Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik DC DC Verstärkung


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von Christopher H. (gandi)


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Hallo,

ich melde mich da ich einerseits nicht weiß, ob meine prinzipielle Idee 
so funktionieren könnte und andererseits, da ich bei der 
Herangehensweise der Dimensionierung feststecke.

Gleich vorab, ich habe mich über diese Thematik bereits informiert und 
es auch verstanden, mir fehlt "nur" der Anfang des roten Fadens.

Ziel ist von meinem Eingangssignal 0 bis 5V auf 0 bis 24V zu verstärken 
(DC/DC). Ich habe daheim gerade nur den 2N2222A BJ-Transistor, welcher 
dafür aber genügen dürfte.
Da die Last bis zu 100mA benötigt habe ich den LM324N der sonst noch 
verfügbar wäre ausgeschlossen.

Gedacht war mit dem 2N2222A eine Emitterverstärker Schaltung aufzubauen 
(siehe Bild). Ich habe auch gelesen dass diese für DC/DC verstärkung 
nicht geeignet sein soll. Wieso? Gäbe es alternativen?
Falls diese aber doch geeignet ist:

Bisherige (falsche?) Herangehensweise:
 1) überprüfen ob Transistor für diese Leistung ausreicht
 2) erforderliche Verstärkung berechnen (24V/5V=beta,erf=4,8)
 3) einstellen der Vorspannung über R1 und R2 (lt. Datenblatt 
VBE,sat=[0,6V bis 1,2V], VEBO,max=6V)
 4) Einstellen der erforderlichen Verstärkung über RC und RE

Wäre es günstig die maximalen 5V am Eingang zu verringern?, dann wäre 
ich mit VBE nicht so nahe an der maximalen VEB von 6V.

Noch eine Verständnisfrage: oft wird der RC mit RL (für Last) betitelt, 
andererseits sieht man unterhalb auch den Anschluss für die 
Ausgangs(klemm)spannung - das erscheint mir ein wenig widersprüchlich 
(Spannungsabfall).

umso einfacher der Lösungsansatz, desto dankbarer bin ich euch ;)
Vorab bereits Danke!


-----
EDIT: Ach ja! Ich habe maximal 24V, also kann ich mit dieser Schaltung 
nicht die gesamte Spannung am RC abfallen lassen, hat wer andere Ideen?
(ansonsten würde ich 23V am RC abfallen lassen und wegen der neuen 
Verstärkung das Eingangssignal anpassen)

: Verschoben durch Moderator
von Ach Du grüne Neune (Gast)


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Christopher H. schrieb:
> Da die Last bis zu 100mA benötigt habe ich den LM324N der sonst noch
> verfügbar wäre ausgeschlossen.

Dann solltest du ihn auch verwenden (oder einen LM358) und einfach einen 
Transistor (BD139) am Ausgang anschließen, mit deiner 100mA Last im 
Emitter.

Der OP benötigt am Eingang ca. min. 0,3 Volt, dafür kannst du ihn mit 
single-Supply betreiben damit am Ausgang auch bis zu +24V zur Verfügung 
stehen können, wenn am Eingang 5V anliegen. Die 0,7 Volt Verlustspannung 
am Ausgang kannst du durch einen etwas höheren Verstärkungsfaktor v=4,92 
wieder einigermaßen ausgleichen.

von Ach Du grüne Neune (Gast)


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Christopher H. schrieb:
> EDIT: Ach ja! Ich habe maximal 24V

Ach soo, dann geht vielleicht noch ein Rail to Rail OPV, aber auch da 
müsstest du auf mindestens 0,6 Volt am Ausgang verzichten (max. +23,4V).

von der schreckliche Sven (Gast)


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Christopher H. schrieb:
> Da die Last bis zu 100mA benötigt

Darf man erfahren, worum es sich dabei handelt?

von Günter Lenz (Gast)


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Wenn du an Vin 0V anlegst, kommt 24V am Ausgang raus,
aber nur unbelastet. Um Gleichspannungen zu verstärken
nimmt man Operationsverstärker, dazu sind sie erfunden.

