Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Kapazitiven Sensor mit µC verbinden + Transistorschaltung


von Markus (Gast)


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Hi,

Ich habe mehrere Probleme mit meiner LED-Steuerung.
Der Kern ist ein µC(PIC18F2450) welcher durch einen kapazitiven Sensor 
angesteuert und mit Hilfe von Tranistorschaltungen 5 Ausgänge schaltet.
Der kapazitive Sensor(2-Kanal) funktioniert sehr gut, allerdings habe 
ich Probleme diesen mit dem µC zu verbinden. (Bild 1)
Ich habe hier noch Pin 15 & 16 am Optokoppler offen, diese kann ich mit 
noch jedem freien Pin am µC verbinden, aber wie? Zur Entprellung 
verwende ich Software zur Tasterentprellung unverändert weiter, ist im 
Grunde auch nichts anderes, bis auf längere Prellzeiten.

Weiters habe ich noch ein Problem mit den Transistorschaltungen. Ich 
verwende pro Ausgang einen bis zu 1m langen LED 
Streifen(http://www.dreamline.at/shop/product_info.php?info=p1702_LED-Stripe-3528-Rot-100cm---60-LEDs.html)
Ich brauche daher 12V, Ic > 0,42A, Ptot > 12W. Ich habe zur zeit 5 BD241 
im Einsatz. Die Schaltung funktioniert derzeit bereits, allerdings messe 
ich, wenn ich 1m Streifen verwende, nur noch 6V am Ausgang. Wenn ich nur 
5cm(3 LEDs) verwende liegen die vollen 12V an. Wie kommt das?
Ich bedanke mich für eure Hilfe! :)

Liebe Grüße und frohe Ostern,
Markus

von Markus (Gast)


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Sry, was ich noch vergessen habe, gibts eine Alternative zum BD241 in 
SMD bauweise?

von Max H. (hartl192)


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Markus schrieb:
> Ich habe hier noch Pin 15 & 16 am Optokoppler offen, diese kann ich mit
> noch jedem freien Pin am µC verbinden, aber wie?
Pin 15 auf GND, Pin 16 auf den IO, ein interner oder externer Pullup 
zwischen Pin16 und +5V

> Die Schaltung funktioniert derzeit bereits, allerdings messe
> ich, wenn ich 1m Streifen verwende, nur noch 6V am Ausgang. Wenn ich nur
> 5cm(3 LEDs) verwende liegen die vollen 12V an. Wie kommt das?
Ich denke die knapp 1mA Basisstrom sind etwas wenig.
Bei Ib=1mA und Ic=420mA ist Vce(sat) laut Datenblatt ziemlich groß. 
Versuch mal den Basisstrom auf 10mA zu erhöhen.

Markus schrieb:
> gibts eine Alternative zum BD241 in
> SMD bauweise?
Wenn's auch ein MOSFET sein darf: IRLML6244TR

P.S. Wenn's dir und die Baugröße geht, könntest du beim kapazitiven 
Sensor mit dem AT42QT1010 viel Platz sparen:
http://www.atmel.com/Images/Atmel-9541-AT42-QTouch-BSW-AT42QT1010_Datasheet.pdf

Darf ich Fragen, wieso du den CD4511 verwendest, der PIC hast doch noch 
genügend Pins frei.

: Bearbeitet durch User
von Wolfgang (Gast)


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Markus schrieb:
> Ich brauche daher 12V, Ic > 0,42A, Ptot > 12W. Ich habe zur zeit 5 BD241
> im Einsatz. Die Schaltung funktioniert derzeit bereits, allerdings
> messe ich, wenn ich 1m Streifen verwende, nur noch 6V am Ausgang.
Deine BD241 werden mit zu wenig Basisstrom gesteuert. Du gönnst ihnen 
weniger als 1mA und damit kann er keine 0,4A schalten, weil die 
Stromverstärkung nicht reicht. Wenn du die 4k7 Widerstände verkleinerst, 
sollte es besser werden. So werden die wahrscheinlich deutlich warm, 
oder? Ein FET wäre sicherlich besser.

