Toggle: 4013 + p-MOSFET

[Manu (Gast)]

Hallo!

Ich möchte diese Schaltung hier verwenden:
https://www.mikrocontroller.net/articles/Relais_mit_Logik_ansteuern#Umschaltung_per_Taster
...natürlich die Variante mit dem D-FlipFlop.

Zum Schalten meiner Last habe ich aber abweichend davon zwingend ein 
p-Kanal-MOSFET (hier: IRF4905).

Meine Frage ist jetzt, wie bringe ich den mit dem 4013 zusammen? Wenn 
der Ausgang des 4013 auf Low liegt und VSS auf Masse, wird der MOSFET 
dann schon leitend?

Damit die Schaltung aber wie vorgesehen beim Anlegen der Spannung "Aus" 
ist, müsste ich dann dementsprechend Gate an ¬Q hängen?

Oder wäre es besser, einen NPN-Transistor (sagen wir BC547) an Q zu 
hängen (also die Basis) und mit dem wiederum Gate auf Masse zu ziehen?

"Problem 2": Der MOSFET schaltet 24 V. Für den 4013 hätte ich einen 7812 
genommen. Reichen die 12 V noch, damit der IRF4905 sperrt? (Betrifft 
natürlich nur die Variante ohne Transistor)

Danke und Grüße,
Manu

[Jens G. (jensig)]

@ Manu (Gast)

>Hallo!

>Ich möchte diese Schaltung hier verwenden:
>https://www.mikrocontroller.net/articles
>/Relais_mit_Logik_ansteuern#Umschaltung_per_Taster
>...natürlich die Variante mit dem D-FlipFlop.

>Zum Schalten meiner Last habe ich aber abweichend davon zwingend ein
>p-Kanal-MOSFET (hier: IRF4905).

Warum? Aber egal ...

>Meine Frage ist jetzt, wie bringe ich den mit dem 4013 zusammen? Wenn
>der Ausgang des 4013 auf Low liegt und VSS auf Masse, wird der MOSFET
>dann schon leitend?

Ein P-Kanal wird genau andersherum eingebaut. Also mit Source an +12V, 
und Relais zw. Drain und Masse. Gate genau so an Q (oder auch /Q - ist 
ja bei dieser Toggleschaltung egal)

>Damit die Schaltung aber wie vorgesehen beim Anlegen der Spannung "Aus"
>ist, müsste ich dann dementsprechend Gate an ¬Q hängen?

Eigentlich richtig, aber ich glaube nicht, daß die Schaltung einen 
Vorzugsausgangszustand hat. Wird wohl eher zufällig sein. Kannst ja eine 
RC-Schaltung entweder an R oder S schalten, je nach gewünschter 
Ausgangsstellung (C (100n oder so) an +12V, dann weiter mit R (10k oder 
100k oder so) nach Masse. Verbindung zw. R und C dann an S oder R, je 
nach Vorzugsrichtung)

>Oder wäre es besser, einen NPN-Transistor (sagen wir BC547) an Q zu
>hängen (also die Basis) und mit dem wiederum Gate auf Masse zu ziehen?

Nö, solange das alles mit 12V laufen soll (also auch die Mosfetstufe).

>"Problem 2": Der MOSFET schaltet 24 V. Für den 4013 hätte ich einen 7812
>genommen. Reichen die 12 V noch, damit der IRF4905 sperrt? (Betrifft
>natürlich nur die Variante ohne Transistor)

Nö, dann geht das nicht einfach so, sondern mußt, wie Du schon erwähnt 
hast, noch den NPN mit reinklemmen. Den Kollektor-R aber am besten mit 
zwei gleichgroßen R's in Serie bilden, deren Mittelpunt dann ans Gate 
geht (weil das Gate sonst die vollen 24V sieht, was der Mosfet nicht so 
sehr  mag ...)

Und Basiswiderstand nicht vergessen.

[Peter D. (peda)]

Manu schrieb:
> "Problem 2": Der MOSFET schaltet 24 V. Für den 4013 hätte ich einen 7812
> genommen.

Sollen die 24V geschaltet werden, mußt Du den 4013 mit einem 7912 
versorgen, d.h. dessen GND und der Taster liegen auf +12V. Für CMOS 
reicht aber auch eine 12V Z-Diode + Vorwiderstand (z.B. 4,7k).

Manu schrieb:
> Damit die Schaltung aber wie vorgesehen beim Anlegen der Spannung "Aus"
> ist, müsste ich dann dementsprechend Gate an ¬Q hängen?

