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RE: Piko AC, ESU- und Uhlenbrock-basierte Decoder

#1 von berndm , 14.06.2020 21:30

Die Auslegung der Digitalsteuerung der Piko-Modelle wird zwar schon in einigen Threads diskutiert. Aber dort geht es auch sehr um Meinungen. Hier würde mich mal eher die Elektronik dahinter interessieren.

Wie immer bei den aktuellen Piko Diskussionen geht es um die Kondensatorschaltung.

Nun habe ich gelernt, dass z.B. ESU bei Ihren Decodern diese Kondensatorschaltung nicht wünscht. Das steht so in der Anleitung des Decoders.

Meine Elektronikkenntnisse sind leider nicht sehr gut. Aber wenn ich zwei Modelle eines mit einem ESU-basierten und eines mit einem Uhlenbrock-basierten Decoder, dann sehe ich die gleiche Schaltung. Oder täusche ich mich da?

  • Uhlenbrock: 151 170-6, Piko 51313
  • ESU: 103 176-4, Piko 51675



151 170-8, Piko 51313 (oben) und 103 176-4, Piko 51675 unten


151 170-8, Piko 51313


103 176-4, Piko 51675

Jetzt sagt mir mein Minimalwissen noch, dass ein Kondensator um so mehr sperrt, je niedriger die Frequenz (die Spule sperrt bei hoher Frequenz).

Mich würde mich nun interessieren, was die Elektroniker unter Euch sagen.

Edit: Spule und Kondensator verwechselt. Jetzt bereinigt.


 
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zuletzt bearbeitet 10.07.2021 | Top

RE: Piko AC, ESU- und Uhlenbrock-basierte Decoder

#2 von volkerS , 14.06.2020 21:53

Hallo Bernd,
du solltest dir mal die genaue Leiterbahnführung der Bauteile ansehen. Bei der 151 ist die Spule L2 mit der Schraube AC verbunden. Bei der 103 liegt L1 als auch L2 in den Motorzuleitungen, also eine andere Beschaltung. Dass ESU keine Kondensatoren mag ist nicht ganz korrekt, in der Bedienungsanleitung wird nur davon gesprochen, dass Kondensatoren zwischen Motorzuleitung und Chassis entfernt werden müssen.
Bei Piko gibt es sehr oft Probleme mit dem, zu negativer Berühmtheit erlangtem, Kondensator C4. Er ist direkt an den Motoranschlüssen des Dekoders angeordnet und stört so massiv das Regelverhalten der Decoder. Korrekt ist die Anordnung von je einer Spule in den Zuleitungen von Decoder zum Motor (wie bei der 103). Weiterhin ein Kondensator direkt über den Motoranschlüssen, weitere Kondensatoren auf der Piko-Platine sind nur für reinen DC-Betrieb (ohne Decoder) von Bedeutung. Ihre Funktion wird durch das Umsetzen der Schraube mit der Beschriftung AC / DC aktiviert/deaktiviert.
C4 sollte bei Digitalbetrieb immer entfernt werden (bei analog stört er nicht). Dass er nicht immer bei Digitalbetrieb stört liegt daran dass sehr oft die Loks nur mit Basisfunktionen ausgeliefert werden und erst beim Feintuning des Decoders störend in Erscheinung tritt.
Volker


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RE: Piko AC, ESU- und Uhlenbrock-basierte Decoder

#3 von berndm , 15.06.2020 10:42

Zitat

Hallo Bernd,
du solltest dir mal die genaue Leiterbahnführung der Bauteile ansehen. Bei der 151 ist die Spule L2 mit der Schraube AC verbunden. Bei der 103 liegt L1 als auch L2 in den Motorzuleitungen, also eine andere Beschaltung.
...


Danke Volker,
Leider wird mir das Leiterplattenlayout vom Anschauen nicht klar. Daher hatte ich das hier auch mal angefragt. Hat jemand Pläne des Layouts und kann die hier zeigen oder hat jemand das Layout mal analysiert und kann seine Informationen hier mit uns teilen?


 
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RE: Piko AC, ESU- und Uhlenbrock-basierte Decoder

#4 von volkerS , 15.06.2020 11:47

Hallo Bernd,
das Layout haben wir schon an anderer Stelle einem Reverse Engineering unterzogen. Deshalb ist ja auch bekannt dass C4 direkt an den Motoranschlüssen am Decoder angeschlossen ist. Sehr viel Infos über diesen Kondensator incl. Schaltplanauszug findest auf der Seite von Klaus: http://moppe.dk/PIKOC4.html
Volker


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RE: Piko AC, ESU- und Uhlenbrock-basierte Decoder

#5 von CDC-User , 18.06.2020 09:57

Hallo Bernd,

nur kurz als Erklärung, da du ja doch schon einmal weißt, dass ein Kondensator hohe Frequenzen drüber lässt => für HF wie ein Kurzschluss wirkt ...

Schau dir bei dem von Volker auf Moppes (Klaus') Seite gegebenen Link das Schaltungsschema an. (etwas weiter unten)

Vom Decoder kommen die zwei Motorzuleitungen und direkt zwischen diese beiden ist ein 100nF Kondensator geschaltet (der berüchtigte C4).
Den von der Frequenz abhängigen Widerstandswerts eines Kondensators (kapazitive Reaktanz) berechnet man so:

Widerstand Kondensator = 1 / (2 * pi * Frequenz * Kapazität)

Also im Fall dieses C4: 1/ (2 * 3,1416 * Frequenz * 0,000 000 1) = 1.591.551 / Frequenz (man sieht hier schon, je größer die Frequenz, desto kleiner der Widerstand!)

