Es gilt mit der integrierten Schaltung LM393, die aus zwei Komparatoren besteht, einen Fensterdiskriminator aufzubauen. Mit einem Fensterdiskriminator
kann elektrische Spannung auf einen festgelegten oberen und unteren Grenzwert überwacht werden. Die beiden Grenzwerte bilden das sogenannte „Fenster“.
Mit drei farbigen Leuchtdioden soll signalisiert werden, in welchem Bereich sich die überwachte Spannung gerade befindet. Wenn die Eingangsspannung innerhalb der
festgelegten Grenzwerte liegt, soll ein Relais eingeschaltet werden, mit dem ein Endabnehmer mit Spannung versorgt
werden kann.
Komparator LM393
Die eigentliche Aufgabe des Spannungsvergleichs übernimmt der Baustein LM393, der intern aus zwei Komparatoren aufgebaut ist. In der Schaltung kommen
beide Komparatoren zum Einsatz. Mit dem ersten Komparator wird die untere Grenze, mit dem zweiten die obere Grenze der Eingangsspannung überwacht. Grundsätzlich kann
man sagen, dass alle anderen Komponenten der Schaltung lediglich als Hilfsbausteine des Doppelkomparators LM393 angesehen werden können.
Jeder Komparator verfügt über zwei Eingänge. An einem der Eingänge wird die Referenzspannung angelegt. Die Referenzspannung stellt den eigentlichen Schwellenwert,
bei dem der Komparator umschaltet, dar. Sie kann z.B. mithilfe eines Potentiometers oder mit zwei festen Widerständen eingestellt werden. An dem zweiten Eingang wird
die überwachte Eingangsspannung angeschlossen.
In der Schaltung werden die beiden Komparatoren grundsätzlich wie folgt verschaltet:
Die Ausgänge der Komparatoren können nicht als Spannungsquelle oder Stromquelle verwendet werden. Bei den Ausgängen handelt es sich um „offene
Kollektorschaltung“. Hier muss die Spannung von extern angelegt werden. Wenn der Komparator schaltet, wird der Ausgang intern mit der Masse verbunden. Bei der
Dimensionierung ist zu beachten, dass der Ausgangsstrom die Grenze von 16mA nicht überschreiten darf.
Bei dem Transistor FU320 handelt es sich um einen Mosfet-Transistor. Die Bezeichnung MOSFET steht für Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor.
Die Mosfet-Transistoren besitzen drei Anschlüsse, die als Gate, Drain und Source bezeichnet werden. Der Mosfet wird mit Spannung zwischen Gate und Source gesteuert.
Der FU320 kann Ströme bis zu 3,1A schalten. Die maximale Drain- Source Spannung (VDS)
beträgt 400V.
Relais
Das Relais RT424012 von Schrack verfügt über zwei Wechslerkontakte, die mit 8A belastet werden können. Die Spule hat eine Spannung von 12 VDC. Bei Ansteuerung
eines Relais soll man stets an die Entstörungsmaßnahmen denken. Die bei Abschaltung des Relais entstehende Induktionsspannungen können die Begleitelektronik beschädigen.
Die Rolle einer Freilaufdiode übernimmt in der Schaltung die einfache Gleichrichterdiode 1N4148 (D3).
Die untersuchte bzw. überwachte Spannung wird mit dem Potentiometer P3 eingestellt. Mit dem Potentiometer wird also lediglich ein externes Signal
simuliert. Die erste Schaltschwelle, die Untergrenze, wird mit dem Potentiometer P1 eingestellt. Der Wert kann im Punkt A gemessen werden. Für den Test wurde die
Untergrenze auf 5V eingestellt. Die zweite Schaltschwelle, die Obergrenze, wird mit dem Potentiometer P2 festgelegt. Der Wert, der für Testzwecke auf 7V eingestellt
wurde, kann im Punkt B gemessen werden. Solange das externe Signal den Wert von 5V nicht überschritten hat, leuchtet als Anzeige die LED1 (gelbe Leuchtdiode). Wenn
der Wert der überwachten Spannung 7V überschreitet, leuchtet die LED3 (rote Leuchtdiode). Befindet sich der Wert des Signals in dem Bereich zwischen 5V und 7V zieht
das Relais K1 an. Gleichzeitig geht die LED2 (grüne Leuchtdiode) an. Auf diese Weise kann stets eingesehen werden, in welchem Bereich sich die überwachte Spannung
befindet. Befindet sich das Signal innerhalb des festgelegten „Fensters“ (in dem Beispiel 5 – 7V) so kann mithilfe des Relais eine Last mit Spannung versorgt
werden.
Die Widerstände R6, R7 und R8 beschränken den Strom von Leuchtdioden. Mit den Widerständen R9 und R10 kann für die Schaltpunkte eine Hysterese (hier ca. 0,1 V)
eingestellt werden.
Bei dem Widerstand R10 handelt es sich um einen PullUp-Widerstand.
