Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Arduino M0 (SAMD21) - Transistorschaltung und Spannungsbegrenzung


von Felix Steinbeis (Gast)


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Hallo zusammen,

ich bin mehr der Programmierer als der Elektronik-Experte. Daher habe 
ich zwei Fragen an Euch.

Ich verwende einen Arduino M0 (SAMD21) mit 3,3V und einen Sharp 
Distanzsensor GP2Y0A41SK0F. Der Sensor wir über den 5V-Pin des Arduino 
mit der notwendigen Betriebsspannung VCC versorgt.

Das analoge Ausgangssignal des Sharp-Sensors (max. Spannung Vo gem. 
Datenblatt VCC+0,3V) ist an einem Analogeingang des Arduino 
angeschlossen, der max. 3,3V verträgt.

Gem. Datenblatt des Sharp-Sensors sollte im Normalbetrieb Vo nicht 
größer als ca. 3,1V sein. Somit eigentlich kein Problem für den 
Analogeingang.

Dennoch möchte ich sicherheitshalber die Spannung auf max. 3,3V am 
Analogeingang begrenzen, ohne dass sich die Auflösung des Sharp-Sensors 
verändert.

Wie und mit welchen Komponenten kann ich die Spannung begrenzen?

Meine zweite Frage betrifft die Versorgungsspannung. Die digitalen 
Ausgänge des Arduino liefern max. 3,3V und sind zur Versorgung des 
Sharp-Sensors nicht geeignet. Daher möchte ich die 5V VCC (ICC max. 22 
mA) für den Sharp-Sensor durch einen Transistor schaltbar machen.

Wenn ich alles richtig verstanden habe, schließe ich die 5V vom Arduino 
am Kollektor an, der Sharp-Sensor kommt an den Emitter.

Welchen Transistor und welchen Vorwiderstand an der Basis benötige ich, 
wenn ich mit 3,3V den Transistor voll durchschalten/sperren möchte?

Viele Dank und viele Grüße
Felix

von Rainer U. (r-u)


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Felix Steinbeis schrieb:
> Wie und mit welchen Komponenten kann ich die Spannung begrenzen?

Bin nicht ganz sicher, kannst Du aber leicht ausprobieren: mit einer 
passenden Z-Diode oder mit einer Clamp-Diode gegen +

von Rainer U. (r-u)


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Felix Steinbeis schrieb:
> Welchen Transistor und welchen Vorwiderstand an der Basis benötige ich,
> wenn ich mit 3,3V den Transistor voll durchschalten/sperren möchte?

div. Möglichkeiten, liest Du hier:

https://www.mikrocontroller.net/articles/Transistor

von Felix Steinbeis (Gast)


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Danke. Transistor habe ich verstanden. D.h.

+5V --> Sharp --> K //--> E --> GND
+3V3 --> passender Vorwiderstand --> B

Was wäre denn eine passende Z- oder Clamp-Diode?

von Jim M. (turboj)


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Felix Steinbeis schrieb:
> Danke. Transistor habe ich verstanden. D.h.
>
> +5V --> Sharp --> K //--> E --> GND
> +3V3 --> passender Vorwiderstand --> B

Nö, falsch. Mit so einem Low Siide Switch haste dann die vollen +5V am 
analogen Eingang des 3,3V Chips - so brennt der erst recht durch.

Das abklemmen der Masse verhindert nicht das Durchstellen der 5V, 
sondern fördert es noch - moderne Elektronik hat z.B. auch immer einen 
Schutz vor ESD.

Du bräuchtest einen High-side Switch, das ist im einfachsten Fall ein 
P-Kanal und ein N-Kanal Mosfet (oder ein PNP + NPN als bipolare Lösung) 
plus ein paar Widerstände als Hüherfutter.

von Stefan F. (Gast)


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Einfach ein 1k Ohm Widerstand zwischen dem Ausgang des Sensor und dem 
Eingang des µC sollte genügen. Überspannung wird von den internen 
Schutzdioden des µC abgeleitet, wobei der Widerstand dann den Strom auf 
maximal 1,5mA begrenzt.

Wegen der Transistorschaltung schaue hier in Kapitel 3.4.3.1
http://stefanfrings.de/mikrocontroller_buch/Einstieg%20in%20die%20Elektronik%20mit%20Mikrocontrollern%20-%20Band%202.pdf

von Joachim B. (jar)


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Felix Steinbeis schrieb:
> Was wäre denn eine passende Z- oder Clamp-Diode?

ich würde vom ADC des Arduino eine BAT42 nach VCC 3,3V des Arduino legen

Anode an ADC, Kathode an VCC, somit wird jegliche Überspannung über 3,3V 
+ Schwellwertspannung nach VCC abgeleitet, zur Strombegrenzung bietet 
sich ein 470 Ohm in die ADC Zuleitung vom Sensor an der mit seinen 470 
Ohm zum rel. hohen Eingangswiderstand des ADC mehrere kOhm keine 
nennenswerte Abweichung bringt.

von Ralph S. (jjflash)


Angehängte Dateien:

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Schaltung zum Ein- Ausschalten der Betriebsspannung des Sensors siehe 
Anhang

von Joachim B. (jar)


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Ralph S. schrieb:
> Schaltung zum Ein- Ausschalten der Betriebsspannung des Sensors siehe
> Anhang

ohne pulldown an der Basis floatet der BC aber beim Booten bevor der 
Port richtig (wenn überhaupt bei Progrmierfehler) auf Ausgang gesetzt 
wird.

von Ralph S. (jjflash)


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... und ?

- wie lange dauert denn der "Bootvorgang" eines SAMD ? Darauf wird wohl 
kein "echtes OS" drauf laufen gelassen?

- stört das den Sensor ?

---------------------------------------------------------

Wenn ja, dann eben noch ein Pull-Down (100k) und den I/O Port mit 
konfigurieren mit eingeschalteten Pull-Up Widerständen

von Trumpelstilzchen (Gast)


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Ralph S. schrieb:
> Schaltung zum Ein- Ausschalten der Betriebsspannung des Sensors siehe
> Anhang

Da fehlt (mal wieder)  ein Widerstand zur Begrenzung des Basisstroms vom 
BC557.

von Ralph S. (jjflash)


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stimmt, es war mitten in der Nacht... und zweitens ist der PNP auch noch 
falsch beschriftet !

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