Hallo, ich hab' eine Frage zur Berechnung der angehängten Schaltung. Leider beisse ich mir daran die Zähne aus. Die Simulation und der Testaufbau zeigen, dass sie funktioniert, aber meinen Berechnungen nach hätte es nicht der Fall sein dürfen... Wo liegt der Fehler meiner Überlegung?: Ich brauche um den pnp-Transistor durchzuschalten 12.5uA Basisstrom durch den npn-Transistor (bei angenommener Verstärkung von 40 (min-Wert des Datenblattes)). Dann fällt an dem Basiswiderstand des npn-Transistors eine Spannung von 12.5uA x 51kOhm = 640mV ab. Die Spannung dort wäre also ~ 640mV + 700mV (BE-Spannung) = 1.34V. Kondensator 1 und 2 bilden einen AC-Spannungsteiler, damit ergibt sich bei einem Rechtecksignal (250 Hz) zwischen 0 und 5 V eine Spannung am Ladekondensator von 5V/2 - 0,7V = 1,8V an. Anschließend habe ich die Entladeformel für Kondensatoren (Ux = UG * exp(-t/tau)) angewendet und nach t aufgelöst (t = -tau * ln(UG/Ux)). Falls also mit Ux=1,34, UG = 1,8, R=51k||220k=41,4k C=100nF die Zeit länger als 1/250Hz ist, bin ich auf der sicheren Seite, so mein Gedanke. Diese Berechnung ließ mich aber annehmen, dass es nicht klappt. Aber wie bereits erwähnt, der Aufbau und die Simulation zeigten das Gegenteil. Wie bekomme ich meine Berechnungen und die Realität in Einklang? ;) Danke.
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"Kondensator 1 und 2 bilden einen AC-Spannungsteiler, damit ergibt sich bei einem Rechtecksignal (250 Hz) zwischen 0 und 5 V eine Spannung am Ladekondensator von 5V/2 - 0,7V = 1,8V an." Sieht mir eher nach eine Spannungsverdopplung aus, nicht nach einen Teiler. Guck mal unter dem Stichwort "Villard-Schaltung" Sebastian
ps: wie wär es mal mit einem Masseanschluß für dein Oszi (oben rechts wo Ground steht) dann könntest um einiges genauer Messen messen.
Zum Thema Villard-Schaltung: Ohne Belastung liegen in der Tat 5V - 0,7V = 4,3V an. Experimentell ermittelt: Wenn ich den Rest anschließe, dann bekomme ich 2,2V Anfangswert und 1,4 V kurz vor dem nächsten positiven Puls. Das pendelt sich anschließend auf 2,8 V und 1,7 V ein. Die Werte seh' ich ja, allerdings stehe ich mir gewaltig auf dem Schlauch, was die Berechnung angeht. Selbst wenn ich die experimentell ermittelten Werte in meine Berechnungen einsetze, dürfte die Schaltung nicht funktionieren. (UG=2,2V, tau=4.1ms (100nF*41k), t=4ms(1/250Hz) => Ux=830mV) P.S. Auszug aus der Hilfe von Elektronics Workbench: Der Anschluß des Oszilloskops an Masse ist nicht erforderlich, wenn die Schaltung, in der gemessen wird, an Masse angeschlossen ist.
Ich habe ein Signal das im Ruhezustand 5V hat, und im Signalfall ein Rechteck von 0-5V und min. 250Hz ausgibt. Mit diesem Signal wird ein Relais geschaltet (exemplarisch mit dem 500Ohm Widerstand dargestellt).
