diskreter Spannungsregler für späterenImpulsgeber (Signal vom µC) mit einstellbarer Ausgangsspannung

[BEX4652 (Gast)]

Hallo beisammen,

Vorhaben/Beschreibung -> _NICHT RELEVANT nur zum Verständnis
ich möchte über ein Entwicklungsboard mit einem STM-Controller eine 
Impulsgeber(Endstufe) ansteuern; die Endstufe soll dann ein getaktetes 
(Flanken) Ausgangssignal [(high/low kommt vom µC-Ausgang"-1"] ausgeben. 
Des Weiteren möchte ich dieses Ausgangsssignal in der Amplitude 
(Spannung) anpassen (weiterer µC-Ausgang "-2") könne (von 1 bis 32 Volt, 
die feste Versorgungsspannung beträgt 36 Volt)

Meine Frage/Problem hierzu -> NICHT relevant:
Ich möchte die oben erläuterte Endstufe diskret aufbauen, bin allerdings 
nicht gerade fit in diesem Bereich (sag nur Automatisieren :)) und so 
habe ich bevor ich viele, teuere Bauteile kaufe, das ganze mal in Lt 
Spice simuliert, allerdings bekomme ich nicht das gewünschte Ergebnis, 
trotz unzähliger Versuche (seit ca.drei Wochen) [mit einem 
Spannungsregler (ähnlich 7805 (LT3805)) und misbrauchtem 
Schaltpegeleingang sowie einem Mosfet-Treiber funktionierts in LTspice 
zwar, aber das kann ja jeder; ich würde es gerne diskret hinbekommen, 
weiß aber nicht weiter]

Ich habe die Schaltung in zwei Teile aufgeteilt, nun aber erst mal der 
erste Teil:


EIGENTLICHE SCHALTÙNG  ((-einstellbare Impulsausgangsspannung))
-> diskreter Spannungsregler mit PWM-Steuersignal:

Eingang 1: Versorgung von Netzteil 36 V DC 1 A
Eingang 2: µC-Ausgang mit zwei Zuständen 0 oder ca. 3 V  PMW, Takt 10 
kHz Pulsweite gibt nun das Ausgangssignal mit ca. 1 - 32 V an (dabei 
muss dies NICHT linear sein : 3%=1V... 99%=32V; denn dies kann ich mit 
dem µC korriegieren)
Ausgang sollte geglättete Spannung (einstellbar ca. zwischen 1 und 32 V 
über Eingang 2 PWM) bis zu einem Strom von ca. 150 mA

->>>Was ist an der Schaltung falsch oder was muss/kann verbesssert 
werden sodass der Transistor "tut das was er soll"(macht er ja) und 
nicht Ptot überschreitet; also wie ein Spannungsregler,...

-> Leider weiß ich nicht, wie ich hier die LT-Spice-Datei hochladen 
kann???


Über Eure Hilfestellung oder Ansätze würde ich mich sehr freuen.

Viele Grüße und einen schönen Abend

[Stefan F. (Gast)]

Laner Rede kurzer Sinn: Deiner Schaltung fehlt die Spannungsregelung. 
Diskrete Spannungsregler Schaltungen findest du ganz einfach mit der 
Google Bildersuche. Dazu schaltest du deinen Q2 und schon kannst du die 
Spannung pulsen.

https://www.google.de/search?q=spannungsregler+diskret&biw=1398&bih=815&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0CAcQ_AUoAmoVChMIw_7amJ63xwIVgpEsCh2NTACE

Was soll "NICHT RELEVANT" bedeuten?

PS: Dein Text ist extrem anstrengend zu lesen. Du schreibst wie ein 
Roboter, nicht wie ein Mensch.

[Joe F. (easylife)]

Den Transistor musst du sehr gut kühlen.
Der muss bei V_out=1V, I_out=150mA über 5.25W an Wärme abführen.
Da die 150mA ja nicht begrenzt sind im Extremfall sogar mehr.
Ein FZT849 ist für max. 3W spezifiziert.

[Tom A. (toma)]

Hallo BEX4652,

deine Schaltung ist ein prima Schaltverstärker. Damit kannst du,über 
PWM, ausgezeichnet die Leistung im Lastwiderstand steuern. Dazu würde 
ich aber einen PNP-Transistor verwenden, damit die vollen 36V 
durchgeschaltet werden.

