Neben der ganzen Arduino-Peripherie heißt es auch: SPOT ON! Es geht um die Blinkschaltungen für den Leuchtturm und die Bühne im Freilichttheater. Diese Prototypen dienten zum Test

Rechts zwei Schaltungen - erkennbar als astabile Multivibratoren - für die Effekte der Bühnenbeleuchtung. Kondensatoren sind immer 100 µF, aber die Widerstände der einen Einheit 100 KOhm und der anderen 50 KOhm. Offensichtlich synchronisieren sich beide Einheiten auch gegenseitig, da die Kondensatoren wohl auch Einflüsse nicht nur auf die "eigene" Schaltung ausüben, sondern auch auf die andere. Jedenfaslls schalten die 100er nach 2 Phasen der 50er um, so dass eine feste Taktfolge entsteht, wobei die mit 50 KOhm doppelt so schnell wechseln wie die mit 100 KOhm Widerstand. Dieses Phänomen hat mich in gewisser Weise überrascht, da ich annahm, dass durch die Bauteiledifferenz der Takt beider Blinkschaltungen auseinander äuft. Transistor ist BC337.

Links mit der leuchtenden grünen Diode ist die Schaltung für den Leuchtturm. Man kann mit einem astabilen Multivibrator durchaus unterschiedliche Blinkzeiten von 1 zu 8 errreichen, denn später soll er 12 Sekunden weißes "Dauerlicht" zeigen (statt der grünen Testdiode) und dann 1,5 Sekunden eine rote Kennung. Die beiden Potentiometer dienen bisher als Test, wie weit man den Unterschied der Bauteibemessung ausweiten kann, denn grenzenlos geht es natürlich nicht. Später werden die Potentiometer durch feste Widerstände ersetzt. Kondensatoren hier 100 und 220 µF, Widerstände 22 KOhm (22 KOhm fest und 0 KOhm Potentiometer) und etwa 90 KOhm (22 KOhm fest und ca. 68 KOhm Potentiometer). Geht man noch höher auf z.B. 120 KOhm schaltet der abhängige Transistor nicht mehr korrekt durch und die rote LED zuckelt nur kurz und leuchtet nicht.
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So optimistisch schrieb ich heute nachmittag bei "Meine Anlage - Hampstedt an der Ostsee". Aber die Welt der Elektronik ist nicht ohne Überraschungen. Die Leuchtturmschaltung funktionierte am Nachmittag mal gerade einige Minuten, da gerieten die Bauteile außer Takt (Erwärmung und Änderung der Kennlinien, Arbeitspunkte oder sonstwas?). Jetzt, wo es kühler geworden ist, gelang mir, sie wieder auf 1:4 hinzutrimmen (1,5 Sekunden rote Diode, 6 Sekunden grüne Diode). Ok - damit könnte die Leuchtturmschaltung auch leben, aber es erhebt sich doch die generelle Frage

: Wie unterschiedlich können die Blinkfrequenzen beider Seiten eines astabilen Multivibrators sein?

Offensichtlich ist bei Blinkschaltungen, deren Frequenz änderbar ist, aus gutem Grund nur ein Potentiometer für die beiden Festwiderstände für die Basis der Transistoren eingebaut - damit eben beide Seiten gleiche Werte behalten. Auch im Netz findet sich zu dieser Frage kaum etwas - von 1000 Schaltplänen des astabilen Multivibrators haben 999 gleiche Bauteilwerte für die Peripherie beider Transistoren. Wer hat praktiscvhe Erfahrungen oder theoretische Kenntnisse?

Bauteile = Transistoren BC337 - NPN-Typ - beide Basiswiderstände 22 KOhm mit Potentiometer (siehe oben) - also einmal 22 KOhm und einmal um 60 KOhm eingestellt - Kondensatoren 220 µF (minus an Basis Transistor 1) und 100 µF (minus an Basis Transistor 2)

Hallo Horst,
ohne dass Du uns ein Schaltbild dazu verrätst kann man nichts sagen. Die Effekte deuten darauf hin, dass die Dimensionierung deiner Bauteile sehr ungünstig ist.

Hallo Horst,

Du wirst sicher Deine Gründe haben ... aber wenn man sowieso mit dem Arduino angefangen hat, warum dann noch über die Bauteile-Dimensionierung für Blinkschaltungen nachdenken ? In einem Blink-Programm kann ich jede Blinkzeit für jeden Ausgang des Mikrocontrollers in Millisekunden im Klartext vorgeben ...