Hallo Novize, > P.S. > Auszug aus der Hilfe von Elektronics Workbench: > Der Anschluß des Oszilloskops an Masse ist nicht erforderlich, wenn > die Schaltung, in der gemessen wird, an Masse angeschlossen ist. Das heist doch im Prinzip nix anderes, als dass dann schon eine Masseverbindung zwischen Schaltung und dem Oszilloskop (Nullleiter) besteht. Dann ist eine zusätzliche Verbindung natürlich nicht notwendig (wäre ja bloß eine bauteillose Schleife). Gruß Fred
Hallo, welchen Einfluß hat die BE-Diode des NPN-Transistor auf die Entladung deines zweiten Kondensators? Ich denke, du kannst nicht einfach die beiden Widerstände (51k und 220k) parallel schalten. Gruß Manfred
Ja und woher kommst du? Wenn es hier nicht sagen willst schreib mal die ersten drei Buchstaben oder so :-)
@Manfred Wenn ich die Widerstände parallel gegen Masse schalte, bekomme ich als Startwert der Entladung 2,6V und als tiefsten Wert 1,3V. (Simulation, Testaufbau hab' ich momentan nicht zur Verfügung) Ich hatte angenommen, ab 1,4V am Ladekondensator sei die BE-Diode nahezu ein Kurzschluss nach Masse, und die beiden Widerstände bestimmten den Stromfluss aus dem Kondensator. @Fred Genau das wollte ich damit sagen. ;)
Bei deinem Startwert fließt über den 51k-widerstand ein Strom von (2,6V - 0,7V) / 51k ~ 37µA. Beim Endwert sind es (1,3V - 0,7V) / 51k ~ 12µA. Wäre BE-Diode nicht vorhanden, so wäre es beim Startwert 2,6V/51k ~ 50µA und beim Endwert 1,3V/51k ~ 25µA. Aus diesem Vergleich behaupte ich, dass die einfache Parallelschaltung der beiden Widerstände nicht stimmt. Aber es ist auch nur eine grobe Abschätzung, da ich beispielsweise immer 0,7V für UBE angesetzt habe. Genauer wäre die Berechnung über den differentiellen Widerstand, aber der könnte viel kleiner sein als die 51k, was dann auch nichts bringen würde. Dadurch könntest du nur die UBE genauer bestimmen. Meine Lösungen schauen so aus, falls die Berechnung zu komplex wird (z. B. Differentialgleichung, viele Unbekannte), dass ich über sehr vereinfachte Werte einen Ansatz definiere und über Simulation und Messung in der Realität zu optimieren versuche. Gruß Manfred
@Manfred Danke, für den Tip.Allerdings bin ich ein wenig enttäuscht, dass es mir nicht gelingen will, das dumme Ding zu Berechnen/Dimensioniern bevor ich es durch einen Simulator jage...
Dann fällt an dem Basiswiderstand des npn-Transistors eine Spannung von 12.5uA x 51kOhm = 640mV ab. Die Spannung dort wäre also ~ 640mV + 700mV (BE-Spannung) = 1.34V. Du Kannst doch die 0.7V zu den 0.64V nicht einfach dazu addieren eher abziehen. Die 1.34V UBE benötigst Du um den Transistor durzuschalten ausserdem scheint der Basisstrom auch viel zuklein zusein um den benötigten mind. Strom IB zubekommen. Welchen Transitor benutzt Du? Schau ins Datenblatt welchen IB der Transistor benötigt. Bsp. BSR13 benötigt mind. 15mA Bei deiner Schaltung nehme ich jetzt mal 1.8V UBE an. Also 1.8V -0.7V= 1.1V die beim Basiswiderstand abfallen. 1.1V / 51K = 21.56µA eigentlich zu wenig um den Transistor Durchzusteuern. Eigentlich musst Du noch von der effktivspannung ausgehen und die müsste deutlich niedriger liegen also etwa bei 1.5Veff. UBE
@Novize Den NPN Tranistor solltest 3fach übersteuern damit er im Schaltbetrieb läuft. D.h. IB = (IC / B) * 3 Sag wir mal IC= 100mA und dein B = 40 (s.o) (100mA / 40) * 3 = 7.5mA die benötigt werden um den Transistor sauber durchzuschalten.
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@Novize Hab deine Schaltung mal angepasst! Allerdings mit 250Hz wird die Schaltung nicht richtig funzen, da müsstest ca. 3kHz draufgeben damit die Sache funzt. Da Du ne Spannungsverdoppelungsschaltung aufgebaut hast kann auch nur ein bestimmter Strom getrieben werden und der wird nicht gerade groß sein. Die Spannung bzw. der Strom der getrieben werden soll hängt also von der angelegten Frequenz ab. Dabei ist ein Sinus- oder Sägezahn- besser als Rechtek - Signal Die 51k als Basisvorwiderstand sind demnach viel zu hoch angesiedelt
@Novize
>Dabei ist ein Sinus- oder Sägezahn- besser als Rechtek - Signal
Sorry! das war falsch Rechteck ist besser.
Wenn Du die 100nF gegen 10µF ersetzt funzt es schon bei 50Hz.
Mit der Eingansamplitude kannste auch mal herum experimentieren.
