Hallo, ich sitz wie hier (Beitrag "Step-up Wandler dimensionieren") immernoch über der Schaltung meines Vorgängers, die ich verstehen muss, damit ich nachvollziehen kann, was gemacht wurde. Der angehangene Schaltungsteil ist dazu da, dass der maximale Strom auf 100mA begrenzt wird. Über Kanal 1 kommt ein getaktetes Signal rein, sodass letztendlich der Kollektorstrom von dem PNP-Transistor ebenfalls getaktet wird. Was mit dem Teil von Kanal 1 passiert, der aus dem Bild läuft ist nicht von Bedeutung. Ich tu mich gerade etwas schwer bei der Dimensionierung der Widerstände R2 und R14 beim PNP-Transistor und den Widerständen von dem NPN-Transistor. Was ist bekannt: *UB sind 120 V *Icmax 100mA Laut Datenblatt hat der PNP Transistor ein Verstärkungsfaktor von 50 bei Ic=-50mA. Wenn ich den benötigten Basistrom errechne komme ich auf Ib=(0,1A/50)=2mA. Über den NPN Transistor wird der Basisstrom von dem PNP-Transistor begrenzt. Somit muss ich den Basiswiderstand bei 5V berechnen. Der NPN-Transistor hat einen Verstärkungsfaktor von 60. Somit ergibt sich für IB=(0,002A/60)=33µA. Das ergibt wiederum einen Widerstand von Rb=(Ue-0,7V)/33µA=130k. Nun habe ich im Forum hier gelesen, dass man diesen Wert nochmals durch 3 oder 4 teilen muss, damit der Transistor zuverlässig durchsteuert. Das wären dann 32k für Rb. Er kommt aber auf 4,7k. Was mache ich verkehrt und wie berechne ich die Widerstände für den PNP-Transistor, damit da maximal 100mA rauskommen? Vielen Dank :)
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Arsch N. schrieb: > Laut Datenblatt hat der PNP Transistor ein Verstärkungsfaktor von 50 bei > Ic=-50mA. Mit einer Streuung von +200 und -50%. Oder so. > Wenn ich den benötigten Basistrom errechne komme ich auf > Ib=(0,1A/50)=2mA. Der Trick liegt an einer "konstanten" Spannung am POT1. Und daraus folgend einer "konstanten" Spannung am R16 und daraus folgend einem "konstanten" Strom über U$11. Und dieser Strom steht dann dem U$12 und dem R14 zur Verfügung. Und je mehr Spannung nun am R2 abfällt, um so mehr Spannung fällt auch am R14 ab, umso mehr Strom fließt durch den R14 und um so weniger Strom bleibt dem U$11. Deshalb macht der dann irgendwann (mehr oder weniger) dicht und begrenzt den Strom. Persönlich finde ich das Design aber ein wenig wackelig, zufällig und temperaturabhängig. Warum musst du das überarbeiten? > Er kommt aber auf 4,7k. Ausprobiert?
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Arsch N. schrieb: > Über den NPN Transistor wird der Basisstrom von dem PNP-Transistor > begrenzt. Schaltungen, die einen Ausgangsstrom durch einen um den Stropmverstärkungsfaktor geringeren Basisstrom begrenzen wollen, taugen prinzipiell gar nichts. Die Stromverstärkung unterliegt hohen Exemplarstreuungen und ist vom Kollektorstrom abhängig, also komplett ungenau. Würde man in einer kaputt gegangenen Schaltung den Transistor durch ein neues Exemplar ersetzen, kommt ein ganz anderer Strom bei raus. Dann mit einem Poti nachzujustieren, ist unterste Provizliga der Hobbybastler. An der Schaltung gibt es nichts sinnvolles zu analysieren. Es gibt viele zuverlässig funktionierende Strombegrenzungen auch für 120V mit weniger Bauteilen. Der PMBT5401 ist auch Schwachsinn, der kann höchstens die 120V auf 117.5V reduzieren, um die 100mA auszuregeln, danach stirbt er an Überhitzung.
