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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik MOS-FET


Autor: Andi (Gast)
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Hi!

Bin am überlegen, ob ich zum durchschalten einer 12-14V-Spannung statt
einen PNP-Transistor einen P-MOSFET nehme.
Das Signal mit 12-14V kommt von einer Zentralveriegelung
(Transistorbasis oder Relaisspule) und ist negativ gesteuert.
Viel Strom fließt da nicht da das ZV-Signal direkt an Masse geht wenn
erforderlich, z. B. Relais in einer FFB oder Mikroschalter im Schloss,
aber mit einem Transistor habe ich bedenken, das trotz durchschaltens
der Widerstand zwischen E und C zu hoch ist, das die ZV reagiert wenn
am Ausgang der ZV die Basis eines PNP mit Widerstand hängt.
Welche MOS-FET-Typen kann man dafür hernehmen?
Kann man den MOS-FET dann direkt über einen AVR-Pin steuern?
Oder gibt es normale PNP-Transistoren wo der Widerstand zwischen E und
C unter 1 Ohm ist?
Wie hoch ist der geringste Widerstand zwischen E und C z. B. bei einem
BC556?
Oder hat schon mal jemand die ZV über einen Transistor direkt, also
ohne Relais, erfolgreich angesteuert?

Vielen Dank im Voraus!

Gruß
Andi

Autor: Gerhard Gunzelmann (Gast)
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Hallo Andi

wenn Du den pnp-Transistor entsprechend überdimensionierst, ist der
Spannungsverlust gering. Bei den bipolaren Transistoren (pnp, npn)
gibts keinen RDSon wie beim MOSFET, sondern eine Restspannung zwischen
C und E. Also wenn Du z.B. einen BD250 nimmst (das ist jetzt ein
krasses Beispiel, das ist ein 25A Transistor, dann liegt die
Rstspannung bei einem Strom von 1 A bei vielleicht 0,3 Volt. Der
Bipolartransistor ist halt robuster als ein MOSFET, der besonders gegen
Spannungsspitzen empfindlich ist. Beide Transistortypen kannst Du aber
nicht direkt mit einem uC ansteuern.




               zu Deiner Last                     12 Volt Versorgung
                      +-----------------+   -+-----+--------+
                                         \ v       |
                                         ---       |
                                          |   ___  |
                                          | -|___|-+
                                         .-.
                                         | |
                                         | |
                                         '-'
                                          |
                                          |
                                  ___   |/
                             uC -|___|--|
                                        |>
                                          |
                                          +
                                          |
                      +-------------------+---------------+
                                          Masse
created by Andy´s ASCII-Circuit v1.24.140803 Beta www.tech-chat.de 







                   Deine Last                       12 Volt
               o-------------------o-+^+-o-----o---------------o
                                     |||       |
                                     ===       |
                                       |  ___  |
                                       |-|___|-o
                                      .-.
                                      | |
                                      | |
                                      '-'
                                       |
                                       |
                               ___   |/
                     uC Port -|___|--|
                                     |>
                                       |
                                       o
                                       |
                                       |
                                       |
                o----------------------o------------------------o
                                    Masse
created by Andy´s ASCII-Circuit v1.24.140803 Beta www.tech-chat.de 
Im Prinzip sind beide Schaltungen gleich, aber der MOSFET benötigt
zusätzlich zwischen D und S (nicht eingezeichnet) eine ZenerDiode.


Gerhard

Autor: Andi (Gast)
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Vielen Dank für die sehr gute Darstellung und Erläuterung!
Aber wie meinst Du dass das nicht direkt am µC-Pin geht?
Ist die Verstärkung sonst zu schwach oder meinst Du das jetzt in Bezug
auf einen Hochleistungs-Transistor welcher einen höheren Basisstrom
durchzieht?
Es müßte doch auch kleine Darlington (PNP) geben (2 in einem) mit nen
geringen Widerstand von E nach C.

Gruß
Andi

Autor: Gerhard Gunzelmann (Gast)
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Ne Andi,

die Spannung am Pin des uC wäre zu hoch. Um den pnp-Transistor oder
auch den MOSFET auszuschalten, müßte an der Basis bzw am Gate eine
Spannung von nahezu der Versorgungsspannung der Transistoren, also 12
Volt liegen. Und das geht schon deshalb nicht, da die Ausgänge eine
komplementäre Ausgangsstufe haben, also 5 Volt liefern (würde nur mit
Open-Collector-Ausgang funktionieren, und der Ausgang des uC müßte so
nebenbei noch 12 Volt Sperrspannung könenn). Mit 5 Volt kannst Du die
Transistoren nicht ausschalten. Aber der npn-Transistor (da geht auch
ein n-Kanal MOSFEt, wie z.B der BSS100), wenn er eingeschaltet ist legt
er Masse-Potential auf die Basis bzw aufs Gate, und schaltet die
Leistungstransistoren ein, beim Ausschalten ist der npn-Transistor
gesperrt und der Basis-Emitter- bzw gate-Source-Widerstand schalten
aus.