Gut, wenn ich fertige Blinkschaltungen rumliegen habe, spricht nichts dagegen, die einfach zu benutzen - aber der Zeitaufwand, mit den Bauteilen zu experimentieren wäre mir persönlich zu hoch.

Viele Grüße, Bodo

Hallo Bodo,
Horst liebt halt diskret aufgebaute Schaltungen .
Aber ich gebe dir recht - mit einem kleinen Arduino oder AtTiny wäre der Bauteileaufwand wesentlich kleiner und die Genaugkeit der vorgegebenen Blinkabläufe dafür wesentlich größer.
Wenn's nur darum geht den astabilen Multivibrator zu ersetzen, wäre der Sketch an Einfachheit kaum zu überbieten: einfach ein paar digitalWrite mit ein paar delay dazwischen.

Haltet ihr das mit dem Arduino wirklich für sportlich? Natürlich wäre das eine durchaus simple Sache und überaus flexibel. Aaaaber .....

Der Schaltplan ist wie gewohnt ganz einfach, eben die konventionelle Schaltung des astabilen Multivibrators. Die LED hängen an an ihren Hauswiderständen von etwa 500 Ohm - müsste ich jetzt nachsehen. Der BC337 hat eine Stromverstärkung von 240 bis 300 (Anzeige vom Messgerät), also sollte der Basiswiderstand 500 Ohm und Widerstand LED zusammen * 250 nicht überschreiten - also 125 KOhm oder etwas mehr. Jedenfalls sollten 100 KOhm im zulässigen Bereich liegen. Andererseits soll er mehr als 10 * des Lastwiderstandes sein - also mindestens 10.000 Ohm, wenn man für die LED auch etwas rechnet. Da scheint mit 22 KOhm ausreichend.

Die im vorigen Posting erwähnte Schaltung (Verhältnis 1:4) habe ich die Nacht laufen lassen und heute morgen war sie immer noch stabil. Das ist die gute Nachricht. Die schlechte ist = Wenn man ausschaltet und dann wieder einschaltet, "schwimmt" die Schaltung wider und man hat Mühe, sie im Verhältnis 1:2 zu stabilisieren. Es geht also um die technische Frage, ob ein astabiler Multivibrator - mit diskreten Teilen aufgebaut - stabil in unterschierdlichem Rhythmus laufen kann oder ob man eher zufällig auf bestimmte Punkte kommt, wo das Verhältnis der Bauteile dann gerade so hinkommt, dass die Schaltung mal eine Weile läuft.

Denn in der technischen Literatur und auch im Netz heißt es ja nur lapidar, dass unterschiedliche Bauteile möglich sind und sich die Blinkzeit eben mit 0,7 (oder 0,69) * R * C errechnet - was durchaus hinhaut.

Die Dimensionierung der Bauteile ist so ausgrelegt, dass Blinkfrequenzen von einerseits zwei und andererseits acht Sekunden möglich wären. Mit 100 µF je Kondensator und 50 KOhm bzw. 100 KOhm funktioniert die andere Schaltung ja ohne Probleme (siehe Photo oben).

Hallo Horst,
ich denke Du begehtst hier einen Denkfehler:

Zitat

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Der BC337 hat eine Stromverstärkung von 240 bis 300 (Anzeige vom Messgerät), also sollte der Basiswiderstand 500 Ohm und Widerstand LED zusammen * 250 nicht überschreiten - also 125 KOhm oder etwas mehr. Jedenfalls sollten 100 KOhm im zulässigen Bereich liegen.

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Diese Stromverstärkung gilt für eine linearen Betrieb des Transistors. Damit Du beim Multivibrator stabile Verhältnisse bekommst, musst Du die Transistoren aber in die Sättigung treiben, und da ist die Stromverstärkung wesentlich geringer und liegt eher im Bereich von Faktor 20-30.

Irgendwie haut das mit dem Paint nicht so hin - die Schaltung mal ich nachher noch einmal. Aber es ist eben die Standardschaltung.

Nehmen wir mal an die Diode für die LED mit 500 Ohm, die Diode selbst mal ebenso, dann wäre bei einer Verstärkung von 30 nur 30.000 Ohm die Obergrenze des Basiswiderstandes. Damit wäre bei 100µF eine maximale Blinkzeit von 0,7 * 30(000) * 0,(000)1 = 2,1 Sekunden möglich. Dann würden längere Blinkzeiten ja noch größere Kondensatoren bedingen. Andererseits - die Schaltung mit 100 KOhm und 100 µF auf beiden Seiten des Multivibrators funktioniert ja einwandfrei.

