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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Hilfe zu diskret aufgebauter Serienreglern in der Schaltungsberechnung / Grundlagen


Autor: Msp 430_crew (msp430_crew)
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Hallo Forumgemeinde,
ich habe mal ein paar schaltungstechnische Grundfragen. Ich möchte
verschieden Serienregler berechnen. Nun habe ich mal versucht und stelle
dabei fest, das mir das systematische Lösen schwer fällt.
Im Anhang sind so meine Grundüberlegungen. Nun ist aber die Frage, wie
man an die Lösung bzw. an die Bemessung solcher Schaltungen herangeht.
Ul und Il setzt ich mal als fest voraus, da ich diese ja festlege. Uo
sollte auch gegeben sein.

Auf welche Größen beziehe ich mich? Ich müste doch theoretisch alles auf
bekannte Größen beziehen?

Bin für jede Anregung dankbar.

Gruß msp430_crew

Autor: HildeK (Gast)
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IMHO setzt du das viel zu detailliert an.
Ich würde:
- min. Z-Diodenstrom festlegen (Datenblatt), dann Vorwiderstand rechnen.
- Uin - Uaus +0.7V ergibt Spannung an R2 - der Strom muss über die Basis 
den T1 sicher aufsteuern können. Reserve Faktor 2 lassen.
- Ausgangsspannung über Uzd+UbeT2 und den Spannungsteiler R3/R4 
berechnen.
- Prüfen, die ZD den zusätzlichen Strom über R2 (Uin-ZD)/R2 aufnehmen 
kann, wenn RL nicht vorhanden ist.
- die 'richtigen' (im Sinne von sinnvoll) Gleichungen ansetzen, so z.B. 
deine Gl. 1 ist zwar korrekt, bringt dich aber nicht weiter. Hier wäre 
der Ansatz
UL = (R4/(R3+R4)) + 0.6V = Uz hilfreicher gewesen.
-geeignete Vernachlässigungen treffen, z.B. IE = IB + IC ist zwar 
richtig, bei B im Bereich von 100 (oder viel mehr) interessiert das aber 
fast nie: man nimmt IE = IC. Ausnahmen wären große 
Leistungstransistoren, wenn B im Bereich 20-30 ist.
- ebenso UBE einfach mit 0.6V ansetzen.

Einige Annahmen musst du schon treffen. So z.B. wie nieder- bzw. 
hochohmig du R3/R4 haben möchtest. Anhaltspunkt: Der Querstrom durch 
R3/R4 sollte Faktor 2-5 größer sein als das was T2 an der Basis braucht. 
Das ist maximal der Strom durch R2/B.

Autor: Unbekannter (Gast)
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Mit dem minimalen Z-Dioden-Strom würde ich nicht anfangen, sondern mit 
dem maximalen Basisstrom für T1. Danach den maximalen Widerstand für R2 
bei minimalem U0 (minimaler Kollektorstrom für T2 nicht vergessen). R1 
wird dann wieder nach minimalen U0 und maximalem IL berechnet. 
Spannungsteiler R3/R4 nach maximalen Basisstrom für T2 bei maximalen U0 
und IL=0.

Autor: Msp 430_crew (msp430_crew)
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Vielen Dank ersteinmal für Eure Hilfe und Anregungen. Ich habe jetzt den 
folgenden Ansatz (siehe Anhang) gewählt. Ich tute mich aber immer noch 
mit den minimalen und maximalen Grenzwerten schwer. Desweiteren ist auch 
immer noch die Frage wie weit ich vereinfachen kann. Bei einem hohen B 
kann ich doch Ic = Ie anstzen, oder? Was ist mit Uce und Ucb ?

Kann man alles auf Uz,U0,Ul und Ib besziehen? Was könnte ich verbessern?

Autor: Msp 430_crew (msp430_crew)
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Jemand noch ne Idee?

Autor: HildeK (Gast)
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>Bei einem hohen B kann ich doch Ic = Ie anstzen, oder?
Ja!
>Was ist mit Uce und Ucb ?

Uce ist dann von Bedeutung, wenn du wissen willst, wie viel Spannung 
fällt den über dem Transistor ab und kann er bei einem vorgegebenen 
Strom die entstehende Verlustleistung abführen bzw. diese überhaupt 
überleben. Das sind auch Spannungen, die sich auf Grund des 
Regelvorgangs ja entsprechend einstellen.

Ucb ist IMHO nirgends von Bedeutung und braucht in der Rechnung gar 
nicht auftauchen.