Was ist mit der Frequenz?
Die Frequenz ist die, die vom Decoder über die Motorleitungen an den Motor gebracht wird. Der Decoder bringt Rechteckimulse unterschiedlicher Breite (PWM) an den Motor.
Die Rechteckimpulse selbst enthalten neben der Grundfrequenz, das ist die vom Decoderhersteller auch angegebene Motor (PWM) Frequenz - oft zwischen 20kHz und 50kHz - auch noch viele höhere Frequenzen (Oberwellen).
Das ist dann die 3-Fache, 5-Fache, 7-Fache, usw. Frequenz.
Der einfachheit halber rechnen wir zunächst nur einmal mit der Grundschwingung, also mit der PWM-Basisfrequenz:

[20kHz] 1.591.551 / 20.000 = 79,6 Ohm
[32kHz] 1.591.551 / 32.000 = 49,7 Ohm
[40kHz] 1.591.551 / 40.000 = 39,8 Ohm
[50kHz] 1.591.551 / 50.000 = 31,8 Ohm
[90kHz] 1.591.551 / 90.000 = 17,7 Ohm

Das sind schon alles relativ niedrige Widerstandswerte.
Damit werden die beiden Motorzuleitungen praktisch zum Teil kurzgeschlossen. Die Frequenzen sind noch einmal um ein vielfaches höher, wenn man einen niedrigen Tastgrad bei der PWM hat - also wenn man eher langsam fährt und im unteren Fahrstufenbereich unterwegs ist. (Erkläreung führt hier jetzt zu weit)
Da hat man bei 10% Tastgrad einer 20 kHz PWM (Motorfrequenz) dann praktisch 200 kHz Impulse. ==> macht rund 8 Ohm Widerstand. Das ist fast schon ein Kurzschluss! ==> hoher Strom fließt ==> wird in Wärme umgesetzt

Das belastet den Decoder, dessen Motorausgang, und er wird warm, heiß, oder schaltet hin und wieder wegen Überlast ab. Oder die Gesamtstromaufnahme des Decoders wird dauerhaft überschritten, wodurch Bauteile Hops gehen könne.
MMn. hätte Piko hier einen Kondensator mit niedrigerer Kapazität verbauen müssen. Ich denke 10nF sollte da auch reichen, um die vom Motor kommenden Störspitzen abzufangen.


Mit freundlichem Gruß,
Hermann


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RE: Piko AC, ESU- und Uhlenbrock-basierte Decoder

#6 von berndm , 18.06.2020 21:06

Zitat

Hallo Bernd,

nur kurz als Erklärung, da du ja doch schon einmal weißt, dass ein Kondensator hohe Frequenzen drüber lässt => für HF wie ein Kurzschluss wirkt ...

Schau dir bei dem von Volker auf Moppes (Klaus') Seite gegebenen Link das Schaltungsschema an. (etwas weiter unten)

Vom Decoder kommen die zwei Motorzuleitungen und direkt zwischen diese beiden ist ein 100nF Kondensator geschaltet (der berüchtigte C4).
...


OK, das entspricht dem, was ich schon geschrieben habe. Die Frage ist nun, warum hat ein Piko Decoder von ESU Abstimmung keine Probleme mit dieser Schaltung hat. Und dann die Frage, wie die Piko Decoder mit mutmaßlicher Uhlenbrock Herkunft mit der Schaltung zurechtkommen.
Das ist für mich die Frage und hier würde ich mich über eine hilfreiche Antwort freuen.

Wenn ich mir noch die Beschreibungen von Uhlenbrock und auch Piko anschaue, finde ich eine Motorfrequenz von 18.75 kHz. Könnte das ein Ansatz sein?


 
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RE: Piko AC, ESU- und Uhlenbrock-basierte Decoder

#7 von berndm , 20.06.2020 23:54

Wenn über einen Kondensator Leistung abfließt, dann könnte das über eine hohe Stromaufnahme eventuell festgestellt werden. Daher habe ich mal die Stromwerte verschiedener sechsachsiger Modelle verglichen. Dazu habe ich die niedrigste Fahrstufe betrachtet. Da bei einer PWM Ansteuerung des Motors hier ein hoher Kurzschlussstrom über die Kondensatoren fließen könnte.


  • 151 170-8, Piko 51313: langsamste Fahrt 0,078 – 0,084 A, bei Beschleunigung vermutlich linearer Anstieg
  • 150 049-5, Roco 58543: langsamste Fahrt 0,013 A und dann zweit langsamste Fahrt 0,08 – 0,09 A, bei Beschleunigung vermutlich linearer Anstieg
  • 150 084-2, Märklin 39501: langsamste Fahrt 0,09 – 0,1 A, bei Beschleunigung vermutlich linearer Anstieg
  • E94 282, Roco 78345: langsamste Fahrt 0,09 – 0,1 A, bei Beschleunigung vermutlich linearer Anstieg
  • 151 041-1, Roco 79401: langsamste Fahrt 0,09 – 0,1 A, bei Beschleunigung vermutlich linearer Anstieg
  • E94 282, Roco 78345: langsamste Fahrt 0,09 – 0,1 A, bei Beschleunigung vermutlich linearer Anstieg
  • E93 07, Märklin 37870: langsamste Fahrt 0,031, bei Beschleunigung vermutlich linearer Anstieg



Daneben habe ich mal gesucht, ob ein Bauteil auf dem Piko Decoder heiß geworden ist.
Ein vermutliches Verstärkerbauteil war etwas wärmer, aber nicht heiß.


 
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RE: Piko AC, ESU- und Uhlenbrock-basierte Decoder

#8 von CDC-User , 28.06.2020 06:19

Hallo,

Zitat

Wenn über einen Kondensator Leistung abfließt, dann könnte das über eine hohe Stromaufnahme eventuell festgestellt werden. Daher habe ich mal die Stromwerte verschiedener sechsachsiger Modelle verglichen. Dazu habe ich die niedrigste Fahrstufe betrachtet. Da bei einer PWM Ansteuerung des Motors hier ein hoher Kurzschlussstrom über die Kondensatoren fließen könnte.



Bevor man hier weiter ins Detail geht, müsste ich schon etwas mehr wissen ...
1) Wie hast du denn die Stromaufnahme gemessen? Also wie kommen deine Werte zustande?

2) Wie schnell reagiert dein Strommessgerät? (Ströme bei z.B. 10 kHz bedeutet mindestens mit 40 kHz abtasten - also einen vollständigen Messwert z.B. auf 100mA Genauikeit mindestens 40.000 Mal pro Sekunde (siehe Abtasttheorem!))

