Brauche Hilfe bei einer Schaltung. Fehlende Spule.

Es geht um folgenden Ausschnitt einer Schaltung:


Die Zickzacklinien sind die amerikanische Version für einen Wiederstand.

Diese Teilschaltung soll einen Schwingkreis ergeben, der eine Ferquenz erzeugt. Die Frequenz soll dann von der Antenne bestimmt werden, die zusammen mit einer Hand einen Kondensator bildet.

Sprich die Antenne ist im eigentlichen Sinne als Kondensator zu lesen.

Jetzt habe ich da noch einen Kondensator mit der Bezeichnung C1.
Was hat der da zu suchen?
Ist es so, dass ein Schwingkreis auch durch zwei Kondensatoren entstehen kann?(Anders kann ich mir das bis jetzt nicht erklären) Ich kenne das nur mit einer Spule und Kondensator.

Also die Schaltung funktioniert auf jeden Fall, ich muss es nur noch theoretisch erklären können.


Danke schonmal im Vorraus.

Wenn ich das richtig verstehe, dann hast du ja eine Parallelschaltung von zwei Kondensatoren, also "rechnerisch" auch wieder einen Kondensator, und kannst das wieder erklären.
Wenn du deine Hand an die Antenne bringst, veränderst du die Kapazität des Kondensators (das Wasser in der Hand hat ne deutlich andere Dielektrizitätskonstante als die Luft), und somit die Resonanzfrequenz des Schwingkreises. Dadurch kannst du die Veränderung messen.

Vielleicht kann das ja wer noch besser erklären

Viele Grüße

Stefan

Google mal unter dem 4069. Das ist, soweit ich weis, eine Applikation bei der der Baustein als Generator läuft. So als Quarzersatz. Die "Antenne" bewirkt dabei nur eine Frequenzänderung. Wie schon beschrieben, durch die Bedämpfung mit der Hand. Gibt da auch eine Formel zum Berechnen der Schwingfrequenz.
stgeran

@StGaensler:
Also, dass zwei parallele Kondensatoren einen ergeben, verstehe ich.

Wie aber komme ich dann an meinen Schwingkreis, so ganz ohne Spule?
Was bringen mir vor allem die Inverter?

@stgeran:
Das Suchergebnis hat mich nicht weiter gebracht.
Dass die Antenne nur die Frequenzänderung bewirkt ist mir bewusst, aber wie überhaupt komme ich an eine Frequenz?
Dazu brauch ich eigentlich einen Schwingkreis, aber ohne Spule kein Schwingkreis...

Oder übersehe ich da etwas?

Danke aber schon mal für die Hilfe.

Es stimmt, ein Schwingkreis besteht aus einer Spule und einem Kondensator. Eine Antenne ist aber eher als Spule denn als Kondensator zu sehen, und ein Draht kann als abgewickelte Spule angesehen werden. Leitungsinduktivitäten auf langen Adern/Leitungsführungen sind nicht vernachlässigbar, der Einfluss der Leitungslänge (größere Induktivität) nimmt mit der Frequenz zu.

So gesehen macht das natürlich Sinn.

Mein Problem ist hier aber, dass sonst von der Antenne als Kondensator geredet wird und ich nicht einfach daraus jetzt eine Spule machen kann.
Auserdem hat die Antenne die Form einer Platte eines Plattenkondensators.

ein schwingkreis muss nicht zwingend eine spule beinhalten, wenn du keinen wert auf sinus legst. dazu gibt es die RC schwingkreise, die keine LC's sind.

Ah okay.
Das habe ich mir schon irgendwie gedacht.

Werde mich mal zu dem Thema schlau machen.
Danke.

Wenn noch was ist, weis ich ja bescheid, wo ich fragen kann.

