18.04.2017, 17:19
Hallo,
wegen der in #25 genannten Gründe will ich mal versuchen, die Funktion der Motorregelung und deren Abhängigkeit von "Umfeld" qualitativ ohne aufwendige Motorsimulaton zu erläutern. Hier erst mal ein Schaltungs-Auszug der 4200/4400 IC Stereos:
Leider ist im Original links der Anfang abgeschnitten, sieht aber nicht anders aus, als beim mittleren und rechten Transistorpaar. Die Leitung von der letzten RC-Kette hinter T306 geht zur Basis des Transistors ganz links T301. Dadurch bilden die 6 Transistoren einen Ring-Oszillator: Jeweils einer der drei AC153 (T302/304/306) zieht Strom durch "seine" Motorwicklung, die anderen beiden sperren mehr oder weniger. Die Ausgangsströme sind um jeweils 120° versetzte Funktionen. Die Höhe des Ausgangsstroms wird über den Kollektorstrom von T307 durch R310 in die Kollektoren der Treiber-Transistoren T301 bzw T303 bzw T305 gesteuert, je mehr umso mehr, aber wohl nicht besonders linear.
Wenn der Motor läuft (und die mechanischen Fliehkraftschalter aus dem Spiel sind) wird in den Wicklungen durch die Permanentmagnete im Motor eine EMK induziert, die man meist (wenn man nix genaueres nich weiß) als Sinus- bis Trapez-förmig annnimmt. An den Wicklungen, durch die gerade kein Treiberstrom fließt, der einen Spannungsbfall in Richtung Null erzeugt, sieht man dann vorwiegend diese EMKs, die hier auf das Betriebsspannungs-Niveau bezogen sind, weil dort der Sternpunkt 305 der drei Wicklungen angeschlossen ist. Die Amplitude der EMKs ist (wie beim Induktionsgesetzt der Brauch) der Frequenz proportional. Deren Spitzenwerte (hier negativ wegen negativer Betriebsspannung) werden über die drei Dioden D301/302/303 auf den Speicherkondensator C307 gegeben, der etwaige Lücken in der Überlagerung des 3-Phasen-Signals puffern soll.
Zum besseren Verständnis der Geschwindigkeitsregelung durch T307 habe ich den Teil mit T308 und den EMKs mal etwas sinnfälliger herausgezeichnet und die Details des dafür unwichtigen Ring-Oszillators weggelassen:
Die drei Pfeile unter den EMKs sollen andeuten, daß deren Amplituden grob proportional zum Kollektorstrom Ic7 von T307 sind.
Beim Hochfahren des Motors ist die Spannung an C307 zunächst zu klein, um Stromfluß durch die Zenerdiode D304 (ZF3.9) zu bewirken. Dazu müßte die Spannung nämlich nominell 3,9V - Ube (T307) betragen. Ube beträgt typisch 0,6 ... 0,65 V. Deshalb fließt der ganze Strom durch die Widerstände R311 bzw R312 durch die Basis von T307 und der läßt maximalen Kollektorstrom fließen in den Ring-Oszillator und mittelbar in die Motorwicklungen, so daß der Motor beschleunigt. Wenn dann "irgendwann" die Zenerdiode leitend wird, zweigt die einen Teil des Basisstromes von T307 ab, bis der gerade noch so viel Strom zum Oszillator schickt, daß der Motor die erreichte Geschwindigkeit halten kann.
Die Geschwindigkeits-/Frequenz-abhängigen EMKs und Zenerspannung-Ube bestimmen also im Wesentlichen, welche Geschwindigkeit sich einstellt (den Einfluß eines etwaigen Innenwiderstandes der Wicklungen und Dioden hab ich hier vernachlässigt).
Die Fein-Einstellung der Geschwindigkeit mit dem Trimmer R312 wird hier offenbar über die Abhängigkeit der Zenerspannung von Id bewirkt. Die "Durchbruch"-Spannung von Zener-Dioden ist nicht beliebig genau definiert, sondern von dem dabei fließenden Strom abhängig. Kleinerer Strom bewirkt niedrigere Spannung. Dadurch bewirkt Erhöhen von R312 dann mittelbar eine Verringerung der Motorgeschwindigkeit.