Um die Höhe der Ausgangsspannung über die PWM zu regeln, braucht es 
etwas mehr. Es braucht nicht nur die Vorgabe des Sollwertes, sondern 
auch einen Soll/Ist Vergleich mit zugehöriger Regelung.

Die beigefügte Schaltung ist eine Idee in diese Richtung. Die geglättete 
PWM wird Transistor Q1 als Sollwert vorgegeben. Die Ausgangsspannung 
liegt als Istwert an Q3 der Differenzverstärker macht den Vergleich und 
die Regelung.

Mit den gegebenen Werten ist die Auflösung etwa 0,3V, also ca. 300mV 
Spannungsänderung je µs Pulsweitenänderung.

Gruß. Tom

[Joe F. (easylife)]

Schöne Schaltung!
Statt den 2 BC547C könne man ein abgeglichenes Transistorpaar in einem 
Package nehmen.
Oder evtl. doch gleich einen OPV...

[BEX4652 (Gast)]

Stefan U. schrieb:
> Deiner Schaltung fehlt die Spannungsregelung.
> Diskrete Spannungsregler Schaltungen findest du ganz einfach mit der
> Google Bildersuche. Dazu schaltest du deinen Q2 und schon kannst du die
> Spannung pulsen.

Guten Abend Stefan,

vielen Dank für Deine Rückmeldung.

Klar habe ich voher bereits bei der Suchmaschine geschaut, aber das 
passt ja nicht so richtig, mit allen vorgeschlagenen diskreten 
Spannungsreglern stellt man ja die Ausgangsspannung fest (z.B. mit einem 
Poti ein).

Bei meiner Schaltung möchte ich aber die Ausgangsspannung variabel auf 
einen "festen Wert" einstellen; und das Einstellen erfolgt über ein 
PWM-Signal vom µC.
Vielleicht habe ich Deine Argumentation aber auch nicht verstanden, bin 
leider nicht so tief in der Materie drin,...

//Auch nochmal mit der ganzen Beschreibung, das war blöd:
>>Kurz und knakig<<:

->Ich möchte eine Spannung von einem Netzteil 36 V DC variabel reglen 
können (= Ausgang 1...32 V); die Regelung folgt über ein PWM-Signal (0 
und 3 V, 10 kHz)

->Wie kann man dies diskret realisieren; hierzu habe ich einen Vorschlag 
beigefügt, funktioniert aber nicht,...

[BEX4652 (Gast)]

Joe F. schrieb:
> Den Transistor musst du sehr gut kühlen.
> Der muss bei V_out=1V, I_out=150mA über 5.25W an Wärme abführen.
> Da die 150mA ja nicht begrenzt sind im Extremfall sogar mehr.
> Ein FZT849 ist für max. 3W spezifiziert.

N'Abend Joe,

also die Bauteile kann ich ja frei wählen, hate ich vergessen zu 
erwähnen (muss ich dann noch kaufen);
aber ich möchte welche von der Standard-Lib von Lt nehmen, da die 
Implementierung (von Bauteilen in LTspcie) mich schon zwei mal veralbert 
hat (WErte passten nicht zum DAtenblatt, bzw. FEt schaltete überhaupt 
nicht durch)

[BEX4652 (Gast)]

Joe F. schrieb:
> Oder evtl. doch gleich einen OPV...

NÀbend Joe,

die Schaltung über einen OPV habe ich in LTspice bereits zum Laufen 
bekommen, direkt (nur ein OPV) und indirekt Spannungsregler mit 
OPV-Ansteuerung;
aber ich möchte es versuchen, mit Eurer Hilfe :), komplett diskret 
hinzubekommen. Bin leider bereits mit meinem Latein am Ende,...

[Joe F. (easylife)]

Ein OPV kann dir nicht 5W wegbraten.

Den OPV würde ich statt den 2 Transistoren Q1 und Q3 nehmen, da er 
bereits intern äusserst ähnliche Transistoren hat, die den gleichen 
Temperatureinflüssen unterliegen, da sie auf einem Dye sitzen.

Was hast du denn für ein moralisches Problem damit, einen OPV 
einzusetzen?
Dass man soetwas mit Analogtechnik und nicht digital realisieren will, 
verstehe ich ja, aber man muss ja nicht steinzeitlicher designen als 
notwendig.

