Spannungshöhe über eine RGB-LED anzeigen lassen

[Ney]

Ja, aber das mit dem Impedanzwandler ist nicht der Punkt. Die Mischung der Farben liefert andere Farben, aber für diverse Töne wäre auch das Verhältnis notwendig. Z.B wenn Rot-Töne brauchst, müsste die entsprechende LED mehr oder weniger bestromt werden. Und genau das tut die Schaltung noch nicht. Deshalb sollte der Oszillator ein Dreiecksignal liefern. Der Vergleich mit der Eingangsspannung würde ein bestimmtes PWM-Verhältnis liefern => variabler Mittelwert

[derguteweka]

Moin,

Ja, aber das mit dem Impedanzwandler ist nicht der Punkt. Die Mischung der Farben liefert andere Farben, aber für diverse Töne wäre auch das Verhältnis notwendig. Z.B wenn Rot-Töne brauchst, müsste die entsprechende LED mehr oder weniger bestromt werden. Und genau das tut die Schaltung noch nicht. Deshalb sollte der Oszillator ein Dreiecksignal liefern. Der Vergleich mit der Eingangsspannung würde ein bestimmtes PWM-Verhältnis liefern => variabler Mittelwert

Mein Name ist Barbara Eligmann und ich rede wirr...

Aeehh - ich fuercht' ich kann dir nicht ganz folgen...Was tut die Schaltung noch nicht? Und warum nicht?...

Gruss
WK

[Ney]

@derguteweka

Ich hatte deine erste Antwort gesehen, aber die fehlende Zeit hatte mich verhindert direkt an deinen Hals zu springen. Wegen der Ironie, versteht sich :)
Nun, ich war ja auch gut beraten, denn ich habe gedanklich einen kleinen Fehler gemacht. Ich habe die Schaltung zu schnell betrachtet und dabei übersehen, dass du den Kondensator als Ausgang benutzt hast und nicht wie von mir angenommen den OP-Ausgang. Damit hast du tatsächlich das Dreieck benutzt, wie ich mir ursprünglich auch vorgestellt hatte. Ich müsste dir trotzdem an den Hals springen, da du gemerkt hast, dass ich deine Ironie gemerkt habe und schon aus Prinzip sollte ich das tun :)

Ok, um meinen Fehler wieder zu kompensieren, werde ich eine kleine Berechnung dazu liefern.

1) Oszillator-OPV
Der Oszillator schwingt zwischen 2 Pegeln. An dem positiven OPV-Eingang stellt sich folgende Spannung ein:
V+ = 0,39*Vbat + Vout*0,28 = 0,39*9V + 9V*0,28, wenn der OPV in Richtung Masse gerade schaltet
V+ = 0,39*9V, wenn der OPV wieder gerade sperrt

Damit wird am Kondensator ein Dreieck erzeugt mit den Limits 3,5V....6V

Vout = die Ausgangsspannung des OPV's. Es kommt darauf an, ob der rail to rail arbeitet, oder nicht. Hier nehme ich mal einfach an, dass er das von 0V bis 9V tut. Sonst obige Formeln korrigieren
Die Faktoren sind sehr leicht mit dem Überlagerungssatz am positiven Eingang zu ermitteln. Wenn gewünscht,zeige ich das auch.

2) Der untere OPV aus dem Schmitt-Trigger
Der positive Eingang hängt an Vin (Ausgang des Impedanzwandlers = Vin) über einen Spannungsteiler mit 10k zu 22k
V+ = Vin * 22k/(22k+10k) = 0,69*Vin

Solange der positive Eingang größer als der negative ist, bringt der OPV seine Betriebsspannung zum Ausgang hin und die rote LED leuchtet permanent =>
V+ > 6V (obere Schwelle des Dreiecks) <=> Vin > 6V/0,69 <=> Vin > 8,7V => Rot leuchtet permanent
Gleiche Überlegung umgekehrt:
V+ < 3,5V (untere Schwelle des Dreiecks) <=> Vin < 3,5/0,69 <=> Vin < 5,1V => Rot ist AUS und der Ausgang des unteren OPV's ist permanent an Masse

Dazwischen, sprich 5,1V < Vin < 8,7V => Rot ist an PWM, da der positive Eingang mal die größere, mal die kleinere Spannung "sieht" als das schwankende Dreiecksignal am negativen Eingang.
Für den unteren OPV haben wir nun die Limits und schauen weiter auf den oberen OPV