Markus schrieb:
> Sry, was ich noch vergessen habe, gibts eine Alternative zum BD241 in
> SMD bauweise?

BD241 stammt aus den 1970er Jahren des vorigen Jahrhunderts. Damals 
wurde SMD gerade erst erfunden. Inzwischen gibt es Logik-FETs in allen 
Leistungsklassen. Der IRLZ34 wird immer gerne genommen, ist aber für 
deine Anwendig eigentlich schon viel zu groß. In der 
MOSFET-Übersicht findest du reichlich Auswahl.

von Markus (Gast)


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Hallo Max, Hallo Wolfgang,

Vielen Dank für euere Antworten :)

Max H. schrieb:
> Pin 15 auf GND, Pin 16 auf den IO, ein interner oder externer Pullup
> zwischen Pin16 und +5V
hmm, den Ansatz hatte ich auch schon, funktionierte leider nicht, ev. 
wegen dem internen Pullup vom PIC, ich werds aber nochmal mit einem 
externen versuchen :) oder es ist ein Softwareproblem.

Max H. schrieb:
> Ich denke die knapp 1mA Basisstrom sind etwas wenig.
> Bei Ib=1mA und Ic=420mA ist Vce(sat) laut Datenblatt ziemlich groß.
> Versuch mal den Basisstrom auf 10mA zu erhöhen.

Wolfgang schrieb:
> Deine BD241 werden mit zu wenig Basisstrom gesteuert. Du gönnst ihnen
> weniger als 1mA und damit kann er keine 0,4A schalten, weil die
> Stromverstärkung nicht reicht. Wenn du die 4k7 Widerstände verkleinerst,
> sollte es besser werden. So werden die wahrscheinlich deutlich warm,
> oder? Ein FET wäre sicherlich besser.

An Basisstrom habe ich auch gedacht, konnte dann aber leider keinen Wert 
für die Verstärkung(B) im Datenblatt finden, und hab das auch schnell 
wieder verworfen^^ ich werd die mal durch 470Ohm Widerstände ersetzten.
Die werden auch jetzt schon warm^^ hab auch relativ große Kühlkörper 
draufmontiert. Die Kühlkörper sind auch der Grund weshalb ich gerne auf 
SMD wechseln möchte, um die Bauhöhe zu minimieren, da ich die 241er nur 
stehend montieren kann(wegen den Kühlkörpern).

Max H. schrieb:
> Wenn's auch ein MOSFET sein darf: IRLML6244TR

Wolfgang schrieb:
> BD241 stammt aus den 1970er Jahren des vorigen Jahrhunderts. Damals
> wurde SMD gerade erst erfunden. Inzwischen gibt es Logik-FETs in allen
> Leistungsklassen. Der IRLZ34 wird immer gerne genommen, ist aber für
> deine Anwendig eigentlich schon viel zu groß. In der
> MOSFET-Übersicht findest du reichlich Auswahl.

Mit MOSFETs hab ich noch nie was gemacht, wie siehts den da mit der 
Verwendung aus? einfach Basis auf Gate, Kollektor auf Source und Emitter 
auf Drain? Kann ich den IRLZ34 in meiner Schaltung genau wie den BD241 
verwenden? Wie stehts mit der Wärmeentwicklung?

Max H. schrieb:
> P.S. Wenn's dir und die Baugröße geht, könntest du beim kapazitiven
> Sensor mit dem AT42QT1010 viel Platz sparen:
Der scheint mir zwar auch sinnvoll, allerdings lässt sich der nicht 
einstellen, hab das Datenblatt aber auch nur überflogen.

Max H. schrieb:
> Darf ich Fragen, wieso du den CD4511 verwendest, der PIC hast doch noch
> genügend Pins frei.

Spielerrei^^

Vielen Dank,
Markus

von Wolfgang (Gast)


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Markus schrieb:
> An Basisstrom habe ich auch gedacht, konnte dann aber leider keinen Wert
> für die Verstärkung(B) im Datenblatt finden,
Statt B taucht in den Datenblättern auch gerne hfe auf.

> Die werden auch jetzt schon warm^^ hab auch relativ große Kühlkörper
> draufmontiert.

