Transistoren als Schalter

[Mark S. (samlono)]

Hallo an alle!

Ich versuche mich gerade an ein paar kleinen Schaltungen, welche mir im 
Moment mehr Schwierigkeiten machen, als ich erwartet habe.

Das Thema Transistoren als Schalter wurde hier zwar schon das ein oder 
andere Mal besprochen, leider haben mir die Threads nicht vollständig 
geholfen.

Im Großen und Ganzen läuft es darauf hinaus, dass ich das Thema 
Transistoren wohl noch nicht so ganz durchblicke .... .
Es wäre also klasse, falls mir hier jemand weiter helfen könnte, da gehe 
ich allerdings auch stark von aus :)

Ich habe 4 Situationen, in welchen ich Transistoren gerne als Schalter 
verwenden möchte, ob ich das Ganze richtig gemacht habe weiß ich nur 
leider nicht.
Bevor es dann zu gegebener Zeit zusammengebaut wird, würde ich gerne 
wissen, ob das soweit in Ordnung ist (was ich nur bedingt glaube), bzw. 
was ich wo alles falsch gemacht habe :D

1. ------     1.Schaltung.png     ------
Hierbei bin ich mir relativ sicher, es richtig gemacht zu haben, aber 
sicher ist sicher
  Es wird eine Last - 6V, 1.8W -   über einen NPN Tarnsistor auf Masse 
geschaltet,
  Hierzu liegen 0, bzw. 3.3V an der Basis an, Masse liegt  am Emitter 
und die Last (1.8W) selbst am Kollektor.


2. ------     2.Schaltung.png     ------
Es wird ein Wechselschalter benötigt, hier fangen die Fragen, bzw. die 
Unsicherheiten erst recht an.

  2 Kondensatoren sollen so verschaltet werden, das:
    + Nur einer jeweils mit Masse verbunden ist
    + Beim anlegen von 3.3V an eine Basis, der jeweils andere 
Kondensator auf Masse gelegt wird.


3. ------     3.Schaltung.png     ------
Der Ausgang eines verwendeten UND-Gatters stellt einen Massepol/-pin 
dar, welcher genutz werden soll,
um die Verbindung zwischen einem Pin und einer 6V Versorgungsleitung zu 
unterbrechen.
Standardmäßig soll diese Verbindung bestehen!


4. ------     4.Schaltung.png     ------
Ähnlich, wie #1., soll hier eine Verbindung zwischen einer 3.3V 
Signalleitung und einem Input-GPIO hergestellt werde.
  Unterschied: Standardmäßig soll hier keine Verbindung vorliegen.


Ich habe wirklich eine Menge gegoogelt, eine Menge gelesen und davon 
vermutlich wieder einiges vergessen oder auch falsch verstanden;
bei den hochgeladenen Schaltungen handelt es sich um mein Ergebnis, ich 
hoffe damit nicht vollständig falsch zu liegen .... .

Ich bin für jeden Tipp, Hinweis oder die Lösung der einzelnen Probleme 
sehr dankbar, im Moment komme ich einfach nicht weiter.

Besten Dank im Voraus!
Gruß Mark

[Klaus R. (klara)]

Mark S. schrieb:
> 1. ------     1.Schaltung.png     ------
> Hierbei bin ich mir relativ sicher, es richtig gemacht zu haben, aber
> sicher ist sicher
>   Es wird eine Last - 6V, 1.8W -   über einen NPN Tarnsistor auf Masse
> geschaltet,
>   Hierzu liegen 0, bzw. 3.3V an der Basis an, Masse liegt  am Emitter
> und die Last (1.8W) selbst am Kollektor.

Wie gross ist denn R1? Was hat der Transistor für eine Stromverstärkung?

[Danish B. (danishbelal)]

Bei 3 musst du Q4 umdrehen. Wäre dann Kollektorschaltung, aber die 
funktioniert auch.

Zudem würde ich an Q2.2 noch einen Pull-Down ranhängen.

PS den Kurzschluss würde ich auch noch entfernen.

mfg

[Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill)]

Mark S. schrieb:
> Ich habe wirklich eine Menge gegoogelt, eine Menge gelesen und davon
> vermutlich wieder einiges vergessen oder auch falsch verstanden;
> bei den hochgeladenen Schaltungen handelt es sich um mein Ergebnis, ich
> hoffe damit nicht vollständig falsch zu liegen .... .

Offenbar hast Du nur sehr oberflächliche Informationen gefunden oder 
alle Seiten, auf denen es ans Eingemachte geht, ignoriert. Du solltest 
unbedingt eines der anerkannten Fachbücher ausgiebig durcharbeiten, z.B. 
den Tietze/Schenk oder den Horowitz/Hill. Derzeit fehlt Dir leider noch 
komplett das Verständnis für Transistoren. Auf Grund der vielen Fehler 
in Deinen obigen Schaltungen wäre es auch nicht sinnvoll, diese hier 
ausgiebig zu diskutieren.

[Mark S. (samlono)]

Vielen Dank für die ersten Hilfen und Nachfragen.
Ich hab an den Schaltungen einiges getan, es wäre schön, falls ihr euren 
Senf dazu geben könntet :)

>Wie gross ist denn R1? Was hat der Transistor für eine Stromverstärkung?

Ich habe erstmal einen Pulldown an der Basis hinzugefügt, vgl.:

----------- 1a) -----------

Sofern die Schaltung passt, würde ich, bei 6V Spannung und einer Last 
von 1.8W - 2.4W folgende Werte nehmen:
Transistor: 2N5550
Verbraucher: 300-400mA   (gerechnet mit 400mA)
Stromverstärkung:20
I_b = 20mA
R16 = R_b = 256 Ohm
R8: Pull-Down, 4,7k   ?
  Würden diese 4,7k ausreichen?

