Transistorschaltung?

[Saskia (Gast)]

Hallo,

ich bin leider noch eine Anfängerin in Sachen µC und Elektronik.
Ich habe den im Anhang zu sehenden Schaltplan entworfen, doch leider 
klappt das ganze nicht, wie ich mir das vorstelle.
Im Schaltplan ist ein Transistor BC547A, ein 2-poliger Dip Schalter zu 
sehen, so wie 2 12V Eingänge.
Ich möchte dabei, dass am Ausgang des Transistors ein Port eines µC ein 
High Pegel erkennt, wenn folgendes erfüllt ist:

- Eingang1 UND Eingang2 liegen auf 12V
- Eingang1 durch DIP Schalter gebrückt und Eingang2 auf 12V
- beide Eingänge gebrückt durch DIP Schalter

Wenn der DIP Schalter1 auf ON steht, liegt der Eingang1 bedingt durch 
das Brücken des DIP Schalters auf 12V und das externe Signal von 
Eingang1 kann somit wegfallen.
Gleiches gilt wenn DIP Schalter 1 und 2 auf ON stehen, dann fallen beide 
Signale von Eingang1 und Eingang2 weg.
Nur leider erkennt der µC schon ein High Signal, wenn der DIP Schalter1 
auf ON steht.
Der Portpin ist durch eine Zenerdiode (5,1V) auf 5V begrenzt.

Ich vermute, dass meine Schaltung nicht funktioniert und erhoffe mir 
hier Schaltungsvorschläge, wie man das realisieren könnte.

Danke.

LG
Saskia

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Hallo Saskia,

Welchen Zustand haben Eingang1 und Eingang2, wenn keine 12V anliegen?
Sind sie einfach offen, oder liegen sie dann auf 0V (Masse)? Wenn
letzteres der Fall ist, gibt es einen Kurzschluss, wenn die DIP-Schalter
geschlossen werden.

Der rechte Teil mit dem Transistor funktioniert so nicht. Wie es richtig
geht, hängt u.a. von der Antwort auf obige Frage ab :)

[Saskia (Gast)]

Hall yalu,

danke, dass du dich dem Problem angenommen hast. Die Eingänge sind dann 
einfach offen und liegen nicht auf Masse.

LG
Saskia

[AVRuser (Gast)]

Hallo,

also ich würde das mit 2 (Reed-) Relais mit 1 Schliesser realisieren. An 
jede der 2 Spannungen wird die Spule eines Relais angeschlossen 
(Schutzdiode nicht vergessen!) und auf der anderen Seite an Masse der 
12V gelegt. Die beiden Schaltkontakte der Relais werden in Reihe 
geschaltet und auf der einen Seite an den Controller-Eingang gelegt und 
an der anderen Seite auf VCC des Controllers (oder auch Ground, mit 
internem Pullup-Widerstand).

Die Kontakte des 2er DIP-Schalters werden jeweils parallel zu den 
Schaltkontakten der Relais gelegt. So brückt der Schalter das Relais, 
das nicht ausgewertet werden soll.

Neben einer einfachen Schaltung hat diese Variante auch den Vorteil der 
galvanischen Trennung; auch mögen die meisten Controller keine 12V am 
Eingangspin ...

[AVRuser (Gast)]

Habe mal eben schnell einen Plan gemacht. Ich hoffe, man kann was 
erkennen ...

[Jörn P. (jonnyp)]

Saskia schrieb:
> Hallo,

> Ich möchte dabei, dass am Ausgang des Transistors ein Port eines µC ein
> High Pegel erkennt, wenn folgendes erfüllt ist:
>
> - Eingang1 UND Eingang2 liegen auf 12V
> - Eingang1 durch DIP Schalter gebrückt und Eingang2 auf 12V
> - beide Eingänge gebrückt durch DIP Schalter
>
> Wenn der DIP Schalter1 auf ON steht, liegt der Eingang1 bedingt durch
> das Brücken des DIP Schalters auf 12V und das externe Signal von
> Eingang1 kann somit wegfallen.
> Gleiches gilt wenn DIP Schalter 1 und 2 auf ON stehen, dann fallen beide
> Signale von Eingang1 und Eingang2 weg.
> Nur leider erkennt der µC schon ein High Signal, wenn der DIP Schalter1
> auf ON steht.

Ein Wunder das der µC sich nicht gleich on Rauch aufgelöst hat. Die 
Eingangsspannung eines Pins darf nicht höher sein als die 
Versorgungsspannung und die ist meist max. 5 Volt.

> Der Portpin ist durch eine Zenerdiode (5,1V) auf 5V begrenzt.

Na toll. Wo ist das denn in der glorreichen Zeichnung? Und hoffentlich 
hat die Z-Diode auch einen Vorwiderstand, denn sonst raucht die gleich 
mit ab.
>
> Ich vermute, dass meine Schaltung nicht funktioniert

Da geb ich dir Recht.

und erhoffe mir
> hier Schaltungsvorschläge, wie man das realisieren könnte.

