Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Darlingon/NPN Output bricht unter Last (stark) ein - Verständnisproblem?


von Patrick G. (sblive)


Lesenswert?

Hallo!

Offenbar habe ich ein Verständnisproblem oder bin anderweitig zu blöd. 
Was ich machen möchte ist eine Eingangsspannung mittels NPN Darlington 
zu verstärken (voltage follower, current amplifier), aber die Spannung 
am Emitter ist zwar korrekt, bricht aber bei Belastung ein.
IMHO habe ich "Low Noise Voltage Regulator" aus dem LT1028 DS - 
http://cds.linear.com/docs/Datasheet/1028fa.pdf - nachgebaut, bzw. auch 
auf die basics reduziert (kein OpAmp).

*) 2N6387 (OnSemi, TO-220), kein PinOut im DS, aber ich habe BCE 
angenommen und das scheint auch zu stimmen
*) an B habe ich schon verschiedene Widerstände ausprobiert (u.a. 500 
und 100 Ohm) über die ich schon verschiedene Spannungen zugeführt habe 
(5 und 10V aus Vrefs bzw. einfach die 12V Versorgung)
*) an C habe ich die 12V Versorung
*) an E habe ich - wie ich es mir wünsche - (ca.) dieselbe Spannung wie 
an B
*) sobald ich E aber belaste (z.B. auch nur 500 oder 1000 Ohm auf 
Masse), bricht die Spannung aber stark ein
*) wenn ich das ganze mit OpAmp (allerdings nur 5V single supply) mache 
(Out -> B, + -> Vref, - -> E), dann ist es genauso, ich habe z.B. schön 
die 1V meines DAC->OpAmp->NPN am Emitter, aber kann sie nicht 
belasten...

Also ich bin Informatiker (=keine Elektronikausbildung), aber so wie ich 
das verstehe, müssten doch wenige mA ausreichen (3 idF., deswegen IMHO 
auch 10V+330Ohm im LT1028 DS) um den NPN "einzuschlaten" und dann sollte 
er relativ konstant die C Spannung auf E ausgeben. Wenn ich das ganze 
mit einem OpAmp kombiniere, hatte ich angenommen, dass der OpAmp immer 
die benötigte Spannung ausgibt (Out -> B), damit an E (- -> E) die 
Spannung (Vref -> +) "stabil" gehalten wird.

Bitte um Ideen, es kann doch nur eine Kleinigkeit sein, die ich 
übersehen habe, ist doch so simpel...

Danke!

von (prx) A. K. (prx)


Lesenswert?

Patrick G. schrieb:

> *) 2N6387 (OnSemi, TO-220), kein PinOut im DS, aber ich habe BCE
> angenommen und das scheint auch zu stimmen

Kein Pinout im Datasheet wär wohl eine Premiere. Nope, das ist natürlich 
drin. Die sind freilich sehr perfide vorgegangen, indem sie die Pins auf 
der ersten Seite nummerieren und die Nummern im Kleingedruckten auf der 
letzten Seite erklären. ;-)

Ansonsten gibt es zur Darstellung von Schaltplänen bildgebende 
Verfahren. Die Zeiten in denen man in Mail und Foren nur Text zur 
Verfügung hatte sind lange vorbei. Durch Bildersatzprosa wühlt man sich 
nur ungern.

von Patrick G. (sblive)


Lesenswert?

Danke für die schnelle Antwort!
OK, tatsächlich ist auf der letzten Seite klein der PinOut erklärt und 
wie von mir korrekt angenommen (hätte wohl sonst gravierende Probleme 
gegeben ;))

A. K. schrieb:
> Die Zeiten in denen man in Mail und Foren und [=nur?] Text zur
> Verfügung hatte sind lange vorbei.

Ich nehme an, du meinst, ich soll ein schematic zeichnen, weil das ganze 
so komplex ist? ;) Wie gesagt, es ist wie im verlinkten LT1028 DS, p14, 
"Low Noise Voltage Regulator", nur mit z.B. 1V Input, OPA140 SS OpAmp 
und unity gain, statt 2.

von (prx) A. K. (prx)


Lesenswert?

Patrick G. schrieb:

> Ich nehme an, du meinst, ich soll ein schematic zeichnen, weil das ganze
> so komplex ist? ;)

Ungefähr so. Ein einfaches Bild zu überblicken braucht Sekunden, die 
Prosa zu dekodieren Minuten.