Der Schaltungsteil mit T308 , der ja nur mit der Betriebsspannung und dem oberen Ende von R314 verbunden ist, dürfte die Aufgabe haben, den Einfluß der Betriebsspannung auf die Motordrehzahl zu kompensieren. Bei Spannungen <4,6V (Ube=0,6V) bzw. <5V (Ube=0,65V) fließt nahezu kein Kollektorstrom von T308 in R314, bei höheren Spannungen allmählich mehr. Weil dadurch die Spannung an der Basis von T307 ansteigt, spendiert der dann weniger Strom für den Oszillator. Einer Zunahme der Motordrehzahl mit der Betriebsspannung wird dadurch also gegengesteuert.
Wie wirken sich Schaltungstoleranzen bzw Bauteil-Austausch auf die Funktion der Schaltung aus ?
Die Kapazität von C307 ist demnach unkritisch.
Die Zenerdioden-Spannung geht direkt ein. Zenerdioden haben da "ziemliche" Toleranzen. Ein Austausch kann deshalb etliche Prozent Verschiebung des Geschwindigkeit-Einstellbereiches bewirken. Beim Austausch durch moderne Zenerdioden mit großer I(Uz)-Kennlinen-Steilheit wird der Einstellbereich der Geschwindigkeit wesentlich kleiner sein als bei älteren Dioden mit sanfterem Übergang.
Ersetzt man die Transistoren durch Typen einer anderen Stromverstärkungsklasse, kann sich der Einstellbereich durch etwas anderes Ube verschieben: ein BCxxxC dürfte bei gleichem Kollektorstrom ein kleineres Ube als ein BCxxxB haben, ein BCxxxA dagegen ein größeres Ube.
Vergrößern von R311+R312 (und R314) setzt die Geschwindigkeit herab. Wenn das nicht ausreichen sollte, hilft Selektion einer Zenerdiode mit kleinerer Spannung.
Jetzt mal ich lieber mal Schluß, damit mir das Machmerk nicht plötzlich verschwindet...
MfG Kai
wegen der in #25 genannten Gründe will ich mal versuchen, die Funktion der Motorregelung und deren Abhängigkeit von "Umfeld" qualitativ ohne aufwendige Motorsimulaton zu erläutern. Hier erst mal ein Schaltungs-Auszug der 4200/4400 IC Stereos:
Leider ist im Original links der Anfang abgeschnitten, sieht aber nicht anders aus, als beim mittleren und rechten Transistorpaar. Die Leitung von der letzten RC-Kette hinter T306 geht zur Basis des Transistors ganz links T301. Dadurch bilden die 6 Transistoren einen Ring-Oszillator: Jeweils einer der drei AC153 (T302/304/306) zieht Strom durch "seine" Motorwicklung, die anderen beiden sperren mehr oder weniger. Die Ausgangsströme sind um jeweils 120° versetzte Funktionen. Die Höhe des Ausgangsstroms wird über den Kollektorstrom von T307 durch R310 in die Kollektoren der Treiber-Transistoren T301 bzw T303 bzw T305 gesteuert, je mehr umso mehr, aber wohl nicht besonders linear.
Wenn der Motor läuft (und die mechanischen Fliehkraftschalter aus dem Spiel sind) wird in den Wicklungen durch die Permanentmagnete im Motor eine EMK induziert, die man meist (wenn man nix genaueres nich weiß) als Sinus- bis Trapez-förmig annnimmt. An den Wicklungen, durch die gerade kein Treiberstrom fließt, der einen Spannungsbfall in Richtung Null erzeugt, sieht man dann vorwiegend diese EMKs, die hier auf das Betriebsspannungs-Niveau bezogen sind, weil dort der Sternpunkt 305 der drei Wicklungen angeschlossen ist. Die Amplitude der EMKs ist (wie beim Induktionsgesetzt der Brauch) der Frequenz proportional. Deren Spitzenwerte (hier negativ wegen negativer Betriebsspannung) werden über die drei Dioden D301/302/303 auf den Speicherkondensator C307 gegeben, der etwaige Lücken in der Überlagerung des 3-Phasen-Signals puffern soll.