So in etwa
>
> Danke.
>
> LG
> Saskia

Bitte

[Saskia (Gast)]

Hallo,

vielen Dank für das tolle Feedback.
Da ich auf der Suche nach einer möglichst günstigen und einfachen Lösung 
bin, ist die von Jörn mein Favorit.
Meine Frage: Lässt sich das ganze nicht auch mit einem Transistor lösen?

Danke.

LG
Sassi

[Jörn P. (jonnyp)]

Das ist schon mit einem Transistor T1. T2 dient nur zur Pegelanpassung.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

> - Eingang1 UND Eingang2 liegen auf 12V
> - Eingang1 durch DIP Schalter gebrückt und Eingang2 auf 12V
> - beide Eingänge gebrückt durch DIP Schalter

Gehe ich recht in der Annahme, dass in allen anderen Fällen am Ausgang
ein Low-Pegel erscheinen soll, also bspw. auch dann, wenn nur Eingang1
12V hat und nur DIP-Schalter 2 geschlossen ist?

Im Anhang ist mein (ungetesteter) Versuch, dies zu realisieren. Ich
hoffe, ich habe mich nicht allzu sehr vertan ;-)

Die Z-Diode am µC-Eingang brauchst du in diesem Fall nicht.

@Jörn:

Einmal abgesehen davon, dass bei deiner Schaltung das Ausgangssignal
invertiert ist (was man ja per Software korrigieren kann): Das
Ausgangssignal hängt praktisch nicht von E1 ab. Sobald E2 aktiv ist,
fließt ein Strom durch Basis und Emitter von T1 in die Basis von T2. Man
könnte zwar R2 riesengroß machen, so dass ohne die 12V an E1 T2 nur
schwach leitet. Dann muss man aber zur Dimensionierung der Schaltung die
genauen Stromverstärkungsfaktoren der Transistoren kennen.


> Meine Frage: Lässt sich das ganze nicht auch mit einem Transistor lösen?

Hmm, ich habe nicht einmal eine mit zwei gefunden :-/

Man könnte T3 und R5 weglassen und R4 direkt an den Eingang des µC
anschließen, wenn man in Kauf nimmt, dass das Ausgangssignal invertiert
ist. Dann braucht man allerding die Z-Diode zur Spannungsbergrenzung
wieder, oder man überlässt die Begrenzung den Schutzdioden im µC.

Wäre denn ein IC anstelle der Transistoren erlaubt?

[Saskia (Gast)]

Jörn Paschedag schrieb:
> Das ist schon mit einem Transistor T1. T2 dient nur zur Pegelanpassung.

Die Pegalanpassung mache ich ja bereits mit einem 2.2k Widerstand in 
Reihe zu einer 5,1V Z-Diode.

Yalu X. schrieb:
> Einmal abgesehen davon, dass bei deiner Schaltung das Ausgangssignal
> invertiert ist (was man ja per Software korrigieren kann): Das
> Ausgangssignal hängt praktisch nicht von E1 ab. Sobald E2 aktiv ist,
> fließt ein Strom durch Basis und Emitter von T1 in die Basis von T2. Man
> könnte zwar R2 riesengroß machen, so dass ohne die 12V an E1 T2 nur
> schwach leitet. Dann muss man aber zur Dimensionierung der Schaltung die
> genauen Stromverstärkungsfaktoren der Transistoren kennen.

Wenn das klappen würde, wäre die Lösung für mich wunderbar. Das wären 2 
Widerstände und 1 Transistor, wenn man noch den für die Pegelanpassung 
weglassen kann.

LG
Sassi

[Jörn P. (jonnyp)]

@Yalu
Da haste Recht. Deshalb kommt hier mein 2. Versuch ;-))

[Alex M. (Gast)]

Hi Saskia,
Wenn’s einfach sein soll, dann wird auch diese Schaltung funktionieren.
Die Eingänge haben somit TTL Verhalten.
Eingang= 12V = Logisch 1
Eingang= 0V= Logisch 0
Eingang= Hochohmig= Logisch 1
10k für R3 ist ein guter Wert
Gruß gtf

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Jörn Paschedag schrieb:

> @Yalu
> Da haste Recht. Deshalb kommt hier mein 2. Versuch ;-))

Auch nicht ganz: Wenn E2 offen ist (T2 sperrt) und E1 an 12V liegt, lei-
tet die BC-Diode von T1, und am Port liegen knapp 12V an. Evtl. jammert
auch die 5V-Quelle, wenn Strom zurückgespeist wird.

Wenn man aber an R1 12V statt 5V anlegt und am Port die Schutzschaltung
aus Widerstand und Z-Diode einbaut, sollte die Schaltung funktionieren.