###########################
> Bei 3 musst du Q4 umdrehen. Wäre dann Kollektorschaltung, aber die
> funktioniert auch.

----------- 3. wurde jetzt zu 3a) -----------
Hierbei habe ich eine Emitterschaltung, welche dauerhaft 6V an den 
Verbraucher liefern soll, bis das UND-Gatter auf Masse schaltet,
die Werte sind ähnlich wie bei 1a), da die selbe Last zu schalten ist.
Als Transistor:2N5401
Current gain: 50
I_b=8mA
R_b = (6-0.7)V / 8mA = 662.5 Ohm
wäre der Basiswiderstand in diesem Fall R23?
Wie steht es um R22?

#################

----------- Schaltung 2 -----------
Ich habe 2 Versionen hoch geladen, 2a) und 2b)
Das Ziel beider Schaltungen soll sein, beim Schalten eines GPIO auf 3.3V 
einen Kondensator zu ( C7/17 ) und den anderen ( C4/16 ) weg zuschalten.

----------- 2a)
Soll die Versorgungsspannung, C4/16, über eine negative Logik schalten 
und deaktivieren, sobald der GPIO 3.3V bereit stellt.
Sobald der GPIO 3.3V bereit stellt, soll C7/17 über positiv Logik auf 
Masse geschaltet werden.
Hier habe ich statt der Emitter- eine Kollektorschaltung, ist das so 
machbar?

----------- 2b)
Unterschied zu 2a) soll darin liegen, dass  C4/16 nicht durch die 3.3V 
des GPIO, sondern durch die zu geschaltete Versorgungsspannung von C7/17 
deaktiviert werden soll.

Hier wüsste ich gerne, ob das so ginge und falls ja, ob die Widerstände 
in brauchbaren Bereichen liegen.

----------- Schaltung 4a -----------
Hier soll auf einen auf input gestellten GPIO geschaltet werden, sobald 
das UND_Gatter auf Masse schaltet.
Wird das auch erreicht?
Bspw. Mit einem Verbraucher von 20mA und dem  BC846, bei 3.3V:
http://www.nxp.com/documents/data_sheet/BC846_SER.pdf
 Dort habe ich unter ‚DC current gain‘ group A und group B, mir ist 
nicht ersichtlich, woran ich erkennen kann, wonach hier die Gruppen 
zugeordnet werden.
Current gain, group A = 110
Current gain, group B = 200
Basiswiderstand, group A: (3.3V-0.7V) / 0.182mA = 26k Ohm
Basiswiderstand, group A: (3.3V-0.7V) / 0.1mA = 14.285k Ohm

Wie relevant sind die Unterschiede hier?
Ich möchte ja definitiv schalten, also gut in der Sättigung liegen.

Also, was sagt ihr zu den Schaltungen, Transistoren, Widerständen?

___________________________________________________
>Offenbar hast Du nur sehr oberflächliche Informationen gefunden oder
>alle Seiten, auf denen es ans Eingemachte geht, ignoriert. Du solltest
>unbedingt eines der anerkannten Fachbücher ausgiebig durcharbeiten, z.B.
>den Tietze/Schenk oder den Horowitz/Hill. Derzeit fehlt Dir leider noch
>komplett das Verständnis für Transistoren.

Hallo Andreas, auch dir vielen Dank für deinen Kommentar und den Hinweis 
auf die Fachbücher.
In Anbetracht der Tatsache, das Transistoren zu Millionen eingesetzt 
werden, auch von Laien in den unterschiedlichsten Schaltungen, halte ich 
es für äußerst unwahrscheinlich, dass zum Erstellen dieser doch recht 
einfachen Schaltung, das Lesen und ausgiebige Durcharbeiten von 
Fachbüchern erforderlich ist.

>Auf Grund der vielen Fehler
>in Deinen obigen Schaltungen wäre es auch nicht sinnvoll, diese hier
>ausgiebig zu diskutieren.
Vielleicht wäre es ja doch hilfreich gewesen, wenigstens auf die Fehler 
aufmerksam zu machen;
Zu sagen, das Fehler vorliegen, du mir aber nicht verrätst wo und welche 
das sein könnten, weil ich es ja doch nicht verstehe ....… well ....... 
Ne, ist nicht wirklich hilfreich.

Alternativ wären ja auch Beispiele, wie es richtig geht, oder links auf 
einschlägige Seiten, die ich vlt. nicht gefunden oder überlesen habe 
möglich gewesen.
Das scheint mir doch wesentlich sinnvoller, sowohl für mich, als auch 
für alle Anderen, die vielleicht mal ähnliche Fragestellungen haben.

[Boris O. (bohnsorg)]

Zuerst schlägst du nach, was TL;DR bedeutet. Transistoren als Schalter 
werden nicht mit der Stromverstärkung gerechnet. Stattdessen sind sie in 
Sättigung und der Basisstrom wird nur begrenzt (mit etwas Reserve, damit 
der Transistor sicher in Sättigung geht).

Wenn du Leistungstransistoren einsetzen willst, dann brauchst du einen 
Ansteuerstrom. Es ist besser, zwischen GPIO (eines Mikrocontrollers) und 
Leistungstransistor eine Push-Pull-Stufe einzusetzen (um den Ausgang zu 
entlasten).

Bei 3V3 als Versorgung sind Transistoren gar nicht so falsch, da sicher 
schaltende MOSFETs bei Conrad nicht so gut zu haben sind und neuere 
Modelle oft in SOT-Gehäusen und ähnlicher Oberflächenmontage 
daherkommen. Aber die gängigen Logik-Level-MOSFETs im TO-220-Gehäuse 
(IRLZ) sollten für Ströme unter einem Ampere auch sicher gehen. Wenn du 
nur etwas einschalten willst, reicht das und spart die Ansteuerstufe/ 
den Steuerstrom.

