Versuche mit dem Servomotor, Teil 2

Eine Motorsteuerung mit einem fertigen Interface wie dem SIOS ist einfach und problemlos, weil Leistungs-Brückentreiber bereits eingebaut sind. Nun soll aber gezeigt werden, wie entsprechende Lösungen mit rein elektronischen Mitteln aussehen.

Der Servo-Steuerung beruht auf dem Prinzip der Messbrücke. Ein Potentiometer gibt den Sollwert vor, das andere stellt den Istwert dar. Das Messgerät in der Brücke zeigt immer die Differenz zwischen Istwert und Sollwert. Also kann man das Istwert-Poti immer so einstellen, dass das Messgerät gerade Null zeigt.

Nun könnte man das Messgerät einfach durch einen Motor ersetzen, der die Differenz selbst ausregelt. Allerdings scheitert das im Normalfall daran, dass der Motor zu viel Strom braucht, um anzulaufen. Durch ein Poti mit z.B. 5 Kiloohm fließt an 5 V aber nur eine Strom von 1 mA. Der Brückenstrom ist dann noch geringer. Deshalb braucht man einen Verstärker.

Das Schaltbild zeigt einen einfachen Brückenverstärker. Es werden komplementäre Emitterfolger mit NPN- und PNP-Transistoren verwendet. Bei der Auswahl der Typen muss auf eine angemessene Belastbarkeit geachtet werden. Für den Versuch wurde die Transistoren 1N1613 (NPN) und BC160 (PNP) verwendet. Technische Daten findet man hier.

Praxistipp

Wenn bei einer Streifenrasterplatine Kupferbahnen getrennt werden müssen, braucht man ein geeignetes Werkzeug. Bewährt hat sich z.B. ein einfacher Spiralbohrer mit 5 mm oder 6 mm. Am besten geht es ohne Bohrmaschine, einfach mit der Hand. Man setzt den Bohrer auf einem Lötloch an und dreht ihn zwischen den Fingern, bis genügend Material abgeschält ist.

Der Funktionstest

Beim ersten vorsichtigen Test mit einer geringen Betriebsspannung von 4,5 V zeigte sich, dass der Motor gleich an seinen linken Anschlag fuhr und zu keiner weiteren Regung mehr zu bewegen war. Klar, die Nachregelung funktionierte falsch herum. Also wurden die Motoranschlüsse vertauscht.

Nun konnte der Motor tatsächlich gesteuert werden. Mit dem Poti konnten verschiedene Positionen angesteuert werden. Allerdings hinkt die Steuerung etwas nach. Der Grund ist klar: Erst ab 1 V bewegt sich der Motor. Dazu kommen noch die Basis-Emitter-Spannungen von ca. 0,6 V in jeder Halbbrücke. Die Abweichung wird also nur bis auf einen Rest von 2,2 V ausgeregelt. Das Sollwert-Poti zeigt also einen relativ großen toten Bereich. Die Steuerung verhält sich ähnlich wie die die völlig ausgeleierte Lenkung eines alten Autos, das der TÜV nicht mehr auf die Straße lässt.

Die Regelung kann etwas verbessert werden, wenn man die Betriebsspannung erhöht. Bei 12 V fällt das Nachhinken von 2,2 V weniger stark ins Gewicht. Eine Überlastung des Motors muss man dabei nicht befürchten, das er immer nur die Spannung erhält, die der Abweichung entspricht.

Verbesserungen

Diese erste Schaltung ist ein Proportionalregler mit der Verstärkung 1. Dieser Typ des Reglers kann nicht sehr präzise arbeiten, wie bereits die Vorversuche mit dem SIOS gezeigt haben. Aber immerhin gibt es keine Regelschwingungen.

Eine wirkliche Verbesserung ist nur möglich, wenn man eine höhere Verstärkung verwendet. Zu diesem Zweck soll als nächstes ein Operationsverstärker eingesetzt werden.