Gerhard

Autor: justus (Gast)
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@Gerhard
Wie sieht es denn aus, wenn ich per uC einen Transistor schalten
möchte, der die Last ein/ausschaltet, wenn die Last mit 4.5V betrieben
wird (dieselbe Spannung wie der uC)?
Ich habe genau dieses Problem und bin leider nicht der Transistor-Guru,
möchte für meine Schaltung (Funkgerät ein/ausschalten (max 1A, 4.5V)
jedoch mit möglichst kleinen und wenigen Bauelementen auskommen.
Kann ich da einfach direkt auf den bipolaren Transistor oder den
MOS-FET gehen?

Gruss Justus

Autor: Andi (Gast)
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Habe es gerade mal getestet da die Schaltung schon fertig ist.
Und leider (nicht bös gemeint) hast Du recht.
Die Spannung nach einem Widerstand mit 680 Ohm (nur als Test) ist im
gesperrten Zustand des PNP bei 5V an der Basis bei 6,39V.
Legt der µC die PNP-Basis (über 10K) auf Masse geht die Spannung auf
1,33V runter.
Diese krummen Spannungen kommen übrigens daher, da die 12V nicht nur
zum Emitter des PNP gehen sonder auch noch über eine Diode, momentan
eine 1N4001, zum µC-Pin da der nicht nur als Output sondern auch als
Input, active low, fungieren soll und sowieso weil die Spannung von der
Basis des PNP durch den Vorwiderstand zum µC-Pin geht.

Jetzt macht das die Sache natürlich komplexer da es über 2 Transistoren
gehen muß und ein µC-Pin als Input und je nach Zustand kurzfristig als
Output fungieren soll.
Der µC muß an einem Pin erkennen, wann von der externen Seite ein
Signal (12V) auf Masse geschaltet wird und muß auch selber bei bedarf
das gleiche Signal/die gleiche Leitung auf Masse schalten können.
Wie macht man so was am besten ohne klobige Relais und ein paar
Bauelementen?

Gruß
Andi

Autor: Gerhard Gunzelmann (Gast)
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@Justus:

grundsätzlich geht das schon, hängt aber auch davon ab, was der uC als
"High" liefern kann. Die heutige CMOS-Technik ist ist zumeist in der
Lage  - bei geringer Last - 4,5..4,9 Volt zu liefern. Dann geht das. Am
Besten probierst Du das einmal aus. Einfach am unbelasteten Port-Pin ein
high ausgeben und die Spannung messen.

@Andi:

also wenn ich dich richtig verstehe, soll der uC-Anschluß, der zum
Ansteuern des Transistors gedacht ist, zusätzlich als Eingang verwendet
werden, um festzustellen ob die 12 Volt da sind, oder wie auch immer.
Das ist ein Problem. Denn wenn Du den Anschluß als Eingang
programmierst, ist er hochohmig, wenn dann Strom über einen Widerstand
auf den Transistor trifft, öffnet er und schaltet ein.
Hm, kein anderer Pin frei ? Auf die schnelle fällt mir nix ein,
zumindest nix unkompliziertes, da müßte eventuell ne Verzögerung
rein.......


Gerhard

Autor: Dirk (Gast)
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Hi,

such dir ein TTL Kompatiblen MOS FET .... ein N-Kanal Typ waere
BUk100-50GL.

Mfg

Dirk

Autor: Andi (Gast)
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@Gerhard:
Jau, zum einen soll die Leitung vom Atmel überwacht werden wann die von
externer Seite kurz (1 paar ms) auf low geschaltet wird (FFB,
Mikroschalter im Schloss) und zum anderen soll der Atmel selbst die
gleiche Leitung auf low schalten können.
Und das in 2-facher Ausführung wegen 2 Signalkabel (1 für Aufsperren
und 1 für Zusperren).
Habe nur noch einen Pin frei und irgend wann bekommt der wahrscheinlich
auch noch eine Funktion.

Vielleicht hat dafür jemand ne Idee!

Gruß
Andi

Autor: Gerhard Gunzelmann (Gast)
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Hallo Andi

ich denke daß es einfacher ist, wenn Du einen größeren uC nimmst.
Wenn ein Pin Eingang und Ausgang sein soll, und Du nicht weißt wann er
ein Signal am eingang erwartet, muß der "im Normalfall" immer als
Eingang geschaltet sein. Du mußt also den Eingang mit einem Pull-Down
ausrüsten, damit sich der Ausgang nicht selbständig macht und den
Eingang "active high" gestalten, der uC kriegt also ein high als
Signal. Damit dann der Transistor nicht einschaltet, braucht der eine
Einschaltverzögerung und das Eingangssignal für den uC darf dann auch
nur ganz kurz kommen. Und während der uC als Ausgang arbeitet ist er
dann nicht mehr als Eingang zu gebrauchen - da ist dann ein
Widerspruch. Den könnte man zwar auch wieder lösen, aber ich glaug da
kriegste graue Haare.....