Um zu verstehen wie das funktioniert, schau hier.

https://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0209092.htm

von ArnoR (Gast)


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Christopher H. schrieb:
> Ziel ist von meinem Eingangssignal 0 bis 5V auf 0 bis 24V zu verstärken
> (DC/DC). Ich habe daheim gerade nur den 2N2222A BJ-Transistor, welcher
> dafür aber genügen dürfte.

So wird das nichts. Ein einfacher npn kann nicht ab 0V Eingangssignal 
arbeiten. Außerdem invertiert er, wenn er in Emitterschaltung arbeitet 
und schließlich kann er in einer solchen Schaltung auch nicht 24V bei 
100mA an die Last liefern, wenn er mit 24V-Versorgung arbeitet.

Ach Du grüne Neune schrieb:
> Der OP benötigt am Eingang ca. min. 0,3 Volt,

Nein, der arbeitet eingangsseitig ab 0V.

> Die 0,7 Volt Verlustspannung
> am Ausgang kannst du durch einen etwas höheren Verstärkungsfaktor v=4,92
> wieder einigermaßen ausgleichen.

Nein, die gleich man dadurch aus, dass der Transistor in die 
Gegenkoppelschleife (die in deiner Schaltung fehlt und die so gar nicht 
funktioniert) einbezogen wird.

von oldeurope O. (Gast)


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Christopher H. schrieb:
> Gedacht war

Hängt die Last am Plus - oder am Minuspol?
Oder hast Du da freie Wahl? Dann kann ich Dir helfen.

Möglicherweise hilft Dir dieser Thread:
Beitrag "Differenzenverstärker Messbereich Verfeinerung"

LG
old.

von Ach Du grüne Neune (Gast)


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ArnoR schrieb:
> die in deiner Schaltung fehlt und die so gar nicht
> funktioniert

Ich habe es jetzt verbessert. Nützt aber nicht wirklich was, weil nur 24 
Volt zur Verfügung stehen und das obere Rail zumindest mit dem LM324 
nicht erreicht wird.

von oldeurope O. (Gast)


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Ach Du grüne Neune schrieb:
> das obere Rail zumindest mit dem LM324
> nicht erreicht wird.

Mit einem Pullup Widerstand erreichst Du das.
Problematisch ist der Spannungsabfall an ihm,
wenn der Basisstrom dann noch 1mA beträgt.
Da wird der Pullup zu niederohmig.

Mir wäre es lieber der gandi könnte die Last an +Ub klemmen.

LG
old.

von Ach Du grüne Neune (Gast)


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Aus der W. schrieb:
> Mir wäre es lieber der gandi könnte die Last an +Ub klemmen.

Warum? Das ist doch dann das gleiche Problem nur in Grün!

von ArnoR (Gast)


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Aus der W. schrieb:
> Mit einem Pullup Widerstand erreichst Du das.

Auch ein Pullup-Widerstand kann die 0,7V Ube des Emitterfolgers nicht 
aufheben. Man kommt mit der Schaltung der "grünen Neune" nicht über 
~23,3V.

von oldeurope O. (Gast)


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ArnoR schrieb:
> Man kommt mit der Schaltung der "grünen Neune" nicht über
> ~23,3V.

Korrekt.

Ach Du grüne Neune schrieb:
> Aus der W. schrieb:
>> Mir wäre es lieber der gandi könnte die Last an +Ub klemmen.
>
> Warum? Das ist doch dann das gleiche Problem nur in Grün!

Emitterschaltung.
Damit schaffe ich das RtoR.

LG
old.

von georg (Gast)


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Ach Du grüne Neune schrieb:
> Warum? Das ist doch dann das gleiche Problem nur in Grün!

Die Sättigungsspannung eines Transistors ist deutlich geringer als die 
Basis-Emitterspannung. Bei einem MOSFET und 100mA nur mV. Grundlagen!

Georg

von Ach Du grüne Neune (Gast)


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Aus der W. schrieb:
> Emitterschaltung.
> Damit schaffe ich das RtoR.