Ansonsten probiere es halt mit den 2 BC547C!
Ist ja keine schlechte Idee, unterliegt halt Temperaturschwankungen und 
Ungenauigkeiten aufgrund der Verwendung zweier nicht wirklich 
identischen Transistoren...

Man könnte es sicher auch mit Röhren machen, wenn man das toll findet...

[BEX4652 (Gast)]

Tom A. schrieb:

> deine Schaltung ist ein prima Schaltverstärker. Damit kannst du,über
> PWM, ausgezeichnet die Leistung im Lastwiderstand steuern. Dazu würde
> ich aber einen PNP-Transistor verwenden, damit die vollen 36V
> durchgeschaltet werden.

Guten Abend Tom,

vielen Dank für Deine Schaltung (das funktioniert sehr GUT), die ich 
gleich mal in LTspice nachgebaut habe und mal die Spannung vom 
PWM-Signal angepasst habe und in Folge dessen den Spannungsteiler R2/R3 
(nur R2) geändert.
-> Passt das so?

-> Kurze Frage, der BD136 habe ich nicht in meiner Bibliothek und somit 
habe ich disen offen gelassen (bzw. kein Transistor vorgegeben), wird 
dann ein Standard-Transistor zur Berechnung reangezogen?

Das mit dem Soll/Ist-Vergleich hört sich toll an, allerdings hatte ich 
noch vergessen zu erwähnen, die Last von max. 100 mA kann "konstant" 
schwanken (also je nachdem, was ich dann anschließen möchte (zum 
Testen); ist dann aber ein "fester" Strom (also z.B 50 mA +/- 2 mA).
Bei der Simulation habe ich da Diff.s festgestellt.
-> Gibt es hierfür evtl. eine weitere Kompensation oder muss man die 
Spannung über einen ADC auf den µC geben, der dann das PWM anpasst?


> PWM wird Transistor Q1 als Sollwert vorgegeben. Die Ausgangsspannung
> liegt als Istwert an Q3 der Differenzverstärker macht den Vergleich und
> die Regelung.

Bitte entschuldigt die Frage:
Gerne würde ich auch verstehen (habe schon einiges gelesen, aber diese 
Theorie in diese Schaltung zu verwursteln,... und dann ist ja jede 
Schaltung anders, will einfach nit), was in der Schaltung passiert und 
wie man die Komponenten berechnet, einfach aus Neugierde; klar kann ich 
das jetzt so aufbauen und gut ist, aber mein Interesse besteht auch 
darin, ansatzweise das zu verstehen.

Über Eure weitere Hilfestellungen, Tipps und Ansätze würde ich mich sehr 
freuen; evtl. auch weitere Möglichkeiten,für´s Verständis. Danke Euch

[Stefan F. (Gast)]

Das Prinzip ist doch simpel.

Wenn du die SPannung mit einem Mikrocontroller vorgeben willst, dann 
baust du einen D/A Wandler (meinetwegen auch mit PWM), der die 
Referanzspannung vorgibt.

Mit einem OP-Ampt vergleichst du Ausgangsspannung mit Referenz Signal. 
Der Ausgang des OP-Amps steuert einen längs angeordneten 
Leistungstransistor, der die Ausgangsspannung regelt.

Such Dir einfach irgend eine fertige Schaltung aus, wo ein OP-Amp die 
Ausgangsspannugn mit einer Referenzspannung vergleicht. DIe feste 
Referenzspannung ersetzt du durch den AUsgang deines D/A Wandler.

D/A Wandler Schaltungen mit und ohne PWM findet mach auch mit der Google 
Bildersuche.

Ich denke, dieses Thema könnte für Dich aufschlussreich sein: 
Beitrag "Wozu ein Komparator für Spannungsregler?"

Und das: http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/kdarl2.htm

Und das: http://www.ti.com/lit/an/spraa88a/spraa88a.pdf

[Tom A. (toma)]

Hallo  BEX4652,

die Transistorschaltung ist nur für einfache Anwendungen und zum 
Verständnis geeignet, für eine genauer arbeitende  Schaltung ist, wie 
schon erwähnt, ein Operationsverstärker (OPV) heranzuziehen.