Willst du hier eine ganz allgemeine Lösung dieser Schaltung oder willst 
du eine bauen und wissen, welche Werte eingesetzt werden müssen?
Im letzteren Fall nenne Eingangsspannung, Ausgangsspannung und Strom. 
Natürlich auch die Transistortypen, die dir genehm wären.
Vielleicht hab ich mal Lust und Zeit ... ;-)

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Du wirst mit dieser Schaltung nicht mal annähernd die Regeleigenschaften 
eines 3-Bein erreichen.

Willst Du das wirklich bauen oder ist das nur zur Übung ?

Erstmal R2 so berechnen, daß bei Uin_min und Iout_max der T1 sicher 
durchsteuert (Faktor 2..5 als Reserve).

Dann R1 = R2.

Dann prüfen, ob die Z-Diode bei Uin_max und (R1 || R2) nicht überlastet.

Dann T2ib_max ausrechnen (bei Uin_max und Iout = 0), mal 10 nehmen und 
als I durch R3+R4 festlegen.

Dann R3/R4 auf Uout festlegen (T2_ub = Uz + 0,7V).

Fertig.


Peter

Autor: Msp 430_crew (msp430_crew)
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Erst mal Danke für die Zeit die Ihr Euch genommen habt.
Die Schaltung dient mehr zur Übung und soll mich näher an die 
Dimensionierung solcher Regler heranbringen. Für mich währe eine 
allgemeine Lösung interessant. Ich werde morgen früh das noch mal 
nachrechnen und posten.

Eine Frage habe ich noch zu der Reserve. Woher weiß man solche Faktoren? 
Oder woher weiß man das der Strom durch R3+R4 10mal größer sein sollte 
bzw. muss als der ib2?

Gruß Patti

Autor: Andreas K. (a-k)
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Msp 430_crew wrote:

> Oder woher weiß man das der Strom durch R3+R4 10mal größer sein sollte
> bzw. muss als der ib2?

Vielleicht hat man das anfangs mal irgendwo gelesen. Irgendwann 
erschliesst sich das aber auch aus der Sache, wenngleich der Faktor 10 
natürlich nur eine Daumenregel ist, kein Gesetz.

Der Kollektorstrom von T2 hängt sowohl vom Laststrom als auch von der 
schwankenden Eingangsspannung ab - und damit auch dessen Basisstrom. Der 
wiederum belastet den Spannungsteiler und beeinflusst damit die 
Ausgangsspannung.

Autor: Msp 430_crew (msp430_crew)
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Hallo,
ich bin heute erst wieder dazu gekommen. Was haltet Ihr von meinen 
Ansätzen? Ich denke soweit alles beachtet zu haben (für eine allgemeine 
Lösung). Nur tue ich mich bei dem Spannungsteiler R3 und R4 schwer, mich 
allgemein auszudrücken, dass R = x + y ist, geht wohl nich so ohne 
weiteres? Muss man da sich erst auf festlegen (hochohmig oder nicht) mit 
einem Widerstand und dann weiterechnen?

Autor: HildeK (Gast)
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>Muss man da sich erst auf festlegen (hochohmig oder nicht) mit
>einem Widerstand und dann weiterechnen?
Im Prinzip ja. Als Anhaltspunkt wäre der Strom durch die beiden - der 
sollte 5-10x den Basisstrom führen. Damit kannst du ja den 
Gesamtwiderstand R3+R4 bestimmen. Du kannst mit dem Wert quasi relativ 
weit runtergehen, dann ist der Anteil des Basisstroms egal ob bei 
Vollast oder normalen Bedingungen. Irgendwann ist aber der 
Stromverbrauch über den Zweig größer als der Laststrom und dann bist du 
über das Ziel hinaus.
Nimm die größte Differenz Eingang zu Ausgangsspannung und teile das 
durch R2 (Näherung) und dann noch durch 100 (B von T2). Nimm den Strom 
mal 10 und das wäre dann der Querstrom durch R3/R4.
Exakt gerechnet ist natürlich die Stabilität der Ausgangsspannung u.A. 
davon abhängig, wie stark der Basisstrom von T2 schwankt und damit seine 
UBE.
Deshalb ist das Gebilde ja auch kein hochstabiler Regler.

Autor: Arno H. (arno_h)
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Hallo,
da der Basistrom aus der Kollektorspannung gewonnen wird, wird die UCE 
deutlich höher (Spannung an R2) als UBE sein müssen, weil R2 nicht 
beliebig klein sein kann.
Die 0,2Volt UCEsat sind also illusorisch. "Low Drop" ist mit dieser 
Schaltung nicht erreichbar.
Je schlechter die Stromverstärkung des Endtransistors ist, umso 
niedriger sollte die Vergleichsspannung an der Z-Diode sein, um deren 
Verlustleistung klein zu halten.
Als Minimalstrom durch die Z-Diode wird als Richtwert 10% des aus 
Ptot/Uz errechneten Maximalstroms angenommen.

Arno

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