Deine Schaltungen sind merkwürdig gezeichnet, oft wird GND mit einem 
entsprechenden Symbol dargestellt und nach unten gelegt. Bei dir steht 
alles bisserl Kopf. So hat keiner Lust auf Handstände.

Mark S. schrieb:
> dieser doch recht
> einfachen Schaltung, das Lesen und ausgiebige Durcharbeiten von
> Fachbüchern erforderlich ist.

Du hoffst noch, sie wären einfach und blinde Hühner finden auch mal 
einen Korn. Aber wären Transistoren (und ihre einfachen Schaltungen) 
etwas für Laien, gäbe es im Kindergarten Elektronikbaukästen und keine 
Fingermalfarben und Physik würde schon in der Grundschule unterrichtet, 
statt erst im Studium mit dieser Strom-Spannung-Sache anzufangen.

[Mark S. (samlono)]

> Zuerst schlägst du nach, was TL;DR bedeutet.
Danke, das ist nicht nötig.
Die Länge des Textes ist nur bedingt zu kürzen, ein paar Infos müssen ja 
schon rein, solange das Ganze vernünftig strukturiert ist ?
(Oder soll für jede Frage/Schaltung ein Thread erstellt werden?
- ernst gemeinte Frage ^^ - )

> Transistoren als Schalter
> werden nicht mit der Stromverstärkung gerechnet. Stattdessen sind sie in
> Sättigung und der Basisstrom wird nur begrenzt (mit etwas Reserve, damit
> der Transistor sicher in Sättigung geht).

In der Tat, das Ziel soll die Sättigung sein. Das ich die 
Stromverstärkung hier nicht nehmen soll wundert mich angesichts:
1)
https://www.mikrocontroller.net/articles/Transistor#PNP.2FNPN_als_Schalter.2C_wohin_mit_der_Last.3F
„Siehe Basiswiderstand zur Berechnung des notwendigen Basiswiderstandes 
bei gegebener Last R_Last für einen Transistor als Schalter. „
und
2)
https://www.mikrocontroller.net/articles/Basiswiderstand
„ … Für die Berechnung des Basiswiderstandes benötigt man die 
Stromverstärkung des Transistors. ...„

Wie soll denn hier ansonsten vorgegangen werden?


> Wenn du Leistungstransistoren einsetzen willst, dann brauchst du einen
> Ansteuerstrom. Es ist besser, zwischen GPIO (eines Mikrocontrollers) und
> Leistungstransistor eine Push-Pull-Stufe einzusetzen (um den Ausgang zu
> entlasten).

Okay, hört sich sinnvoll an, das werde ich mir mal ansehen!


> Deine Schaltungen sind merkwürdig gezeichnet, oft wird GND mit einem
> entsprechenden Symbol dargestellt und nach unten gelegt. Bei dir steht
> alles bisserl Kopf. So hat keiner Lust auf Handstände.

D‘accord :D
Da werde ich in Zukunft etwas mehr drauf achten und alle lables 
entsprechend drehen.
--- > Schaltungen auf den Bildern 1-4 entsprechend geändert!
  Jetzt braucht‘s ja keinen Handstand mehr, gibt’s was zu den 
Schaltungen zu   sagen? :)





_______________________________________________

Boris O. schrieb:
> Du hoffst noch, sie wären einfach und blinde Hühner finden auch mal
> einen Korn. Aber wären Transistoren (und ihre einfachen Schaltungen)
> etwas für Laien, gäbe es im Kindergarten Elektronikbaukästen und keine
> Fingermalfarben
>  ….

Ich glaube da haben wir unterschiedliche Definition von Laien, ich meine 
weder kleine Kinder, noch Leute die keinerlei physikalisches Grundwissen 
besitzen.
> …
>  und Physik würde schon in der Grundschule unterrichtet,
> statt erst im Studium mit dieser Strom-Spannung-Sache anzufangen.

Dann habe ich ja Glück gehabt, dass ich mit dieser Physik, dieser 
Strom-Spannungs-Sache, sowohl in der Schule, als auch während meines 
mittlerweile abgeschlossenen Ingenieurs-Studium, ab und an in Berührung 
kam.

Kommen dann erste, funktionierende Schaltungen hinzu, sind wir schon 
eher bei dem, was ich als Laie bezeichnen würde.

Und aus meinem Studium weiß ich ziemlich sicher, dass die Theorie 
natürlich Ihre Berechtigung hat und jeder, der in dem entsprechendem 
Bereich arbeitet, sich Dieser bewusst sein muss und im Groß verstehen 
sollte.
Allerdings weiß ich auch, wie es aussieht, wenn aus der Theorie Praxis 
wird und ein nicht unerheblicher Teil der theoretischen Grundlagen für 
den Alltag, mit Berechnungen und Auslegungen, schlicht nicht benötigt 
wird.

[Hubert G. (hubertg)]

Außer Schaltung 1 und 4 ist keine auf den ersten Blick verständlich 
gezeichnet. Was ist GPIO(#x.3).
In Schaltung 4 wird der Transistor auch nicht richtig sperren wenn das 
and-Gatter auf Masse liegt. Die Schaltung ist doch leicht an jedem Punkt 
auszurechnen.

[Achim S. (Gast)]

in Schaltung 1 bist du bei der Berechnung des Basiswiderstands von einer 
STeuerspannung von 6V ausgegangen. Laut Schaltplan ist die 
Steuerspannung aber 3,3V, R_b ist dementsprechend zu groß. Außerdem 
musst du bei einem Basisstrom von 20mA evtl schon aufpassen, was dein 
GPIO tatsächlich macht (hat er noch 3,3V, wenn er 20mA liefern soll?)