Spätestens bei der Treiberschaltung für die Emitterschaltung hapert's 
wieder an den 0,7V, wenn nicht schon vorher.

georg schrieb:
> Bei einem MOSFET und 100mA nur mV

Da hätte ich schon mehr Vertrauen zu.

von oldeurope O. (Gast)


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Ach Du grüne Neune schrieb:
> Aus der W. schrieb:
>> Emitterschaltung.
>> Damit schaffe ich das RtoR.
>
> Spätestens bei der Treiberschaltung für die Emitterschaltung hapert's
> wieder an den 0,7V, wenn nicht schon vorher.

Ich werde es Dir simulieren wenn gandi das so braucht.
Emitter an Masse,
Basis über einen Teiler an den op ausg.,
Collector über Last nach + und GGK vom Collector her.

LG
old.

von Ach Du grüne Neune (Gast)


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Aus der W. schrieb:
> Ich werde es Dir simulieren wenn gandi das so braucht.

Du meinst so? Dann müsste das Eingangssignal vorher einmal invertiert 
werden, oder am Ausgang gleich alles auf PNP-Transistor umbauen, dann 
stimmt's auch wieder mit der Last an Masse, wenn der TO die Last an 
Masse haben muss!?

von der schreckliche Sven (Gast)


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Ach Du grüne Neune schrieb:
> wenn der TO die Last an
> Masse haben muss!?

Ja, wenn...
Es ist nicht mehr bekannt, als "100 mA".
Gleichstrom? Wechselstrom?

Die ganze Diskussion ist mal wieder... ja was denn eigentlich?

von oldeurope O. (Gast)


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Ach Du grüne Neune schrieb:
> Du meinst so?

Ja, so ähnlich. Danke fürs Zeichnen.
Komme Heute nicht mehr dazu.
Mal warten was gandi will.

LG
old.

von Christopher H. (gandi)


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Danke für die rege Beteiligung am Thread!, jetzt werd ich einmal die 
ganzen Vorschläge verwerten ;)
Hätte nicht gedacht dass das so schnell geht!

Die Schaltung hab ich ja verhaut... ^^"

Ach Du grüne Neune schrieb:
> Dann solltest du ihn auch verwenden (oder einen LM358) und einfach einen
> Transistor (BD139) am Ausgang anschließen, mit deiner 100mA Last im
> Emitter.

Stimmt!, guter, einfach Ansatz - vor allem die rail to rail bauteile 
vergess ich immer...
Und mit 23V wär ich auch zufrieden, ist nämlich nur ein DC Motor der 
dann schon ausreichend läuft. (Die Schaltung war nur sinnbildlich zu 
verstehen, der Motor ist natürlich ein wenig anders beschalten)

Günter Lenz schrieb:
> Um Gleichspannungen zu verstärken
> nimmt man Operationsverstärker, dazu sind sie erfunden.

Gutes Argument.

Ich werd jetzt mal simulieren und überlegen, sollte ich noch wo hängen 
meld ich mich.


Nur aus reinem Interesse:
Ich hab bereits so oft gehört dass man Transistoren als Verstärker 
verwendet und habe aber selber noch nichts in die Richtung gemacht (wie 
vielleicht unschwer zu erkennen war). Hat jemand von euch einen "guten" 
Link für mich?, vor allem zur DC Verstärkung (bei AC hab ich genug 
brauchbares gefunden..).

von Christopher H. (gandi)


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Ok, habe mir jetzt beide Varianten angeschaut (lt.Simulation):

Bei Schaltung 1 (n.inv OPV + Impedanzwandler) ist das Signal nicht 
invertiert, dafür habe ich leider immer den Spannungsabfall von 0,7V des 
Transistors - bzw. noch mehr wenns gegen die 24V geht.

Bei Schaltung 2 (DC-DC-Amp_3.png der grünen Neune & oldeurope) ist das 
Signal invertiert (wie erwartet) und hat deshalb nur im unteren Bereich 
Probleme (<2V Abfall an der Last - OPV liefert wieder gegen 24V). Das 
kommt mir allerdings sehr gelegen, da ich die Motoren sowieso erst ab 
min 6V betreiben werde. Die 24V Abfall werden quasi perfekt (23,8V) 
erreicht.

