Sorry,

ich sehe gerade, daß ich mich von Teilen der Schaltung habe auf das Glatteis führen lassen. Die kochten ja noch mit altem Wasser. :-)

Die von mir hinzugebrachte Schaltung ist wirklich so simpel und hat darüber hinaus auch noch folgende Vorteile.

1. Minimaler Bauteileaufwand

2. Die Art einen Zähler so zu steuern bringt immer schön Null im Ergebnis wenn unbenutzt. Die Zähler aus der Zeit davor schwankten grundsätzlich um plus minus ein Digit. (000001 /99999 )

3. Die durch die sogenannte Torsteuerung alternierend verursachte Wartezeit "Zählen-Anzeigen-Zählen" entfällt ersatzlos. Das heißt man sieht jede Veränderung sofort im Ergebnis und kann die Zählergebnisse auch zur einfachen DA Wandlung heranziehen. Mit anderen Worten, jeder Zeitbasisimpuls liefert sofort ein Zählergebnis, was den Einsatz solcher Zähler damals sogar in der industriellen Regeltechnik ermöglichte.

Für die Mikrokontrollerfreaks sei angemerkt, das Patent stammt von 1975/76 . Soll heißen ich will keine Fragen wie: wo ist da der Witz hören.

LG Lothar
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Re: Schaltung funktioniert und doch nicht

Neuer Beitragvon user2014 am Sonntag 15. Februar 2015, 16:50

Ein Hallo ins Forum,

was lange währt, wird ja bekanntlich gut (?), oder auch nicht!

Wie immer, ein Feedback über das Resultat meiner Anfrage bezüglich der Schaltungsfunktion, den Erkenntnissen bzw. der Realisierung. Ist zwar schon eine Weile her, aber evtl. interessiert es doch einige User.

Und an alle, welche eine Abneigung gegenüber den sogenannten "TTL-Massengräbern" haben sei gesagt, ihr müsst es ja nicht lessen und kommentieren. Seid aber gewiss, die Kenntnis daß dies heute nicht mehr derartig aufgebaut/realisiert wird ist (bei mir) schon vorhanden. Der Hintergrund dieser Applikation, sie ist ein Bestandteil eines DEMO-Projektes.


Um dem einen Namen zu geben, es handelt sich folgend um den Aufbau einer "TTL-Netzzeitbasis 50Hz ---> 1Hz incl. Netzfrequenzmessung und Anzeige" (siehe Abb. folgend).

DSC01043.JPG


Dann komme ich mal zur kurzen Beschreibung der Schaltung(en):
Über eine galvanische Trennung, realisiert mittels Optokoppler (MB104), erfolgt die Gewinnung eines TTL-50Hz-Takt aus der Netzfrequenz (230VAC/50Hz). Im nachfolgenden Bild der Schaltungsteil rechts neben den vier IC's.

DSC01047.JPG


Der gewonnene TTL-50Hz-Takt gelangt zu einen zweistufigen Teiler 1:50 (5490), welcher in der ersten Stufe :5 und in seiner zweiten :10 teilt. Am Ausgang des zweiten Teilers steht somit ein 1Hz-TTL-Signal zur Verfügung (siehe Abb. folgend). Rein zur "Visualisierung" beider Teiler wurden zwei 10-LED-Bargraph-Bauelemente incl. ihrer Ansteuerung mittels IC 5442 zusätzlich integriert.

DSC01053.JPG


Für die parallel ablaufende Netzfrequenzmessung wird eine Zeitbasis benötigt, diese ist mit einem 1MHz-Quarzoszillator und nachfolgenden 7-stufigen dekadische Teilern (D192) realisiert. In der Gesamtansicht der Leiterplatte recht gut deutlich oben zu erkennen.
Das Zeitbasis-Signal und der TTL-50Hz-Takt werden einer Torsteuerung zugeführt, welche die gesamte Steuerlogik für die nachfolgende Zähl- und Anzeigeschaltung übernimmt. Im nachfolgenden Bild der Schaltungsteil der vier IC's.

DSC01047.JPG


Die originale Schaltung war dafür verantwortlich, das ich einiges an Kopfzerbrechen über mich ergehen lassen musste. Ich habe sie modifiziert und den Erfordernissen angepasst (D200, D274, 74121), sie tut nun ihren Dienst stabil. Die gelbe rechteckige LED (zwischen D274/D200) signalisiert den Messzyklus, alle 20 Sekunden erfolgt die Aktualisierung der Anzeige.

Als letztes fehlt nun noch die Zähl- und Anzeigeschaltung. Sie ist dreistellig ausgeführt, für jede Stelle jeweils mit einem Zähler-IC MH5490 (TESLA), einem Speicher-IC MH7475 (TESLA), und Nixie-Treiber 74141 (ehem. UdSSR). Die Anzeige besteht aus drei IN-12B und einer IN-15B für die Einheit Hz (siehe Abb. folgend).

