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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik H-Bridge wieso nicht nur npn transistoren?


Autor: Motor (Gast)
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Hallo

kenne mich leider nicht gut mt elektronik aus daher meine frage.
wieso werden bei H-Brücken (beispiel 
http://www.jfunk.org/extras/labs/BipolarHBridgeSchematic.gif) zur 
ansteuerung von motoren neben NPN Transistoren auch PNP Transistoren 
verwendet?
Kann man nicht NUR NPN Transistoren nehmen?

danke und gruss

Autor: Nachdenker (Gast)
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Kann man.

Autor: Motor (Gast)
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wieso werden dann PNP grösstenteils benutzt?
die stromrichtung ist doch dieselbe?

Autor: Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne)
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weil pnp ihr Bezugspotential güstigerweise an "+" haben und so auf 
dieser Seite frei von Rückwirkungen seitens des Verbrauchers steuerbar 
sind.

Autor: Esko (Gast)
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Weil man dann eine höhere Steuerspannung bräuchte.
Einfach mal die Grundlagen zum NPN-Transistor anschauen.
U_BE = 0,7V

Autor: Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne)
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Esko wrote:
> Weil man dann eine höhere Steuerspannung bräuchte.
> Einfach mal die Grundlagen zum NPN-Transistor anschauen.
> U_BE = 0,7V

die ist vom Halbleiter silizium abhängig und trifft für Silizium PNP 
ebenso zu (U_BE=-0.7V)

Germanium 0,4

siliziumshottky ebenfalls 0,4


alles unabhängig von der Zonenfolge

Autor: A. K. (prx)
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Winfried J. wrote:

>> U_BE = 0,7V

> siliziumshottky ebenfalls 0,4

Gibt's das als BE-Strecke?

Autor: Sven P. (haku) Benutzerseite
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Esko hat aber Recht: Setze ich 'oben' auch NPNs ein, muss ich mit der 
Steuerspannung mindestens über den Spannungsabfall des Verbrauchers 
drüber., damit durch die BE-Strecke überhaupt mal Strom fließt.

Autor: Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne)
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Sven P. wrote:
> Esko hat aber Recht: Setze ich 'oben' auch NPNs ein, muss ich mit der
> Steuerspannung mindestens über den Spannungsabfall des Verbrauchers
> drüber., damit durch die BE-Strecke überhaupt mal Strom fließt.

nein, das liegt nicht an U_BE sondern wie ich schrieb am Bezugspotential 
des Schalttransistors und das liegt bei einer PNP-Eemmitterschaltung 
nunmal an  plus.

Autor: Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne)
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A. K. wrote:
> Winfried J. wrote:
>
>>> U_BE = 0,7V
>
>> siliziumshottky ebenfalls 0,4
>
> Gibt's das als BE-Strecke?

?

aber U_CE lässt sich bei shottkytransistoren auf 0,4 Vdrücken in dem die 
Sättigung unterdrückt wird

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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@Winne:
Der arme Mann heißt Schottky mit nem 'c' zwischen dem 'S' und dem 
'h'...

Autor: Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne)
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Sven P. wrote:
> Esko hat aber Recht:
nein
>Setze ich 'oben' auch NPNs ein, muss ich mit der
> Steuerspannung mindestens über den Spannungsabfall des Verbrauchers
> drüber., damit durch die BE-Strecke überhaupt mal Strom fließt.
ja,
das hat esko aber nicht geschrieben, entspricht aber den von mir 
beschrieben Rückwirkungen Seitens des Verbrauchers.

Autor: Esko (Gast)
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Doch es liegt an U_BE.
Die Spannung U_BE ist bei NPN positiv und bei PNP negativ.

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Esko wrote:
> Doch es liegt an U_BE.
> Die Spannung U_BE ist bei NPN positiv und bei PNP negativ.
Nein. Es liegt an I_B. Es ist zwar korrekt, dass für einen positiven I_B 
ein positives U_BE nötig ist, aber ein Bipolartransistor ist immer noch 
stromgesteuert. Der pnp-Transistor braucht eben einen negativen I_B 
zum aufsteuern, und der lässt sich in der beschriebenen Konfiguration 
einfacher erzeugen.

Autor: Esko (Gast)
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Haarspalterei, die Spannung stellt sich eben entsprechend zum Strom ein, 
oder umgekehrt.

Autor: Michael (Gast)
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>Haarspalterei, die Spannung stellt sich eben entsprechend zum Strom ein,
>oder umgekehrt.

Das ist keine Haarspalterrei sondern elementar. Bipolartransistoren sind 
stromgesteuerte Stromquellen, MOSFETS sind spannungsgesteuerte 
Stromquellen. Um zu verstehen warum ein Transistor so funktioniert, wie 
er funktioniert ist das nicht unerheblich.

