mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Neue Erkenntnisse zu Transistoren?


Autor: Gy (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo zusammen,

eigentlich wollte ich nur eine ganz einfache Schaltung zusammenlöten. Am 
Eingang der Schaltung habe ich ein kleines Signal von 1 bis 3 V am 
Ausgang kann ich eine Last anhängen wie zum Beispiel einen kleinen 
Motor. Einen Screenshot der Schaltung habe ich angehängt.

Ich habe allerdings ein Problem mit dem Transistor. Überall liest man 
(und bisher hat es immer für mich funktioniert), dass wenn man eine 
kleine Spannung an der Basis an legt ein großer Strom durch den 
Kollektor fließen kann. Leider scheint das bei dieser Schaltung nicht 
der Fall zu sein.wenn ich am Emitter des Transistor die Spannung messe, 
dann habe ich grundsätzlich die Signalspannung minus ungefähr 0,7 V. Ich 
erkläre mir das so, dass die Basis-Emitter-Strecke als die Diode 
fungiert. Was ich nicht verstehe, ist das der Transistor nicht durch 
schaltet und somit das Potenzial der Spannungs Quelle dazu addiert.
Ich habe es mit mehreren Transistoren ausprobiert und habe immer die 
gleichen Ergebnisse bekommen.
Außerdem habe ich die Widerstandswerte variiert. Für R3 habe ich bis zu 
einem Megaohm eingesetzt. R6 habe ich gänzlich weggelassen. R4 habe ich 
auf 330 Ohm verringert. All diese Veränderungen an der Schaltung 
scheinen  keinen Einfluss auf die Emitterspannung zu haben.


Ich bin total ratlos. Ich kann mir das ganze nur so erklären, der sich 
einen gewaltigen Fehler in meiner Logik gemacht habe.
Hoffentlich könnt Ihr diesen Fehler finden.

Vielen Dank für eure Hilfe im Voraus.

Gy

Autor: Eddy Current (chrisi)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Du willst also einen Motor gegen Ground schalten? Hierzu brauchst Du 
einen P-Kanal-MOSFET, dessen Gate am Kollektor von Q3 (dann mit 
vernünftigem Arbeitswiderstand) hängt. Der Sinn von C1 und R6, sowie R5 
bleibt rätselhaft. Wenn, dann Serienwiderstand vor das Gate.

Autor: Jonny Obivan (-geo-)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Gy,

deine Messungen sind schon vollkommen korrekt. Es ist in der Tat so, 
dass am Emitter stets die Spannung an der Basis abzüglich etwa 0,7 V 
anliegen. Du betreibst deinen Transistor in der sogenannten 
Kollektorschaltung. Diese Schaltung hat stets eine Spannungsverstärkung 
von etwa 1. Die Schaltung fungiert als Stromverstärker!

Wenn du Spannungen ordentlich verstärken willst (z.B. mit 
Spannungsverstärkung 200), musst du den Transistor in der 
Emitterschaltung betreiben. Hierzu greifst du einfach das Potenzial am 
Kollektor von Q3 ab. Den Emitterwiderstand verkleinerst du auf etwa 200 
Ohm oder so. Der Emitterwiderstand fungiert als Stromgegenkopplung, 
wodurch der Arbeitspunkt der Schaltung stabilisiert wird.

Steigt der Kollektrostrom (zb. durch Erwärmung), so steigt der 
Spannungsabfall am Emitterwiderstand ---> Ube sinkt---> Basisstrom sinkt 
---> Kollektorstrom sinkt --> also haben wir eine Stromgegenkopplung!

Grüße
Jonny

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>Ich bin total ratlos. Ich kann mir das ganze nur so erklären, der sich
>einen gewaltigen Fehler in meiner Logik gemacht habe.

Ja hast du. Dein Transistor arbeitet als Emitterfolger. Da ist die 
Spannung am Emitter immer um die Basis-Emitterspannung kleiner. Der Name 
Emitterfolger sagt schon das die Spannung am Emitter der Basis folgt. 
Bei dieser Schaltung ist die Spannungverstaerkung immer kleiner eins. 
Der Emitterfolger oder auch Kollektorschaltung genannt hat nur eine 
Stromverstaerkung. Also die Der Strom der aus dem Emitter rausfliesst 
ist um die Stromverstaerkung des Transistors groesser als der in die 
Basis hineinfliessender Strom.

Was du brauchst an der Stelle ist eine Emitterschaltung. Da nimmst du 
dein verstaerktes Signal am Kollektor ab. Allerdings hast du jetzt eine 
Signal Invertierung drin. Daher wenn du am Eingang eine '1' anlegst 
schaltet dein Ausgang ab.

Bei deiner Ausgangsstufe hast du einen N-Channel MOSFET eingesetzt. Hier 
liegt  jetzt eine aenliche Situation vor. Diese Schaltung ist hier ein 
Sourcefolger. Daher die Schaltung an der Source folgt dem Potential am 
Gate im Abstand der Gate-Source Spannung (einige Volt) . Das heist dein 
MOSFET wird gar nicht richtig durchgesteuert und hat damit gewaltige 
Verlustleistung. Am Ausgang bekommst du nie deine 9V Versorgungspannung. 
Besser ist es hier an dieser Stelle einen P-Channel MOSFET einzusetzen. 
Der wird dann in Source Schaltung betrieben daher die Gate-Source 
Spannung geht so nicht in die Ausgangspannung ein. Auch hast du damit 
eine 2. invertierung eingebaut eine '1' am Eingang schaltet deine Last 
ein.