Die einzige Schaltung, die ich mit unterschiedlicher Bauteil-Dimensionierung fand, war von ld-didactic.de, Handblätter Physik, wo beide Widerstände 15 KOhm angenommen wurden und die Kondensatoren mit 220 und 470 µF - also ein Zeitverhältnis von etwa 1:2. Dabei wurtde dargelegt, dass ein Bauteilverhältnis von 1:10 oder mehr (Widerstand z.B. 1,5 zu 15 KOhm oder Kondensator z.B. 0,47 zu 220) zur Nichtfunktion der Schaltung führen würde.

Die Schaltung nochmal mit der richtigen Kondensatorlage

Ach ja, ist das alles schon lange her mit der diskreten Elektronik ......
Ich denke das Problem bei starker Unsymmetrie sind die Lade/Entladezeiten der Kondensatoren. Während sich der zeitbestimmende Kondensator über den Basiswiderstand des sperrenden Transistors entlädt, muss sich der andere über den Collectorwiderstand und die BE-Strecke des leitenden Transistors wieder aufladen. Dies muss auf jeden Fall schneller gehen als das Entladen des jeweils anderen, damit der Kondensator beim Umschalten auf jeden Fall wieder voll geladen ist. Wenn das bei starker Unsymmetrie nicht mehr gewährleistet ist, dürfte es nicht mehr ordentlich funktionieren.

Zitat von histor im Beitrag Blinkschaltung - astabiler Multivibrator

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Haltet ihr das mit dem Arduino wirklich für sportlich? Natürlich wäre das eine durchaus simple Sache und überaus flexibel. Aaaaber .....

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Zitat

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Ich denke das Problem bei starker Unsymmetrie sind die Lade/Entladezeiten der Kondensatoren.

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Das vermute ich auch einmal - daher eben die Kondensatoren eher kleiner. Das Thema interessiert mich nun auch theoretisch.

Dieser Arduino für das Blinken ist etwa 10 Meter entfernt von dem MEGA für den Bahnhof Altstadt und den UNO für den Bahnhof Fischereihafen. Ausserdem sind von den vorhandenen Arduinos fast alle Pins belegt. Daher eher Arduino # 3. Das ist auch eine Frage der Kabellängen. Ich bin da eher für ein Installationskabel mit 14 V Wechselstrom statt vieler Datenleitungen. Der NE555 ist auch in der Überlegung - macht aber nur 100 mA.

O.k. - das mit dem Widerstand der LED war von mir eher vorsichtig gedacht. Ich werde wohl noch etwas weiter testen. Das Thema der ungleichen Taktzeiten scheint mir und meinem Sohn relativ unbeackert. Wenn es nicht möglich ist, eine stabile Bauteilbemessung herauszufinden, wird es wohl ein Arduino.

Hallo

Nimm einen Microcontroller zb ATTINY 2313..(kostet 1,20 Euro) der kann Analoge Eingänge
damit lässt sich sowas zuverlässig aufbauen.

Ich verwende die Dinger von ATmel nur..ich baue nix mehr mit diskreter Schaltungstechnik
per i2c können die dann auch ne grosse Menge an ein oder ausgängen

Bei Fragen.am besten PN

Gruss
Patrick

Zitat

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Das vermute ich auch einmal - daher eben die Kondensatoren eher kleiner. Das Thema interessiert mich nun auch theoretisch.

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Ich glaube nicht dass es die absolute Größe der Kondensatoren ist, sondern das Verhältnis der Ladezeit des einen gegenüber der Entladezeit des anderen.

Zitat

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Nimm einen Microcontroller zb ATTINY 2313..(kostet 1,20 Euro) der kann Analoge Eingänge
damit lässt sich sowas zuverlässig aufbauen.

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Mit einem ATtiny get das sicher, aber wozu brauche ich da analoge Eingänge? Wenn ich das schon mit einem Microcontroller mache, nutze ich die internen Timer dafür. Da reicht dann auch ein ATtiny25 aus. Aber so wahnsinnig viel billiger als ein Arduino Nano sind die Dinger auch nicht mehr.

Neues aus dem Labor mit den diskreten Bauteilen:
Den Kondensator mit 100 µF habe ich durch einen zweiten mit 220 µF ersetzt und mit beiden Kondensatoren in gleicher Nenngröße funktioniert die Schaltung offenbar stabiler. Die LED leuchten im Übrigen sofort hell, wenn sie angeschaltet werden, faden dann aber etwa eine Sekunde aus. Vermutlich ist das die Wirkung des Entladestroms der Kondensatoren.