Autor: Nachdenker (Gast)
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Will man H-Brücken, aus welchen Gründen auch immer, mit rel. grossen 
Strömen bauen, hat man bei npn-Typen die grössere Auswahl.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Nachdenker (Gast)

>Will man H-Brücken, aus welchen Gründen auch immer, mit rel. grossen
>Strömen bauen, hat man bei npn-Typen die grössere Auswahl.

Und wenn man auf dem Stand der Zeit bleiben will, nimmt man N-Kanal 
MOSFETs. Da braucht man zwar ne Ladungspumpe wie z.B. im L6202, hat dann 
aber ordentlich Dampf und wenig Verluste.

MFG
Falk

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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@  Winfried J. (winne)
> shottkytransistoren
Kannst du mir mal einen nennen?
Aber der sollte nicht mit 74LS beginnen...

Autor: Eddy Current (chrisi)
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Sorry, aber Falk ist der einzige, der hier auch nur ansatzweise 
sinnvolle Kommentare abgibt. Hinweise, die nur die halbe Wahrheit 
enthalten helfen halt nix. Schottkytransistoren, haha, was nen Quark.

Ein NPN im positiven Zweig bietet Vorteile (in der ganzen Brücke 
identische Transistoren, niederohmigere Typen gibt es als NPN), hat aber 
einen grossen Nachteil: Um den oberen NPN (oder N-Kanal-MOSFET) zu 
schalten, braucht es eine Spannung, die positiv gegenüber der 
Versorgungsspannung ist. Somit werden immer irgendwelche 
Hilfskonstrukte benötigt, um eben diese Steuerspannung zu erzeugen.

Beispiele wären:
- Ladungspumpe (dauerhaftes Einschalten des positiven Zweig ist möglich)
- Bootstrapschaltung (einfach, aber Einschalten nur für eine begrenzte 
Zeit)
- Galvanisch getrennte Erzeugung einer Hilfsspannung

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Eddy Current wrote:
> Sorry, aber Falk ist der einzige, der hier auch nur ansatzweise
> sinnvolle Kommentare abgibt. Hinweise, die nur die halbe Wahrheit
> enthalten helfen halt nix. Schottkytransistoren, haha, was nen Quark.
Und wieder einer, der sich gewaltig im Ton vergreift! Beherrsch Dich!

Autor: Nachdenker (Gast)
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"Sorry, aber Falk ist der einzige, der hier auch nur ansatzweise
sinnvolle Kommentare abgibt. Hinweise, die nur die halbe Wahrheit
enthalten helfen halt nix." -

"Ein NPN im positiven Zweig bietet Vorteile (in der ganzen Brücke
identische Transistoren, niederohmigere Typen gibt es als NPN),"

Festzustellen ist, dass höhere Stromstärken und auch Leistungen bei 
bipolaren Transistoren halt in npn-Polarität verfügbar sind
( früher auch vielfach verwendet wurden, nicht nur in Hifi-Verstärkern 
und TV-Zeilenendstufen ).

Nie hatte ich behauptet, dass z.B. MOSFET's nicht die günstigere Wahl 
sein könnten.

Autor: Sven P. (haku) Benutzerseite
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Eddy Current wrote:
> Sorry, aber Falk ist der einzige, der hier auch nur ansatzweise
> sinnvolle Kommentare abgibt.
Falk ist kompetent.

> Ein NPN im positiven Zweig bietet Vorteile (in der ganzen Brücke
> identische Transistoren,
Und, hamwa da was gewonnen im Schaltbetrieb? Nein. Ich will ja mal nicht 
annehmen, dass Abrauchen eingeplant wird...

> niederohmigere Typen gibt es als NPN),
Das war vor zehn Jahren vielleicht so. Bei modernen Komplementär-Paaren 
ist der PNP aufm Substrat halt entsprechend dicker ausgelegt, damits 
wieder stimmt.

> hat aber
> einen grossen Nachteil: Um den oberen NPN (oder N-Kanal-MOSFET) zu
> schalten, braucht es eine Spannung, die positiv gegenüber der
> Versorgungsspannung ist.
Ne, um den NPN-Transistor durchzusteuern, brauchts einen Stromfluss 
durch dessen BE-Strecke. Da der Emitter aber blöderweise an der Last 
hängt, hängts auch vom Widerstand der Last und damit dem Spannungsabfall 
dadrüber ab, wie groß die Spannung ist, die zum Stromfluss durch die 
BE-Strecke führt.

> Somit werden immer irgendwelche
> Hilfskonstrukte benötigt, um eben diese Steuerspannung zu erzeugen.
Ja.

> Beispiele wären:
> - Ladungspumpe (dauerhaftes Einschalten des positiven Zweig ist möglich)
Ja. Schaltregler ginge z.B. komfortabel.
> - Bootstrapschaltung (einfach, aber Einschalten nur für eine begrenzte
> Zeit)
Ganz gut mit PWM zu gebrauchen, eben so lange, wie das Dingen schaltet.
> - Galvanisch getrennte Erzeugung einer Hilfsspannung
Ja.