1 | +120V ---+---+ |
2 | | | |
3 | | 6R8 |
4 | E| | |
5 | PNP >|--+ |
6 | | | |
7 | | |E |
8 | +--|< PNP |
9 | NPN | | |
10 | PWM ----|< +-- out |
11 | |E |
12 | 1k |
13 | | |
14 | GND |
[/pre]
Lothar M. schrieb: > Persönlich finde ich das Design aber ein wenig wackelig, > zufällig und temperaturabhängig. Das ist sehr höflich ausgedrückt. Die Schaltung ist "broken by design", denn sie verlässt sich in ihrer Kernfunktion darauf, dass die Stromverstärkung des PNP-Transistors von vornherein genau bekannt ist. Das ist ein Kunstfehler. Von der "Kleinigkeit", dass der PMBT5401 ein SOT23-Gehäuse hat und im Kurzschlussfall 12 Watt aushalten muss, reden wir mal gar nicht. Tut es wirklich dermaßen weh, mal das Kapitel "Stromquellen mit Transistoren" im Tietze/Schenk zu lesen?
Naja, ganz so schlimm ist es um die Stabilität nicht bestellt, da durch die Emitterwiderstände nicht die Stromverstärkung sonden nur die (temperaturabhängige) Ube für den Strom bestimmend ist. Bei Il=100mA fallen an R2 1,1V ab. Damit U$11 leitet, kommt seine Ube~0,7V hinzu. Der Strom durch R14 muß also einen Spannungsabfall von 1,8V erzeugen d.h. 0,15mA betragen. Ähnlich arbeitet auch U$12 mit R16 und dem Spannungsteiler an der Basis. Wenn das Signal an Kanal1 0V hat sperrt U$12 und damit auch U$11 komplett. Einige Details zu solchen Schaltungen finden sich u.a. auch bei http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/currled.htm Allerdings würde ich das ganze vor allem auch im Hinblick auf das Schaltverhalten erst einmal simulieren.
substB schrieb: > Naja, ganz so schlimm ist es um die Stabilität nicht bestellt, da durch > die Emitterwiderstände nicht die Stromverstärkung sonden nur die > (temperaturabhängige) Ube für den Strom bestimmend ist. Was leider nicht stimmt. Denn das: > Bei Il=100mA fallen an R2 1,1V ab. Damit U$11 leitet, kommt seine > Ube~0,7V hinzu. Der Strom durch R14 muß also einen Spannungsabfall von > 1,8V erzeugen d.h. 0,15mA betragen. übersieht, dass die Stromverstärkung nur etwa 130 ist und einen Basisstrom von ca. 0,77mA erfordert.
ArnoR schrieb: > substB schrieb: > Was leider nicht stimmt. Denn das: > >> Bei Il=100mA fallen an R2 1,1V ab. Damit U$11 leitet, kommt seine >> Ube~0,7V hinzu. Der Strom durch R14 muß also einen Spannungsabfall von >> 1,8V erzeugen d.h. 0,15mA betragen. > > übersieht, dass die Stromverstärkung nur etwa 130 ist und einen > Basisstrom von ca. 0,77mA erfordert. Daher ist der Summenstrom Ic(U$12) ja einstellbar. Die sinkende Stromverstärkung mit zumehmendem Kollektorstrom - hfe~100@Ic=100mA (1) stabilisiert jedenfalls den Arbeitspunkt. Über eine Temperaturabhängigkeit schweigt allerdings das DB. Wie auch immer - ich hab nicht behauptet, dass die Lösung ideal ist, sondern nur angemerkt, dass es keine Katatrophenschaltung (2) ist und wollte dem TO einen Ansatz zur Dimensionierung und ggfls. Verbesserung liefern. (1) Fig. 2 http://www.nxp.com/documents/data_sheet/PMBT5401.pdf (2) Abgesehen von MaWin schrieb: > Der PMBT5401 ist auch Schwachsinn, der kann höchstens die 120V auf > 117.5V reduzieren, um die 100mA auszuregeln, danach stirbt er an > Überhitzung.