3)Wie genau ist die Anzeige? (Mit einem handelsüblichen Multimeter wird das wohl nichts, da die keine Zeitauflösung besitzten und man desshalb auf den am Display angezeigten Wert vertrauen muss, der irgendwann angezeigt wird - auf so und soviele Digits genau.)


Ich habe hier im Forum schon des öffteren von Stromaufnahme etc. gelesen und da werden auch gerne eifach einmal die Werte genommen, die so manche Zentralen hierfür anzeigt.

Für diese und für jene, die mittels Multimeter herangehen gilt, dass man sich schon genau bewusst sein sollte, was man hier misst und wie aussagekräftig die Messwerte für bestimmte Sachverhalte sind.

Nur weil eine Zentrale bspw. bei einem angeschlossenen Rollenprüfstand mit einer Lok darauf anzeigt, dass gerade ein Strom von 100mA fließt, heißt das noch lange nicht, dass der Decoder lediglich 100mA vom Gleis zieht!

Das nur mal algemein, weil - wie gesagt - dies für viele auch hier im Forum gilt ...



Zitat

Daneben habe ich mal gesucht, ob ein Bauteil auf dem Piko Decoder heiß geworden ist.
Ein vermutliches Verstärkerbauteil war etwas wärmer, aber nicht heiß.

Ich gehe selbstverständlich davon aus, das Piko deren Decoder mit deren Triebfahrzeuge testen. Träten hier also durch ihre gewählte "Ent"störschaltung Probleme auf, hätten sie die bereits beheben müssen (Rückrufaktion etc. o.ä.)
Also gehe ich davon aus, dass deren Decoder das mit machen, auch wenn die Belastung auch bei diesen dann evtl. etwas höher sein könnte. Hierfür müsste ich mehr von den Decodern wissen, Schaltung, Parameter, Motorsteuerung etc.

Zitat

Die Frage ist nun, warum hat ein Piko Decoder von ESU Abstimmung keine Probleme mit dieser Schaltung hat. Und dann die Frage, wie die Piko Decoder mit mutmaßlicher Uhlenbrock Herkunft mit der Schaltung zurechtkommen.
Das ist für mich die Frage und hier würde ich mich über eine hilfreiche Antwort freuen.

Wie erklärt ist das so einfach aus dem Stehgreif nicht zu beantworten. Die einfache Antwort hier wäre, dass man bei der Auslegung und Motorsteuerung dieser Decoder (bewusst oder unbewusst) auf diese Entstörschaltung Rücksicht genommen hat.
Inwiefern sich das konkret durch Hardware und Software herauskristalisiert, kann ich ohne weiteres Detailwissen über die Decoder so einfach nicht sagen.
Es könnte an der Frequenz der PWM liegen, an der Frequenz der Motorregelung (Abtastfrequenz), an der länge der Messpause der Motorregelung (Länge Austastlücke), an dem Motortreiber, .... ????

Meine Frage wäre eher, warum du wissen musst, warum du mit einem Piko oder UB, oder ESU Decoder hier keine Probleme hast? Wenn die alle keine Probleme damit haben, dann verwende doch diese und alles ist in Butter.


Mit freundlichem Gruß,
Hermann


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RE: Piko AC, ESU- und Uhlenbrock-basierte Decoder

#9 von SAH , 28.06.2020 06:47

Moin Bernd,

vielen Dank, dass Du Messwerte aufgenommen und publiziert hast.
Ich möchte Dir gerne einen Verbesserungsvorschlag machen: von der o.g. Stromaufnahme muss noch der Anteil abgezogen werden, der nicht vom Motor gebraucht wird. Entgegen der verbreiteten Ansicht (auch in Fachzeitschriften!) ist das nicht vernachlässigbar: zwischen 15 und 60mA ist das slles möglich.
Vgl. 39500 (das Modell hat einen Baugleichen Sinus3 Motor 7nd einen baugleichen Dekoder wie das von Dir untersuchte Modell 39501 ). Bei mir ist die Stromaufnahme bei kleinster Fahrstufe netto zwischen 40 und 60mA, je nach Zentrale.

Mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn


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RE: Piko AC, ESU- und Uhlenbrock-basierte Decoder

#10 von vikr , 28.06.2020 08:52

Hallo,

Zitat

Also gehe ich davon aus, dass deren Decoder das mit machen, auch wenn die Belastung auch bei diesen dann evtl. etwas höher sein könnte. Hierfür müsste ich mehr von den Decodern wissen, Schaltung, Parameter, Motorsteuerung etc.


Darüber Informationen zusammenzutragen, scheint mir eine wesentliche Intention dieses Threads zu sein.

Zitat

Zitat

Die Frage ist nun, warum hat ein Piko Decoder von ESU Abstimmung keine Probleme mit dieser Schaltung hat. Und dann die Frage, wie die Piko Decoder mit mutmaßlicher Uhlenbrock Herkunft mit der Schaltung zurechtkommen.
Das ist für mich die Frage und hier würde ich mich über eine hilfreiche Antwort freuen.




Schön, dass versucht wird, dieser Frage systematisch nachzugehen!

Zitat

Die einfache Antwort hier wäre, dass man bei der Auslegung und Motorsteuerung dieser Decoder (bewusst oder unbewusst) auf diese Entstörschaltung Rücksicht genommen hat.


Interessante These! So etwas gab es doch mal als Strategie bei MS-Anwendungen in DRDOS-Umgebungen.

Zitat
Inwiefern sich das konkret durch Hardware und Software herauskristalisiert, kann ich ohne weiteres Detailwissen über die Decoder so einfach nicht sagen.


Ja, mehr Details helfen vieleicht herauszubekommen, warum sich eine ganze Generation von Piko-Loks - aber ohne Decoder von Piko - so unsozial verhalten...

Zitat

Meine Frage wäre eher, warum du wissen musst, warum du mit einem Piko oder UB, oder ESU Decoder hier keine Probleme hast? Wenn die alle keine Probleme damit haben, dann verwende doch diese und alles ist in Butter.


Seit der eher stillschweigenden Einigung auf bestimmte Spurbreiten ist ein besonderer Charme der Modellbahn gerade die Idee und Erwartung, dass Komponenten verschiedener Hersteller - in der Regel - weitgehend unproblematisch miteinander zusammenarbeiten.
Es ist schon interessant zu herauszubekommen, wie sie es nicht tun und ggf. weshalb...