Beide Transistoren mit Peripherie von 22 KOhm und 220 µF sollten die LED 0,7 * 22.000 * 0,00022 Sekunden leuchten lassen - also 3,388 Sekunden. Das ist aber Theorie - wahrscheinlich gilt die Formel eher bei kleineren Bauteildimensionen. Real dauern 5 Perioden (jede Diode leuchtet 5-mal) hierbei 50 Sekunden - also 5" statt 3,4" je "blinky".

Poti bei roter Diode ca 40 KOhm (also insgesamt 60 KOhm) - der andere Zweig bleibt 22 KOhm = 5 Perioden dauern 80 Sekunden, dabei 5 (rot) und 12 (grün) Sekunden Blinkdauer, also im Verhältnis 1:2,4 mindestens 20 Minuten stabil. Danach zurück auf 22 und 22 KOhm und wieder gleichmäßiges Blinken von 5 Sekunden.

Poti bei roter Diode ca. 70k KOhm - also ca. 90 zu 22 KOhm = 5 Perioden dauern 130 Sekunden, rot je 5" und grün je 22" - also 1:4,4
Poti bei roter Diode ca. 100 KOhm - also ca. 120 zu 22 Kiloohm = 5 Perioden dauern 175 Sekunden - rot 5" und grün 31" - also 1:6 - 40 Minuten stabil bisher.

Die Ohmwerte nur geschätzt (lineares Poti mit 150 KOhm) - die Zeiten gemessen. Offenbar sind also bei abendlichen niedrigeren Temperaturen diese unterschiedlichen Blinkfrquenzen möglich. Mal sehen, wie es am Tage läuft.

Naja - man lernt immer noch dazu. Um den Transistor zu "begreifen", muss man etwas mit ihm anfangen. Für die beabsichtigte Lösung für die Leuchtturmbefeuerung und das Bühnenlicht wären auch Arduino oder andere kleine Mikrocomputer oder der NE555 probate Lösungen. Deshalb finde ich natürlich diese Ratschläge nett und hilfreich als Problemlösung.

Aber auch diese diskreten Bauteile sind ja Pfennigartikel. Manche sparen sich sogar die Platine, stecken die Beinchen der Teile durch Pappe oder Karton und löten auf der Unterseite die Drähte zusammen. Habe ich auch schon gemacht und funktioniert bestens, wenn man nicht unsanft anfaßt. Mir ging es um die Diskrepanz, dass bei einer so uralten Standardschaltung wie dem astabilen Multivibrator nicht doch mehr möglich ist, als einfach nur blinken in gleichmäßigem Rhythmus.

Guten Morgen

Ich habe das ehrlich gesagt noch nie so gehört das es bei unterschiedlichen Temperaturen sollche auswirkungen gibt
Klar haben bauteile Fertigungstoleranzen, aber das ist schon extrem was du hier schreibst, zumal deine Schaltung ja nichts besonderes ist und früher einfach verwendet wurde.
Evlt nimmst du mal Metalschichtwiderstände und Potis mit kleinerer Toleranz

Bei dem TINY2313 würde ich über 2 Analogeingäge je ein Poti anschliessen um den Blinktakt einzustellen
Natürlich kannst du ihn auch fest Programmieren.

Ich denke die ganze schaltung kostet mit spannungsregler 3 Euro. Wenn du einen ULN 2804A Treiber nimmst und keine Transistoren kannst du sogar mehrere Sachen schalten und auch höhrere Ströme entnehmen

Ich habe auf meiner Anlage vor, für Beleuchtung, Ampeln etc eine kleine Schaltung (Grundsteuerung mit ca 24 Ausgängen und 8 Eingängen) zu entwerfen die über den i2c Bus auf knapp 200 Ausgänge erweitert wird, womit ich dann die Beleuchtungsaufgaben steuern kann

Gruss
Patrick

Hallo Horst,
irgendwie hat es mich jetzt doch gereizt, das alte Wissen über diskrete Schaltung mal wieder aus den hintersten Gehirnwindungen hervorzukramen, und mir deinen Multivibrator genauer anzuschauen .

Vorweg: man kann das ganze sehr wohl unsymmetrisch betreiben - auch ziemlich extrem. Es gibt aber natürlich Grenzen.
Bei sehr unterschiedlichen Zeitkonstanten sollte man diese Unterschiede vorzugsweise durch die Kondensatoren erzeugen, sonst werden die Verhältnisse für den Basisstrom der Transistoren zu schlecht.