SMD-FETs werden über die Platinenfläche gekühlt. Aber bei deinen 0,4A 
und dem von Max vorgeschlagenen IRLML6244TR (On-Widerstand 21mΩ) wirst 
du keine Erwärmung feststellen können. Die Beschaltung ist etwas anders 
als beim Bipolartransistor (S an Gnd, Last zwischen "+" und D, G an µC 
Ausgang, Widerstand 10..100kΩ zwischen G nach S). Da findest du 1001 
Beispiele zu.

von Markus (Gast)


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Wolfgang schrieb:
> Statt B taucht in den Datenblättern auch gerne hfe auf.

Danke, erklärt so einiges^^ ich komme dann auf max. 21mA, eine 
Maximalverstärkung wird allerdings nicht angegeben.

Wolfgang schrieb:
> SMD-FETs werden über die Platinenfläche gekühlt. Aber bei deinen 0,4A
> und dem von Max vorgeschlagenen IRLML6244TR (On-Widerstand 21mΩ) wirst
> du keine Erwärmung feststellen können. Die Beschaltung ist etwas anders
> als beim Bipolartransistor (S an Gnd, Last zwischen "+" und D, G an µC
> Ausgang, Widerstand 10..100kΩ zwischen G nach S). Da findest du 1001
> Beispiele zu.

Kein Widerstand zw. G und den µC?
Danke, dann werde ich den verwenden :) reduziert noch dazu die 
Platinengröße auf max. die Hälfte^^:)

von Wolfgang (Gast)


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Markus schrieb:
> Kein Widerstand zw. G und den µC?

Da streiten sich die Geister. Ein kleiner Widerstand (50..100Ω) ist zur 
Begrenzung des Umladestroms der Gate-Kapazität ganz gut. Aber bei dem 
kleinen FET steckt der µC das eigentlich auch so weg ;-)

von Max H. (hartl192)


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Markus schrieb:
> Mit MOSFETs hab ich noch nie was gemacht, wie siehts den da mit der
> Verwendung aus?
-Source: auf GND
-Gate: an den Pin des µCs
-Drain: LEDs
-Und noch ein 100k Widerstand zwischen Gate und Source

Wolfgang schrieb:
> Aber bei dem
> kleinen FET steckt der µC das eigentlich auch so weg ;-)
Vor allem da der TO wahrscheinlich mit sehr niedriger Frequenz schalten 
will.

Markus schrieb:
> Max H. schrieb:
>> Pin 15 auf GND, Pin 16 auf den IO, ein interner oder externer Pullup
>> zwischen Pin16 und +5V
> hmm, den Ansatz hatte ich auch schon, funktionierte leider nicht, ev.
> wegen dem internen Pullup vom PIC, ich werds aber nochmal mit einem
> externen versuchen :) oder es ist ein Softwareproblem.
Mit dem Internen PullUp sollte es auch funktionieren. Hat du ein Oszi, 
mit dem du das Signal am µC Eingang ansehen kannst?

Markus schrieb:
> Der scheint mir zwar auch sinnvoll, allerdings lässt sich der nicht
> einstellen, hab das Datenblatt aber auch nur überflogen.
Was hast du mit den kapazitiven Sensoren vor? Touch-Tasten?

Als Touch-Tasten habe ich mit dem QT1010 gute Erfahrungen gemacht:
Es hat funktioniert durch 5mm Plexiglas, 5mm Holz, wenn ich die Platine 
direkt berühre und mehr habe ich nicht getestet.
Der QT1010 stellt sich beim Einschalten der Betriebsspannung irgendwie 
selbst ein.

: Bearbeitet durch User
von Markus (Gast)


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Wolfgang schrieb:
> Da streiten sich die Geister. Ein kleiner Widerstand (50..100Ω) ist zur
> Begrenzung des Umladestroms der Gate-Kapazität ganz gut. Aber bei dem
> kleinen FET steckt der µC das eigentlich auch so weg ;-)

Okey, Danke :) Dann lass ich den weg.

Max H. schrieb:
> Vor allem da der TO wahrscheinlich mit sehr niedriger Frequenz schalten
> will.

naja, Bin mir noch nicht sicher ob ich die LEDs später per PWM dimmen 
möchte :) Was versteht man da mit hohen Frequenzen?