MfG

vik


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RE: Piko AC, ESU- und Uhlenbrock-basierte Decoder

#11 von CDC-User , 28.06.2020 14:20

Hallo Vik,

Zitat

Seit der eher stillschweigenden Einigung auf bestimmte Spurbreiten ist ein besonderer Charme der Modellbahn gerade die Idee und Erwartung, dass Komponenten verschiedener Hersteller - in der Regel - weitgehend unproblematisch miteinander zusammenarbeiten.
Es ist schon interessant zu herauszubekommen, wie sie es nicht tun und ggf. weshalb...


Deine Intention in allen Ehren, habe ich dem TE, lediglich klar machen wollen, dass zumindest ich nicht in der Lage bin ihm genaueres zu beantworten/zu erklären, weil mir - wie geschrieben- sehr wesentliche technische Fakten (Informationen) nicht zugänglich sind. Ich bin also jetzt ab hier überfragt. Es gäbe viele technische Aspekte, auf die ich seitenweise eingehen könnte (ein paar habe ich angedeutet), aber warum der Aufwand, wem soll das was bringen? Erst müssten die technischen Fakten klar sein, dann könnte auch ich sicherlich noch das ein oder andere erklären und beisteuern.

Zitat

Ja, mehr Details helfen vieleicht herauszubekommen, warum sich eine ganze Generation von Piko-Loks - aber ohne Decoder von Piko - so unsozial verhalten...

Das könnte durchaus möglich sein, ohne dass ich genaueres über benannte Generation weiß.

Eine Sache frage ich mich allerdings schon, mit etwas Stirnrunzeln:
Der Kollege, der bei Piko die Entstörschaltung entworfen hat, hat das doch aus bestimmten Gründen getan - davon gehe ich zumindest aus. Warum hat er es für nötig befunden diesen Kondensator zwischen den beiden Motoranschlüssen mit 100nF zu konfektionieren? Das muss ein ganz schön billiger, störintensiver Motor sein, wenn man so einen Kondensator zur Entstörung für notwendig befindet.

Oder, die andere Möglichkeit und bereits genannte These, im DC Fall ist es praktisch egal und für den Digitalbetrieb ist es ein konzeptioneller Fehler? :

Zitat

Schön, dass versucht wird, dieser Frage systematisch nachzugehen!

Das scheint mir auch die einzig sinnvolle Methode!

Hallo Stephan-Alexander,

Zitat

von der o.g. Stromaufnahme muss noch der Anteil abgezogen werden, der nicht vom Motor gebraucht wird. Entgegen der verbreiteten Ansicht (auch in Fachzeitschriften!) ist das nicht vernachlässigbar: zwischen 15 und 60mA ist das slles möglich.


Das ist sehr richtig, sofern die gemessenen Stromwerte auch die sind, als welche sie ausgegeben werden. (siehe meine Anmerkung zu den Messungen und der Methodik dabei)
Die Stromaufnahme eines Decoders bei laufendem Motor muss dynamisch gemessen werden, weil sich diese auch dynamisch verhält.
Die MCU des Decoders braucht ein paar mA sofern sie nicht gerade im Idle (µA) ist, auch andere Peripherie zieht etwas Strom und falls noch Stirnbeleuchtung angeschlossen ist, kommen da erneut ein paar mA drauf je nach Leuchtmittel und Farbe unterschiedlich.
Es kann zumindest garn nicht sein, dass man einfach für die Stromaufnahme einens Decoders bei laufendem Motor bspw. 100mA oder 250mA oder ... angibt. Das sind inrgendwie durch das Messgerät, Messmethode "gemittelte" Werte.

Wenn hier jemand das korrekt misst, dann möge er doch uns mitteilen, wie hoch z.B. der Einschaltstrom beim Anlauf des Motors ist. Das müsste dieser Mitstreiter ja dann problemlos messen können. Kann er das nicht, sind jegliche Aussagen über die Decoderstromaufnahme in Zusammenhang mit dem Motorstrom etc. nichts wert. Der Motor wird ja schließlich nicht mit DC betrieben!

Bei guten Motoren ist der Anlaufstrom bspw. im Motordatenblatt angegeben. Bei Maxon z.B. dürfte das I_A sein. (Zeile 8 im Datenbaltt glaube ich )
Ich habe den Anlaufstrom damals auch schon u.a. für einen Rocomotor gemessen, das waren über 2A wenn ich mich nicht irre. Bei guten Motoren könne das je nach Haltedrehmoment und spezifikation auch gerne zwischen 400mA und 3A sein!
Jetzt kann man sich ja mal kurz überlegen, was das bedeutet, wenn ein Motor bei sehr niedriger Fahrstufe und langsamer Fahrt praktisch immer wieder Impuls für Impuls kurz zum Loslaufen gebracht wird.
Das da angeblich nur 100mA oder weniger fließen glaube - ich zumindest- nicht.


Mit freundlichem Gruß,
Hermann


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RE: Piko AC, ESU- und Uhlenbrock-basierte Decoder

#12 von Martin_G , 28.06.2020 19:48

Hallo in die Runde,

Zitat

Wenn über einen Kondensator Leistung abfließt, dann könnte das über eine hohe Stromaufnahme eventuell festgestellt werden. Daher habe ich mal die Stromwerte verschiedener sechsachsiger Modelle verglichen. Dazu habe ich die niedrigste Fahrstufe betrachtet. Da bei einer PWM Ansteuerung des Motors hier ein hoher Kurzschlussstrom über die Kondensatoren fließen könnte.


Richtig. Allerdings ändert sich dieser Kurzschlussstrom entsprechend der PWM-Frequenz. (Wie Hermann das ja schon erklärt hat.)
Also müsstest du die Ströme bei PWM-Frequenz mal 4 messtechnisch abtasten ... z.B. diese 18kHz * 4 = 72.000 mal pro Sekunde einen Wert Messen und diesen dann entweder loggen oder Anzeigen. Nur eine Anzeige deren Wert 72.000 mal/s aktualisiert wird ist, sollte der Bildaufbau so schnell funktionieren, für dein träges Auge zu schnell. Also braust du was mit zeitlicher auflösung --> ein Oszi wäre meine Empfehlung. Dann kannst du z.B. auch nach Strompeaks triggern usw. ..

