Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Tasterschalter mit CMOS 4027


von Sebastian S. (sebastian_simon)


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Hallo Leute, erst einmal muss ich sagen das ist ein super Forum. Ich bin 
absoluter Neueinsteiger in die Elektronik aber mittel des Forums hab ich 
doch schon extrem viel gelernt und mir das was ich wollte 
zusammengebastelt. Nun bin ich an einem Punkt wo ich nicht weiter komme. 
Ich bin dabei mir eine Schaltung aufzubauen mit der ich mittels Taster 
einzelne Kanäle schalten möchte. Dies benötige ich für mein Motorrad wo 
ich die Original Schalter vom Lenker verbannen will und nur noch mittels 
kleiner Taster schalten möchte. Also  z.B. Taster drücken Licht an, 
Taster drücken Licht aus. Dazu besteht meine Schaltung aus 2 CMOS 4027 
um insgesamt 4 Kanäle zu schalten. Die Taster hab ich mittels 
Kondensator entprellt und schalten tu ich mittels Transistor. Das 
funktioniert soweit auch kann ganz gut, hab mir dazu auch schon eine 
Prototypen gebaut, allerdings ohne die Mosfets. Dazu hab ich nun zwei 
Fragen.

1. Wenn ich Strom an die Schaltung anlege (in der der Zeichnung als PLUS 
und MINUS gekennzeichnet) dann ist die angeschlossene Lampe entweder an 
oder aus? Das hat sicher was mit dem IC zu tun, irgendwelche 
undefinierten Schaltzustände, nur hört da meine Kenntnis auf, das genau 
zu verstehen.

2. Habe ich bis jetzt nur Testweiße ein kleines Lämpchen an den 
Transistor angeschlossen. Nun habe ich zumindest theoretisch schon mal 
Mosfets an die Transistoren angeschlossen um höhere Ströme zu schalten. 
Funktioniert das so. Also mittels NPN Transistor einen PNP Mosfet zu 
schalten?

Vielen Dank schon mal im voraus.

von Stefan K. (stefan1919)


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Hallo,

prinzipiell sieht die Schaltung ganz gut aus aber es sind ein paar 
wenige
änderungen nötig.
Die FlipFlops 4027 sind soweit ich das auf die Schnelle beurteilen kann 
auch
richtig belegt.
Ich habe links oben auf dem Schaltplan für einen der 4 Teile die 
Schaltungsänderung eingezeichnet.
Die Dimensionierung von R3 und R9 hängt davon ab wie hoch die 
Betriebsspannung ist und auch noch ein wenig davon wieviel Strom durch
den MosFet maximal fließen soll.

Gruß Stefan

von Sebastian S. (sebastian_simon)


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Hallo Stefan vielen Dank erst einmal für deine schnelle Antwort. Die 
Spannung für das Mosfet wird um die 13,5 V liegen. Ströme sind abhängig 
von dem was geschaltet wird, aber bei einer 60 W Lampe sind wir bei ca 5 
A.

Leider ist mir das Phänomen, das die Schaltung zufällige Zustände beim 
Spannung anlegen hat, immer noch unklar.

von Stefan K. (stefan1919)


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Um 5A fließen zu lassen wirds aber mit diesem MosFet einwenig kritisch 
da er laut Datenblatt dann eine GateSource-Spannung von -15V benötigt. 
Du kannst aber bei 13,5V Betriebsspannung max. -13,3V zwischen Gate und 
Source anlegen.
Wahrscheinlich werden bei dieser Belastung (60W) dann nur 3-4 A fließen.
Besser wäre ein MosFet der mehr Strom machen kann.
Zum probieren würde ich für R9 4,7kOhm nehmen. 1kOhm wäre soweit auch ok 
gewesen. Für R3 100kOhm.

Du meinst dass das IC z.B. am Ausgang Pin1 zufällige Zustände annimmt?
Das liegt daran dass die 2 Gatter pro Flipflop gleichzeitig leiten aber 
eines ist immer zufällig schneller durchgeschaltet als das andere. Da 
hab ich noch ein RC-Glied an einem der RS-Eingänge mit eingezeichnet. 
Damit müsste er dann immer in einem bestimmten Zustand starten.

