Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Eine Art Brückenschaltung


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von complementarynoob (Gast)


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Hallo!
Ich muss einen Widerstand der mit einem Bein auf Masse hängt mit FETs 
unabhängig gegen V+ (5V) oder V- (-5V) schalten. Gesteuert wird von 
einem uC mit 5V-I/O.

Funktioniert die angehängte Schaltung (vorausgesetzt es handelt sich um 
LogicLevel-FETs)?

Mir wurde eine CMOS-Konfiguration nahegelegt, aber in meinem Fall mit 2 
positiven Schaltspannungen funktioniert das nicht oder?

von Der Andere (Gast)


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complementarynoob schrieb:
> Funktioniert die angehängte Schaltung (vorausgesetzt es handelt sich um
> LogicLevel-FETs)?

Natürlich nicht. Bitte Grundlagen zu Transistoren anschauen. Die 
Steuerspannung am Gate ist immer bezogen auf die Spannung (eigentlich 
das Potential) vom Source.
In deinem Beispiel würde der untere bei ca. -2 bis 0V durchschalten, der 
obere bei 8-10V.

von Günter Lenz (Gast)


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Für den oberen FET ist die Ausgangsspannung eine
Gegenkopplung, für den unteren nicht.

von complementarynoob (Gast)


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> Natürlich nicht.

Kannst du mir sagen wie die Schaltung zu modifizieren wäre?

von complementarynoob (Gast)


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Ich komme nämlich wirklich nicht darauf wie ich unter den gegebenen 
Voraussetzungen die Schwellspannungen in den Bereich 0-5V bekomme.

von Alexxx (Gast)


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Das einfachste wäre, du nimmst 2 DC-Photo-MOS-Relais.
Suchen kannst/darfst du selber!

von GHD (Gast)


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complementarynoob schrieb:
> Ich muss einen Widerstand der mit einem Bein auf Masse hängt mit FETs
> unabhängig gegen V+ (5V) oder V- (-5V) schalten. Gesteuert wird von
> einem uC mit 5V-I/O.

Willst du jetzt wirklich -5V schalten oder 0V (Masse, GND) ?

von complementarynoob (Gast)


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> Willst du jetzt wirklich -5V schalten oder 0V (Masse, GND) ?

-5V!

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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complementarynoob schrieb:
>> Willst du jetzt wirklich -5V schalten oder 0V (Masse, GND) ?
> -5V!
Wie schnell und oft?

complementarynoob schrieb:
> Ich komme nämlich wirklich nicht darauf wie ich unter den gegebenen
> Voraussetzungen die Schwellspannungen in den Bereich 0-5V bekomme.
Du brauchst eine Schaltung zur Pegelanpassung. Dafür sind weitere 
Transistoren und Widerstände nötig.

: Bearbeitet durch Moderator
von complementarynoob (Gast)


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> Wie schnell und oft?

10ms lange Pulse, ein paar mal pro Sekunde.
Wäre besser wenn sich An-/Abstiegszeiten im µs-Bereich bewegen könnten.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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complementarynoob schrieb:
> 10ms lange Pulse, ein paar mal pro Sekunde.
Mit welcher Leistung?

> Wäre besser wenn sich An-/Abstiegszeiten im µs-Bereich bewegen könnten.
Bei welcher Last?

von complementarynoob (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> complementarynoob schrieb:
>> 10ms lange Pulse, ein paar mal pro Sekunde.
> Mit welcher Leistung?
>
>> Wäre besser wenn sich An-/Abstiegszeiten im µs-Bereich bewegen könnten.
> Bei welcher Last?

Minimal, ~5MegOhm.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Nimm einen schnellen R2R-Operationsverstärker und versorge den mit den 
+-5V. Und dann beschaltest du ihn als Komparator mit einer 
Schaltschwelle um 2,5V. Fertig.

von complementarynoob (Gast)


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complementarynoob schrieb:
> Lothar M. schrieb:
>> complementarynoob schrieb:
>>> 10ms lange Pulse, ein paar mal pro Sekunde.
>> Mit welcher Leistung?
>>
>>> Wäre besser wenn sich An-/Abstiegszeiten im µs-Bereich bewegen könnten.
>> Bei welcher Last?
>
> Minimal, ~5MegOhm.

Also 5µW.

von complementarynoob (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> Nimm einen schnellen R2R-Operationsverstärker und versorge den mit
> den +-5V. Und dann beschaltest du ihn als Komparator mit einer
> Schaltschwelle um 2,5V. Fertig.

Das ginge natürlich.
Ich muss es aber mit Transistoren realisieren, da komme ich nicht drum 
herum.

von Sascha_ (Gast)


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CMOS wäre am einfachsten, also ein p-Channel oben.

CMOS Logikgatter wie MOS4007 wäre die IC Variante.

Für 5µW lohnt es sich überhaupt nicht, nen High Side n-Channel 
einzusetzen.

von Sascha_ (Gast)


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Bei -5V für den low side FET ist natürlich die Gate-Ansteuerung 
entsprechend auszulegen.