Zum besseren Verständnis der Geschwindigkeitsregelung durch T307 habe ich den Teil mit T308 und den EMKs mal etwas sinnfälliger herausgezeichnet und die Details des dafür unwichtigen Ring-Oszillators weggelassen:
Die drei Pfeile unter den EMKs sollen andeuten, daß deren Amplituden grob proportional zum Kollektorstrom Ic7 von T307 sind.
Beim Hochfahren des Motors ist die Spannung an C307 zunächst zu klein, um Stromfluß durch die Zenerdiode D304 (ZF3.9) zu bewirken. Dazu müßte die Spannung nämlich nominell 3,9V - Ube (T307) betragen. Ube beträgt typisch 0,6 ... 0,65 V. Deshalb fließt der ganze Strom durch die Widerstände R311 bzw R312 durch die Basis von T307 und der läßt maximalen Kollektorstrom fließen in den Ring-Oszillator und mittelbar in die Motorwicklungen, so daß der Motor beschleunigt. Wenn dann "irgendwann" die Zenerdiode leitend wird, zweigt die einen Teil des Basisstromes von T307 ab, bis der gerade noch so viel Strom zum Oszillator schickt, daß der Motor die erreichte Geschwindigkeit halten kann.
Die Geschwindigkeits-/Frequenz-abhängigen EMKs und Zenerspannung-Ube bestimmen also im Wesentlichen, welche Geschwindigkeit sich einstellt (den Einfluß eines etwaigen Innenwiderstandes der Wicklungen und Dioden hab ich hier vernachlässigt).
Die Fein-Einstellung der Geschwindigkeit mit dem Trimmer R312 wird hier offenbar über die Abhängigkeit der Zenerspannung von Id bewirkt. Die "Durchbruch"-Spannung von Zener-Dioden ist nicht beliebig genau definiert, sondern von dem dabei fließenden Strom abhängig. Kleinerer Strom bewirkt niedrigere Spannung. Dadurch bewirkt Erhöhen von R312 dann mittelbar eine Verringerung der Motorgeschwindigkeit.
Der Schaltungsteil mit T308 , der ja nur mit der Betriebsspannung und dem oberen Ende von R314 verbunden ist, dürfte die Aufgabe haben, den Einfluß der Betriebsspannung auf die Motordrehzahl zu kompensieren. Bei Spannungen <4,6V (Ube=0,6V) bzw. <5V (Ube=0,65V) fließt nahezu kein Kollektorstrom von T308 in R314, bei höheren Spannungen allmählich mehr. Weil dadurch die Spannung an der Basis von T307 ansteigt, spendiert der dann weniger Strom für den Oszillator. Einer Zunahme der Motordrehzahl mit der Betriebsspannung wird dadurch also gegengesteuert.
Wie wirken sich Schaltungstoleranzen bzw Bauteil-Austausch auf die Funktion der Schaltung aus ?
Die Kapazität von C307 ist demnach unkritisch.
Die Zenerdioden-Spannung geht direkt ein. Zenerdioden haben da "ziemliche" Toleranzen. Ein Austausch kann deshalb etliche Prozent Verschiebung des Geschwindigkeit-Einstellbereiches bewirken. Beim Austausch durch moderne Zenerdioden mit großer I(Uz)-Kennlinen-Steilheit wird der Einstellbereich der Geschwindigkeit wesentlich kleiner sein als bei älteren Dioden mit sanfterem Übergang.
Ersetzt man die Transistoren durch Typen einer anderen Stromverstärkungsklasse, kann sich der Einstellbereich durch etwas anderes Ube verschieben: ein BCxxxC dürfte bei gleichem Kollektorstrom ein kleineres Ube als ein BCxxxB haben, ein BCxxxA dagegen ein größeres Ube.
Vergrößern von R311+R312 (und R314) setzt die Geschwindigkeit herab. Wenn das nicht ausreichen sollte, hilft Selektion einer Zenerdiode mit kleinerer Spannung.
Jetzt mal ich lieber mal Schluß, damit mir das Machmerk nicht plötzlich verschwindet...
MfG Kai