Tau 10ms wäre dann 100nF und 100kOhm dann ist der Kondensator nach
ca. 50ms voll aufgeladen.

von Sebastian S. (sebastian_simon)


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Hallo Stefan, vielen Dank für deine Antwort und die ganzen Tips. Ich 
werd mal nach einem passenden Mosfet suchen und die anderen Änderungen 
testen. Über die Fortschritte werde ich berichten. Wie ich bereits 
erwähnte super Forum. :-D

von Stefan K. (stefan1919)


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Freut mich wenn ich Dir helfen konnte. Ich finde das Forum auch super. 
Bin
eigentlich erst seit heute in diesem Forum registriert weil ich auch 
gerade ein Problem habe. Leider hat bis jetzt noch keiner auf meinen 
Beitrag geantwortet und der Beitrag rutscht ständig weiter nach unten.

von MaWin (Gast)


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Sebastian Simon schrieb:
> Dies benötige ich für mein Motorrad wo
> ich die Original Schalter vom Lenker verbannen will und nur noch mittels
> kleiner Taster schalten möchte.

Und für den Spass eine Einzelabnahme beim TÜV ? Na dann viel Glück.

Stefan K hat ja schon gezeigt, warum deine Schaltung nicht funktioniert 
haben kann.

Du hast immerhin eine P6KE15 als Überspannungsschutz vorgesehen.
Aber das ist etwas wenig, die hält es nicht aus, wenn die Akkuklemme 
einen Wackelkontakt hat.

Da deine Schaltung sehr wenig Strom braucht und keine stabile Spannung, 
würde ich

       +-------------------------------------+
       |                                     |
PLUS --+--|>|--1k--+-----+----+-----+   _    |
                   |     |    |     |   Q    |
                 100uF ZD15 100nF CD4027----|I IRF9530
                   |     |    |     |        |
MINUS -------------+-----+----+-----+--   Ausgang

vorschlagen, und die PMOSFETs an den Q/quer Ausgang hängen, das spart 
die Inverterstufe mit dem Transistor.

Bleiben deine Taster.

Damit Taster zuverlöässig werden, sollte mehr Strom durch sie 
hindurchfliessen, so 5mA Minimum, macht einen Widerstand von 2k2 nach 
PLUS.

Da Taster von der Elektronik wohl etwas entfernt sind, würde ich die 
Eingänge entstören.

Da langsame Eingänge an CD4027 CLOCK Eingängen zu lange im metastabilen 
Zustand verweilen, würde ich Schmitt.Trigger vorschlaten

 Plus
   |
  2k2
   |                              CD40106
   +--------------------10k--+--1k--|>o--CD4027
   |                         |
Taster                     10nF
   |                         |
 Masse                       +-- Elektronikmasse

von Bernd K. (bmk)


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Hier mal eine bewährte Schaltung mit Entprellung im Bild.

Beim Einschalten der Versorgungsspannung ist der Ausgang off.

Die Schutzbeschaltung von MaWin im ersten Bild finde ich gut.
Sollte mit einbezogen werden.

Als MOSFET würde ich den IRF5305 vorschlagen.

von Sebastian S. (sebastian_simon)


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Ok, vielen Dank erst einmal für den Input. Aber ich bin etwas verwirrt. 
Das mit der Schutzbeschaltung versteh ich und das werde ich auch so 
umsetzen. Die Schaltung von Bernd, sieht ja auch richtig gut aus und vor 
allem wesentlich simpler als meine. Wenn ich diese Schaltung mit dem 
CMOS 4093 verwende, dann kann ich mir den CMOS 4027 sparen oder muss ich 
es so umsetzen wie MaWin das vorschlägt? Ich werd mal versuchen die 
Schaltung im ganzen umsetzen und dann hier posten.

von Axel R. (Gast)


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der 5305 wird bei 5A gut warm...

von Stefan K. (stefan1919)


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Wie hoch ist denn die Spannung dabei zwischen Gate und Source?
Hast Du überhaupt einen Kühlkörper drauf?