Im Übrigen glaube ich auch nicht, dass der Decoder z.b. bei einer Roco 58543 bei langsamster Fahrt nur 13mA zieht. (wie von dir gemessen)

Nur so als Beispiel: Gute Motoren brauchen im Leerlauf, also wenn der benötigte Strom (dir. prop. zum Drehmoment) lediglich dazu dient, die Motoreigene Laufreibung der Lager zu überwinden, so zwischen 30mA bis 60mA!

Der Decoder deiner Lok zieht mit einem deutlich einfacheren Motor + Getriebe + Mikrocontroller + wshl. Spitzenlicht? nur 13mA!
Das muss eine Wundermaschine sein!

Daran siehst du schon, die Messwerte können so überhaupt nicht korrekt sein. Du hast schon etwas gemessen, klar, nur was das genau war, kann wohl keiner dir sagen. Die Stromaufnahme des Decoders bei Langsamster Fahrstufe war das bestimmt nicht.


Mehr als das was eh schon zu dem Thema gesagt wurde, kann ich auch nicht beitragen ...


Grüße,
Martin

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RE: Piko AC, ESU- und Uhlenbrock-basierte Decoder

#13 von SAH , 28.06.2020 20:34

Moin zusammen,

@Kondensator und Stromaufnahme
Sofern die Befürchtung besteht, ein Kondensator könnte viel zu große (Blind)ströme verursachen gibt es einen einfachen Test:
Die Stromaufnahme bei FS1 messen, anschlueßend die PWM-Frequenz ündern (sofern der Dekoder das mitmachr) und nochmal messen. Wenn sich die gemittelte Stromaufnahme nicht ändert, braucht man das nicht zu berücksichtigen. Wobei mir 100nF "etwas" hoch vorkommt. 1nF reicht schon.

@Bernd: mit welchem Gerät bzw. welcher Messanordnung hast Du die Stromaufnahme gemessen? Zur 39501: bei der 39500 habe ich ca. 90mA Stromaufnahme nur durch den Dekoder (6021, 60214 und Tams EC).

@Hermann: einverstanden. Lediglich beim Motor bin ich etwas anderer Ansicht: als induktiver Verbraucher kann die Stromstärke der hohen Frequenz nicht mehr folgen und es resultiert eine mittlere Stromstärke, die via Shunt/Oszi am genauesten visualisiert werden kann. Bei richtiger Wahl der Messmittel geht das auch mit einrm trms-DMM.
Aber: am Beispiel der sds-Lok: Gesamt 150mA, Netto-Motor 60 mA. Das gibt einen 2,5 fach größeren Fehler.
Ich mache Bernd hier keinen Vorwurf, sondern freue mich dass er überhaupt Messwerte angibt.
Zur Messung Dekoder ohne Fahrstufe vs. Dekoder mit Fahrstufe vs. Dekoder mit Fahrstufe und Motor:
natürlich wird der Dekoder mit angeschlossener Last mehr Strom aufnehmen, doch das zu bestimmen wird ohne entsprechenden Aufwand nicht möglich sein. Und selbst wenn, ist die Wahrscheinlichkeit "Schmetterlinge zu jagen" sehr groß. Erwartungsgemäß benötigt der Dekoder in der Größenordnung Motorstrom /Verstärkungsfaktor mehr an Strom.
Damit sind wir im Mikroamperebereich und damit kleiner als der Messfehler.

@Martin
die auffallend niedrige Stromaufnahme zeigt meiner Ansicht nach nur die Grenze des benutzten Anzeigegeräts. @Bernd: welches benutzt Du? Leider wird auch bzw. gerade in den Fachzeitschriften nicht ausreichend auf diese Details geachtet.

Mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn


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RE: Piko AC, ESU- und Uhlenbrock-basierte Decoder

#14 von CDC-User , 28.06.2020 20:57

Hallo und guten Abend,

Zitat

einverstanden. Lediglich beim Motor bin ich etwas anderer Ansicht: als induktiver Verbraucher kann die Stromstärke der hohen Frequenz nicht mehr folgen und es resultiert eine mittlere Stromstärke, die via Shunt/Oszi am genauesten visualisiert werden kann. Bei richtiger Wahl der Messmittel geht das auch mit einrm trms-DMM.


Ja, stimmt schon. Aber es geht doch um den Strom der über den zu großen Kondensator "fast wie ein Kurzschlussstrom" hin und her fließt. Mit der Frequenz der PWM und natürlich jeweisl mit exponentiellem Anstieg und Abfall.
Wenn der Messaufbau diesen hin und herpendelnden Strom über den Kondensator nicht berücksichtigt, sind die Messwerte für das hier besprochene Problem ohne Bedeutung.

Zitat

Wobei mir 100nF "etwas" hoch vorkommt. 1nF reicht schon.

Ja, wie ich schon schrieb... Hier liegt entweder ein Konzeptfehler vor, oder es ist beabsichtigt und notwendig, weil der Motor so grotten schlecht ist. ???

Zitat

Ich mache Bernd hier keinen Vorwurf, sondern freue mich dass er überhaupt Messwerte angibt.

Ja, ein Vorwur sollte das von mir nicht sein. Ich wollte lediglich aufzeigen und erklären, warum für sein Problem und Thema so eine Messung wenig bringt und ich die Ergebnisse für nicht korrekt halte. Ferner und va. viel Schlimmer daran ist, dass es einen evtl. in einer trügerischen Sicherheit wiegt, denn man hat ja schließlich gemessen. Messungen dieser und ähnlicher Art habe ich hier schon häufiger gesehen ... gefährlich wenn daraus falsche Schlüsse gezogen werden.


Zitat

@Martin
die auffallend niedrige Stromaufnahme zeigt meiner Ansicht nach nur die Grenze des benutzten Anzeigegeräts. @Bernd: welches benutzt Du? Leider wird auch bzw. gerade in den Fachzeitschriften nicht ausreichend auf diese Details geachtet.