Gruss Helmi

Autor: Gy (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Mir ist klar, dass ich die Schaltung auch anders realisieren kann.
Was mir nicht klar ist, ist wieso sie auf meine Weise nicht 
funktioniert.
Sicher wäre das mit einem P-Kanal-Mosfet einfacher leider habe ich 
keines gerade zur hand.

R6 und C1  sind dazu da den Motorraum noch ein paar Sekunden nachdem das 
Signal auf 0 geht an zu lassen. Ist aber hier glaube ich nicht weitaus 
wichtig.

R5 sollte den Strom durch den Transistor begrenzen. Im Nachhinein fällt 
mir auf, dass er überflüssig ist. Danke!

Kannst du mir erklären wieso meine Schaltung nicht funktioniert?

Vielen Dank für deine Antwort Eddy Current.

Gy

Autor: Jonny Obivan (-geo-)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
wie groß ist denn das Eingangssignal?

Autor: Gy (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wow!

Vielen Dank für eure Beiträge.
Schneller kann man eine Antwort wirklich nicht erwarten!

Autor: Gy (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Eingangsspannung wird zwischen 1 und 3 V liegen. Bei meinen 
Messungen habe ich eine Spannung von 1,5 V verwendet.

Autor: Hubert G. (hubertg)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Deine Schaltung kann so nicht funktionieren. Am Emitter von Q3 wirst du 
immer die Spannung der Quelle -0,7V haben.
Der FET braucht etwas +4V  um durchzuschalten. Mit den 2,3V beginnt er 
gerade zu leiten, damit steigt die Spannung am Motor (Source) an.
Schreib dir mal an die jeweiligen Punkte die Spannungen hin, dann siehst 
du warum es nicht geht.

Autor: Gy (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich habe jetzt eine neue Schaltung erstellt. Da ich keine 
P-Kanal-MOSFETs habe habe ich einen zweiten NPN Transistor als Inverter 
eingesetzt.
Bevor diese Schaltung Aufbau wollte ich euch fragen was ihr dazu meint.
Ich bin mir bei den Widerstandswerten nicht sicher.
Gehe ich recht in der Annahme das R5 > R3 sein muss?
R6 ist eigentlich überflüssig.

Gy

Autor: Hubert G. (hubertg)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Es sind auch R3 und R8 überflüssig, wenn nicht sogar störend. R6 würde 
ich zur Strombegrenzung sogar lassen.
Warum willst du den Motor nicht nach + schalten, so wirst du nie die 
volle Spannung auf den Motor bekommen.

Autor: Gy (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@ Hubert G.

Wahrscheinlich verstehe ich das ganze nicht richtig.
Wieso sollte ich mehr Leistung bekommen wenn ich den Motor direkt an 
plus Schalter? Ist das Ganze nicht einfach eine Reihenschaltung von 
Motor und MOSFET? Ist es dann bei einer Reihenschaltung nicht egal 
welcher Widerstand zuerst kommt?

Du hast recht eigentlich sind die Widerstände R3 und R8 überflüssig.

Ich habe noch einmal einen neuen Schaltplan erstellt. Habe ich dieses 
Mal sehen Motor so angeschlossen wie du meinst?

Ist R6 nicht auch überflüssig, da der Strom indirekt durch R5 und R7 
begrenzt wird?

Gy

Autor: Gy (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
kleiner Zusatz:

Gehe ich richtig in der Annahme, dass ich einen Widerstand am Emitter 
von Q2 brauche?
Andererseits würde sich der Kondensator C1 ich zu schnell über Q2 
entladen.

Der Sinn hinter C1 ist, dass auch wenn das Signal für ein paar Sekunden 
auf null gezogen wird der Motor immer noch läuft. C1 soll somit kleinere 
Einbrüche der Spannung glätten. Diese Einbrüche können bis zu 3 s 
dauern.
ich muss deshalb darauf achtensich 10 eins nicht so schnell entleert, 
allerdings soll er schnell geladen werden.

Wäre ein guter Widerstandswert am Emitter von Q2 740 Ohm?

Gy

Autor: Hubert G. (hubertg)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wenn Q2 durchschaltet entlädt er C1 ohne Strombegrenzung.
Das Gate von Q1 muss um ca. 3V positiver sein als Source, das heisst 
also, in deinem vorherigen Schaltbild, das die Spannung an Source um 3V 
kleiner ist als an Drain.
Wenn du, wie im letzten Schaltbild, Source auf GND legst, wird das Gate 
immer und die min. 3V positiver sein, damit schaltet der FET ganz durch.

Autor: Hubert G. (hubertg)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ein Emitterwiderstand ist schlecht. Gib einen Widerstand zwischen 
Kollektor Q2 und R6 und über diesen Widerstand eine Dioden mit Kathode 
Richtung R6. R6 kannst du dann ganz weglassen.