Das es dir bei der Erzeugung dvon genau umgekehrt geht ist nicht mein 
Problem. ;-)

> Wie gesagt, es ist wie im verlinkten LT1028 DS, p14,
> "Low Noise Voltage Regulator", nur mit z.B. 1V Input, OPA140 SS OpAmp
> und unity gain, statt 2.

Charmant vor dir war insbesondere der Satz "bzw. auch auf die basics 
reduziert (kein OpAmp).", der besagt, dass man zur Ermittlung der realen 
Schaltung entweder in deinen Kopf oder eben doch die Prosa reinsehen 
muss, das Originalbild nix bringt.

von Patrick G. (sblive)


Lesenswert?

5V wie ich im Starbeitrag geschrieben habe, sind natürlich Blödsinn, 
weil das der SS OpAmp nicht schafft (nur ~3,5V und nennen sie dann 
"Rail-to-Rail"...). In Wahrheit ist das auch nur etwas was ich auch 
machen möchte, wenn es endlich funktioniert und momentan ist es 
DAC-OpAmp-NPN, also eben z.B. 1V.
...und - wie ebenfalls geschrieben - der NPN Output ist ja auch korrekt, 
bis ich ihn belaste...

von Patrick G. (sblive)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Also, da du mir sicherlich helfen kannst, sobald ich deine 
Formalkriterien erfülle, habe ich jetzt mein erstes "supertolles" 
schematic gezeichnet.

Ich hoffe nun ist alles klar und wir können uns mit der Problemlösung 
beschäftigen!

Danke!

von Patrick G. (sblive)


Lesenswert?

Edit: toll, jetzt hast Du Deinen Beitrag "Ach Herrje, jetzt hör auf zu 
labern und zeichne!" gelöscht...

Ich halte mich daran, alles ausführlich und möglichst vollständig zu 
beschreiben, normalerweise ist das auch äußerst erwünscht...

von Patrick G. (sblive)


Lesenswert?

Alles in Ordnung, oder kommen jetzt im Minutentakt Flames, die dann 
wieder gelöscht werden? ;)

von (prx) A. K. (prx)


Lesenswert?

Patrick G. schrieb:

> Edit: toll, jetzt hast Du Deinen Beitrag "Ach Herrje, jetzt hör auf zu
> labern und zeichne!" gelöscht...

Hat ja trotzdem funktioniert. ;-)

von Patrick G. (sblive)


Lesenswert?

A. K. schrieb:
> Gibt der Schaltung mal ein bisschen Last zu futtern. Dein Voltmeter ist
> höllisch hochohmig, das misst jeden Leckstrom mit. Im Original hängt da
> der Spannungsteiler dran.

Versteh nicht...ja, im Original ist ein 2*2k Spannungsteiler, damit die 
Spannung vom OpAmp verdoppelt wird, also 4k Last.
Ich habe aber 100, 500 und 1000R probiert, also mehr Last als im 
Original und genau das ist ja das Problem, dass dann die Spannung 
einbricht.
(muss ich jetzt 1k auf Masse einzeichnen? ;))

von Patrick G. (sblive)


Lesenswert?

Sag einmal...bist du Admin und kannst die DB manipulieren? Dein ganzer, 
zitierter Beitrag ist weg und es ist kein "Beitrag gelöscht" zu sehen 
wie oben?!

von slow (Gast)


Lesenswert?

>Also, da du mir sicherlich helfen kannst, sobald ich deine
>Formalkriterien erfülle, habe ich jetzt mein erstes "supertolles"
>schematic gezeichnet.

Einfach nicht gut dieser Satz. Der geneigte Leser könnte da Arroganz 
raus lesen.

Die Sprache der E-Techniker bei solchen Problemen ist halt mal der 
Schaltplan.

Können wir jetzt annehmen, daß dies der Schaltplan ist und die 
Spannungen stimmen, oder gibts nach den ersten Reaktionen und 
Erklärungsversuchen ein "hoppla, hab ich vergessen zu erwähnen" ?

von Patrick G. (sblive)


Lesenswert?

slow schrieb:
> Einfach nicht gut dieser Satz. Der geneigte Leser könnte da Arroganz
> raus lesen.
Also Leute....wir könnten jetzt natürlich gerne einen Shitstorm 
Megaflamewar lostreten ("Aber AK hat ja angefangen und war auch so 
zynisch/arrogant und dann war ich das halt auch und hab kein ";)" 
geschrieben und jetzt sind alle böse blahblah mimimi ich bin erst 13 und 
fang in meinem ersten Post auf mikrokontroller.net einen Flamewar an, 
obwohl ich eigentlich will, dass man mir hilft und nur versuche 
vollständig zu sein").

