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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Anfängerfragen


Autor: Maik Opitz (Gast)
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Hallo,

ich wollte mich mal etwas mit dem ATMega8 befassen. Ich habe mir dafür
auch ein einfacheres Projekt ausgesucht.

Da ich beruflich Software entwickle, stellt die Programmierung nicht so
das riesen Problem dar, aber die Beschaltung drum herum.
Leider hab ich von Elektronik nicht so übertrieben viel Ahnung. Vor
allem, was die Berechnungen angeht. Deswegen hoffe ich, Ihr könnt mich
mal etwas erleuchten.

Folgendes habe ich vor:
Der MC kriegt an einem Eingang Impulse. Die Quelle hat 12 Volt, besser
gesagt 13,8 (Auto). Am Ausgang soll er ein Relais schalten.

Nach einigem Lesen, habe ich hier im Forum was zum Relais gefunden.
Einfach einen Transistor an den Ausgang. Über das Relais ne
Freilaufdiode. Soweit klar. Weiter sollte die Diode bis 700 Volt
aushalten, da der Negativimpuls recht hoch werden kann. Auch kapiert.
Aber welche Diode genau ist relativ Banane oder wie?
Dann soll noch ein Widerstand von 4,7k zwischen Controllerausgang und
Basis des Transistor. Auch OK. Nur wieso 4,7k? Kann mir das mal einer
erklären? Ich mein, ich will nicht nur wissen, das es so ist, sondern
wie komm ich darauf.

Beim Eingang bin ich allerdings dann wirklich verwirrt.
TTL-Pegel ist 5 Volt bei High. Aber der MC ist ja CMOS. Nach einigen
Recherchen hab ich als CMOS-Pegel bis zu 15 Volt gefunden. Demnach
könnte ich Eingang ja direkt beschalten, nur mit Pull-Down-Widerstand.
Oder verträgt er doch nur 5 Volt? Ich mein nicht Vcc, die muß ja 5 Volt
sein bzw. max. 5,5. Aber für die Digitaleingänge hab ich im Datenblatt
nichts gefunden oder auch nicht erkannt.
Wenns 5 Volt sein müssen, würde da ein einfacher Spannungsteiler
reichen? Ich denke schon oder? Aber was wird dann mit dem Pull-Down?
Eigentlich hab ich den ja schon über den einen Widerstand im
Spannungsteiler.

Sorry für die dämlichen Fragen. Ich weiß, was Widerstände,
Kondensatoren, Transistoren etc. sind. Nur Schaltungstechnisch steh ich
voll aufm Schlauch.

Besten Dank mal im Voraus.

Gruß
Maik

Autor: Thorsten (Gast)
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Hallo,

>Aber welche Diode genau ist relativ Banane oder wie?

Eine 1N4148 wird gerne blei kleineren Relais genomen, ansonsten eine
1N4001. Ist im Prinzip relativ schnuppe, nur keine Schottky-Dioden denn
das wäre Geldverschwendung :)

>Nur wieso 4,7k?

Naja das ist wohl so übern Daumen gepeilt. Die Wahl des Widerstandes
ist im wesentlichen Abhängig vom Widerstand der Erregerspule des
Relais. Angenommen diese Spule hat 100 Ohm und es ist ein Relais für
12V. Dann fließt ein Spulenstrom von 12V/100Ohm=120mA. Dies ist dann
auch der Kollektorstrom durch den Transistor. Diesen mußt du durch die
Stromverstärkung des Transistors (z. B. 500) teilen und erhälst den
notwendigen Basisstrom von in diesem Fall 240µA. Da man einen Tranistor
bei Schaltanwendungen immer etwas übersteuern soll, multipliziert man
diesen Basisstrom z. B. mit 3, so hat man 720µA. Der Basiswiderstand
errechnet sich dann zu (5V-0,6V) / 720µA = 6111 Ohm. Ein Widerstand von
4k7 geht aber auch problemlos, wird der Transitor halt etwas mehr
übersteuert. Das Relais wird immer seine 120mA ziehen und somit ist es
egal.

Ich hoffe das war verständlich.

Gruß
Thorsten

Autor: ...HanneS... (Gast)
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Die 13,8V des Auto sind alles andere als 13,8V.
Da sind besondere Schutzmaßnahmen notwendig, die eigentlich eine
Wissenschaft für sich sind. Ein herkömmlicher 7805 in
Standard-Schaltung wird mit großer Wahrscheinlichkeit den
Überspannungstod sterben. Bei vielen Schaltungen fürs Auto ist der
Aufwand für Überspannungsschutz und Entstörung höher als der Aufwand
für die eigentliche Funktion der Schaltung.

Basiswiderstand für Transistor am Ausgang:
Da würde ich mal über Stromverstärkung und Übersteuerung nachlesen. Der
Transistor muss den Strom für das Relais aufbringen. Dafür braucht er
einen Basisstrom, der um den Stromverstärkungsfaktor niedriger sein
kann als der Kollektorstrom. Damit der Transistor aber sicher leitet
(es soll ja kein NF-Verstärker werden) erhöht man diesen Basisstrom um
den Übersteuerungsfaktor. Dann schaut man sich die Spannung zwischen
MC-Ausgang (+5V) und Basis (+0,7V) an, weiß den erforderlichen
Basisstrom und fragt Herrn "Ohm" nach dem Widerstand. Den rundet man
dann auf einen lieferbaren Wert der E12-/E24-Reihe.

CMOS=15V:
Jawoll, die CMOS-ICs der 4000er Serie vertragen bis 18V. AVRs gehören
aber nicht dazu. Sie sind zwar in CMOS-Technologie gefertigt, das heißt
aber nur dass sie keine bipolaren Transistoren enthalten sondern
MOSFETs, und zwar komplementäre, also sowohl N-Kanal als auch P-Kanal.
Es gibt auch MC's in CMOS, die nur 3,3V vertragen.