Autor: Hubert G. (hubertg)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Aber egal wie du es machst, wenn der FET nicht ordentlich 
überdimensioniert ist, dann kann er dir abrauchen. Durch den langsamen 
Spannungsabfall am Gate kommt der FET in den linearen Bereich und muss 
in der Zeit die volle Leistung verbraten.
Du solltest dir was überlegen wie du die Verzögerung schon vorher 
machst.

Autor: Gast (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

welche Daten hat der Motor? Wenn es ein Kleinstmotor ist (z.B. 0,8A bei 
9V)
sollte eine einfache Transistorstufe z.B. mit einem BD137...o.ä. 
ausreichen.
Notfalls noch einen Vorstufentransistor einbauen.  Mit einem MOSFET wird 
das,
wie oben geschildert, schwierig (4V fürs Gate). Der Elko sorgt dafür, 
dass der Motor noch etwas nachläuft.

                   +9V
                   |
                   Motor + Freilaufdiode
        _        /
3V o---|___|------|   BD137 o.ä.
      150 Ohm  |   \ Emitter
               _    |
             C -    |      C ca. 470 -1000uF 6,3V
               |    |
               ---------GND

Autor: HildeK (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Hubert G. (hubertg)
Du hast da zwar grundsätzlich recht, aber:
- der TO hat einen 9V-Block als Quelle
- der TO hat einen BUZ72 (40W Ptot) eingesetzt
- der TO will einen kleinen Motor ansteuern

Das heißt, in diesem Fall hätte er kein Problem.

Autor: Hauke Radtki (lafkaschar) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Den Mosfet in Sourceschaltung zu betreiben wird einfach nix werden ... 
Klemm ihn in den Massezweig und gut ist

Autor: Gy (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich glaube ich habe das mit dem FET jetzt verstanden.

Wie genau ist das mit dem linearen Bereich? Heißt das,dass wenn das FET 
nicht richtig durch schaltet es sehr viel Leistung aufnimmt? Wieso ist 
das so?

Ich habe die Schaltung noch einmal überarbeitet.
Dieses Mal sollte es funktionieren. (Hoffentlich)

Vielen Dank für eure Hilfe bis jetzt.

Gy

Autor: Gy (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Noch eine Anmerkung. Ich verwende eine anderes MOSFET wie in der 
schaltung angegeben. Ich verwende das IRL540n.
Der Motor zieht an 9V ungefähr einen Strom von nicht mehr als 
2A.(vielleicht später sogar einen Motor mit 9A an 9V, aber das ist noch 
nicht sicher)

Autor: Gy (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@ Gast
Ich habe mir auch überlegt eine Schaltung mit einem Transistor 
aufzubauen.
Allerdings möchte ich mir die Möglichkeit offen lassen später einen 
größeren Motor mit mehr Leistung anzuschließen.
Deshalb verwende ich lieber MOSFETs.

Autor: Hubert G. (hubertg)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich glaube du hast die Transistorschalterei noch nicht verstanden.
Wenn du die Schaltung ohne C1, R3 aufbauen würdest, R7 sollte max. 1k 
haben, dann würde ich sagen, geht so.
C1 wird in deiner Schaltung nie aufgeladen, da er parallel zur 
Basis-Emitterstrecke von Q2 liegt.

@ HildeK
Genau dafür war mein Einwand, es bleibt selten beim Testaufbau. Zuerst 
funktioniert es, mit großen Motor gibt es dann Rauchzeichen.

Autor: Gy (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich habe jetzt der sieben auf 1K verringert.
wieso sollte es nicht mit 10 Kilo Ohm funktionieren? Ist der Gate Source 
Widerstand nicht einiges größer als 10 Kilo Ohm?

Außerdem habe ich einen ein Kilo Ohm Widerstand vor Q2 gelegt. Dadurch 
will ich erreichen, dass sich C1 Auflädt.

Jetzt müsste alles funktionieren.

Autor: Hubert G. (hubertg)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Der Gate-Source Widerstand ist sogar um vieles größer, allerdings hat 
das Gate eine hohe Kapazität, die musst du umladen, über einen großen 
Widerstand geht das sehr langsam. Damit sind wir wieder beim linearen 
Bereich des FET und den Grundlagen die du nicht hast.
Rechne dir mal aus wie hoch die Spannung am C1 in deiner Schaltung jetzt 
wird. Einfache Serienschaltung von R5 und R6 und die 
Basis-Emitterspannung von Q2.
Ich klinke mich jetzt hier aus, ich gehe feiern, Grillerei und gutes 
Bier.

Autor: Gy (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vielen Dank für deine Hilfe so weit Hubert.

Viel Spaß!

Autor: Gy (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Falls es Jemanden interessiert ich habe jetzt eine Platine entwickelt, 
die meinen Anforderungen gerecht wurde.

C1 muss allerding etwas größer gewählt weren so um die 100uF.

Noch einmal vielen Dank an alle die mir bei dem Entwerfen der Schaltung 
geholfen haben.

Gy

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.