Aber jetzt zur Theorie:
Die Transistoren Q1 und Q3 bilden einen Differenzverstärker, der auf den 
gemeinsamen Emitterwiderstand R1 arbeitet. Die ganze Schaltung arbeitet 
so, daß sie versucht die Spannungen an den Eingängen (Basen Q1 und Q3) 
gleich zu halten. Den Sollwert (0V bis 3V) gibt die geglättete PWM an 
der Basis von Q1 vor. Den Istwert bekommt die Basis von Q3 über den 
Spannungsteiler R3/R4. Die Schaltung wird nun versuchen die beiden 
Eingangsspannungen gleich zu halten und die Ausgangsspannung zu 
verändern, bis die Eingangsspannungen gleich sind. Dies wird, im Rahmen 
der Transistoren, mehr oder weniger genau geschehen

Beispiel maximale Ausgangsspannung (Bild PPWM100):

Die PWM liefert 100%, also 3V (Blau). Diese 3V liegen als Sollwert an 
der Basis von Q1. Der Istwert an Q3 sollte nun auch 3V sein. Da die 
Ausgangsspannung aber über den Spannungsteiler (10:1) an die Basis von 
Q3 gelangt, ist das Gleichgewicht bei einer Ausgangsspannung von 30V 
(Grün) hergestellt. Das läßt sich in der Simulation gut ansehen.

Beispiel mittlere Ausgangsspannung (Bild PPWM50)

Die PWM liefert 50%, also 1,5V. Da die Ausgangsspannung der zehnfachen 
Eingangsspannung entspricht, sind es 15V.

Beispiel kleine Ausgangsspannung (Bild PPWM20)

Die PWM liefert 20%, also 0,6V. Da die Ausgangsspannung der zehnfachen 
Eingangsspannung entspricht, sind es 6V.
Nanu! Das sind aber keine 6V im Bild. Spinnt die Simulation????

Nein, alles wie es sein soll. Die 0,6V (und darunter) Eingangsspannung 
kann der Transistor nicht verarbeiten, sein Arbeitsbereich beginnt erst 
ab ca. 0,7V.

Braucht man kleinere Ausgangsspannungen, muß der Transistor vorgespannt, 
oder besser ein Operationsverstärker verwendet werden. Zudem kann die 
einfache Transistorschaltung, wegen der niedrigen Leerlaufverstärkung, 
Lastschwankungen nicht so gut ausregeln als ein OPV.

Zur Schrittweite:

Dein PWM-Signal hat eine Periode von 100µs und ist in 1µs Schritten 
veränderlich. 100µs sind 100% sind 3V sind 3000mV. Dann ist 1 Schritt 
30mV am Eingang des Verstärkers und wegen der Verstärkung (mal 10) 
300mV am Ausgang.

Bei einer Periodendauer von 300µs mit 1µs Schritten ergibt sich eine 
Schrittweite von 100mV.

Zum Simulieren und ausprobieren ist die Transistorschaltung geeignet, 
für eine tatsächlich verwendbare Schaltung würde ich einen 
Operationsverstärker verwenden. Dabei ist allerdings zu beachten, daß 
die 36V Versorgungsspannung für viele OPV's bereits der obere Grenzwert, 
und es nicht gut ist Bauteile am Grenzwert zu betreiben.

Als Transistoren für die Simulation kannst du nehmen, was deine 
Bibliothek hergibt. Das ist unkritisch.

Viel Erfolg und Gruß. Tom

[Tom A. (toma)]

Hallo  BEX4652,

um den Unterschied zu erkennen, hier eine Schaltung in welcher ein 
Operationsverstärker zur Regelung verwendet ist. Er arbeitet sogar bei 
1% (30mV Eingang, 300mV Ausgang) noch. Die größeren Werte werden 
ausreichend genau eingestellt.

Habe den Ausgangstransistor durch einen NPN-Typen ersetzt, das liefert 
in einer realen Schaltung stabileres Verhalten. Nicht der Transistortyp, 
sondern daß jetzt der Emitter den Ausgang bildet.

Gruß. Tom

[BEX4652 (Gast)]

Guten Morgen Tom,

vielen Dank für Deine ausfürhliche Erklärung der Schaltung. Kurze Frage 
noch, gibt es irgendwo ne Seite, wo steht, wie man was berechnet oder 
einfach nur "Längstransistor"?


Tom A. schrieb:
> Habe den Ausgangstransistor durch einen NPN-Typen ersetzt, das liefert
> in einer realen Schaltung stabileres Verhalten. Nicht der Transistortyp,
> sondern daß jetzt der Emitter den Ausgang bildet.