Versuch mal den Link: http://www.matrixrunner.net/pdf/hef4069.pdf Auf Seite 5 ist die Applikation, die ich gemeint habe. Das ist ein Rechteckgenerator.
stgeran

Die beiden Inverter sind das aktive Element der Schaltung. Dabei wird die Hysterese ausgenutzt. Im Prinzip kann man sich das so vorstellen: Angenommen, der Eingang 1 liegt gerade auf Low, dann liegt der mittlere Punkt 2-3 auf High, und der Ausgang 4 wieder auf Low. Der anfangs ungeladene Kondensator C1 lädt sich über R2 langsam auf und bestimmt damit die Spannung, die über R1 am Eingang 1 anliegt. Das geht so lange, bis die Spannung dort die Schaltschwelle des Inverters überschreitet und als High angesehen wird. Dadurch geht der mittlere Punkt 2-3 auf Low und der Ausgang 4 auf High. Der geladene Kondensator entlädt sich nun über R2 bis zur Spannung 0V und wird weiterhin in die andere Richtung umgeladen. Das geht wiederum so weit, bis die Spannung am Eingang 1 die untere Schaltschwelle unterschreitet und als Low angesehen wird. Dann geht das Spielchen von neuem los. Die Antenne als zusätzliche Kapazität verändert die Zeitkonstante, wodurch sich die Schaltfrequenz verändert. Das ist also eine recht billige Lösung für einen kapazitiven "Touch-Sensor" (was das Ding vermutlich auch ist?).

Na das ist ja mal eine geniale Erklärung.
Vielen, vielen Dank.

Ja es ist ein Berührungssensor, der für ein Theremin gedacht.

Aber was gen au ist mit High und Low gemeint?
Hoche Spannung? Hocher Strom? Beides?

Warum isoliert so ein Inverter Teile einer Schaltung? Funktioniert er wie eine Diode nur in eine Richtung?

High und Low sind Spannungspegel; also Signalpegel, die die binären Zustände 1 und 0 symbolisieren. Man könnte auch sagen: Spannung ein=1=High und Spannung aus=0=Low. Ein Inverter ist ein aktives elektronisches Bauelement, das den Pegel am Eingang invertiert, also genau umgekehrt an den Ausgang weitergibt. Welche Spannungen nun genau als 1 und 0 interpretiert werden hängt von der Technologie des Logikbausteins (CMOS, TTL, ...) ab. Im theoretischen Fall bei 5V-Logik ist High 5V und Low 0V. Allerdings erkennen die Bauteile z.B. alles unter 2V als Low und alles über 3V als High. Das sind aber nur Beispiele; die tatsächlichen Grenzen variieren wie gesagt abhängig von der Technologie.

Okay, wieder vielen Dank an dich.

Die verwendete Technik ist CMOS.


Hier mal die ganze Schaltung: (Der Thumbnail ist komischerweise schwarz, aber es steckt auch ein Bild dahinter.


Ich wollte mal hören, ob das so passt, wie ich das verstehe.

Also Batterie ist die Stromquelle und der Ein und Ausschalter schaltet logischerweise die Batterie je nach Zustand in den Kreis oder nicht.
Der Spannungsregler dient dazu eine möglichst konstante Spannung bereit zu stellen.

Der rote Schwingkreis wurde mir hier ja schon erklärt.
Der Lautstärkeregler bestimmt die Spannung, die bei dem orangenen Schwingkreis ankommt.
Dieser wiederum ist das selbst in grün wie der rote, nur ohne Antenne, also immer mit gleicher Schwingung, wenn man den variablen Widerstand gleich lässt.
Ändert man ihn, so ändert sich auch die Frequenz des Schwingkreises.

Die grünen Dioden schirmen die Schwingkreise ab und dienen dazu, dass der Strom nur von den Schwingkreisen fliest.
Nach den Dioden fleisen die Schwingungen zusammen und an nachfolgenden RC-Glied werden hoche Frequenzen herausgefiltert.

Jetzt weis ich zwar, dass die parallel geschalteten Inverter, Widerstand und Kondensator einen Verstärker bilden sollen, aber wie genau, weis ich nicht. Der 10μF Kondensator lässt nur Gleichstrom durch.

Haut meine Erklärung so hin?

Die Inverter vor und der nach den Dioden wird mir noch nicht ganz klar.
Was machen diese Kondensatoren von 10 μF, die überalll noch anhängen und mit dem Minuspol verbunden sind?
Und das Audiosignal ist im Endeeffekt nur Strom mit einer bestimmten Frequenz oder wie kann ich mir das vorstellen, dass aus einem Schwingkreis ein hörbarer Ton wird?