Naja. Das kann sein, muss aber nicht. Wir wissen eben auch das nicht. Wie ich ja bemängelt habe, sind viel zu viele Dinge unklar. Vielleicht hat er ein sehr genaues Messgerät verwendet? Die Werte sind so oder so zu niedrig und deshalb irreführend und falsch.


Mit freundlichem Gruß,
Hermann


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RE: Piko AC, ESU- und Uhlenbrock-basierte Decoder

#15 von Martin_G , 29.06.2020 10:09

Moin Stephan-Alexander,

Zitat

die auffallend niedrige Stromaufnahme zeigt meiner Ansicht nach nur die Grenze des benutzten Anzeigegeräts. @Bernd: welches benutzt Du? Leider wird auch bzw. gerade in den Fachzeitschriften nicht ausreichend auf diese Details geachtet.


Das kann schon sein. Dann sind die Werte sowieso total unbrauchbar. Ich bin davon ausgegangen, dass ein entsprechend exaktes Messgerät verwendet wurde. Also z.B. eines mit Strommessbereich 400mA bei einer Auflösung von 0,1mA bei einer Genauigkeit von ± (1,2% + 4 d). Das würde schon reichen und ist jetzt nichts besonderes.

Ich habe euch einmal kurz eine Spice Simulation gebaut, damit man noch einmal grafisch sehen kann, wovon ich und Hermann ja schon vor mir geschrieben haben. Ich habe einfach eine Induktivität der Motorwicklung von 6mH angenommen. Aber auch mit 20mH oder 2mH macht das für die hier getätigte Aussage keinen Unterschied.

PWM-Signal mit 20kHz bei 50% Tastverhältnis
Strom über den Kondensator
Strom über Motor-Spule (dir. prop. zum Drehmoment)



paralleler Kondensator mit 100nF. Genau wie der C4 bei Piko.


Zoom


Jetzt noch zum Vergleich mit anderen Kapazitäten:
4,7nF

deutlich geringerer Strom durch den Kondensator ==> deutlich geringere Belastung für den Motortreiber --> und damit auch Decoder


1nF

Strom noch niedriger ... usw

Das sieht doch perfekt aus, oder?
Naja, man darf nicht vergessen, dass ich immer ein Tastgrad von 50% vorausgesetzt habe. Gerade bei Langsamfahrt, ist der Tastgrad aber deutlich niedriger - unter 10%!
Also hier ein Beispiel was passiert, wenn man bei 1nF den Tastgrad auf 4% reduziert:
[b]PWM-Signal mit 20kHz bei 4% Tastverhältnis

Schon fließt wieder ein deutlich höherer Strom über den Kondensator - etwa 90mA.

So und jetzt festhalten ... wie sähe diese Langsamfahrt mit dem 100nF Kondensator aus?

Fatal!!! Der Strompeak von fast 8A kommt natürlich beim Decoder nicht vor. Der kann nicht mehr als zwischen 1 bis 2A liefern, kurzzeitig vielleicht 2,5A. Man sieht aber sehr schön, was da passiert, finde ich. Der Motor würde sich praktisch nicht drehen, doch der Treiber und Decoder würden enorm belastet.
So kann man wenigstens ein Gefühl dafür bekommen, um was es hier geht.


Übrigens sieht man auch gut, warum man wohl mit einer herkömmlichen Strommessung, dieses "Problem" nicht messen kann. Eine Zentrale die z.B. den aktuellen Stromverbrauch anzeigt, detektiert hier auch nichts, allenfalls irgendeinen Durchschittswert ...


Grüße,
Martin

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RE: Piko AC, ESU- und Uhlenbrock-basierte Decoder

#16 von SAH , 29.06.2020 10:32

Moin Martin,

herzlichen Dank für die visualisierung mit Bildern. Ich werde versuchen, zeitnah die reale Umsetzung aufzunehmen.


Mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn


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RE: Piko AC, ESU- und Uhlenbrock-basierte Decoder

#17 von Heinzi , 29.06.2020 12:44

Hallo Jungs

Bei dieser Gelegenheit erlaube ich mir den Verweis auf die 2014 geführte Diskussion. Damals ging es aber hauptsächlich um "ausgesannte" Störpulse


https://stummiforum.de/viewtopic.php?f=5&t=118882&start=50

von "hwissing" 27Dez 2014


Gruss Heinzi
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RE: Piko AC, ESU- und Uhlenbrock-basierte Decoder

#18 von vikr , 29.06.2020 13:05

Hallo Heinzi,

Zitat

Bei dieser Gelegenheit erlaube ich mir den Verweis auf die 2014 geführte Diskussion. Damals ging es aber hauptsächlich um "ausgesannte" Störpulse


https://stummiforum.de/viewtopic.php?f=5&t=118882&start=50

von "hwissing" 27Dez 2014


Danke, das macht die Suche nach einer Antwort ja so komplex und erst mal völlig intransparent.

C4 befindet sich am Decoderausgang zum Motor hin.
Eigentlich "gehört" er direkt an den Motoranschluss.

Wie kann dIeser "ungeschickte" Kondensator im Digital-Betrieb (mit eingebautem Decoder) dazu führen, dass Störungen auf dem Gleis (also auf der anderen Seite des Decoders) entstehen, die bestimmte Decoder in den anderen auf dem Gleis befindlichen Fahrzeugen beeinflussen?

MfG

vik


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RE: Piko AC, ESU- und Uhlenbrock-basierte Decoder

#19 von SAH , 29.06.2020 13:26

Moin Martin,

ich habe mir Deine Simulationen angeschaut. irgendwie scheint mir da was nicht zu stimmen. Dazu greife ich das am besten aufgelöste Diagramm mit 4,7 nF heraus:

Zitat

Jetzt noch zum Vergleich mit anderen Kapazitäten:
4,7nF

deutlich geringerer Strom durch den Kondensator ==> deutlich geringere Belastung für den Motortreiber --> und damit auch Decoder



Ausgangsbedingung: 18V, PWM-Frequenz 20 kHz; Tastgrad 0,5; Induktivität: 6mH, Kapazität: 4,7 nF.
Die mittlere Gleichspannung beträgt 18V * 0,5 = 9V

Für die Spule also: einen Innenwiderstand von 9V/240mA =37,5 Ohm :
Der Strom durch die Spule schwankt von 220 bis 260 mA (also ca. 40mA). Bei 20 kHz beträgt der Blindwiderstand der Spule 2pi*f*L = 6,28*20000*0,006 = 754 Ohm.
Also müsste der Strom um 18V (U_ss)/754 Ohm um maximal 25mA schwanken. Um Faktor 2 überschritten. Die höheren Frequenzen fallen raus, weil nach der Fourier-Transformation die nächste dreifache Frequenz und 1/3 an Amplidtue hat. Somit nur noch 1/9 des Strom beiträgt.