Max H. schrieb:
> Mit dem Internen PullUp sollte es auch funktionieren. Hat du ein Oszi,
> mit dem du das Signal am µC Eingang ansehen kannst?

Oszi, jap, aber in der Schule^^Da komm ich jetzt leider nicht hin. 
Daheim nur ein Multimeter.

Max H. schrieb:
> Was hast du mit den kapazitiven Sensoren vor? Touch-Tasten?
>
> Als Touch-Tasten habe ich mit dem QT1010 gute Erfahrungen gemacht:
> Es hat funktioniert durch 5mm Plexiglas, 5mm Holz, wenn ich die Platine
> direkt berühre und mehr habe ich nicht getestet.
> Der QT1010 stellt sich beim Einschalten der Betriebsspannung irgendwie
> selbst ein.

Ja, werden als Touch-Tasten verwendet. 5mm Plexi wäre auch mein 
Anwendungsgebiet. Muss ich mir noch überlegen :) Aber der "das hab ich 
gebaut und funktioniert trotzdem"-Effekt fällt dann fast ganz weg :D

von Markus (Gast)


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Also so? :)

von Max H. (hartl192)


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Markus schrieb:
> Daheim nur ein Multimeter.
Versuch mal die Frequenz und Spannung zu messen, vllt. kann man was 
darus schließen.

Markus schrieb:
> Also so? :)
Sieht gut aus.
Ich verwende die Pins RB6 und RB7 immer nur für ICSP, wenn ich sonst 
genügend Pins habe. Ich würde die FETs an PORTB<0:5> hängen.

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von Markus (Gast)


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Max H. schrieb:
> Versuch mal die Frequenz und Spannung zu messen, vllt. kann man was
> darus schließen.
Wenn ich die Frequenz messen könnte^^:D 15€ Billigteil

Max H. schrieb:
> Sieht gut aus.
> Ich verwende die Pins RB6 und RB7 immer nur für ICSP, wenn ich sonst
> genügend Pins habe. Ich würde die FETs an PORTB<0:5> hängen.

Gut :) muss mir die Portaufteilung noch genauer im Boardplan ansehen :)

von Wolfgang (Gast)


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Markus schrieb:
> Also so? :)

Im Prinzip, ja. Nur hast du für die FETs das falsche Schaltsymbol 
erwischt und D und S vertauscht. Der IRLML6244 ist ein N-Kanal MOSFET. 
Vergleich mal mit dem Datenblatt.
Du erkennst das an dem Pfeil, der beim N-Kanal Typ von Source Richtung 
Kanalisolation zeigt. (FET: FET-Typen)

Deinem µC solltest du unbedingt noch einen Kondensator 100nF direkt 
zwischen VDD und VSS (Pin 19/20) spendieren, damit er beim Schalten 
schnell mal einen Schluck Strom bekommen kann, ohne das seine 
Versorgungsspannung einbricht.

von Max H. (hartl192)


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Wolfgang schrieb:624
> Nur hast du für die FETs das falsche Schaltsymbol erwischt und D und S
> vertauscht. Der IRLML6244 ist ein N-Kanal
Stimmt, das habe ich übersehen. Das in der Zeichnung ist ein P-Channel 
MOSFET.

von Markus (Gast)


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Wolfgang schrieb:
> Im Prinzip, ja. Nur hast du für die FETs das falsche Schaltsymbol
> erwischt und D und S vertauscht. Der IRLML6244 ist ein N-Kanal MOSFET.
> Vergleich mal mit dem Datenblatt.
> Du erkennst das an dem Pfeil, der beim N-Kanal Typ von Source Richtung
> Kanalisolation zeigt. (FET: FET-Typen)

Max H. schrieb:
> Stimmt, das habe ich übersehen. Das in der Zeichnung ist ein P-Channel
> MOSFET.

Danke für den Hinweis :) Hab mir ohne Gedanken zu machen einfach die lbr 
von der Bauteilseite gezogen ;D

von Markus (Gast)


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Nochmal zur Vollständigkeit :)

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