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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik 5V-auf-12V-Signal-Wandler


Autor: Danilo M. (Gast)
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Hallo zusammen,

kleines Problem: Ich habe drei 5V-Logik-Signale vom Mikrocontroller und 
möchte mit diesen ein CMOS-IC ansteuern, der mit 12V-Pegeln arbeitet.
Damit die CMOS-Eingänge das 5V-Signal verstehen, müssen diese auf 12V 
angehoben werden.

Alles kein Problem. Läuft auch.
Allerdings ist das schnellste Signal ein Clock von 2MHz.

Ich hab schon einige Versuche gestartet:

1) Transistor-Wandler
   - NPN-Transistor BC548C (5V auf invertiert 5V)
   - PNP-Transistor BC560 (invertiert 5V auf 12V)
   - Flankenwechsel: t(flanke_output)=1,4µs
   - Verzögerung: t(input_output)=14,8µs
  => zu langsam!

2) Mosfet-Wandler
   - N-Channel-Mosfet BS170 (5V auf invertiert 5V)
   - P-Channel-Mosfet BS250 (invertiert 5V auf 12V)
   - Flankenwechsel: t(flanke_output)=1,8µs
   - Verzögerung: t(input_output)=12,2µs
  => auch zu langsam!
  => wobei mir hier noch die Schaltverluste sorgen gamacht hätten.

3) Operationsverstärker als Spannungsfolger
   - keine Messung vorhanden
   - war dafür schneller, aber noch nicht schnell genug

Ich bräuchte einen Flankenwechsel von ca. 0,5µs.
Die Verzögerung sollte egal sein, da die Verzögerung sich auf alle 3 
Signale gleichmäßig auswirkt.


Hintergrund der hohen Frequenz ist die serielle Ansteuerung eines 
LED-Matrix-Displays mit Spalten-Multiplex und Helligkeits-Software-PWM.

Vielleicht habt ihr erprobte Vorschläge für die super-schnelle 
Pegelwandlung 5V auf 12V :)

gruß, Danilo

Autor: Matthias K. (Gast)
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Servus Danilo M.,

das ist jetzt nur mal ne Idee, Erfahrung damit hab ich keine:
Hast es schon mal versucht mit Optokoppler Bzw Überträgern.

Solchen Werden ja auch bei Netzwerkarten zum teil verwendet.
und da fliegen  Signale im ghz Bereich herum.


Gruß Matthias K.

Autor: Danilo M. (Gast)
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hi Matthias,

nein, mit Optokopplern hab ich noch nicht getestet.
Aber es sollte möglichst simpel und günstig sein ;)

gruß, Danilo

Autor: Klaus Wachtler (mfgkw)
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Wenn die Signale von einem MC kommen, kannst du sie doch gleich
invertiert ausgeben.
Dann sparst du dir das erste Invertieren außerhalb und damit
die halbe Zeit.

Autor: Danilo M. (Gast)
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stimmt, da hast du recht!
allerdings hab ich dann noch die zu lange schaltzeit.
selbst einzeln ist sie mit 1,4µs dreimal zu lange

Autor: g457 (Gast)
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6N 137 - billich und willich ähem bezahlbar und hinreichend schnell.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Danilo M. schrieb:
> 1) Transistor-Wandler
>    - NPN-Transistor BC548C (5V auf invertiert 5V)
>    - PNP-Transistor BC560 (invertiert 5V auf 12V)
>    - Flankenwechsel: t(flanke_output)=1,4µs
>    - Verzögerung: t(input_output)=14,8µs

1,4µs bzw. 14,8µs sind schon sehr langsam. Wie sieht denn deine Schal-
tung und die Dimensionierung der verwendeten Widerstände genau aus?
Meist hilft das Verkleinern der Widerstände etwas, erhöht allerdings
auch den Stromverbrauch. Hast du Daten von dem CMOS-IC, insbesondere
Eingangskapazität und erforderliche Eingangsspannungen für High- und
Low-Pegel?

Wahrscheinlich gibt es auch fertige Pegelwandler-ICs für diesen Zweck,
ich habe aber gerade keins im Kopf.

Muss denn das CMOs-IC unbedingt mit 12V laufen? Ist das ein Analogschal-
ter oder etwas in der Art?

Autor: Danilo M. (Gast)
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Danilo M. schrieb:
> 2) Mosfet-Wandler
>    - N-Channel-Mosfet BS170 (5V auf invertiert 5V)
>    - P-Channel-Mosfet BS250 (invertiert 5V auf 12V)
+
Klaus Wachtler schrieb:
> Wenn die Signale von einem MC kommen, kannst du sie doch gleich
> invertiert ausgeben.

ne, geht doch nicht. es muss so heißen:
    - N-Channel-Mosfet BS170 (5V auf invertiert "12V")
    - P-Channel-Mosfet BS250 (invertiert "12V" auf 12V)

=> Somit reicht ein invertierter Pin vom Mikrocontroller doch nicht aus.

Yalu X. schrieb:
> Meist hilft das Verkleinern der Widerstände etwas
Ja, das hab ich schon gemacht. Bei der Transistor-Variante:
- R(Basis)=22,0k -> 2,1µs Schaltflanke
- R(Basis)= 3,9k -> 1,4µs Schaltflanke

Datenblatt vom CMOS-ID 4094:
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/philips/...

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Danilo M. schrieb:
> Klaus Wachtler schrieb:
>> Wenn die Signale von einem MC kommen, kannst du sie doch gleich
>> invertiert ausgeben.
>
> ne, geht doch nicht. es muss so heißen:
>     - N-Channel-Mosfet BS170 (5V auf invertiert "12V")
>     - P-Channel-Mosfet BS250 (invertiert "12V" auf 12V)
>
> => Somit reicht ein invertierter Pin vom Mikrocontroller doch nicht aus.

Warum nicht? Du lässt einfach die Stufe mit dem P-Mosfet weg.

> Yalu X. schrieb:
>> Meist hilft das Verkleinern der Widerstände etwas
> Ja, das hab ich schon gemacht. Bei der Transistor-Variante:
> - R(Basis)=22,0k -> 2,1µs Schaltflanke
> - R(Basis)= 3,9k -> 1,4µs Schaltflanke

Auch die Kollektorwiderstände können verkleinert werden. Oder ist das
keine Emitterschaltung, die du da aufgebaut hast?

> Datenblatt vom CMOS-ID 4094:
> http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/philips/...

Der klassische 4094 läuft mit 3V bis 18V, der 74HC4094 mit 4,5V bis
5,5V. Du kannst also beide mit 5V betreiben. Oder brauchst du die 12V,
um eine höhere Ausgangsspannung zu erhalten?

Autor: Danilo M. (Gast)
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Yalu X. schrieb:
> Warum nicht? Du lässt einfach die Stufe mit dem P-Mosfet weg.

Ja, hast recht. da hab ich doch den Wald vor lauter Bäumen nicht 
gesehen.

als Kollektorwiderstand hat ich jeweils 5,6k.

die 12V brauch ich eignentlich nicht. Ich hatte zu Beginn die LED-Matrix 
mit Widerständen (über 50 Stück 560R) schon verbaut und empfand die 
Helligkeit zu gering und hab dann über die Eingangsspannung (5V auf 12V) 
die Helligkeit erhöhen wollen - ohne alle zig Widerstände aus- und 
wieder einlöten zu müssen :-/

gruß, danilo

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