Schaltung 2 ist für mich leider nicht durchschaubar. Ich habe meine 
Zweifel, dass die eine sinnvolle Funktion erfüllt. Kannst du nochmal 
beschreiben, was die Funktion tatsächlich sein soll? Soll da ein 
aufgeladener Kondensator an einen Eingang geschalten werden? Und wird 
der

Bei Schaltung 3 kann ich momentan nicht erkennen, wie viel Strom sie 
liefern soll (das wäre für die Widerstände interessant). Einschalten 
lässt sich der Transistor jedenfalls. Und wenn das UND-Gatter einen 
open-Kollektor Ausgang hat, funktioniert das Ausschalten auch. Wenn 
nicht, kommt es auf den High-Pegel des Gatters an.

Dass bei Schaltung 4 das Ausschalten nicht klappt wurde schon erwähnt. 
Außerdem wäre für deren FUnktion interessant, welche Spannungen an 
"PIN1_Verbraucher" und an "GPIO_Input" liegen sollen. Sonst kann man 
nicht bewerten, was Q20 so macht.

[Mark S. (samlono)]

Vielen Dank für eure Antworten!
Mir hat leider etwas die Zeit gefehlt, dafür habe ich die Sachen jetzt 
nochmal angepasst und entsprechend was dazu geschrieben, ich bin 
gespannt auf euer feedback!


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Schaltung 1c
Achim S. schrieb:
> in Schaltung 1 bist du bei der Berechnung des Basiswiderstands von einer
> STeuerspannung von 6V ausgegangen. Laut Schaltplan ist die
> Steuerspannung aber 3,3V, R_b ist dementsprechend zu groß. Außerdem
> musst du bei einem Basisstrom von 20mA evtl schon aufpassen, was dein
> GPIO tatsächlich macht (hat er noch 3,3V, wenn er 20mA liefern soll?)

In der Tat, habe das jetzt mit 3.3V angepasst:
R_b = R79 = 130 Ohm

Bei dem GPIO handelt es sich um einen GPIO expander (MCP23017), max. 
output: 25mA, ob der dabei noch sicher die 3.3V hat kann ich nicht 
sagen.
Kann das jemand hieraus lesen?
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/21952b.pdf

Für R80 habe ich einen Pulldown mit 4,7kOhm geplant, ist das so machbar?


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Schaltung 2c
Achim S. schrieb:
> Schaltung 2 ist für mich leider nicht durchschaubar. Ich habe meine
> Zweifel, dass die eine sinnvolle Funktion erfüllt. Kannst du nochmal
> beschreiben, was die Funktion tatsächlich sein soll? Soll da ein
> aufgeladener Kondensator an einen Eingang geschalten werden? Und wird
> der

Ich möchte durch das Schalten eines GPIO auf 3.3V einen Kondensator zu-, 
den Anderen wegschalten.

Hierzu sollen Q7 und Q8 die Versorgungsspannung für C4 über eine positiv 
Logik bereit stellen, Q4 für C2 über eine negativ Logik.
Die allgemeinen Formen der Schaltung habe ich von hier 
http://dl6gl.de/grundlagen/schalten-mit-transistoren
(Abb. 3 und Abb. 4)

Die negativ Logik soll für Q4 solange aktiv sein, also ‚Durchschalten‘, 
bis der GPIO auf high gesetzt wird (3.3V).
Über  eine Verbindung vom Kollektor (Q7.2) zur Basis (Q4.1), soll Q4 
dann sperren,  sobald die Versorgungsspannung für C4 zur Verfügung 
steht.

Kann das so funktionieren?


Es sollen Kondensatoren mit unterschiedlichsten Kapazitäten zum Einsatz 
kommen,welche (geringe) Leistung hier benötigt wird weiß ich leider 
nicht.
Wie kann ich hier am Besten die Größe der Widerstände 
ermitteln/abschätzen?

Ich hoffe ich konnte besser erklären, was hier passieren soll :)

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Schaltung 3c
Achim S. schrieb:
>Bei Schaltung 3 kann ich momentan nicht erkennen, wie viel Strom sie
>liefern soll (das wäre für die Widerstände interessant). Einschalten
>lässt sich der Transistor jedenfalls. Und wenn das UND-Gatter einen
>open-Kollektor Ausgang hat, funktioniert das Ausschalten auch. Wenn
>nicht, kommt es auf den High-Pegel des Gatters an.
Das UND-Gatter wurde gewechselt, daher stehen hier nun low- bzw.
high Signale zur Verfügung. Die high Pegel sollen dann genutzt werden, 
um die Versorgungsspannung von 6V für den Pin1_Verbraucher zu 
zuschalten.

Hierzu habe ich mich wieder bei 
http://dl6gl.de/grundlagen/schalten-mit-transistoren
bedient.
Q43 wird über die 3.3V des UND-Gatter geschaltet.
Hierdurch soll die Spannung von Q42.1 ‚wegfallen‘
und die 6V an Q42.3  freigeben.

Für Q42 könnte ein 2N5401 eingesetzt werden:
current gain = 50
I_c = 20 – 400mA   (unterschiedliche Belastung)
---> I_b = 0,4 - 8mA
  ---> R_b = 662.5 Ohm    -   13250 Ohm

Wie gehe ich hier vor?
Die Belastung ist unterschiedlich, schwankt vermutlich zw. 20 und 400mA, 
wodurch sich in der Rechnung unterschiedliche Basisströme- und 
-widerstände ergäben.

Nutze ich diese nun um den NPN auszulegen (Bspw. BC817-40: current 
gain=250, Steuerspannung: 3.3V),
mit I_c(Q43) = I_b(Q42)
folgt I_b (Q43) = I_c(Q43) / 250   = 0,0016mA      -    0,032mA
mit Widerständen R__b(Q43) = 82kOhm             -       1,6MOhm

Kann das Ganze so funktionieren?
Falls ja, wie wähle ich hier die Widerstände richtig?