substB schrieb: > Naja, ganz so schlimm ist es um die Stabilität nicht bestellt, Doch. > da durch die Emitterwiderstände nicht die Stromverstärkung > sonden nur die (temperaturabhängige) Ube für den Strom > bestimmend ist. Nein. U12 ist in ziemlich guter Näherung eine Stromsenke. Die Kollektorspannung von U12 - also gleichzeitig die Basisspannung von U11 - ist unbestimmt; lediglich der BasisSTROM von U11 wird durch U12 bestimmt. Anders ausgedrückt: Die Emittergegenkopplung von U11 wird durch die Stromsteuerung außer Kraft gesetzt. Es wäre eine Spannungssteuerung notwendig. In der vorliegenden Schaltung geht die Stromverstärkung von U11 voll als Fehlergröße ein.
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Possetitjel schrieb: > In der vorliegenden Schaltung geht die Stromverstärkung > von U11 voll als Fehlergröße ein. Bist du dir da sicher? Der Knick in der Simulation ist jedenfalls hypsch.
substB schrieb: > Possetitjel schrieb: >> In der vorliegenden Schaltung geht die Stromverstärkung >> von U11 voll als Fehlergröße ein. > > Bist du dir da sicher? Naja, was "voll" ist, liegt im Auge des Betrachters... > Der Knick in der Simulation ist jedenfalls hypsch. Stattgegeben. In Deiner Schaltung ist das Verhältnis aus R2 und hfe*Re günstiger als in der Ursprungsschaltung, d.h. die Verhältnisse an der Basis gehen tendenziell mehr in Richtung "Spannungssteuerung". Je größer Du R2 wählst und je kleiner Du I1 machst, desto schlechter wird das Verhalten der Schaltung. Bei 10 k und 0.2 mA wird das schon recht übel aussehen...
substB schrieb: > Bei Il=100mA fallen an R2 1,1V ab. Damit U$11 leitet, kommt seine > Ube~0,7V hinzu. Der Strom durch R14 muß also einen Spannungsabfall von > 1,8V erzeugen d.h. 0,15mA betragen. Natürlich, aber damit durch R14 die 0.15mA fliessen, muss Richtung U$12 diese 0.15mA+IB fliessen, und da IB = IC * Stromverstärkung ist, diese Stromverstärkung irgendwo zwischen 50 und 200 liegt, also 0.15+0.5mA, oder 0.15+2mA, also irgendwas mit so grosser Toleranz, dass der Begriff Konstantstrom konterkariert wird. Dass bei gegebener Stromverstärkung das Ding irgendwohin den Strom begrenzt, hilft da wenig.
Vielen Dank für die Antworten. Ich muss das erstmal verarbeiten :) Ich muss die Schaltung nicht überarbeiten. Ob da jemals wieder was dran gemacht wird, wage ich zu bezweifeln. Ich bin jetzt nur für das Projekt zuständig und ich habe den Anspruch das zu verstehen, wenn doch mal Fragen aufkommen sollten. Die Schaltung mag Schwachsinn erscheinen. Für das Produkt wohl ausreichend, da es ein Produkt ist, was im untersten Preissegment angesiedelt ist. Aber das ist egal.
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MaWin schrieb: > Dass bei gegebener Stromverstärkung das Ding irgendwohin den Strom > begrenzt, hilft da wenig. Auch wenn mein Schaltungsname unpassend war, ging ich davon aus, dass es Nelson um so eine einstellbare Begrenzung ging. Aber ihr habt mich bekehrt. Ich habe den Einfluss von hfe unterschätzt. Erst hab ich mich noch gefreut (uc_ilim1_1.png), jedoch ist das - auch nicht mehr bei NXP vorhandene - Modell ziemlich unglaubwürdig, was das Temperaturverhalten betrifft (PMBT5401_test.png). Mit einem ähnlichen 2N5401 wird die Stromeinstellung tatsächlich unbrauchbar, bevor das Teil den Hitzetod stirbt (uc_ilim1_3.png).
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