slow schrieb:
> Die Sprache der E-Techniker bei solchen Problemen ist halt mal der
> Schaltplan.
Deswegen bin ich diesem Wunsch binnen Minuten nachgekommen und hab mich 
dabei noch selbst verarscht ("supertoll[es] schematic"), da ich es eben 
nicht mit Eagle o.ä. gezeichnet habe.

slow schrieb:
> Können wir jetzt annehmen, daß dies der Schaltplan ist und die
> Spannungen stimmen, oder gibts nach den ersten Reaktionen und
> Erklärungsversuchen ein "hoppla, hab ich vergessen zu erwähnen" ?
Bis jetzt nicht ;) (<- genau hinschaun, Humor lockert den Tag auf! Hey, 
Elektronik und die Diskussion darüber, soll doch Spaß machen!)

von Patrick G. (sblive)


Lesenswert?

Also ich habe hier ja schon oft etwas via Google gelesen, aber warum es 
hier so ist, dass andauernd Beiträge erstellt und wieder gelöscht werden 
entzieht sich meinem Verständnis...

von (prx) A. K. (prx)


Lesenswert?

Patrick G. schrieb:

> Sag einmal...bist du Admin und kannst die DB manipulieren? Dein ganzer,
> zitierter Beitrag ist weg und es ist kein "Beitrag gelöscht" zu sehen
> wie oben?!

Der Beitrag ist noch da, aber der zitierte Inhalt nicht. Kommt vom 
"schneller posten als denken" Effekt - deine 1K erst danach gesehen, und 
insbesondere auch die nicht eingezeichneten BE-Widerstände vom 
Darlington. Und solange ich möglichen eigenen Stuss korrigieren kann tue 
ich das.

von Patrick G. (sblive)


Lesenswert?

> "schneller posten als denken" Effekt - deine 1K erst danach gesehen, und
> insbesondere auch die nicht eingezeichneten BE-Widerstände vom
> Darlington. Und solange ich möglichen eigenen Stuss korrigieren kann tue
> ich das.
Also im DS steht "Monolithic Construction with Built−In Base−Emitter 
Shunt Resistors" und meinem Verständnis nach sind die BE-Res. damit das 
Ding auch (schnell) abschaltet, sobald an Base nichts mehr anliegt. 
Weiters habe ich halt das gängige Darlington Symbol aus dem DS 
übernommen.
Jedenfalls sollten [fehlende/vorhandene] BE-Res. nicht zu meinem Problem 
führen, oder?

von (prx) A. K. (prx)


Lesenswert?

Patrick G. schrieb:

> Jedenfalls sollten [fehlende/vorhandene] BE-Res. nicht zu meinem Problem
> führen, oder?

Eben. Der Umstand dass welche drin sind sollte die Schaltung unabhängig 
von der Lastfrage machen, weil der OPA dann ohne nennenswerte Last unter 
Umgehung der Transistoren regelt. Deshalb hatte ich meinen 
entsprechenden Beitrag ja zurückgezogen.

von Patrick G. (sblive)


Lesenswert?

> Eben. Der Umstand dass welche drin sind sollte die Schaltung unabhängig
> von der Lastfrage machen, weil der OPA dann ohne nennenswerte Last unter
> Umgehung der Transistoren regelt. Deshalb hatte ich meinen
> entsprechenden Beitrag ja zurückgezogen.
OK, danke für die Erklärung!

Hast Du noch einen Tipp, was ich probieren könnte?

Mir ist gerade beim Duschen eingefallen, dass (im Original) 10V/330Ohm 
eig. 30mA ergibt, nicht 3 (was cutoff current ist oder wie das heißt).
Allerdings wird der OpAmp evtl. keine 10V anlegen, sondern weniger, da 
das schon reicht um den Darlington NPN einzuschalten? Braucht der nicht 
nur so ca. 1,3V oder so (2*0,65V)? Oder geht es wie bei LEDs rein um den 
Strom? Dann würde aber der OpAmp ständig andere Spannungen bei 
Lastwechseln anlegen und entsprechend unterschiedliche Ströme...kenn 
mich wie gesagt leider nicht so gut aus...
Unter 100 Ohm hab ich mich noch nicht getraut, aber das wären immernoch 
10mA bei 1V.
Und das Eigenartige (für mich) ist ja, dass die Ausgabe ja korrekt ist, 
bis sie belastet wird...

von (prx) A. K. (prx)


Lesenswert?

Patrick G. schrieb:

> Und das Eigenartige (für mich) ist ja, dass die Ausgabe ja korrekt ist,
> bis sie belastet wird...