Bei der Schaltung ohne OPV macht es keinen Unterschied, wegen NPN oder 
PNP?

Wie könnte man die obige Schaltung nun auch noch bei schwankendem R5 
stabilisieren?

DAnke für Eure Hilfe

[Tom A. (toma)]

Hallo BEX4652,

ich weiß jetzt keine spezielle Seite mit der Erklärung der Berechnungen, 
aber eigentlich steht das überall, wo die Transistorgrundschaltungen 
erklärt werden.

Habe an die ursprüngliche Schaltung mal verschiedene Lastwiderstände 
angeschlossen (50, 100 und 200 Ohm) um die Spannungsabweichung zu sehen 
(Bild PPWMT1).

Anschließend auf NPN-Ausgangstransistor umgestellt und bereits den 
Ausgangskondensator zum Eingang verlegt, wegen späterer Abschaltung der 
Last. Die kleinere Lastschwankung ist deutlich zu erkennen, jetzt aber 
mit Ripple wegen fehlendem Ausgangselko. (Bild PPWMT2)

Danach den Transistor Q5 zum Abschalten der Last eingefügt, jetzt mit 
gleichbleibendem Lastwiderstand. (Bild PPWMT3)

Gruß. Tom

[Harald W. (wilhelms)]

BEX4652 schrieb:

> Vorhaben/Beschreibung -> _NICHT RELEVANT nur zum Verständnis
> Meine Frage/Problem hierzu -> NICHT relevant:
> Ich möchte die oben erläuterte Endstufe diskret aufbauen,

Ohne Deine angeblich nicht relevanten Infos hätte man garnichts
zu Deinem Problem sagen können. M.E. reicht es, einfach einen
normalen Transistor in Kollektorschaltung als Treiber zu verwenden.
Dieser gibt am Emitter ein im Strom verstärktes Signal aus, welches
um 0,7V kleiner als das an der Basis angelegte Steuersignal ist.
Dieses Steuersignal kann man z.B. mit einem DA-Wandler erzeugen.
Wenn Du dieses Signal zusätzlich taktest, kannst Du mit diesem
Treiber auch gleich Dein Rechteck ausgeben.

[Tom A. (toma)]

Wo er recht hat, hat er recht. War wieder ein typischer Fall von 
Betriebsblindheit.

BEX4652 muß nur die PWM-Spannung ums 10fache verstärken, von 0V bis 3V 
auf 0V bis 30V. Die Lastabhängige Spannungsschwankung sind gerade mal 
80mV.

Danke Harald!

[BEX4652 (Gast)]

Hallo Harald,
hallo Tom,

danke für den weiteren Vorschlag (den oberen bin ich grad am testen :)); 
wie würdet Ihr dies am einfachsten bewerkstelligen?

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

BEX4652 schrieb:
> Leider weiß ich nicht, wie ich hier die LT-Spice-Datei hochladen kann???
Du hängst einfach die *.asc Datei als Anhang an deinen Post. Mit Bildern 
kannst du es ja schon ganz gut...

[BEX4652 (Gast)]

Guten Morgen nochmals,

hab noch ne kleine Frage (möchte es jetzt doch ganz diskret, mit dem 
Differenzverstärker, wie Du, Tom es mir vorgeschlagen hast; einfach mal 
aufbauen):

- >  Den 2STN2550 kann man den für den Längstransistor nehmen?

- > Und gleich die nächste Frage, wie kann man da Ptot (thermisch) für 
diesen Fall; einfach aus Interesse?


Dann möchte ich evtl. noch eine Strombegrenzung reinmachen und habe das 
gefunden:
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0204132.htm
-> Gibt´s auch was einfachers?


Vielen Dank für Eure Infos

[Stefan F. (Gast)]

Ich will ja keine Erbsen zählen, aber Q1, Q2 und R5 bilden im Grunde 
genommen einen Operationsverstärker.

[Harald W. (wilhelms)]

BEX4652 schrieb:

> -> Gibt´s auch was einfachers?

Einfacher als zwei Bauteile? Das wird schwierig. :-(

[BEX4652 (Gast)]

Stefan U. schrieb:
> Ich will ja keine Erbsen zählen, aber Q1, Q2 und R5 bilden im
> Grunde
> genommen einen Operationsverstärker.