Zum Kondensator: Der Gleichspannungsanteil fällt raus, es bleibt der AC-Anteil. Blindwiderstand des Kondensators: 1/(2*pi*f*C) = 1/(6,28*20000*4,7*10^-9) = 795 Ohm. Blindstrom_ss = 18V/795Ohm = 23mA_ss, erste Oberwelle dreifache Frequenz, 1/3 der Amplitude. Amplitude und Blindwiderstand nivellieren sich in ihren Änderungen. also 3*23mA = ca. 69mA kommt hin. Das funktioniert nur, wenn Leitungswiderstand/Übergangswiderstand mit 0 angesetzt werden.

Zum Parallelschwingkreis: die Resonanzfrequenz ist 1/(2pi*sqrt(LC)) hier bei ca. 30 kHz, also nahe an der PWM-Frequenz. Damit ist mit Stromüberhöhung zu rechnen. Für die anderen Diagramme ohne Belang.

Bei höheren Frequenzen oder Oberwellen ist der Einfluss der Leitungs- und Übergangswiderstände nicht mehr vernachlässigbar. Damit sinkt auch der Blindstrom durch den Kondensator.
Vielleicht bin ich auch auf eine falsche Richtung eingeschlagen. Hier hilft nur eine Messung....

mit freundlichen Grüßen,
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RE: Piko AC, ESU- und Uhlenbrock-basierte Decoder

#20 von Martin_G , 29.06.2020 22:05

Moin Stephan-Alexander,

Zitat

herzlichen Dank für die visualisierung mit Bildern. Ich werde versuchen, zeitnah die reale Umsetzung aufzunehmen.

Keine Ursache.

Zitat

Für die Spule also: einen Innenwiderstand von 9V/240mA =37,5 Ohm

ja fast, 40 Ohm sind es genau. -->225mA (rechnerisch) und ~224mA (grafische Analyse)
Das passt also.

Zitat

Der Strom durch die Spule schwankt von 220 bis 260 mA (also ca. 40mA). Bei 20 kHz beträgt der Blindwiderstand der Spule 2pi*f*L = 6,28*20000*0,006 = 754 Ohm.
Also müsste der Strom um 18V (U_ss)/754 Ohm um maximal 25mA schwanken.

Die Simulation ist korrekt. Der Strom schwankt um ~34mA. Deine Berechnung (die korrekt ist) gilt für sinusförmige Spannungen!
Eine Simulation mit sinusförmiger Ansteuerung von 20kHz ergibt die 24,... mA
Für ein rechtecksignal ist der Widerstand niedriger. Nach meiner Näherungsberechnung dürften das etwa 510 bis 600 Ohm sein - so um den Dreh.
Summiere ich die Ströme der sinusförmigen Oberwellen auf, komme ich ja schon auf ~29,3mA. Das würde also auch zu den 600 Ohm passen ... und auch in etwa zu dem Wert aus der Grafik ~34mA (so gneau ist die Grafik ja nicht aufgelöst).


Zitat

Zum Kondensator: Der Gleichspannungsanteil fällt raus, es bleibt der AC-Anteil. Blindwiderstand des Kondensators: 1/(2*pi*f*C) = 1/(6,28*20000*4,7*10^-9) = 795 Ohm. Blindstrom_ss = 18V/795Ohm = 23mA_ss, erste Oberwelle dreifache Frequenz, 1/3 der Amplitude. Amplitude und Blindwiderstand nivellieren sich in ihren Änderungen. also 3*23mA = ca. 69mA kommt hin. Das funktioniert nur, wenn Leitungswiderstand/Übergangswiderstand mit 0 angesetzt werden.

Das macht für diese Diskussion und meine Aussage nicht viel Unterschied, ob mit oder ohne Leitungs und Übergangswiderstand.
Und nebenbei: Die von dir berechneten 795 Ohm kommen bei 10nF heraus. Bei 4,7nF sind es etwa 1693 Ohm ...
So wären es dann nämlich auch 3*10,6mA=31,8mA ~32mA; wie man es auch aus der GRafik entnehmen kann.



Zitat

Parallelschwingkreis: die Resonanzfrequenz ist 1/(2pi*sqrt(LC)) hier bei ca. 30 kHz, also nahe an der PWM-Frequenz.

Naja, es sind immerhin 10.000Hz Abstand ... nahe ist etwas anderes.


Grüße,
Martin

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RE: Piko AC, ESU- und Uhlenbrock-basierte Decoder

#21 von Heinzi , 30.06.2020 13:18

Hallo
Ich versteh was anderes nicht:

Kirchhof 1 besagt, dass die Ströme in einem Knoten = 0 sind.
Woher kommen, oder wohin gehen denn dann die rund 210-240mA Strom in den "Pausen"? Strom durch den Kondensator ist ja nur kurz 30mA, für den Rest der Zeit ist er 0mA! Zurück ins Speisegerät? Dann dürfte da doch die Spannung nicht 0V sein? Es müssten irgendwo Spannungsspitzen auftreten oder in der Grafik fehlt eine Freilaufdiode.


Zweite Unklarheit:
Weshalb ist im Bild :
Also hier ein Beispiel was passiert, wenn man bei 1nF den Tastgrad auf 4% reduziert:
PWM-Signal mit 20kHz bei 4% Tastverhältnis"

.....der Strom plötzlich höher als im Bild davor?"
Die Verhältnisse sind doch nach der ansteigenden und nach der abfallenden Flanke jeweils eingeschwungen. Damit dürfte das Tastverhältnis eigentlich keinen Einfluss auf den Strom haben.