Ein Effekt, der dann eintritt, wenn der Kollektor vom Darlington keine 
Spannung kriegt. Dann funktioniert das genau so lange, wie der OPA über 
die BE-Widerstände und -Dioden noch selber treiben kann.

von (prx) A. K. (prx)


Lesenswert?

Patrick G. schrieb:

> Unter 100 Ohm hab ich mich noch nicht getraut, aber das wären immernoch
> 10mA bei 1V.

Der exakte Wert vom Basiswiderstand ist erst einmal nicht so wesentlich. 
Den zu reduzieren bringt nicht weiter.

von Patrick G. (sblive)


Lesenswert?

> Ein Effekt, der dann eintritt, wenn der Kollektor vom Darlington keine
> Spannung kriegt. Dann funktioniert das genau so lange, wie der OPA über
> die BE-Widerstände und -Dioden noch selber treiben kann.
Verstehe, aber:
*) Der OPA kann doch locker die paar mA (1V/1kR=1mA + nötigen turn on 
current) liefern
*) Wenn ich den DAC und OPA weglasse und dieselben 12V von C über 100 
oder 500R an B anlege ist es das gleiche Spiel: ich sehe ca. 12V an E, 
aber bereits bei 1k Last nur noch 10V oder so.

von (prx) A. K. (prx)


Lesenswert?

Patrick G. schrieb:

> *) Der OPA kann doch locker die paar mA (1V/1kR=1mA + nötigen turn on
> current) liefern

Kann er. Nützt aber nichts, wenn der Darlington nicht anturned, weil er 
nicht kann (C offen) oder nicht will (defekt, falsch angeschlossen).

> *) Wenn ich den DAC und OPA weglasse und dieselben 12V von C über 100
> oder 500R an B anlege ist es das gleiche Spiel: ich sehe ca. 12V an E,
> aber bereits bei 1k Last nur noch 10V oder so.

Wieviel genau? So ca. 1,5V Differenz sind ok (2xUbe), mehr aber nicht.

von Patrick G. (sblive)


Lesenswert?

>> *) Der OPA kann doch locker die paar mA (1V/1kR=1mA + nötigen turn on
>> current) liefern
> Kann er. Nützt aber nichts, wenn der Darlington nicht anturned, weil er
> nicht kann (C offen) oder nicht will (defekt, falsch angeschlossen).
Also laut DS kann er sogar 36mA liefern (ich bin mal grob von 20mA als 
gängigen Wert für OpAmps ausgegangen).
C kann nicht offen sein, insbesondere wenn ich C dann über xR in B leite 
im 12V-12V Test.
Defekt kann IMHO auch nicht sein, ich hab schon 2 ausprobiert (von 10 
frisch gekauften) und sie verhalten sich beide gleich, also bin wohl ich 
bzw. mein "megacircuit" defekt ;)
Falsch angeschlossen würde wohl zu ~0V und/oder massiven Stromkonsum und 
Hitze führen (je nachdem wie falsch ;)), also meine ich das auch 
ausschließen zu können.

>> *) Wenn ich den DAC und OPA weglasse und dieselben 12V von C über 100
>> oder 500R an B anlege ist es das gleiche Spiel: ich sehe ca. 12V an E,
>> aber bereits bei 1k Last nur noch 10V oder so.
> Wieviel genau? So ca. 1,5V Differenz sind ok (2xUbe), mehr aber nicht.
Interessant, d.h. es funktioniert in dieser Konstellation evtl. und nur 
mit OPA nicht! Kann das aber erst am Nachmittag testen, danke 
jedenfalls!

von (prx) A. K. (prx)


Lesenswert?

Patrick G. schrieb:

> Falsch angeschlossen würde wohl zu ~0V und/oder massiven Stromkonsum und
> Hitze führen (je nachdem wie falsch ;))

Nur, wenn dabei irgendwo Masse niederohmig zu finden ist.

von Johannes E. (cpt_nemo)


Lesenswert?

Patrick G. schrieb:
> sobald ich E aber belaste (z.B. auch nur 500 oder 1000 Ohm auf
> Masse), bricht die Spannung aber stark ein

Vielleicht könntest du noch Zahlenwerte dazu schreiben; also wie sind 
die Spannungen an Basis und Emitter ohne Last und wie sind diese 
Spannungen mit Last.

Wie hast du die Spannung denn gemessen. Bei so einer Schaltung können 
auch Schwingungen auftreten. Das muss man mit dem Oszi messen; mit dem 
Multimeter sieht man in so einem Fall nur, dass sich die Spannung 
irgendwie verschiebt.

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.