Hallo Stefan,
das ist mir mitlerweiel klar :) Aberich möchte es halt diskret aufbauen 
und daher die Frage, ob der Transistor das ab kann (ausprobieren wäre 
auch ne möglichkeit :));
und vor allem wöre interessant, wie berechnet man das dynamisch oder wie 
man das nennt.

Harald W. schrieb:
> BEX4652 schrieb:
>
>> -> Gibt´s auch was einfachers?
>
> Einfacher als zwei Bauteile? Das wird schwierig. :-(
Hallo Harald,
ich meinte auch, funzt das so, wenn ich das vor die Schaltung bastle, 
bei 200mA oder zieht mir das die Spannung runter?

[Tom A. (toma)]

Hallo  BEX4652,

die größte Verlußtleistung für den Längstransitor tritt bei einem 
Kurzschluß am Ausgang auf. Ohne Strombegrenzung ist sie so groß, wie das 
Netzteil es zuläßt. Mit einer Strombegrenzung, von z.B: 200mA, ist sie 
(Eingangsspannung - Spannung an der Strombegrenzung) x 0,2A. Also etwa 
(36V - 1V) x 0,2A = 7W. Das ist für die möglichen 1,6W des 2STN2550 zu 
viel.

Du brauchst einen Transistor, welcher mindestens 7W Leistung (Ptot) 
verträgt, und der muß auch noch auf ein Kühlblech, damit er durch die 
7Watt nicht zu stark erwärmt wird. Der BD136 oder Ähnliche sind gut 
geeignet, er hat 12,5W Ptot und ein Loch zum Befestigen auf dem 
Kühlblech.

Eine andere Möglichkeit wäre eine elektronische Sicherung, die den 
Stromkreis bei Überstrom unterbricht. Im abgeschalteten Stromkreis 
entsteht keine Verlustleistung.

Ohne leisungsstarken Transistor mit Kühlblech wird es aber nicht gehen. 
Ist zum Beispiel die Ausgangsspannung 10V, bei einem Laststrom von 
150mA, so stehen am Transistor 26V bei 150mA an (3,9W). Dies ist ein 
normaler Betriebszustand, in dem noch keine Strombegrenzung/Sicherung 
anspricht.

Gruß. Tom

[Tom A. (toma)]

Hallo BEX4652,

jetzt habe ich etwas Zeit und kann die Leistungs- und 
Temperaturberechnungen am Transistor etwas ausführlicher zeigen.

Die elektrische Leistung (P) berechnet sich zu Spannung (U) mal Strom 
(I), also P = U x I. Im Falle eines Transistors ist dies die 
Kollektorleistung  (Kollektor/Emitterspannung (UCE) mal dem 
Kollektorstrom (IC)) plus der Basisleistung (Basis/Emitterspannung (UBE) 
mal Basisstrom (IB)). Die Basisleistung ist gegenüber der 
Kollektorleistung meist vernachlässigbar gering.

Beispiel Basis- und Kollektorleistung:
In unserem Beispiel soll ein Laststrom (Kollektorstrom) von 150mA 
fließen. Eingangsspannung 36V, Ausgangsspannung 10V.

Kollektorleistung Pv:
UCE = Eingangsspannung - Ausgangsspannung = 36V - 10V = 26V.
IC = 150mA, Pv = UCE x IC = 26V x 0,15A = 3,9W

Basisleistung:
Laut Datenblatt hat der BD136 eine Stromverstärkung (hfe) von 63-250, 
wir nehmen WorstCase, also den niedrigsten Wert von 63. Damit ist der 
Basisstrom IC / hfe = 0,15A / 63 = 0,0024A. Die Basisspannung ist ca. 
0,7V und somit die Basisleistung UBE x IB = 0,7V x 0,0024A = 0,0017W. 
Die Basisleistung ist um das 2340fache kleiner als die Kollektorleistung 
und kann vernachlässigt werden.

Transistortemperatur ohne Kühlkörper:
Im Datenblatt finden wir für den BD136 einen Wärmewiderstand ohne 
Kühlkörper (Rthj-a) von 100 K/W. Die Temperatur des Transistors (Tg) ist 
im gewählten Betriebsfall (Rthja x Pv) - Umgebungstemperatur (Tu 25°C) = 
(100 x 3,9) - 25°C = 390 - 25 = 365°C. Das führt für den Transistor zum 
RIP (Rest in Peace), da er laut Datenblatt nur bis 150°C verträgt.