Wenn Du nicht gerade auf die 2.5V pochst kannste bei erhöhung die
Bauteile anders Diminsionieren.
dernixwoiss: "Du Kannst doch die 0.7V zu den 0.64V nicht einfach dazu addieren eher abziehen." Ich meinte, die Spannung vor dem 51k-Widerstand beträgt die 1,34 Volt. Da addiert sich der Spannungsabfall über die 51kx12,5uA und UBE. Sorry wenn ich mich missverständlich ausgedrückt habe. dernixwoiss: "Da Du ne Spannungsverdoppelungsschaltung aufgebaut hast kann auch nur ein bestimmter Strom getrieben werden und der wird nicht gerade groß sein." Das ist mir bewusst. Und wie groß dieser Strom ist, das hat mich interessiert. Ich war/bin leider nur nicht dazu in der Lage, das ohne Experiment und/oder Simulation zu eruieren. dernixwoiss: "Die Spannung bzw. der Strom der getrieben werden soll hängt also von der angelegten Frequenz ab." Das ist mir ebenfalls bewusst. Die 250Hz sind worst case. Allerdings habe ich keine sonderlich hoch belastbare Signalquelle. Deshalb kann ich die Kondensatoren nicht mit 10uF dimensionieren. Die Schaltung wie sie aufgebaut ist funktioniert noch bis 130 Hz. An der Signalform/-amplitude kann ich nichts ändern, die ist vorgegeben.
Hallo, also hier mal eine Kurze Erklärung, warum deine Schaltung so funktioniert. Ich nehme mal den kritischsten Wert den du auch gemessen hast. Also die 1,4V Aussgangsspannung nach den Dioden. Der Basistrom beträgt dann also (1,4-0,6)/51k=15uA. Wenn man eine realistische Verstärkung von 100 annimmt ergibt sich also ein Kollektorstrom von 1,5mA. Von dem jetzt den maximalen Strom durch den 100k Widerstand 12V/100k=1,2mA abziehen, dann erhält man den Basisstrom des PNP mit 300uA. Wieder mal der Verstärkung 100 erhält man einen Kollektorstrom von 30mA der aber nicht erreich wird, weil ihn der Widerstand schon auf maximal 12V/500R=24mA begrenzt, also alles in Ordnung. Jetzt mal meine Vorschläge zur Schaltung: der Teil mit der ersten Diode und dem ersten Kondensator ist völlig sinnlos und bringt als einzigen Effekt, dass die Eingangsspannung am Eingang des ersten Transistors zwischen 1,4V und 2,2V schwankt. Wenn du sie aber weglässt, dann schwankt sie nur mehr zwischen etwa 2.5V und 4,3V , also schon merklich besser. Der 220k Widerstand ist auch sinnlos, der nimmt dir nur weiteren Entladestrom aus dem Kondensator weg. Also ohne diesen Teilen wäre die Schaltung schon um einiges besser. Eine optimale Schaltung wäre die 5V des Rechtecks mit einer Diode und Kondensator zu puffern und damit einen Logic Level NMOS zu schalten. Der braucht nämlich praktisch keine Schaltstrom und kommt mit der 5V Spannung aus, es würden dann also 3 Bauteile genügen. Ach ja und nochwas weil weiter oben was von Villard Schaltung geschrieben wurde. Der erste Teil deiner Schaltung sieht zwar wie eine solche Schaltung aus, funktioniert aber nicht so, weil diese eine Eingangswechselspannug und keine pulsierende Gleichspannug benötigt. lg Thomas
@ Thomas ich komme aus Ko, stud in erl. und wohne bei ba. falls du das immernoch wissen willst. Woher denkst du denn sollten wir uns kennen? Sebastian
Danke für die Erklärung, Thomas. Allerdings war der Teil hinter den Kondensatoren nicht meine Frage. Ich wollte ausrechnen, ob die Kondensatoren genug Ladung speichern konnten, um den für den npn-Transistor benötigten Strom von ca. 12,5uA für die Dauer von 4ms liefern zu können. Dass die Schaltung funktionieren sollte, sobald sie es schaffen, war mir klar (denn irgendwie bin ich ja auf die benötigten 12,5uA gekommen ;) Thomas: "der Teil mit der ersten Diode und dem ersten Kondensator ist völlig sinnlos" Nein ist er nicht. Das Signal hat einen 5V-Ruhepegel. Wäre kein Koppelkondensator dazwischengeschaltet, würde der npn-Transistor immer durchgeschaltet bleiben! (Ich hatte weiter oben die Signalform beschrieben.) Hätte es einen Ruhepegel von 0V, dann hättest du Recht. Thomas: "Der 220k Widerstand ist auch sinnlos" Ich gebe dir Recht, dass er in diesem Zusammenhang sinnlos ist. Er dient allerdings noch als Fußpunktwiderstand einer anderen Eingangsbeschaltung für andere Signalformen.
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