: Bearbeitet durch User
von Sebastian S. (sebastian_simon)


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Ok ich hab versuch die Variante von Bernd mit der Schutzschaltung von 
MaWin zu verbinden. Finde ich schöner so als 2 CMOS miteinander zu 
verbinden. Kann man das so machen? Besitzt das dann die selbe Funktion 
wie meinen Schaltung also das man den Taster drückt Licht an , Taster 
drücken Licht aus? Sorry für die blöden Fragen ich bin noch in der 
Lernphase. :-D

P.S. Die Mosfets werden von innen an das verwendete Alugehäuse 
geschraubt das sollte zur Kühlung reichen. Und es fließt ja auch nicht 
dauerhaft Strom durch.

von Bernd K. (bmk)


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Schaltplan sieht gut aus. Bis auf paar Kleinigkeiten:

1. D1 (ZD15) drehen.
2. R4 sollte 1k sein gemäß MaWin
3. Q1 Source und Drain tauschen.
4. C2 möglichst direkt (kurz) an Pin7 / Pin14 anschließen

Der IRF5305 produziert bei 5A etwa 1,5...2W Verlustleistung.
Ohne Kühlung recht warm. An das Alugehäuse geschraubt problemlos.
Aber Vorsicht: Die Metallfahne des MOSFET ist mit dem Drain verbunden.
Also isoliert an das Alugehäuse montieren, z.B. mit Glimmerscheibe.

Auch noch wichtig: Bei CMOS ICs dürfen Eingänge nicht 'in der Luft'
hängen wegen der extremen Hochohmigkeit -> Antenne.
Also Eingänge mit GND verbinden, wenn unbenutzt.

von Sebastian S. (sebastian_simon)


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Hallo Bernd, danke für die Tipps. Ich bin gerade dabei die Bauteile 
zusammen zu suchen um eine Testschaltung aufzubauen. Allerdings kann ich 
keinen normalen Kondensator mit 100 µF finden. Kann es sein das MaWin 
einen Elko mit 100 µF meinte?

von Bernd K. (bmk)


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Sebastian Simon schrieb:
> Kann es sein das MaWin einen Elko mit 100 µF meinte?

So ist es.

von Axelr. (Gast)


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MOSFET noch horizontal spiegeln, oder?

von Axelr. (Gast)


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Stand ja schon bei 3.) - Mist :(

von Sebastian S. (sebastian_simon)


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Moin Leute hab heute mal die Schaltung auf dem Breadboard aufgebaut. 
Aber ich bekomm sie einfach nicht zum laufen. Hab mehrmals die Schaltung 
mit dem Schaltplan verglichen. Ich kann den Fehler im Schaltplan nicht 
finden. Hab auch soweit ich das konnte die Bauteile kontrolliert auch 
mehre ICs verwendet aber kein Erfolg. Hat jemand vielleicht ne Idee was 
schief gelaufen sein könnte?

von Bernd K. (bmk)


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Punkt 3 noch nicht umgesetzt.

Mal ein Tipp hierzu:
Wenn die +12V Versorgung über die Body-Diode des MOSFET in Flussrichtung 
zum Ausgang geht, wird der Ausgang immer +12V haben; egal was die 
Schaltung macht.

von Sebastian S. (sebastian_simon)


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Hallo Bernd, stimmt das hab ich übersehen. Das würde dann aber bedeuten 
das die angeschlossene Lampe immer leuchtet. Hab den Moseft auch mal 
umgedreht. Funktioniert aber auch nicht. Lampe leuchtet nie. Der Fehler 
muss in der Grundschaltung liegen. Werd nochmal alles neu aufbauen.

von Harald W. (wilhelms)


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Sebastian Simon schrieb:

> Werd nochmal alles neu aufbauen.

Das hilft nur selten. Besser ist es, die Schaltung systematisch
von vorn nach hinten durchzugehen, und dabei nach etwaigen Fehlern
zu suchen. Typisch mit Benutzung eines Multimeters.
Gruss
Harald

von Bernd K. (bmk)


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Sebastian Simon schrieb:
> Hab den Moseft auch mal umgedreht. Funktioniert aber auch nicht.
> Lampe leuchtet nie.