Transistortemperatur mit Kühlkörper:
Im Datenblatt finden wir einen Wärmewiderstand mit Kühlkörper (Rthj-mb) 
von 10 K/W. Wir wollen die Transistortemperatur auf 70°C begrenzen. Der 
Wärmewiderstand des Kühlkörpers (Rthk) = 
((gewünschteTransistortemperatur (Tg) - Umgebungstemperatur (Tu)) / 
Verlustleistung (Pv)) - Transistorwärmewiderstand (Rthjmb). Für unser 
Beispiel, Rthk = ((70-25) / 3,9) - 10 = 1,54 K/W.

Gruß. Tom

[Stefan F. (Gast)]

Wenn man für Q3 einen Leistungstransistor verwendet, sollten man 
berücksichtigen, dass dieser einen sehr viel geringeren 
Verstärkungsfaktor hat, als der BC327-40 aus der Simulation.

Ensprechend höher muss dessen Basiss-Strom sein. Also muss R5 kleiner 
sein. Das wiederum führt zu höherer Belastung der Referenz-Quelle und 
auch der Spannungsteiler R2/R3 wird höher belastet.

Also müssen R1, R2 und R3 viel geringere Widerstandwerte haben.

Weiterhin wird wegen der geringeren Stromverstärkung das Regelverhalten 
schlechter. Die Abweichung vom Soll-Wert zum Ist-Wert unter Last wird 
entsprechend größer.

Nachdem nun der Basis-Strom von Q3 ausreichend erhöht wurde, sollte man 
prüfen, ob Q1/Q2 nun nicht überlastet werden. Denn schon bei 10mA wird 
es dort eng.

[BEX4652 (Gast)]

Stefan U. schrieb:
> Wenn man für Q3 einen Leistungstransistor verwendet, sollten man
> berücksichtigen, dass dieser einen sehr viel geringeren
> Verstärkungsfaktor hat, als der BC327-40 aus der Simulation.
>
> Ensprechend höher muss dessen Basiss-Strom sein. Also muss R5 kleiner
> sein. Das wiederum führt zu höherer Belastung der Referenz-Quelle und
> auch der Spannungsteiler R2/R3 wird höher belastet.
>
> Also müssen R1, R2 und R3 viel geringere Widerstandwerte haben.
>
> Weiterhin wird wegen der geringeren Stromverstärkung das Regelverhalten
> schlechter. Die Abweichung vom Soll-Wert zum Ist-Wert unter Last wird
> entsprechend größer.
>
> Nachdem nun der Basis-Strom von Q3 ausreichend erhöht wurde, sollte man
> prüfen, ob Q1/Q2 nun nicht überlastet werden. Denn schon bei 10mA wird
> es dort eng.

Hallo Stefan,

danke für den Hinweis, welche Typen von Transistoren sollte man dann für 
Q1 und Q2 wählen; sodass das Regelverhalten und der Basis-Strom wieder 
"besser" werden?

Vielen Dank für weitere Hinweise; @Tom muss die Berechnung noch 
verstehen und auch noch ein bisschen einlesen; vielen Dank für Deine 
ausführliche Rückmeldung

[Tom A. (toma)]

Hallo BEX4652,

ich habe mir erlaubt, deine Schaltung um eine Strombegrenzung zu 
ergänzen und eine höhere Verstärkung des Längstransistors zu verwenden. 
Vom Basisstrom schaffen die BC547 das leicht, der BD136 hat, bei 150mA 
Kollektorstrom, eine Stromverstärkung von mindestens 63. Damit braucht 
er zur Ansteuerung nur 150mA / 63 ~ 2,4mA, kein Problem für einen BC547. 
Aber mit einer höheren Verstärkung und dem Emitter als Ausgang, 
verbessern sich die Regeleigenschaften.

Jetzt sitzt im Ausgang eine Darlingtonstufe aus Q3 und Q4. Der BC557B 
hat eine Verstärkung von mindestens 220. Die Verstärkungsfaktoren 
multiplizieren sich, V = Vq3 x Vq4 = 63 x 220 = 13860.

Die Schaltung aus R7 und Q5 begrenzt den Kurzschlußstrom auf ca. 160mA.