Mit 0V/5V von nem µC sperrt der nie richtig. Da muss ne Pegelwandlung 
hin.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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complementarynoob schrieb:
> Ich muss es aber mit Transistoren realisieren
Wer zwingt dich?

complementarynoob schrieb:
> Funktioniert die angehängte Schaltung (vorausgesetzt es handelt sich um
> LogicLevel-FETs)?
Woher kommen die beiden Ansteuersignale? Wie sieht der zeitliche Verlauf 
dieser Signale aus? Wird da eine Totzeit eingehalten?

Sascha_ schrieb:
> Bei -5V für den low side FET ist natürlich die Gate-Ansteuerung
> entsprechend auszulegen. Da muss ne Pegelwandlung hin.
Ich könnte das mit einem 1k Gate-Source-Widerstand und einer 4,7V 
Z-Diode...

von Harald W. (wilhelms)


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complementarynoob schrieb:

> Kannst du mir sagen wie die Schaltung zu modifizieren wäre?

"Mir wurde eine CMOS-Konfiguration nahegelegt". :-)

von Sascha_ (Gast)


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Lothar M. schrieb:

> Sascha_ schrieb:
>> Bei -5V für den low side FET ist natürlich die Gate-Ansteuerung
>> entsprechend auszulegen. Da muss ne Pegelwandlung hin.
> Ich könnte das mit einem 1k Gate-Source-Widerstand und einer 4,7V
> Z-Diode...

Und ist der Pegel danach immer noch 0/5V oder ist der dann...irgendwie 
gewandelt?

von Der Andere (Gast)


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complementarynoob schrieb:
> Ich muss es aber mit Transistoren realisieren

Also Hausaufgaben?

von complementarynoob (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> Wer zwingt dich?
Die maximale Gesamtzahl an Transistoren zwingt mich. OPV ist nicht drin.


> Woher kommen die beiden Ansteuersignale? Wie sieht der zeitliche Verlauf
> dieser Signale aus? Wird da eine Totzeit eingehalten?
Wie schon gesagt von einem uC und vollkommen unabhängig von einander 
(natürlich nicht gleichzeitig)

Sascha_ schrieb:
> CMOS wäre am einfachsten, also ein p-Channel oben.
Also doch CMOS?

Sascha_ schrieb:
> Mit 0V/5V von nem µC sperrt der nie richtig. Da muss ne Pegelwandlung
> hin.
Ist klar, ich bin mir eben nicht drüber im klaren wie die aussehen muss.

Lothar M. schrieb:
> Ich könnte das mit einem 1k Gate-Source-Widerstand und einer 4,7V
> Z-Diode...
Kann ich gerade nicht nachvollziehen, könntest du´s erläutern?

von complementarynoob (Gast)


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> Also Hausaufgaben?
Nö, Teil eines größeren Ganzen welches nunmal gewisse Restriktionen 
mitbringt.
Gut, also CMOS.
Dafür muss ich schaffen dass jeweils die Schwellspannungen überschritten 
werden. Ist mir alles klar. Ich weiß aber eben nicht wie ich das mit 
positiven Spannungen aus dem uC hinbekommen soll.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Sascha_ schrieb:
> Und ist der Pegel danach immer noch 0/5V oder ist der dann...irgendwie
> gewandelt?
Mit einer 5V-Z-Diode kann ich einen Pegel um 5V verschieben...

complementarynoob schrieb:
> Mir wurde eine CMOS-Konfiguration nahegelegt
Und was bedeutet jetzt das 'C' in C-MOS?
Wo ist der P-Kanal-Mosfet in deiner Schaltung?

complementarynoob schrieb:
> Lothar M. schrieb:
>> Ich könnte das mit einem 1k Gate-Source-Widerstand und einer 4,7V
>> Z-Diode...
> Kann ich gerade nicht nachvollziehen
Du musst mal ein wenig drüber nachdenken. Es ist eine Art Knobelspiel.

> könntest du´s erläutern?
Zur Auflösung: siehe Screenshot...

von Sascha_ (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> Sascha_ schrieb:
>> Und ist der Pegel danach immer noch 0/5V oder ist der dann...irgendwie
>> gewandelt?
> Mit einer 5V-Z-Diode kann ich einen Pegel um 5V verschieben...

Man könnte das Pegelwandlung nennen. Und spar dir die Ellipsen.

von complementarynoob (Gast)


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Mit dieser Schaltung ist der pMOS aber sozusagen 'active low' richtig?

5V ans Gate des oberen, 0V ans Gate des unteren -> High-Z
0V, 0V -> +5V out
5V, 5V -> -5V out
Richtig?

von Sascha_ (Gast)


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complementarynoob schrieb:
> Mit dieser Schaltung ist der pMOS aber sozusagen 'active low'
> richtig?
>
> 5V ans Gate des oberen, 0V ans Gate des unteren -> High-Z
> 0V, 0V -> +5V out
> 5V, 5V -> -5V out
> Richtig?