Das ist egal, der Einschaltzustand des 4013 ist ohne Resetschaltung 
unbestimmt.

[Manu (Gast)]

Jens G. schrieb:
> Eigentlich richtig, aber ich glaube nicht, daß die Schaltung einen
> Vorzugsausgangszustand hat. Wird wohl eher zufällig sein. Kannst ja eine
> RC-Schaltung entweder an R oder S schalten, je nach gewünschter
> Ausgangsstellung (C (100n oder so) an +12V, dann weiter mit R (10k oder
> 100k oder so) nach Masse. Verbindung zw. R und C dann an S oder R, je
> nach Vorzugsrichtung)
Ah, danke! Ja, jetzt wo ich mir den Artikel nochmal durchgelesne habe, 
steht es da auch mit der zufälligen Stellung... aber mit dem RC kann ich 
mir das passend machen.

> Nö, dann geht das nicht einfach so, sondern mußt, wie Du schon erwähnt
> hast, noch den NPN mit reinklemmen. Den Kollektor-R aber am besten mit
> zwei gleichgroßen R's in Serie bilden, deren Mittelpunt dann ans Gate
> geht (weil das Gate sonst die vollen 24V sieht, was der Mosfet nicht so
> sehr  mag ...)
>
> Und Basiswiderstand nicht vergessen.
Alles klar :-)


Peter D. schrieb:
> Sollen die 24V geschaltet werden, mußt Du den 4013 mit einem 7912
> versorgen, d.h. dessen GND und der Taster liegen auf +12V. Für CMOS
> reicht aber auch eine 12V Z-Diode + Vorwiderstand (z.B. 4,7k).
Irgendwie hab ich immer Probleme mit dem Verständnis, wenn der 
Spannungsbezug mal nicht "ganz klassisch" ist. Ich werde zwar 
wahrscheinlich die Z-Dioden-Lösung nehmen weil sehr einfach, aber möchte 
das trotzdem verstehen. Nur komme ich da nicht weiter. Bei den 
Schaltungen mit dem 79xx, die ich finde, ist er immer symmetrisch zu 
einem 78xx eingesetzt (das krieg ich noch auf die Reihe). Aber hier kann 
ich mir nicht herleiten, wo und wie ich den einbauen müsste?

[Bernd K. (bmk)]

Ich habe mal die Unterschiede bezüglich Ansteuerung P-MOSFET und 
N-MOSFET etwas unter die Lupe genommen.

Hauptproblem: In den meisten Fällen ist die MOSFET-Ansteuerspannung auf 
GND bezogen, etwa von einem Logikbaustein, OpAmp, µController etc 
kommend.

Das passt natürlich wunderbar zu einem N-MOSFET, weil dessen Source idR 
mit GND verbunden ist und die Ansteuerung passt ohne Klimmzüge (Bild 1)

Bei einem P-MOSFET liegt Source allerdings auf der Plus-Schiene und Ugs 
kann nicht mehr einfach durch GND-bezogene Signale angesteuert werden. 
(Bild 1)

In Bild 2 ist eine äquivalente Lösung für die Ansteuerung des P-MOSFET 
zu sehen. Der NPN Transistor ist als Emitterfolger geschaltet und 
benötigt daher keinen Basisvorwiderstand. Bei 10V wird der Strom (10V - 
0,62V) / 750 Ohm als Konstantstrom 12,5mA betragen und im oberen Zweig 
stets rd. 10V (bzw. 0V)als Ugs für den P-Mosfet zur Verfügung stellen. 
Daher ist hier keine Z-Diode vonnöten, da auch bei höherer Spannung als 
24V immer 10V Ugs anstehen.

[Manu (Gast)]

Bernd K. schrieb:
> In Bild 2 ist eine äquivalente Lösung für die Ansteuerung des P-MOSFET
> zu sehen. Der NPN Transistor ist als Emitterfolger geschaltet und
> benötigt daher keinen Basisvorwiderstand. Bei 10V wird der Strom (10V -
> 0,62V) / 750 Ohm als Konstantstrom 12,5mA betragen und im oberen Zweig
> stets rd. 10V (bzw. 0V)als Ugs für den P-Mosfet zur Verfügung stellen.
> Daher ist hier keine Z-Diode vonnöten, da auch bei höherer Spannung als
> 24V immer 10V Ugs anstehen.

Ja, so hatte ich mir das auch vorgestellt :-)
Die Z-Diode sollte ja nur der Spannungsversorgung des FlipFlops dienen.