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Schaltung 4c
Hubert G. schrieb:
> In Schaltung 4 wird der Transistor auch nicht richtig sperren wenn das
> and-Gatter auf Masse liegt. Die Schaltung ist doch leicht an jedem Punkt
> auszurechnen.

Achim S. schrieb:
>Dass bei Schaltung 4 das Ausschalten nicht klappt wurde schon erwähnt.
>Außerdem wäre für deren FUnktion interessant, welche Spannungen an
>"PIN1_Verbraucher" und an "GPIO_Input" liegen sollen. Sonst kann man
>nicht bewerten, was Q20 so macht.

Da das UND-Gatter nun gewechselt wurde, stehen hier zum Schalten nun 
high, bzw. low Pegel zur Verfügung.
Das high soll als Signal verwendet werden um hier auf Masse zu schalten.
Als Transistor könnte ein BC817-40 verwendet werden;
DC current gain = 250
Das führt bei einem max. Strom vom 25mA zu einem Basiswiderstand von 26 
kOhm. (R76)
Um das Signal, welches am GPIO_input abgegriffen werden soll, nicht zu 
verfälschen, habe ich einen PullDown mit 4,7k hinzugefügt (R78).
Ist das ausreichend und falls ja, kann das ebenso für R77 genutzt 
werden?

Besten Dank fürs Lesen! :P
Hoffentlich kann hier jemand was schlaues dazu sagen! :)

[Hubert G. (hubertg)]

Es wäre gut wenn du in die Schaltungen die aktuellen Werte eintragen 
würdest. Dann wäre die Prosa nicht so wichtig.

1c wird so funktionieren, der PullDown kann ruhig größer sein.

2c Die Funktion ist nicht klar. Die Kondensatoren C2 und C4 liegen immer 
parallel zum jeweiligen GPIO-Input, egal ob da noch 3,3V zusätzlich sind 
oder nicht. Ob Q8 in der Konfiguration durchschaltet habe ich nicht 
nachgerechnet, wird aber sicher sehr knapp.

3c ist das gleich wie bei 2c. Für eine Schaltfunktion eines Transistor 
nimmt man max. die Hälfte der angegebenen Stromverstärkung. Oder stimmen 
die Werte in der Schaltung nicht. Die Schaltung wird für den max. Strom 
ausgelegt.
Wenn du die Schaltung um 180° drehen würdest, wäre sie auf Anhieb 
leichter verständlich.

4c Hier hat sich nichts geändert. Was liegt an Verbraucher an.

[Achim S. (Gast)]

Mark S. schrieb:
> max.
> output: 25mA, ob der dabei noch sicher die 3.3V hat kann ich nicht
> sagen.
> Kann das jemand hieraus lesen?

die 25mA sind das absolute max. rating (d.h. die Grenze, jenseits derer 
der Chip sich sofort in Rauch auflösen darf). Der tatsächlich nutzbare 
Ausgangsstrom wird kleiner sein. Aus der Angabe der "Output High 
Voltage" auf S. 28 kannst du sehen, dass bei Strömen im Bereich 
einzelner mA die Ausgangsspannung schon merklich zusammenbricht. Da du 
aber nur mit einem Current Gain von 20 gerechnet hast, wird die 
Schaltung schon noch funktionieren (es fällt halt nur ein bisschen mehr 
Spannung am Transistor ab als gerechnet).

Mark S. schrieb:
> Ich möchte durch das Schalten eines GPIO auf 3.3V einen Kondensator zu-,
> den Anderen wegschalten.
....
> Ich hoffe ich konnte besser erklären, was hier passieren soll :)

sorry, ich verstehe es auch mit der neuen Erklärung nicht. Von was (von 
welchem Netz) möchtest du den einen Kondensator zu- und den anderen 
wegschalten? Ganz egal was du mit den Transistoren machst: beide 
Kondensatoren C2 und C4 sind doch dauerhaft parallelgeschalten (ein Ende 
liegt bei beiden auf GND, das andere Ende liegt bei beiden auf 
GPIO_input).

Mark S. schrieb:
> Die Belastung ist unterschiedlich, schwankt vermutlich zw. 20 und 400mA,
> wodurch sich in der Rechnung unterschiedliche Basisströme- und
> -widerstände ergäben.
....
> Falls ja, wie wähle ich hier die Widerstände richtig?

So, dass es für den maximalen Strom reicht (400mA). Die 20mA werden dann 
erst recht durchgeschalten.

Mark S. schrieb:
> Da das UND-Gatter nun gewechselt wurde, stehen hier zum Schalten nun
> high, bzw. low Pegel zur Verfügung.

"high bzw. low-Pegel" bedeutet so viel wie "niederohmige 3,3V und 0V"?

Mark S. schrieb:
> Das high soll als Signal verwendet werden um hier auf Masse zu schalten.

Was soll hier auf Masse geschaltet werden? Der Transistor hängt zwischen 
"Pin1_Verbraucher" und zwischen "GPIO_Input". Masse sieht er nur über 
den 4k7 Widerstand, über den bestimmt keine 25mA fließen (außer du 
arbeitest mit Spannungen im 100V-Bereich). Ist "GPIO_Input" ein 
hochohmiger Eingang und soll zwischen Masse und "Pin1_Verbraucher" hin 
und her geschaltet werden? Dann wäre immer noch die Frage, auf welcher 
Spannung "Pin1_Verbraucher" liegt. Der Transistor kann seinen Emitter 
nicht höher ziehen als auf sein Basispotential - 0,7V. Wenn der 
High-Pegel an der Basis also 3,3V beträgt kannst du an GPIO_Input nicht 
mehr als 2,6V erreichen (und wenn R76 und R77 den High-Pegel 
runterteilen entsprechend weniger).