5V ans Gate des oberen: Ergibt 0V Uds, p-Channel sperrt.

0V ans Gate des unteren: Ergibt 5V Uds, n-Channel leitet. Daher 
Pegelwandlung!

Der untere n-Channel sperrt nur, wenn Uds kleiner als Uth (Threshold) 
wird. Uth steht im Datenblatt und ist grob 1..3 bei Logik Level FETs und 
2..6 bei normalen Power FETs.

Ergo musst du bei Source an -5V das Gate unter -4V bekommen.

Du machst also aus den 0/5V des µC -5V/0V. Pegelwandlung.

Wie die Pegelwandlung jetzt genau aussieht, hängt davon ab welche 
Schaltzeiten erwünscht sind.

Bei deinen 5µW reicht die Z-Diodenvariante von Lothar.

von complementarynoob (Gast)


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Ok, hab das schnell simuliert.
Mit einem Lastwiderstand im kiloOhm Bereich funktionierts,
wenn ich aber die angestrebten 5MegaOhm nehme, kriecht die Spannung nach 
dem Ausschalten der Transistoren nur langsam nach 0V zurück.
Ich bräuchte auch beim Ausschalten eine möglichst harte Flanke.

von complementarynoob (Gast)


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Das hier, um genau zu sein.

von Sascha_ (Gast)


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Wie sieht die Ansteuerung des low side fet aus? Der scheint nicht oder 
nicht vollständig zu leiten.

von Sascha_ (Gast)


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Obwohl, eigentlich scheint das richtig zu sein, aber deine Totzeit wo 
beide FETs sperren ist zu lang.

von complementarynoob (Gast)


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Das ist die Ansteuerung des low side FETs.
Die Totzeit kann ich mir nicht aussuchen!
Ich muss die Transistoren unabhängig und komplett asynchron schalten 
können.

von Der Andere (Gast)


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complementarynoob schrieb:
> Ich muss die Transistoren unabhängig und komplett asynchron schalten
> können.

Prima dann gibts bei falschem Schalten (Fehler in der Software) einen 
satten Kurzschluss :-)

complementarynoob schrieb:
> Mit einem Lastwiderstand im kiloOhm Bereich funktionierts,
> wenn ich aber die angestrebten 5MegaOhm nehme, kriecht die Spannung nach
> dem Ausschalten der Transistoren nur langsam nach 0V zurück.
> Ich bräuchte auch beim Ausschalten eine möglichst harte Flanke.

Hochohmig heisst immer langsam. Dann mach halt einen niederohmigen 
Widerstand parallel zu deinen 5Meg und du hast eine schnelle Flanke.

von complementarynoob (Gast)


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Der Andere schrieb:
> Prima dann gibts bei falschem Schalten (Fehler in der Software) einen
> satten Kurzschluss :-)
Stimmt :)

> Hochohmig heisst immer langsam. Dann mach halt einen niederohmigen
> Widerstand parallel zu deinen 5Meg und du hast eine schnelle Flanke.
Stimmt ebenfalls! Danke :)

von Sascha_ (Gast)


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complementarynoob schrieb:

> Die Totzeit kann ich mir nicht aussuchen!

> Ich muss die Transistoren unabhängig und komplett asynchron schalten
> können.

Ich kann mich irren, aber widersprechen sich diese Aussagen nicht 
gegenseitig?

von MaWin (Gast)


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complementarynoob schrieb:
> wenn ich aber die angestrebten 5MegaOhm nehme

Wenn du zu faul bist, am Anfang die Randbedingungen zu nennen, brauchst 
du dich nicht wundern, wenn du falsche Antworten bekommst.

Es ist nämlich NICHT alles scheissegal.

Ein MOSFET lässt auch gesperrt mehr Strom durch als der 5 MegaOhm 
Widerstand.

complementarynoob schrieb:
> Ich bräuchte auch beim Ausschalten eine möglichst harte Flanke.

Dann musst du die Kapazitäten gegen GND entladen (beispielsweise durch 
einen 1k Widerstand paralle zu deinem Widerstand).

Aber, 3 x darf man raten, das wird NATÜRLICH aus einem der weiteren 
bisher nicht genannten 10 Gründe nicht gehen.

von complementarynoob (Gast)


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So, hat ein bisschen gedauert aber ich bin jetzt endlich von der 
Simulation zum Aufbau gegangen.
Die NFET-Seite funktioniert, die PFET-Seite aber nicht.
Bei 0V am G des PFET bekomme ich die erwarteten 5V am Ausgang.
Bei 5V am G aber nicht die erwarteten 0V sondern 4,6V.
Jemand eine Idee was ich falsch gemacht haben könnte?

Hab übrigens einen 2N7000 und einen BSP254 eingesetzt (waren halt da).

von complementarynoob (Gast)


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Tja, so läuft das.
Mann sucht eine Stunde lang, wenn man nicht weiter weiß, fragt man und 
eine Minute später findet man den Fehler dann.
Der Post oben ist also gegenstandslos, sorry.

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