Vorausgesetzt die Zeitmassstäbe sind identisch, fallen mir aber die unterschiedliche Steilheiten des speisenden Rechtecks, (im Vergleich mit dem Bild darüber) in Abhängigkeit des Tastgrades auf! Dass mit der Steilheit vor allem der Ladestrom des Kondensators grösser wird, leuchte mir dann schon eher ein. er wird ja in viel kürzerer Zeit voll geladen.


Variiere das Tastverhältnis doch bitte mal so, dass die Steilheit der Flanken identisch bleibt.


Gruss Heinzi
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RE: Piko AC, ESU- und Uhlenbrock-basierte Decoder

#22 von Martin_G , 30.06.2020 17:12

Hallo Heinzi,

nur kurz dazu:

Zitat

Zweite Unklarheit:
Weshalb ist im Bild :
Also hier ein Beispiel was passiert, wenn man bei 1nF den Tastgrad auf 4% reduziert:
PWM-Signal mit 20kHz bei 4% Tastverhältnis"
.....der Strom plötzlich höher als im Bild davor?"
Die Verhältnisse sind doch nach der ansteigenden und nach der abfallenden Flanke jeweils eingeschwungen. Damit dürfte das Tastverhältnis eigentlich keinen Einfluss auf den Strom haben.

Warum nicht?
Eine gepulste Gleichspannung ist KEINE Rechteckspannung! Hat man kein Tastverhältnis mehr von 50% stimmt die Furierreihe mit der 3., 5., 7. Oberwelle usw. nicht mehr. Da kommen mehrere Oberwellen hinzu auch gerade, damit sinkt der Widerstand und der Strom steigt.

und hier:

Zitat

Kirchhof 1 besagt, dass die Ströme in einem Knoten = 0 sind.
Woher kommen, oder wohin gehen denn dann die rund 210-240mA Strom in den "Pausen"? Strom durch den Kondensator ist ja nur kurz 30mA, für den Rest der Zeit ist er 0mA! Zurück ins Speisegerät? Dann dürfte da doch die Spannung nicht 0V sein? Es müssten irgendwo Spannungsspitzen auftreten oder in der Grafik fehlt eine Freilaufdiode.

von welchem Knoten sprichst du denn? Die Schaltung hat 3 Knoten: Oben einen und unten zwei, einen zu GND einen zum Kondensator.
Wie die treibende Quelle im inneren aussieht ist hier nicht spezifiziert. Der Motortreiber auf dem Decoder verfügt selbstverständlich über Freilaufdioden, wegen der abzubauenden -U_ind der Motorwicklungen.

Ich schalge vor. Einfach einmal LTSpice von (Linear / Analog Devices) herunterladen und selber ausprobieren. Es sind ganz reale Bauteile zu verwenden, mit Herstellerkennung und physikalischen Eigenschaften.


Grüße,
Martin

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RE: Piko AC, ESU- und Uhlenbrock-basierte Decoder

#23 von Heinzi , 01.07.2020 10:49

Hallo Martin


Zitat

Eine gepulste Gleichspannung ist KEINE Rechteckspannung! Hat man kein Tastverhältnis mehr von 50% stimmt die Furierreihe mit der 3., 5., 7. Oberwelle usw. nicht mehr. Da kommen mehrere Oberwellen hinzu auch gerade, damit sinkt der Widerstand und der Strom steigt.

Ich weiss, das ist Elektronik Lektion 728. Da habe ich wohl gerade geschwänzt.
Herr Furier war mir damals schon etwas suspekt. (lang lang ist's her…..)

Aufgefallen ist mir halt einfach, dass sich die Stromstärke durch den Kondensator proportional zur Steigung , resp. der Neigung der Flanken verhält und immer nur genauso lange fliesst wie die Flanken steigen oder fallen.
Also muss meine Frage eigentlich heissen weshalb die Flankensteilheit mit dem Tastgrad variiert?
Das hat dann vermute ich etwas mit Herrn Furier zu tun!


Zitat

von welchem Knoten sprichst du denn? Die Schaltung hat 3 Knoten:


Na ja, über GND gibt es ja keinen geschlossenen Stromkreis, also bleiben noch zwei symetrische Knoten übrig.


Zitat

Ich schalge vor. Einfach einmal LTSpice von (Linear / Analog Devices) herunterladen und selber ausprobieren

…wenn ich dann mal Lust habe….reizen tut mich das schon, , aber jetzt ist erst mal Sommer.


Gruss Heinzi
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RE: Piko AC, ESU- und Uhlenbrock-basierte Decoder

#24 von SAH , 01.07.2020 14:37

Moin Heinzi,

I = C* Flankensteilheit in V/s.
In der Flanke sind alle Obeerwellen enthalten, und es gilt für die Basiswelle: f ~ 1/T. Kleiner Tastgrad = kleine Impulsdauer T.
Den Effekt des nahezu konstanten Stroms kann man auch beim Oszilloskopieren des Digitalsignal an einem Shunt nachvollziehen.

Nur ich traue nicht blindlinks Diagrammen und bei Simulationen bin ich sehr vorsichtig. Deshalb habe ich Martin auch geantwortet.

mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn


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RE: Piko AC, ESU- und Uhlenbrock-basierte Decoder

#25 von volkerS , 01.07.2020 16:54

Hallo Stephan-Alexander,
ich benutze LTSpice. Bis heute hat sich in der Realität immer das gezeigt, was die Simulation gezeigt hat.
Wichtig ist nur, dass man die Bauteile so anordnet wie sie auch real verschaltet sind. Andernfalls stimmen die Ströme in den einzelnen Pfaden nicht.
Bei der Spannungsquelle unbedingt Parameter korrekt vorgeben (Ripple, Innenwiderstand usw.), andernfalls ist es eine (real nicht existierende) ideale Spannungsquelle.
Ich möchte es nicht mehr missen. Zwar ist die Datenbank der mitgelieferten Halbleitersimulationen auf Linear und Analog Devices beschränkt aber man findet zu fast jedem IC anderer Lieferanten das Spice-Modul und kann es in LTSpice einbinden.
Volker


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