Gerhard

Autor: lemmz (Gast)
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hi, ich hab auch 'ne frage zu mosfets & atmels, aber was ihr da oben
schreibt verstehe ich nicht wirklich :)
die problemstellung ist sehr ähnlich, ich möchte via einem mosfet die
last (12V, 2A Max) schalten. dafür habe ich mir ein paar IRF510 mosfets
besorgt, die sahen ganz passabel aus. ich habe die dann direkt an den
mega8 angeschlossen (ohne widerstände oder dioden, weil ich das
datenblatt so verstehe, dass der irf510 die diode eingebaut hat), und
das funktionierte auch recht gut. ist aber nur ein kleiner testaufbau,
den ich noch nicht richtig unter last gesetzt habe, und wenn ich das da
oben so lese scheue ich auch etwas davor zurück...
also, kann jmd. das obige problem mal für einen hobby-bastler erklären
:)
achja, ich habe mir die unbelasteten ausgänge des avr mal mit meiner
soundkarte angeschaut (pc-oszi), und das sah dann mehr wie eine
zersägte half-pipe aus, nicht wie ein schönes rechteck ...

Autor: Andi (Gast)
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Hallo Gerhard!

Habe ein bißchen mit Multisim experimentiert und bin auf den oben
stehenden Schaltplan gekommen.
Von links beginnend sind die ersten 6 Elemente nach den +12V die
Spannungsregelung die ich verwende.
Mit J1, D4 und D5 wird ein AVR-Pin simuliert und mit J2 ein
Masseschalter (FFB, Mikroschalter) im KFZ.
Den Pull-Up am J1-Ausgang/Eingang muß man sich vorstellen.
So, wie im Bild, ist der Hauptsächliche Zustand des Pin´s, also Input
mit Pull-Up.
Wenn jetzt ein Schalter im KFZ (J2) die Leitung 28 auf Masse schaltet
geht die Spannung an der Leitung 50 von 5 auf ca. 1V zurück was für
eine Erkennung von active-low ausreichen müßte.
Die Diode D3 sorgt dafür, das die Spannung von 12V nicht auf die
Leitung 50 kommt.
Soll nun der AVR die Leitung 28 auf Masse schalten wird der Pullup an
dem Pin abgschaltet, z. B. Port A6=0, und von Input auf Output
umgeschaltet mit DDR A6=1.
Dadurch wird an der Basis des PNP gezogen welcher 5V zum NPN schaltet
der wiederum die Leitung 28 auf Masse zieht.
Nach ca. 300ms wird DDR A6 wieder auf Input geschaltet (0) und am Port
A6 wieder der Pull-Up aktiviert, Port A6=1.
Habe das ganze mit Multisim simuliert und mir mit dem Oszi oben rechts
die Spannungen angeschaut und es scheint zu gehen.
Wenn nicht, sag mir bitte bescheid.

Gruß
Andi

Autor: Gerhard Gunzelmann (Gast)
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Hallo Andi

wenn Du J2 aktivierst - also eine Masseverbindung herstellst,
aktivierst Du die Transistoren ! ... oder ist das egal ?

@lemmz

so wie du das Signal beschreibst (Halfpipe) hats Du wohl  einen
AC-Eingang, der eigentlich keine Gleichsignale darstellen kann. Ich
kenn den IRf510 nicht, aber wenn das ein n-Kanal MOSFET ist, kannst den
natürlich schon direkt an den uC anschließen, Du schaltest damit aber
gegen Masse und nicht die 12 Volt , so wie Andi.


Gerhard

Autor: Andi (Gast)
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Das ist egal da zu dem Zeitpunkt vom µC selber nicht geschaltet wird
wenn extern geschaltet wurde.
Es läuft dann erst mal eine Verzögerungszeit ab nach der der µC dann
erst schaltet sofern das nicht durch ein ganz anderes Signal
deaktiviert wird.
Es ist auch egal, wenn zufällig beide Schalter, Pin vom AVR und J2 auf
Masse schalten oder während der AVR für ne halbe Sekunde schaltet und
währenddessen J2 auch schaltet.
Die Software überwacht, ob extern geschaltet wird und wenn, dann wird
nicht mehr vom AVR die gleiche Leitung geschaltet.
Es ist eine Widerverschließfunktion was eine von 5 Funktionen des AVR´s
werden soll und die Schließleitung muß zur Zeitmessung der Signallänge
und zur Überwachung, ob manuell verschlossen wurde auch als Eingang
sein.

Gruß
Andi

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