Autor: Nachdenker (Gast)
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Bei modernen Komplementär-Paaren
ist der PNP aufm Substrat halt entsprechend dicker ausgelegt, damits
wieder stimmt.
( => dann ist die Schalt-Symmetrie erst recht etwas kritisch, und muss 
gff. bei der Ansteuerung berücksichtigt werden. )

-

Bipolare Transistoren mit den rel. grössten Strömen, bis 1,2 kA, gab's 
nie in pnp ( zugegeben, heute praktisch nicht mehr gebräuchlich ).

Autor: Nachdenker (Gast)
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"Ne, um den NPN-Transistor durchzusteuern, brauchts einen Stromfluss
durch dessen BE-Strecke. Da der Emitter aber blöderweise an der Last
hängt, hängts auch vom Widerstand der Last und damit dem Spannungsabfall
dadrüber ab, wie groß die Spannung ist, die zum Stromfluss durch die
BE-Strecke führt."

Im Schaltbetrieb ( NUR der ist bei Leistungs-H-Brücken relevant ! ) ist
U(ce) immer ungefähr U(be), d.h. man braucht immer eine Klimmzug-Lösung, 
um die oberen Zweige aufzusteuern.

Autor: Bombi (Gast)
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so, wie sieht es hirmit aus funktioniert das was ich hir habe 
eigentlich.

hab mal einen Schaltplan hoch geladen .
Gruß Bombi

Autor: Dieter S. (accutron)
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@Nachdenker:
Die H-Brücke kann man entweder als Komplementär-Emitterfolger oder als 
Emitterschaltung beider Transistoren aufbauen. Was meintest Du jetzt mit 
"die oberen Zweige aufsteuern"? Ich nehme an, die bisherige Diskussion 
ging darum, dass beim Emitterfolger die Ausgangsspannung immer um die 
BE-Spg. geringer als die Versorgungsspannung ist.

Dieter

Autor: id (Gast)
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Man kann durchaus npn-Transistoren oben verwenden. Das hätte unter 
Umständen sogar Vorteile bezüglich der Schaltgeschwindigkeit, da 
pnp-Transistoren langsamer sind als ein vergleichbarer npn-Transistor. 
Aber drauf kommt es in dieser Anwendung wahrscheinlich nicht an.
Der Nachteil am npn-Transitor oben ist - wie schon einge erwähnt -, dass 
du
eine Basis-Emitter Spannung von etwa 0.7 V benötigst, um den Transitor 
zum leiten zum bringen und etwa 0 V um ihn zu sperren

Beim PNP Transistor hier ist da recht einfach: Der Emitter liegt auf 
festem Potential (hier: VDC). Einfach ein Widerstand nach GND schalten 
und der Transistor leitet. Widerstand nach VDC -> Transistor sperrt. 
Super einfach.

Beim npn-Transistor stößt man da auf Schwierigkeiten, wenn dieser oben 
eingabut wird. Das Potential am Emitter ändert sich mit dem 
Schaltzustand der Brücke: Ist der Transistor oben eingeschaltet, so 
liegt am Emitter etwa VDC an (minus dem Kollektor-Emitter Spannung....). 
Sperrt der obere Transistor und leitet der untere liegt ewta GND am 
Emitter des oberen Transistors.

Du musst dir also für diesen Fall eine Spannungsquelle aufbauen, die 
bezogen auf den Emitter immer entweder 0V oder 0.7 V liefert. Das ist 
natürlich mit  ein entsprechender Aufwand verbunden, den man erst 
betreiben wird, wenn's denn unbedingt nötig ist.  Wie erwähnt, kann man 
das z.B. mit sogenannten Bootstrapschaltungen gelöst werden (einfach mal 
googeln). Nebebei, im eingeschalteten Zustand wäre - wie auch schon 
erwähnt - die Basis-GND Spannung tatsächlich höher als VDC. Die 
Bootstrapschaltung regelt das oft von selbst.

Kurz vielleicht noch zu dem, ob ein Bipolartransistor eine 
stromgesteuerte oder spannungsegsteuerte Stromquelle darstellt: Das kann 
man ja erstmal sehen wie man will, da ja Strom und Spannung verknüpft 
sind.
Nimmt mam alledings das Bändermodell als Anschauung, wird man 
feststellen, das  beim Bipolartransistor der Kollektorstrom eigentlich 
über die Basis-Emitter-Spannung gesteuert wird. Auch Modelle (Spice etc) 
betrachten den Bipolartransistor immer als spannungsgesteuerte 
Stromquelle. Auf den Basisstrom würde man gerne verzichten, geht 
physikalisch dummerweise aber nicht. Der Zusammenhang ziwschen Spannung 
und Strom  lässt sich auch noch schlecht  merken (e-Funktion). 
Allerdings ist - Zufall  oder nicht :-) - der draus entsehende 
Zusammenhang zwischen Basisstrom und Kollektorstrom in bestimmten 
Bereichen linear. Für viele Fälle kann es daher einfacher und bequemer 
sein, den Bipolartransistor als stromgesteuerte Stromquelle zu sehen.

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