Hubert G. schrieb:
> Es wäre gut wenn du in die Schaltungen die aktuellen Werte eintragen
> würdest. Dann wäre die Prosa nicht so wichtig.

das kann ich nur unterstützen.

[M.A. S. (mse2)]

Achim S. schrieb:
> Aus der Angabe der "Output High
> Voltage" auf S. 28 kannst du sehen, dass bei Strömen im Bereich
> einzelner mA die Ausgangsspannung schon merklich zusammenbricht.
Wo siehst Du dann das?
Ich sehe hier nur: "VDD-0.7" bei alle angegebenen Strömen (wobei 
allerdings nur 3mA als höchster Strom aufgeführt ist).

[Achim S. (Gast)]

Michael S. schrieb:
> Wo siehst Du dann das?
> Ich sehe hier nur: "VDD-0.7" bei alle angegebenen Strömen (wobei
> allerdings nur 3mA als höchster Strom aufgeführt ist).

genau: es ist der maximale Einbruch der Ausgangsspannung für einen 
bestimmten Stromfluss angegeben. Wenn bei 4,5V Versorgung 3mA fließen, 
dann kann die Ausgangsspannung bereits um 0,7V einbrechen. Bei 1,8V 
Versorgung darf das sogar schon bei 400µA Ausgangsstrom der Fall sein.

Die 3,3V Versorgung des TO liegt dazwischen, und wenn er ein Vielfaches 
dieses Stroms fließen lassen wollte (nämlich 25mA), dann müsste er mit 
einem Spannungseinbruch von deutlich über 0,7V rechnen.

[Mark S. (samlono)]

####### Schaltung 2d-f)
Achim S. schrieb:
> sorry, ich verstehe es auch mit der neuen Erklärung nicht. Von was (von>
> welchem Netz) möchtest du den einen Kondensator zu- und den anderen
> wegschalten? Ganz egal was du mit den Transistoren machst: beide
> Kondensatoren C2 und C4 sind doch dauerhaft parallelgeschalten (ein Ende
> liegt bei beiden auf GND, das andere Ende liegt bei beiden auf
> GPIO_input).

Ok, ich habe ein paar  Schaltungen hoch geladen, die erklären sollen, 
was ich hier grundsätzlich  möchte.
2d) soll 2b) repräsentieren, mit einem Schalter, anstatt der 
Transistoren:
Hier ist zu sehen, das die Kondensatoren parallel liegen und beide am 
GPIO_input dran hängen. Hier soll deren Kapazitäten über die jeweilige 
Zeitkonstante ermittelt werden.
Der Switch soll das Zu-, bzw. Wegschalten der Versorgungsspannung durch 
die Transistoren darstellen.
Wie du schreibst, sind die immer parallel, weshalb Messungen hier 
tatsächlich schwierig werden könnten.
Bei 2e) habe ich mir überlegt Dioden einzubauen. Damit möchte ich genau 
das verhindern.

Alternativ könnte hier auch, vgl. 2f), die Masse hinzu geschaltet
werden, dadurch würde auch jeweils  nur ein Kondensator genutzt und man 
könnte auf die Dioden verzichten.
Was sagt ihr dazu?
[ Die Widerstände würde ich btw. In Abhängigkeit der verwendeten 
Kondensatoren auswählen, so, das sich eine ‚brauchbare‘ Zeitkonstante 
ergibt ]


####### Schaltung 3d
Hubert G. schrieb:
> 3c ist das gleich wie bei 2c. Für eine Schaltfunktion eines Transistor
> nimmt man max. die Hälfte der angegebenen Stromverstärkung. Oder stimmen
> die Werte in der Schaltung nicht. Die Schaltung wird für den max. Strom
> ausgelegt.
> Wenn du die Schaltung um 180° drehen würdest, wäre sie auf Anhieb
> leichter verständlich.
Widerstand an Q48.2 entfernt, gedreht  und neu gerechnet:
I_c (Q48) = 400mA
U_c (Q48) = 6V
current gain = 50   → gewählt: 25
→ I_b(Q48) = 400mA/25 = 16mA

Jetzt habe ich die Schwierigkeit,  die Widerstände richtig auszuwählen.
Ich nutze die 6V an Q48.3 als Steuerspannung an Q48.1.
Daher würde ich rechnen:
R_b(Q48) = (6V-0,7V) / 16mA = 331,25 Ohm   = R107
Kann R106 vernachlässigt werden?

Mit:
I_c (Q47) = I_b(Q48)
Q47, current gain= 250 --→ gewählt: 125
→ I_b(Q47) = 16mA/125 = 0,128mA
→ R_b(Q47) = (3,2V-0,7V)/0,128mA   = 19531 Ohm = 20 kOhm
Bei Abfall von 0,1V: wird R105 zu = 0,1V / 0,128mA = 781,25 Ohm


####### Schaltung 4d
Achim S. schrieb:
> "high bzw. low-Pegel" bedeutet so viel wie "niederohmige 3,3V und 0V"?

Yes, zum Einsatz kommt ein 74HC08
http://www.nxp.com/documents/data_sheet/74HC_HCT08.pdf
mit einer Versorgungsspannung von 3.3V

Achim S. schrieb:
> Was soll hier auf Masse geschaltet werden? Der Transistor hängt zwischen
> "Pin1_Verbraucher" und zwischen "GPIO_Input". Masse sieht er nur über
> den 4k7 Widerstand, über den bestimmt keine 25mA fließen (außer du
> arbeitest mit Spannungen im 100V-Bereich).