3) Der obere OPV aus dem Schmitt-Trigger

Der positive Eingang ist zwischen 9V und Vin über 22k und 10k. Auch hier wird der Überlagerungssatz genutzt, um die Spannung zu ermitteln. Das geht so: jede der zwei Quellen 9V bzw. Vin wird als kurz geschlossen betrachtet, die entsprechenden V+ ermittelt und die Ergebnisse addiert:
Vin kurz => V+(1)/9V = 10k/(10k+22k) => V+(1) = 0,31*9V = 2,81V
9V kurz => V+(2)/Vin = 22k/(10k+22k) => V+(2) = 0,6875*Vin

Die Summe V+(1) + V+(2) = 2,81V + 0,69*Vin
stellt sich damit als Vergleichsschwelle am positiven Eingang ein

Diese Schwelle wird wiederum mit dem Dreieck verglichen:

V+ < 3,5V (untere Grenze Dreieck) <=> 2,81V + 0,69*Vin < 3,5V <=> Vin < 1V => oberer OPV an Masse => Blau an 9V => Blau leuchtet
V+ > 6V (obere Grenze Dreieck) <=> 2,81V + 0,69*Vin > 6V <=> Vin > 4,623V => oberer OPV -Augang = permanent 9V => Blau leuchtet nicht
Dazwischen, sprich 1V < Vin < 4,623V => oberer OPV bringt PWM => Blau an PWM


Jetzt nehmen wir die Erkenntnisse aus 2) und 3) und überlegen auch, was grün dazwischen macht. Das passiert stückweise unter Betrachtung der Limits:

A) Vin < 1V

Blau = Ja permanent
Rot = Nein
Grün = Nein

B) 1V < Vin < 4,623
Blau = Ja an PWM
Grün = Ja an PWM und komplementär zu Blau
Rot = Nein (Remember Rot bleibt AUS bis 5,1V --> sh. 2)

C) 4,623V < Vin < 5,1V
Blau = Nein
Grün = Ja
Rot = Nein

D) 5,1V < Vin < 8,7V
Blau = Nein
Grün an PWM, komplementär zu Rot
Rot = an PWM, komplementär zu Grün

E) 8,7V < Vin
Blau = Nein
Grün = Nein
Rot = Ja, permanent

Glückwunsch an @derguteweka für die geleistete Arbeit
Und...meine Verstimmung ist auch längst verflogen. Der Typ ist gut

[derguteweka]

Moin,

Reeeschbeggd!
Muss zugeben, dass meine "Berechnungen" bei der "Entwicklung" (=Verzweiflung ueber sozialen Zwang "Shopping-Queen" schauen zu muessen ) der Schaltung deutlich simpler gestrickt waren. So schaut jedenfalls der Spannungsverlauf am Kondensator und damit die Referenz der Komperatoren aus. Nulllinie ist "ganz unten"; 2V/Div; 1msec/Div.
In dem Video (da gibts nen Link zu einem .zip File direkt unter meinem Schaltbild) kann man auch erahnen, dass die LEDs ihre Helligkeit aendern - nur Mischfarben sieht man keine, weil ich nur getrennte LEDs dahatte.

Urspruenglich hatte ich auch statt dem 39k im Oszillator 10k vorgesehen, damit war aber die Amplitude zu hoch - fuer eine "schoene" Schaltung koennte man dann auch die beiden 22k Widerstaende am nichtinvertierenden Eingang des Oszillators auf 10k reduzieren und statt 39k auch 22k einsetzen - das reduziert die Ruestzeiten am Bestueckungsautomat

Gruss
WK

[Ney]

Wenn man hierfür eine Serientaugliche Schaltung mit einem reproduzierbaren Verhalten über Streuung und Temperatur entwickeln müsste, dann würde man noch mehr hineinpacken. Dann redet man plötzlich über die Toleranzkette von der Versorgung zu den Bauteilen und man betrachtet genau diese Spannungen der OP's in den Schaltzuständen. Die Schaltung wird auch so dimensioniert, dass die Widerstände in den Zuleitungen der OP's den gleichen Wert im Wechselspannungsersatzschaltbild haben. Damit erzeugen die Polarisationsströme gleiche Spannungsabfälle am Plus- und Minus-Eingang. Gut, hier etwas übertrieben, da es nur um Schaltverhalten geht.
Wenn man verspielt ist, nachdem die Formeln stehen, geht man den umgekehrten Weg über eine Excel-Kalkulation, wo die Werte der Bauteile als Vorschläge herauskommen. Für diese Applikation hier ist die Schaltung aber fertig. Ich muss zugeben, ich war ersataunt, wie gut auf Anhieb du das hinbekommen hast und das mit nur 3 gängigen Normwerten.

....und ich wollte grundlos an deinen Hals springen