Prinzipiell stimmt deine Erklärung soweit ganz gut. Die 10µF-Elkos stabilisieren die Spannungen. Bei Spannungsreglern sind fast immer davor und danach jeweils ein Elko und oft auch ein 100nF-Kondensator zu finden. Der 100-Ohm-Widerstand soll in Verbindung mit der Diode wohl einen Verpolungsschutz darstellen. Die Verschaltung der Schwingkreise ist nicht ganz klar, weil es keine Inverter mit zwei Eingängen gibt. Da wurde wohl einfach die Spannungsversorgung fälschlich dran gezeichnet. Dass der Lautstärkeregler die Lautstärke einstellen kann, wage ich zu bezweifeln. Er stellt zwar vermutlich die Betriebsspannung des unteren Schwingkreises (ich nehme an, das soll eine Art Grundton "sein") ein, aber nach den beiden Dioden zur Entkopplung (das ist im Prinzip eine verdrahtete Oder-Schaltung) liegt wieder ein Inverter, der die Logikpegel wieder auf seine Betriebsspannung anhebt. Die Inverter vor den Dioden dienen einfach als Inverter und Puffer, obwohl ich mir nicht sicher bin, ob die nötig sind. Der Inverter nach den Dioden dient ebenfalls wieder als Puffer. Der nachfolgende 0,1µF-Kondensator entkoppelt die nachfolgenden Schaltungsteile gleichspannungsmäßig, sodass nur Wechsel-Anteile übertragen werden. Danach folgt richtigerweise ein Tiefpassfilter, das besonders hohe Frequenzen unterdrückt.
Die beiden Inverter sind parallel geschaltet, um mehr Leistung abgeben zu können; sie wirken in der Tat als eine Art Verstärker. Der 270k-Widerstand koppelt deren Ausgang zurück auf den Eingang, wobei mir auch nicht ganz klar ist, wie das gedacht ist. Der parallele Kondensator könnte der Schwingungsunterdrückung dienen, damit der Verstärker nicht selber schwingt. Der 10µF-Kondensator danach ist eine gängige Lösung, wenn man einen Lautsprecher (der ein Wechselsignal will) an einer unipolaren Versorgung betreiben will. Er sperrt für Gleichspannung und lässt nur Wechselspannung an den Lautsprecher.

Ein paar Angaben fehlen in dem Schaltplan leider; z.B. in welchen ICs die einzelnen Inverter sind; welche Typen die Dioden sind, usw. Der Wert des Lautstärke-Potis ist auch nicht angegeben.

Was genau soll diese Schaltung denn eigentlich tun? Sieht mir nach einer Art Musikinstrument aus, das durch die Haltung der Hand über der Antenne gespielt wird; den genauen Namen kenne ich leider nicht.

Auch hier noch mal Danke.
Ohne deine Hilfe wäre ich wohl verloren.

Hier das Original, aber Vorsicht, es sind amerikanische Schaltsymbole.


Wusste nicht, dass die näheren Angaben auch ausschlaggebend sind.

Kam mir auch komisch vor, dass der Inverter zwei Eingänge hat, aber da ich nicht sonderlich bewandert bin- wie man jetzt auch hier merkt - hab ich mich darum nicht gekümmert.


Es ist wie weiter oben schon gesagt ein Theremin. So heist das Instrument.

Jepp, jetzt ist (fast) alles klar. Die Betriebsspannung von IC2 ist einstellbar über das Poti links. Der Rest der Schaltung ist mit IC1 aufgebaut, der auf normaler Spannung arbeitet. Das Poti links ist damit nicht die Lautstärke, sondern meiner Ansicht nach die Tonhöhe des Grundtons. Das funktioniert, weil die Spannungsgrenzen, bei denen der IC 0 bzw. 1 versteht, ziemlich fix sind, also nicht von der Betriebsspannung abhängen. Bei höherer Betriebsspannung (Regler nach rechts) gehen die Ladevorgänge schneller, und die Frequenz/Tonhöhe steigt. Das (Trimm-)Poti Zero-Cal dient dabei wohl zum Einstellen der Grundfrequenz z.B. am linken Anschlag des Tonhöhe-Potis.
Das linke Poti ist damit also ein Bedienelement (das Instrument spielt man wohl zweihändig, mit einer Hand am Poti und der anderen an der Antenne), während das andere auf der Platine der Grundeinstellung dient. Die Schaltung ist dabei so ausgelegt, dass die Betriebsspannung von U2 noch so hoch ist, dass dessen High-Pegel von U1F auch korrekt als High interpretiert werden.
Der Ausgang ist übrigens ein Line-Out, er wird also an einen Verstärkereingang angeschlossen. R7 und R8 sind dabei so ausgelegt, dass die Spannungspegel am Ausgang für einen Line-In eines Verstärkers passen.