Zur Umsetzung:
Ich werde die 2. Schaltung verwenden und Softwareseitig das PWM Signal 
bei gefordertem Vollbetrieb (24V) auf 0% Duty Cycle setzen und vice 
versa.

Danke für die Hilfe und fürs Zeichnen!

von oldeurope O. (Gast)


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Christopher H. schrieb:
> das PWM Signal

Ja nimm das doch direkt für den Motor.
Brauchst nur einen Schalttransistor und eine Diode.

LG
old.

von Ach Du grüne Neune (Gast)


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Aus der W. schrieb:
> Ja nimm das doch direkt für den Motor.
> Brauchst nur einen Schalttransistor und eine Diode.

Genau. Das vereinfacht alles enorm.

Trotzdem würde mich interessieren welche Widerstandswerte du für die 
Schaltung 3 (Basisspannungsteiler) eingesetzt hast.

Christopher H. schrieb:
> Bei Schaltung 2 (DC-DC-Amp_3.png der grünen Neune & oldeurope) ist das
> Signal invertiert (wie erwartet)

Mit dem noch freien LM358 hättest du es vorher noch invertieren können, 
aber das ist ja jetzt sowieso hinfällig.

von Christopher H. (gandi)


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Aus der W. schrieb:
> Ja nimm das doch direkt für den Motor.
> Brauchst nur einen Schalttransistor und eine Diode.
Ich hatte Angst dass der Motor nicht PWM fähig ist bzw. die Lebensdauer 
von Ihm dadurch sinkt, - die Schaltung hatte ich nämlich sogar schon 
aufgebaut (mit LL Mosfet IRLML2030).

Ach Du grüne Neune schrieb:
> Trotzdem würde mich interessieren welche Widerstandswerte du für die
> Schaltung 3 (Basisspannungsteiler) eingesetzt hast.
Nochmals 3,8k und 1k (Ib ist dann ungefähr 5mA).

Ich habe gerade die Schaltung aufgebaut und such den Fehler - leider 
fährt der Motor immer vollgas unabhängig vom PWM (wahrscheinlich 
irgendwo falsch verdrahtet...)

von Der Andere (Gast)


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Christopher H. schrieb:
> (wahrscheinlich
> irgendwo falsch verdrahtet...)

Oder Mosfet ist durch, falls die Freilaufdiode fehlt.

von oldeurope O. (Gast)


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Darf natürlich kein "großer" Kondensator parallel zum Motor
liegen.

Christopher H. schrieb:
> bzw. die Lebensdauer
> von Ihm dadurch sinkt

Du darfst auch gerne eine Drossel in Reihe schalten.

LG
old.

von Christopher H. (gandi)


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Aus der W. schrieb:
> Du darfst auch gerne eine Drossel in Reihe schalten.
Ok passt!

Ein Fehler ist übrigens dass der LM324 bei 24V versorgung trotzdem nur 
bis 12V verstärkt.. :/
(Habs mit einer einfachen Verstärkerschaltung getestet)

: Bearbeitet durch User
von Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)


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Christopher H. schrieb:
> Ein Fehler ist übrigens dass der LM324 bei 24V versorgung trotzdem nur
> bis 12V verstärkt.. :/
> (Habs mit einer einfachen Verstärkerschaltung getestet)

Dann ist er falsch eingesetzt worden. Sowohl der LM324 als auch der 
LM358 können bei 24 Volt Single Supply am Ausgang Spannungen von fast 0 
Volt bis 22,5 Volt ausgeben.

von gradandersrumgehörtes (Gast)


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Christopher H. schrieb:
> der Motor ist natürlich ein wenig anders beschalten

Christopher H. schrieb:
> Die Schaltung hab ich ja verhaut...

Von "beschaltet" und "verhauen" hieltest Du hier nichts?  :~]

von Peter H. (borntopizza)


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Hi,

das wäre auch evtl. eine Möglichkeit. Der Vorteil hier ist, dass wenn du 
ja doch irgendwelche Kapazitäten parallel zu deinem PWM Ausgang hast, 
deine Last hier erst ab ca. 4,5 - 5 V fast die 24 V abbekommt.

MfG
Peter

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