Dann ist aber im Strompfad +12V zur Lampe was faul. Dann wenn du am
MOSFET D - S tauschst, muss bei 'falschem Anschluss' die Lampe unbedingt
leuchten, weil der Strom über die Body-Diode geht. Überbrück mal D-S,
dann muss die Lampe auch leuchten. Wenn ja, ist der MOSFET putt.

: Bearbeitet durch User
von Axel R. (Gast)


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"umgedreht" impliziert bei mir: Beinchenreihenfolge komplett falsch?

DSG kann man da nicht einfach umdrehen. Ich denke, du meintest: Drain 
und Source getauscht, oder?

Für mioch klingt es tatsächlich so, als ob Du D mit G getauscht hast, 
ausversehn :) und nicht D mit S ...

Axelr.

von Sebastian S. (sebastian_simon)


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Leute Schande über mich. Ich hab die ganze Zeit gedacht das die Mosfet 
ähnlich wie Transistoren beschaltet sind. dadurch war die Reihenfolge 
natürlich vollkommen falsch. Nun ja aus Fehlern lernt man, jetzt gehts. 
Und ich hab gleich wieder was gelernt. Gut das ich die Platinen noch 
nicht bestellt hab. Vielen Dank an alle die mich auf die Spur gebracht 
haben.

von Sebastian S. (sebastian_simon)


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Ich hab nun ausführlich getestet und hab ein Problem. Leider schaltet 
der Ausgang beim Spannung anlegen immer auf High und die Lampe leuchtet. 
Habe mich bei der Schaltung ja auf Bernds Vorschlag eingelassen und im 
Prinzip alles eins zu eins nachgebaut. Mir fehlt leider das Grundwissen 
zu verstehen wo mein Fehler liegt. Ich brauch im Prinzip eine Schaltung 
wo nach dem Spannung anlegen immer Low am Ausgang anliegt sonst sind 
alle Lichter beim Moped an wenn ich die Zündung einschalte.

von Axelr. (Gast)


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wenn man mal die Beinchen drannschreiben könnte. Die Zeiten sind lang 
vorbei, wo ich die 4000 Serie im Kopf hatte.

Ist der Effekt IMMER?
Dann ist's relativ einfach. Den Mosfet von PIN3 nach PIN4 und von PIN10 
nach PIN11 des 4093er.

Du schaffst das!
Axelr.

von Sebastian S. (sebastian_simon)


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Hallo Axel das scheint des Rätsels Lösung gewesen zu sein, jetzt 
funktioniert es. Vielen Dank. Werd den aktualisieren Schaltplan noch 
posten für die die es interessiert.

von Sebastian S. (sebastian_simon)


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So hier mal die Testschaltung mit den dazugehörigen Blinkgeber.

von Sebastian S. (sebastian_simon)


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Bin gerade dabei meine Schaltplan umzustricken und die Platine zu 
planen. Dabei sind jetzt noch einige Fragen aufgetaucht und frag mich ob 
man:

1. je Schutzschaltung pro IC braucht oder ob im Prinzip eine 
Schutzschaltung für beide ICS ausreichend ist?
2. den IC fest verlöten sollte ohne Sockel um Probleme durch Vibrationen 
auszuschließen?
3. noch zusätzlich zur Schutzschaltung von MaWin eine Entstördrossel und 
eine Sicherung montieren sollte?
4. die Möglichkeit besteh die Tasterschaltung so auszuführen, das Masse 
geschaltet wird und ich somit nur ein Kabel pro Taster benötige.

von Sebastian S. (sebastian_simon)


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So der erste Prototyp ist fertig. Nur noch die Mosfet anschrauben und 
ein Loch für die Kabel, dann kann ich ausgiebig testen und werde 
berichten wie es sich verhält.

von RomanK (Gast)


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Hallo Sebastian,

wenn Du nicht in Anlehnung an ein altes Karnevalslied mit Deinem 
Motorrad nur im Hühnerstall fahren möchtest, solltest Du diese Bastelei 
nicht am Mopped anbauen.

[ZaunpfahlModus]

Beachte bitte die Zulassungsordnung!!
Einer von uns könnte hinter Dir fahren, und dann ist es bei Ausfall der 
Anlge bzw. Fehlfunktion, gewesen.

[/ZaunpfahlModus]

Gruß

Roman

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