Zum Ausgangssignal kann man noch sagen, dass ein reiner Ton einem reinen Sinussignal (ohne Gleichanteil) entspricht. Dieses Gerät hier erzeugt am Ausgang prinzipiell eine Überlagerung zweier Rechtecksignale verschiedener Frequenz, wobei ein (ideales) Rechtecksignal auf Grund der steilen Flanken prinzipiell alle Frequenzen enthält. Der Grundton entspricht also der Frequenz des Rechtecksignals, der überlagert ist von einer Menge an Obertönen, die in Summe den Klang ergeben.
Wie sich allerdings ein Rechteck "anhört", kann ich dir nicht sagen, da brauchst du jemanden, der von Musik Ahnung hat.

Warum ist "nur" fast alles klar?

Um mal zu resümieren:
Die 10 μ Farad Kondensatoren (C6, C5 und C8) stabilisieren die Spannung. Die Batterie kann keinen gleichmäßigen Gleichstrom zur Verfügung stellen kann, darum wird bei einem Überschuss der Strom zwischengespeichert und bei einem Mangel Strom eingespeist um die Spannung stabil zu halten.

Der Spannungsregler dient zur Begrenzung der Spannung auf 5V. Grund dafür ist der 5V CMOS Logikpegel. Richtig?
Was würde bei 6V oder mehr passieren?

Die Inverter und Dioden nach den Schwingkreisen dienen als Puffer der Schwingkreise vom Rest der Schaltung und lassen den Strom nur von den Schwingkreisen aus fliesen. Aber wozu die Pufferung?

Der 0,1 μ Farad Kondensator (C3) funktioniert als Gleichstromfilter und lässt lediglich den Wechselstromanteil passieren. Aber wie macht er das?
Wie ein Kondensator aus einer ungleichmäßigen Gleichspannung eine gleichmäßigere macht weis ich inzwischen, aber das hier ist mir nicht klar und leuchtet mir auch nach langem Suchen im Internet nicht ein.

Der Tiefpassfilter wird hier recht ordentlich erklärt, darum habe ich dazu keine Frage.

Und nochmals vielen lieben Dank für deine Erklärungen und die Geduld.

Die Rückkopplung beim Verstärker ist mir noch nicht ganz klar; daher das "fast".
Die Elkos stabilisieren die Spannung, genau. Wenn kurzfristig "viel" Strom benötigt wird, dann stützen die Kondensatoren und liefern Strom, damit die Spannung nicht zu weit einbricht. Speziell nach dem Spannungsregler ist das wichtig, weil der ja regeln muss und dazu eine gewisse Zeit braucht. Schnelle Änderungen in der Stromaufnahme z.B. federt also C5 ab.
Der Spannungsregler dient zur Erzeugung der konstanten 5V, genau. CMOS-Logik funktioniert auch mit anderen Spannungen, aber meistens ist ein genau definierter Spannungspegel für die Funktion der Schaltung erforderlich. Wäre er nicht konstant, würde sich z.B. die Schwingfrequenz verändern, wie das beim unteren Schwingkreis absichtlich gemacht wird.
Die Dioden wirken wie schon geschrieben als logisches Oder und isolieren die beiden Schwingkreise voneinander. Sobald an einer der Dioden oder an beiden ein High anliegt, schalten die betreffenden Dioden zum Ausgang durch, und der geht auch auf High. Die drei Puffer-Inverter wären vermutlich nicht unbedingt notwendig, aber sind im IC sowieso vorhanden.
Ein Kondensator ist vom Verhalten her für Gleichspannung eine offene Verbindung. Man kann sich das so vorstellen, dass der Kondensator sich auf die (Gleich-)Spannungsdifferenz zwischen Ein- und Ausgang auflädt, und dann so geladen bleibt. Bei schnellen Änderungen der Eingangsspannung kann sich der Kondensator nicht so schnell auf die neue Spannung einstellen. Er behält also seine vorherige Spannung und zieht damit den Ausgang mit. Als Beispiel, am Eingang haben wir ein Signal mit 3V Gleichanteil und 1V Schwingungsamplitude. Am Ausgang wird z.B. über Widerstände eine Spannung von 4V eingestellt. Dann lädt sich der Kondensator auf die 1V Differenz auf. Steigt das Eingangssignal dann schnell auf 4V, dann behält der Kondensator seine 1V, die sich dann zusammenaddieren und 5V ergeben. Je nach Wert des Kondensators benötigt er unterschiedlich lang, um sich auf eine neue Gleichspannung einzustellen. Ein großer Kondensator braucht dazu länger, die Schaltung ist also träger. Das ganze ist dann im Prinzip ein einfacher Hochpass.