Eingänge:
Ein Spannungsteiler würde reichen, wenn es nicht im Auto wäre. Hier
könnten zusätzliche Z-Dioden oder auch Optokoppler deine Freunde sein.

Viele der von mir verwendeten Begriffe könnten in Suchmaschinen weitere
Informationen finden...

Viel Erfolg...

...

Autor: Maik Opitz (Gast)
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He,
danke. Das hab ich endlich mal kapiert.
Ich hab schon so viel zu den Elektronikgrundlagen gelesen. Leider
werden da zwar immer schön die grundsätzlichen Formeln erklärt, aber
die kennt man meist eh schon aus der Schule. Leider kriegt man dann
selten die praktische Anwendung dessen veranschaulicht. Aber das war
jetzt mal wirklich verständlich am praktischen Beispiel. Besten Dank.

Eine Frage dazu noch: Wo nimmst Du die 0,6 Volt her, die Du von Vcc
abzeihst?

Ach so, was noch wichtig wäre:
Die Digitaleingänge. Wieviel vertragen die? ich wolt mir den MC nicht
gleich grillen ;-)

Autor: Patric (Gast)
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> Eine Frage dazu noch: Wo nimmst Du die 0,6 Volt her, die Du von Vcc
> abzeihst?

Zwischen Basis und Emitter befindet sich ein pn-Übergang - also eine
Diode - dieser hat ca. 0,6-0,7V Spannungsabfall.

Autor: ...HanneS... (Gast)
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Formeln nützen nur, wenn man sie auch versteht...

Die 0,6V sind die Basis-Emitter-Spannung. Ich rechne da mit 0,7V. Ber
Darlington-Transistoren entsprechend höher...

Die Eingänge vertragen Spannungen zwischen GND und Betriebsspannung.
Die absoluten Grenzwerte liegen bei GND-0,5V und Vcc+0,5V. Diese
Grenzen sollte man aber nicht ausreizen.
Wird der AVR mit 5V versorgt, so darf am Eingang 0V bis 5V anliegen.
Alles Andere ist unseriös und kann die Eingänge zerstören...

...

Autor: Wolle (Gast)
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Die 0,6 - 0,7V sind die Sättigungsspannung der Basis-Emitter-Diode eines
Transistors. Dieser besteht im Prinzip aus zwei Dioden, in
Reihenschaltung, mit einer "Anzapfung" der "mittleren" Kathode.
Genauer gesagt sind es "nur" drei Schichten (N-Kanal - > P-Kanal ->
N-Kanal) bei 'nem NPN-Transistor oder eben P-,N- und P-Kanal bei eienm
PNP-Transistor. Die mittlere Schicht wird zur "Steuerung" des
"Durchganges" dann mit Elektronen "vollgepumpt" oder es werden die
Jungens "abgesaugt" - voller "Durchgang" ist dann in der Regel bei
0,6 bis 0,7V. Das Ganze ist aber typenabhängig, deswegen gibt's soooo
viele verschiedene Transistoren mit speziell für bestimmte
Eigenschaften "gezüchteten" Daten(-blättern).

Autor: Michael (ein anderer) (Gast)
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@Thorsten:

Deine Berechnung des Transistors geht zwar in die richtige Richtung,
aber ist nicht korrekt.

1.) Die Stromverstärkung eines Transistors hängt vom Kollektorstrom
ab.

2.) Die angegeben Minimalverstärkung gilt nur bei einer höheren U_ce
Spannung, z.B. 5 Volt.

3.) Im Sättigungsbetrieb ist die Stromverstärkung misserabel.

Kleines Beispiel, an den man sieht dass die meisten Bastelvorschläge
z.B. mit BC548 falsch berechnet sind:

Der BC548 hat, laut Datenblatt, bei 100mA eine
Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung von typische 0,2 Volt bis maximal
0,6 Volt. Um den BC548 so weit in die Sättigung zu fahren, benötigt er
einen Basisstrom von 5mA. Die Basis-Emitter-Sättigungsspannung beträgt
in diesem Fall typisch 0,9 Volt.

Also, (5 Volt - 0,9 Volt) / 5mA = 820 Ohm.

Bei Deinem Widerstand mit 4,7 Kiloohm werden die meisten 12 Volt Relais
zwar auch schalten, weil sie z.B. schon ab 8 Volt schalten. Allerding
wird dabei dein Transistor schon gut warm (100mA bei 4 Volt = 0,4 Watt)
und das Relais schaltet nur sehr langsam. Das langsame Schalten des
Relais bringt wieder Schwierigkeiten wenn hohe Ströme geschaltet werden
sollen.

Autor: Maik Opitz (Gast)
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Hmmmpf,
OK, soweit bin ich jetzt erstmal auf Kurs. Danke nochmal.
Nebenbei: Aufbau und grundsätzliche Funktionsweise von Transistoren
sind mir klar. Bei mir hängts dann echt an der unsetzung des Ganzen.

Wegen der Verseuchten Spannung im Auto hab ich mir auch schon Gedanken
gemacht. Ich muß den MC ja auch per Spannungsregler versorgen. Dann
fällt mir der schon auf die Nase.

An Optokoppler hatte ich für die Eingänge gedacht. Wobei das Ding
gleich wieder weiter geht. Der optokoppler hält zumindest die
problematischen Schwankungen von meinem IC fern. OK. Aber ich bin nicht
sicher, ob der Optokoppler selbst die Schwankungen ab kann.

So oder so, um Glättung werd ich da nicht herum kommen. Werde
diesbezüglich nochmal mit Mr. Google sprechen.

Danke soweit.

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