Hier mal meine Testschaltung:

Der wesentlich Unterschied zu deiner Schaltung ist, dass die Elkos direkt an den Collektorwiderständen angeschlossen sind, und nicht unterhalb der LEDs direkt am Transistor. Das ist bei sehr unsymmetrischen Verhältnissen wichtig (s.u.).

Grundsätzlich gilt: Aufgeladen werden die Kondensatoren über die (rel. niederohmigen) Collektorwiderstände, Entladen über die (rel. hochohmigen) Basiswiderstände. Das Zeitverhalten wird (im Normalfall) nur von der Entladezeit bestimmt. Das Ganze geschieht alternierend, d.h. wenn der eine Kondensator entladen wird, wird der andere aufgeladen. Soweit so gut und bekannt. Wichtig für ein sauberes Verhalten ist, dass sich die Kondensatoren immer vollständig aufladen können, sonst passen die Entladezeiten nicht mehr.

Nun ein paar Bilder dazu ( für diese Bilder wurden die Kondensatoren breits auf 470µ/22µ vergrößert )
Messpunkt fürs Aufladen ist jeweils der +Pol, fürs Entladen der -Pol der Kondensatoren.

rot: Aufladen des kleinen Kondensators, während sich der große ( gelb ) entlädt :

Wie man sieht, geht das Aufladen so schnell, dass man es kaum sieht im Vergleich zur Entladekurve des großen Elkos.

gelb: Aufladenden des großen Kondensatores während sich der kleine ( rot) entlädt )

Hier sind die Verhältnisse deutlich anders: Das Entladen des kleinen geht so schnell, dass der große so gerade mal eben auf ca 90% aufgeladen wird. D.h. auch, dass während dieser gesamten kurzen Phase durch den Collektorwiderstand der Ladestrom fließt. Wenn man den Elko nun so wie bei dir unterhalb der LED anschließt, würde sie nicht mehr ausgehen, da der Ladestrom sie am Leuchten hält.
Weiter kann man die Unsymmetrie in dieser Schaltung jetzt nicht mehr treiben, da sonst der große Elko nicht mehr ausreichend aufgeladen würde.

Die Zeitbasis steht auf 1s/Teil. Das Verhältnis ist also ca. 11s zu 0,7s ; also mehr als 1:10. Stabil bleibt das Verhalten immer, die Ströme sind so gering, dass keine Erwärmung auftritt. Eine Erwärmung würde das Verhalten auch kaum beeinflussen. Deine Instabilitäten kann ich mir nur durch die Potis erklären, dass da der Schleiferkontakt nicht zuverlässig ist. Probier es mal mit Festwiderständen.

@ Franz-Peter = Es freut mich, deinen sportlichen Ehrgeiz geweckt zu haben. Interessante Schaltungsvariante. Werde ich gern die nächsten Tage testen. Brauche dazu aber noch ein paar Bauteile. Meine Schaltung 1:6 hat zwar einge Stunden durchgehalten, verhielt sich dann aber am Morgen nach dem Ausschalten beim Wiedereinschalten instabil. Die Kondensatoren kamen wohl auch mit dem ständigen Verstellen des Basiswiderstandes durch die Potentiometer nicht gut klar und die Ladungshöhe passte nicht mehr. Die Potis haben natürlich auch schon ein paar Jahrte in der Bastelkiste hinter sich. Letztlich werdern in den meisten gezeichneten Schaltungen die LED so wie in meiner Schaltung angeordnert, weil dies bei gleichem Takt kein Problem ist. Deine Anordnung trennt aber die "Last" (LED) und die Versorgung des Kondensators.

1:6 oder 1:5 würde mir ja für den Leuchtturm durchaus langen. Das bedingt bei deiner Schaltungsvariante also längere Kabel zu den LED (so ca. 25 Zentimeter). Das dürfte ja für die Funktion weniger erheblich sein.

@ Patrick = Fahren will ich auf der Anlage ja weiterhin analog mit voller Kontrolle der Züge. Die Arduinos dienen ja nur der Vereinfachung der Weichen- und Signalstellung und Fahrstromversorgung, damit man nicht zig Schalter für eine eingfache Zugfahrt bedienen muss. Diese Blinkerei von Leuchtturm und Freilichtbühne ist ja eher ein elektrisch isoliertes Gimmik. Wenn das mit ein paar Verbesserungen der Schaltung so hinhaut - das würde langen.