DSC01051.JPG


Der Aufbau der Schaltung erfolgte auf einer einseitigen Leiterplatte 220mm x 80mm. Kenner haben es gleich erkannt, für die notwendigen Brücken habe ich 0R-Widerständen verwendet. War eine rein optische Entscheidung. Alle IC's sitzen auf Fassungen, was mir während der Inbetriebnahme sehr hilfreich war, zwei der D192 in der Teilerkette versagten nämlich ihren Dienst während der Testphase (sie haben durch alles geteilt, nur nicht :10). Überwiegend sind IC-Fassungen mit integriertem 100nF-Kondensator im Einsatz (sogenannte Präzisionsfassungen). Die Bauteile die vorhanden waren wurden auch verwendet, Herstellungsland etc. spielten dabei keine Rolle.
Obwohl akribisch vorgegangen wurde, ist mir leider ein Detail entgangen. Ich habe die Nixie's auf Sockel-Stifte gestellt. Eine immer wieder gängige Praxis, da damit einiges an Platz gespart werden kann, die originalen Sockel benötigen mehr Bauraum. Die Fertigungstoleranzen der Nixie's (so musste ich im Nachhinein feststellen) sind aber ziemlich hoch, was die Lage der Stifte zum Glaskörper betrifft. So (man erkennt dies auf dem Bild Zähl- und Anzeigeteil leider sehr deutlich) stehen die Nixie's leider nicht parallel zueinander. Na gut, ich kann es verschmerzen.

Die Funktion im Zusammenspiel aller Schaltungsteile ist gegeben. Einzig sehr vereinzelte "Fehlmessungen" (z.Bsp. 51,3Hz etc.) habe ich mir noch nicht erklären können. Ich denke über weitere Entstörmaßnahmen im Versorgungsspannungsbereich nach, habe jedoch noch nicht die "Ideallösung" dafür gefunden. Bringen da evtl. Drosseln in den Speiseleitungen etwas?


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Re: Schaltung funktioniert und doch nicht

Neuer Beitragvon anders am Sonntag 15. Februar 2015, 17:42

sehr vereinzelte "Fehlmessungen" (z.Bsp. 51,3Hz etc.) habe ich mir noch nicht erklären können.
Ich aber, denn ich habe schon mindestens 10 Jahre vor dem Erscheinen des obigen pdfs Zähler mit Netzzeitbasis gebaut:

Mit hoher Wahrscheinlichkeit ist die Filterung des analogen 50Hz Signals unzureichend.
Störimpulse, die in den Digitalteil eindringen hingegen, lassen oft die ganze Schaltung abschmieren.

P.S. Kleines Schmankerl am Rande:
Ende der 1960er war es hier ja große Mode Digitaluhren mit Netzbetrieb zu bauen.
In der DDR hätte das nicht funktioniert, da man dort die Netzfrequenz nicht halten konnte.
Ich erinnere mich an die Anfrage eines ehemaligen (vor 45) Kollegen meines Vaters, der anfragte, ob man nicht mit einem 1MHz Quarz einen 220V 50Hz Generator aufbauen könne.
Dieser Mann hatte nämlich "aus dem Westen" einen Wecker mit Synchronmotor geschenkt bekommen, der aber sehr ungenau ging.
Diese schlechte Freqienzkonstanz des DDR-Netzes wurde auch als Grund genannt, weshalb die DDR nicht Strom aus dem westeuropäischen Verbundnetz beziehen konnte, wenn dort gerade mal wieder die Braunkohlenhalden eingefroren waren.



P.P.S.: Außerdem fehlen in der gesamten 1MHz Teilerkette die Entkopplungskondensatoren!
Was soll der Geiz?
Vielleicht machen die Zähler dort deswegen gelegentlich einen Reset oder anderen Unsinn.
Zuletzt geändert von anders am Sonntag 15. Februar 2015, 18:06, insgesamt 4-mal geändert.
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Re: Schaltung funktioniert und doch nicht

Neuer Beitragvon user2014 am Montag 16. Februar 2015, 06:57

Guten morgen anders,

in der Teilerkette fehlen auf keinen Fall die Entkopplungskondensatoren, diese sind in den IC-Fassungen integriert, hatt ich auch so geschrieben ...

user2014 hat geschrieben:Überwiegend sind IC-Fassungen mit integriertem 100nF-Kondensator im Einsatz (sogenannte Präzisionsfassungen).


Damit "geize" ich bestimmt nicht!


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Re: Schaltung funktioniert und doch nicht

Neuer Beitragvon BernhardS am Freitag 20. Februar 2015, 15:22

anders hat geschrieben:Diese schlechte Freqienzkonstanz des DDR-Netzes wurde auch als Grund genannt, weshalb die DDR nicht Strom aus dem westeuropäischen Verbundnetz beziehen konnte, wenn dort gerade mal wieder die Braunkohlenhalden eingefroren waren.

Das ist eine wertende Aussage. Das Netz wurde halt über die Spannung geführt.
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