Die Masse sieht er nur über den GPIO_Input, das ist richtig.
Ganz offensichtlich hast du recht, ich hab den Widerstand durch einen 
mit 130 Ohm ersetzt, damit sollten 25mA bei 3.3V möglich sein.
(Bzw. 108 Ohmn, bei 2,5V)

> Ist "GPIO_Input" ein
> hochohmiger Eingang und soll zwischen Masse und "Pin1_Verbraucher" hin
> und her geschaltet werden? Dann wäre immer noch die Frage, auf welcher
> Spannung "Pin1_Verbraucher" liegt.
Ja, GPIO_Input ist ein hochohmiger Eingang
Pin1_Verbraucher ist der Ausgang eines Schmitt Triggers, dessen Output 
ist ein 3.3V Rechteck-Signal bei 24mA High-level output current
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74lvc1g14.pdf

Am GPIO_Input soll die Frequenz des entstehenden Rechteck Signals 
abgegriffen werden.

> Der Transistor kann seinen Emitter
> nicht höher ziehen als auf sein Basispotential - 0,7V. Wenn der
> High-Pegel an der Basis also 3,3V beträgt kannst du an GPIO_Input nicht
> mehr als 2,6V erreichen (und wenn R76 und R77 den High-Pegel
> runterteilen entsprechend weniger).

Ah, das ist ein guter Hinweis!
Ein high sollte am GPIO noch bei ca. 1,6V registriert werden können, da 
ist noch ein kleines bisschen Spiel.

Zu den Widerständen:
(BC817-40, current gain=250 –→ gewählt: 125, Steuerspannung: 3.3V – 0.1V 
= 3.2V)
 →  I_c = 25mA    →  I_b = 0,1mA   → R_b = 12,5k
Um V_b möglichst groß zu halten könnte für R77 ein 1k Widerstand genutzt 
werden.
Damit läge V_b = 3,2V    und V_e = 3,2V-0,7V = 2,5V

Kommt das soweit hin?

[M.A. S. (mse2)]

Achim S. schrieb:
> genau: es ist der maximale Einbruch der Ausgangsspannung für einen
> bestimmten Stromfluss angegeben. Wenn bei 4,5V Versorgung 3mA fließen,
> dann kann die Ausgangsspannung bereits um 0,7V einbrechen. Bei 1,8V
> Versorgung darf das sogar schon bei 400µA Ausgangsstrom der Fall sein.
Ahh, ok, alles klar!
Ich hatte die Angaben der verschiedenen Betriebsspannungen übersehen. 
Sorry!

[Achim S. (Gast)]

Mark S. schrieb:
> Alternativ könnte hier auch, vgl. 2f), die Masse hinzu geschaltet
> werden, dadurch würde auch jeweils  nur ein Kondensator genutzt und man
> könnte auf die Dioden verzichten.
> Was sagt ihr dazu?

Um Zeitkonstanten zu messen musst du den Kondensator erst entladen und 
dann ab einem definierten Zeitpunkt aufladen. Wenn du "GPIO_Input" 
zwischenzeitlich als Ausgang definierst um die Kondensatoren zu entladen 
kann 2f funktionieren. Kleine FETs fände ich dann als Schalter 
angenehmer als Bipolartransistoren (weil sie im angesteuerten Zustand 
einen kleinen Widerstand darstellen und nicht wie bei den Bipolaren eine 
halbwegs konstante Sättigungsspannung an ihnen abfällt). Die zu 
messenden Kapazitäten sollten natürlich wesentlich größer sein als die 
parasitären Kapazitäten der Transistoren, mit denen du die Schalter 
gegen Masse realisierst.

Mark S. schrieb:
> Kann R106 vernachlässigt werden?

Nein: über R106 stellst du den Basisstrom von Q48 ein (da passen deine 
330Ohm), R107 kann vernachlässigt werden (entweder weglassen oder 
deutlich höherohmig machen).

Mark S. schrieb:
> ist ein 3.3V Rechteck-Signal bei 24mA High-level output current

auch wenn es 24mA treiben kann musst du es ja nicht unbedingt mit 24mA 
belasten.

Mark S. schrieb:
> Ein high sollte am GPIO noch bei ca. 1,6V registriert werden können, da
> ist noch ein kleines bisschen Spiel.

Beim High-Pegel kommst du nur auf 2,5V, beim Low-Pegel von 
Pin1_Verbraucher betreibst du den Transistor im Inversbetrieb - nicht 
wirklich schön. Warum musst du die Verbindung der beiden Signal 
eigentlich auftrennen können. Ist das der selbe GPIO_Input, den du auch 
an anderer Stelle deiner Schaltung benutzen willst? Wenn das C20 oder 
C21 mit großer Kapazität mit dranhängt bleibt von deinem Rechteck evtl. 
nicht viel übrig.

[Hubert G. (hubertg)]

2e Hier sollten die Kathoden der Dioden zusammengeschaltet sein damit es 
ein wenig Sinn macht. Die Schaltung 2x sind sehr theoretisch, in der 
Praxis wird das ganz anders aussehen.

3d Hier hast du wohl die Widerstände vertauscht.
R106 330 Ohm und R107 10k
R103 780 Ohm und R105 10k
Dann wird es in etwa hinkommen.

[Mark S. (samlono)]

########## Schaltung 4d)

Achim S. schrieb:
> Beim High-Pegel kommst du nur auf 2,5V, beim Low-Pegel von
> Pin1_Verbraucher betreibst du den Transistor im Inversbetrieb - nicht
> wirklich schön.
Wie meinst du das?
Pin1_Verbraucher ist der Ausgang des Schmitt Triggers, dessen high liegt 
bei 3.3V, das low bei 0.
Schaltet das Gatter auf high und steht Pin1_Verbraucher auf high, geht’s 
es doch normal durch,
stünde Pin1_Verbraucher auf 0V, fließt dann nichts;
oder wo mache ich hier den Fehler?
+ Wie schaut's mit den Widerständen & Co. aus?