Wenn du Interesse an solchen Schaltungen und am Experimentieren hast, dann kann ich dir den Simulator LTSpice von Linear Technology ans Herz legen. Damit lassen sich fast alle Schaltungen simulieren. Man kann sich dann alle Signale (Spannungen/Ströme/Leistungen) ansehen wie mit einem Oszilloskop. Das Programm ist leider nicht soo einfach zu bedienen, aber es sind eine Menge Beispiele dabei und Tutorials müsste es auch zuhauf geben.

Also als logisches Oder wirken die Dioden, weil egal ob eine oder beide Dioden etwas durchlassen ein Signal am Audioausgang ankommt.
So habe ich es zumindest laut wikipedia verstanden. Haut das so hin?

Sobald an einer der Dioden oder an beiden ein High anliegt, schalten die betreffenden Dioden zum Ausgang durch, und der geht auch auf High.

Zum Vergrößern anklicken....

Warum muss denn ein High anliegen, damit die Dioden ein Signal durchlassen? Laut Datesheet fängt schon bei 0,2V ein Strom an zu fliesen, oder deute ich die Grafik falsch?



Im Endeffekt sind C3 und R5 sowie C7 und R7 ein Hochpassfilter, richtig?
Da Kondensatoren 90° der Spannung vorrauseilen haben sie bei geringen Frequenzen sich noch vorzeitig einzustellen, aber bei höher werdenden Frequenzen nimmt der Vorsprung immer weiter ab, da weniger Zeit zum auf und entladen bleibt, korrekt?



Wie ist das eigentlich mit der Antenne? Wenn sie in Benutzung ist, dann ist zusätzliche Kapazität vorhanden und somit zusätzliche Energie.
Eigentlich bräuchte der Schwingkreis bei mehr Energie eine längere Zeit zum kompletten Durchlauf, da ja mehr Energie verhanden ist, die komplett durch laufen muss.

Laut einer Doktorarbeit zum Thema Theremin ringert sich aber die Frequenz, wenn man die Hand der Antenne annähert. Diese Bahauptung wird aber nicht weiter begründet und einfach so stehen gelassen.


Was mir auch noch Sorgen bereitet ist die Polung des Kondesators, bezeihungsweise die Schaltplandarstellung. An der Seite, wo ein Plus verzeichnet ist, bedeuet das, dass diese anliegende Platte nur positiv geladen werden kann? Wenn ja, welchen weitergehdenden Sinn hat das? So richtig fündig bin ich im Netz nicht geworden.


Auch verstehe ich die ganze Sache mit der Erdung nicht. Mit ist klar, dass die Erdung eine Art Sicherung darstellt, damit bei versehentlichen Berühren der Mensch keinen Schaden nimmt, aber bei 9V macht das für mich keinen Sinn. Auch dass dort kein Potenzial vorhanden ist will mir nicht einleuchten. Warum können die Ladungen nicht einfach so fliesen?


Das Programmm habe ich mir mal angesehen und die Zeichenfläche ist eigentlich intuitiv. Das Problem an der Sache sind die ganzen Fachausdrücke, die ich nicht behersche. Zusätzlich ist da noch eine gewisse Sprachbarriere, da mein Englisch in diesem Fachbereich nicht sattelfest ist.

Aber nochmals ein riesiges Dankeschön.
Woher kennst du dich denn so gut damit aus?