Deine erste Schaltung war aber auch nicht völlig daneben, wenn man sie
geeignet dimensioniert (s. Anhang). Der Low-Pegel am Ausgang liegt bei
0,1V, der High-Pegel für B=110 (Minimalwert des BC547A) bei 3,7V, für
B=420 (Minimalwert des BC547C) bei 4,8V. Damit liegen die Pegel deutlich
innerhalb der spezifizierten Bereiche. Für größere B verhindert die
Schutzschaltung mit der Z-Diode, dass die maximale Porteingangsspannung
überschritten wird. R2 dient vor allem dem etwas schnelleren Abschalten
von T1. Wenn Schaltzeiten keine Rolle spielen, kann man ihn weglassen.

@Alex:
> Eingang= Hochohmig= Logisch 1

Ich habe Sakia so verstanden, dass hochohmig = logisch 0 ist, s. meine
Frage oben:

> Welchen Zustand haben Eingang1 und Eingang2, wenn keine 12V anliegen?

und ihre Antwort:

> Die Eingänge sind dann einfach offen und liegen nicht auf Masse.

Deswegen ist das Dioden-NAND trotz seiner Einfachheit wahrscheinlich
nicht die gesuchte Lösung.

[gtf (Gast)]

@ Yalu X.
Hast recht, siehe Beitrag 3 :- )

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Hier ist noch eine transistorlose Lösung für Mikroccontroller mit einem
Analogkomparator (d.h. für meisten AVRs).

Je nachdem, ob 0, 1 oder 2 Eingänge an 12V liegen, beträgt die Ausgangs-
spannung 0V, 0,76V oder 1,44V. Die interne Spannungsreferenz der neueren
AVRs liegt bei 1,1±0,1V, also genau zwischen den 0,76V und 1,44V, so
dass mit einem Störabstand von 0,34V entschieden werden kann, ob beide
Eingänge an 12V liegen. Für andere Referenzspannungen müssen die Wider-
stände entsprechend dimensioniert werden.

[Saskia (Gast)]

Hallo Yalu,

vielen Dank für die tolle Unterstützung.
Ich werde heute mal deinen Vorschlag vorletzten Schaltung (mit 
Transistor) aufbauen.
Könntest du mir mal erklären, was R3 und R4 für eine Aufgabe hat?
Meine Schutzbeschaltung war bisher so:
2,2k als Vorwiderstand für die Z-Diode. Parallel zur Z-Diode noch ein 
10k gegen GND (Pulldown).

LG
Sassi

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Hallo Saskia,

> Könntest du mir mal erklären, was R3 und R4 für eine Aufgabe hat?

R4 begrenzt einfach nur den Strom durch die Z-Diode, wenn die Spannung
am Emitter von T1 größer als 5V ist. Der Wert von R4 ist nicht kritisch.
Mit den angegebenen 10kΩ kannst du die Z-Diode evtl. weglassen, da
praktisch alle Mikrocontroller an den Eingängen Schutzdioden haben, die
Spannungen >5V  und <0V über die Versorgungsanschlüsse ableiten. Bspw.
ist für die AVRs in einer Appnote von Atmel zu lesen, dass diese
Schutzdioden mit etwa 2mA belastet werden können. Der 10kΩ-Widerstand
begrenzt den Strom auf maximal (12V-5V)/10kΩ=0,7mA, so dass du zumindest
bei einem AVR auch ohne Z-Diode auf der sicheren Seite bist (du scheinst
ja etwas bauteilgeizig zu sein ;-)).

Die Funktion von R3:

Bei leitendem T1 (also wenn an beiden Eingängen 12V anliegen) soll der
Emitterstrom an R3 einen Spannungsabfall erzeugen, der mindestens der
High-Schwelle des µC entspricht. Wählt man R3 zu klein, ist auch die
Ausgangsspannung zu gering.

Ist nur Eingang2 aktiv und der Kollektor von T1 offen, fließt ein Strom
vom Eingang2 über R1, die Basis-Emitter-Strecke von T1 und R3 nach GND.
In diesem Fall ist der Strom sehr gering, da er durch den Transistor
nicht verstärkt wird. Aber auch dieser geringe Strom erzeugt an R3 einen
Spannungsabfall, der so klein sein muss, dass er vom µC eindeutig als
Low interpretiert wird. Deswegen darf R3 auch nicht zu groß sein.

Ein Wert für R3, der beide obigen Anforderungen gut erfüllt, ist 1kΩ.

> Meine Schutzbeschaltung war bisher so:
> 2,2k als Vorwiderstand für die Z-Diode. Parallel zur Z-Diode noch ein
> 10k gegen GND (Pulldown).

Wie bereits geschrieben, heißt der Vorwiderstand für die Z-Diode jetzt
eben R4 und ist etwas größer geworden. Den "Downpull" besorgt jetzt R3
zusammen mit R4.

> Ich werde heute mal deinen Vorschlag vorletzten Schaltung (mit
> Transistor) aufbauen.

Viel Erfolg dabei :)