########## Schaltung 2f)   2f_2)

Achim S. schrieb:
> Um Zeitkonstanten zu messen musst du den Kondensator erst entladen und
> dann ab einem definierten Zeitpunkt aufladen. Wenn du "GPIO_Input"
> zwischenzeitlich als Ausgang definierst um die Kondensatoren zu entladen
> kann 2f funktionieren. Kleine FETs fände ich dann als Schalter
> angenehmer als Bipolartransistoren (weil sie im angesteuerten Zustand
> einen kleinen Widerstand darstellen und nicht wie bei den Bipolaren eine
> halbwegs konstante Sättigungsspannung an ihnen abfällt). Die zu
> messenden Kapazitäten sollten natürlich wesentlich größer sein als die
> parasitären Kapazitäten der Transistoren, mit denen du die Schalter
> gegen Masse realisierst.

Das ist doch schonmal etwas, genau so wäre es ja gedacht, also den GPIO 
zwischenzeitlich als Ausgang zu definieren.
FETs statt Bipolartransistor, durchaus eine Überlegung wert.

Als Schaltung für 2f), bzw. als Ersatz für den Schalter: 2f_2)
Widerstände habe ich noch nicht berechnet, da ich die Kapazitäten noch 
nicht kenne, kann ich noch nichts zu den Widerständen der jeweiligen 
RC-Glieder sagen.
(Und daher entsprechend nix über die anderen Widerstände, oder irre 
ich?)
Daher bitte die Werte nicht als gesetzt ansehen!

Würde das in dieser Art funktionieren?
Der GPIO schaltet zwischen 0 und 3.3V, dadurch wird:

GPIO auf 0V:
C32 ist auf Masse gelegt und die Kapazität kann über den GPIO_input 
ermittelt werden.
C33 liegt nicht auf Masse → kann nicht ausgewertet werden und stört C32 
nicht.

GPIO auf 3.3V:
C32 liegt nicht mehr auf Masse → kann nicht ‚ausgelesen‘ werden.
C33 liegt auf Masse → Kapazität wird wiederum über GPIO_input ermittelt.


> Warum musst du die Verbindung der beiden Signal
> eigentlich auftrennen können. Ist das der selbe GPIO_Input, den du auch
> an anderer Stelle deiner Schaltung benutzen willst? Wenn das C20 oder
> C21 mit großer Kapazität mit dranhängt bleibt von deinem Rechteck evtl.
> nicht viel übrig.

Ja, es ist immer der gleiche GPIO, der nur jeweils mit einem Kondensator 
verbunden sein soll.
Hier ist nur entscheidend, zwischen C21 und C20 wechseln zu können, 
wobei C20 standardmäßig verbunden sein soll.
Wird der GPIO_input anderweitig benötigt, werden die 3.3V an anderer 
Stelle abgeklemmt.



Hubert G. schrieb:
> 2e Hier sollten die Kathoden der Dioden zusammengeschaltet sein damit es
> ein wenig Sinn macht. Die Schaltung 2x sind sehr theoretisch, in der
> Praxis wird das ganz anders aussehen.

Jau, das sind sie, sie sollten lediglich dem Verständnis dienen, an 
welcher Stelle ich warum einen Wechselschalter haben möchte.

Nachdem ich allerdings meinen Fehler erkannt hatte (hier ist es 
sinnvoller auf Masse zu schalten, statt die Versorgungsspannung, da 
diese auch an anderer Stelle geschaltet wird) sehe ich 2f), mit 2f_2) 
als Möglichkeit.
Du auch?

> 3d Hier hast du wohl die Widerstände vertauscht.
> R106 330 Ohm und R107 10k
> R103 780 Ohm und R105 10k
> Dann wird es in etwa hinkommen.

Oha! Besten Dank, ich schau nochmal drüber!

[Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill)]

Mark S. schrieb:
> stünde Pin1_Verbraucher auf 0V, fließt dann nichts;
> oder wo mache ich hier den Fehler?

Achim hat Dir doch schon den entscheidenden Hinweis gegeben, nämlich den 
in diesem Falle auftretenden Inversbetrieb. Ich hatte Dir auch schon vor 
längerer Zeit deutlich empfohlen, Dich überhaupt erst einmal mit den 
Grundlagen der Bauelementekunde ansatzweise vertraut zu machen, was 
offenbar immer noch nicht geschehen ist. Du verstehst offenbar überhaupt 
nicht, was mit dem "isolierten" Anschluss des Kondensators geschieht, 
wenn der Transistor sperrt, und glaubst immer noch, ein normaler 
Transistor wäre ein mehrquadratenfähiger idealer Schalter.

[Boris O. (bohnsorg)]

Wenn nur irgendwie klar wäre, welchem Zweck das Geschalte dient. Soll 
die Kapazität bestimmt werden, ist das eine Sample&Hold-Schaltung für 
eine A/D-Wandlung, wird da etwas integriert?

Andreas S. schrieb:
> …ein normaler
> Transistor wäre ein mehrquadratenfähiger idealer Schalter.

Und er ließe sich aus anti-seriellen Dioden zusammensetzen.

[Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill)]

Andreas S. schrieb:
> mehrquadratenfähiger

natürlich "mehrquadrantenfähiger"

[Chris F. (chfreund)]

Andreas S. schrieb:
> Ich hatte Dir auch schon vor
> längerer Zeit deutlich empfohlen, Dich überhaupt erst einmal mit den
> Grundlagen der Bauelementekunde ansatzweise vertraut zu machen, was
> offenbar immer noch nicht geschehen ist.

Sehe ich auch so. Aus dem Europa-Verlag gibt es Lehrbücher wie 
"Grundbildung Kommunikationselektronik". Die bekommt man gebraucht im 
Netz für 5€ inkl. Versand.

Wenigstens mal davon gehört zu haben, dass es Arbeitspunkte u.ä. gibt, 
kann nicht schaden.