Falls du die Spicemodelle der Transistoren BD135 und BD136 nicht hast, 
sind sie hier. Im Installationsverzeichnis von LTSice befindet sich 
unter "...\lib\cmp\" die Datei "standard.bjt". Diese Datei mit LTSpice 
oder einem Texteditor öffnen und die Modeldefinitionen hineinkopieren, 
abspeichern LTSpice neu aufrufen und schon sind die Modelle verfügbar.

.model BD135  NPN (IS=4.815E-14  NF=0.9897    ISE=1.389E-14  NE=1.6 
BF= 124.2
+    IKF=1.6      VAF=222      NR=0.9895    ISC=1.295E-13  NC=1.183
+    BR=13.26    IKR=0.29    VAR=81.4    RB=0.5      IRB=1E-06
+    RBM=0.5      RE=0.165     RC=0.096    XTB=0      EG=1.11
+    XTI=3      CJE=1.243E-10  VJE=0.7313    MJE=0.3476     TF=6.478E-10
+    XTF=29      VTF=2.648    ITF=3.35    PTF=0      CJC=3.04E-11
+    VJC=0.5642    MJC=0.4371    XCJC=0.15    TR=1E-32    CJS=0
+    VJS=0.75    MJS=0.333    FC=0.9359
+    Vceo=45      Icrating=1500m  mfg=Philips)

.MODEL BD136  PNP (IS=7.401E-14  NF=0.9938    ISE=4.104E-16  NE=1.054 
BF=336.5
+    IKF=0.1689    VAF=22.47    NR=0.9913    ISC=1.290E-14  NC=1.100
+    BR=13.91    IKR=9.888E-2  VAR=30.00    RB=0.500    IRB=1E-06
+    RBM=0.500    RE=0.208    RC=5.526E-02  XTB=0      EG=1.11
+    XTI=3      CJE=1.066E-10  VJE=0.6900    MJE=0.3676    TF=2.578E-10
+    XTF=13.56    VTF=2.366    ITF=1.3040    PTF=0      CJC=5.234E-11
+    VJC=0.6431    MJC=0.4436    XCJC=0.440    TR=1E-25    CJS=0
+    VJS=0.75    MJS=0.333    FC= 0.990
+    Vceo=45      Icrating=1500m  mfg=Philips)

Gruß. Tom

[Stefan F. (Gast)]

> danke für den Hinweis, welche Typen von Transistoren sollte man
> dann für Q1 und Q2 wählen; sodass das Regelverhalten und der
> Basis-Strom wieder "besser" werden?

Keine besonderen Typen. Je mehr Strom die Dinger vertragen, desto 
geringer ist ihr Verstärkungsfaktor. Dem wirkt man mit mehr Transistoren 
entgegen. Tom hat da einen brauchbaren Ansatz gepostet.

Ich würde jedoch einen fertigen OP-AMp nehmen. Aber das weisst du ja 
schon :-)

[MaWin (Gast)]

BEX4652 schrieb:
> Über Eure Hilfestellung oder Ansätze würde ich mich sehr freuen.

Warum diskret?

 5V               +36V
                   |
OFF -----------+---(--52k--+
               |   |       |
PWM --100k--+--(--|+\      |
            |  |  |  >-----+-- 
          100n +--|-/
            |  |   |  LM358
            | 10k  |
            |  |   |
GND --------+--+---+

OFF auf high schaltet aus, sonst Eingang

[Joe F. (easylife)]

MaWin schrieb:
> LM358

Joah, 830mW Power dissipation reicht nicht ganz für Signale unter 30V 
bei 150mA. Fehlt halt noch der diskutierte Leistungstreiber.

Bei 0.3V/us slew rate wollen wir mal nicht so kleinlich sein (36V mit 10 
kHz erfordern min. 0.72V/us).

Aber max-supply voltage von 32V und V_out_high von 26V nehme ich dir ein 
wenig übel.

;-)

PS: nicht falsch verstehen, die Schaltung ist gut, und wären die 
Anforderungen an Spannung und Strom nicht so absurd, würde ich es genau 
so machen.
Vllt. noch einen Transistor, um den uC Output nicht high-z schalten zu 
müssen (bei evtl. auftretenden hohen Ausgangsspannungen des Op-Amps beim 
Hochfahren hätte ich da sowieso etwas Bedenken...).