Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Erklärung Schaltung


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von Tino K. (blumengiesser)



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Ich habe vom Raspi 3 B aus dem Schaltplan den TEil mit der 
Spannungsversorgung kopiert, da ich diesen Teil nicht verstehe. Also die 
Funktion ist klar, elektronische Diode aber warum und wieso das dann so 
ist, ist mir schleierhaft. Falls jemand das kurz erklären könnte wäre 
ich ihm dankbar. Es geht mir primär um den Doppeltransistor...

von Carlo (Gast)


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von Achim S. (Gast)


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Tino K. schrieb:
> Es geht mir primär um den Doppeltransistor...

Die grobe Beschreibung ist: die beiden Basen sind zusammengeschaltet. 
Die BE-Spannung der beiden pnp richtet sich also danach, wie die 
Spannung zwischen beiden Emittern ausschaut, also "links" und "rechts" 
vom FET. Gesteuert wird die Schaltung also über den Spannungsabfall am 
FET.

Wenn die Spannung am Emitter "links" höher ist als rechts (die ideale 
Diode also leiten soll), dann sieht der linke pnp eine etwas größere 
BE-Spannung als der rechte. Er leitet also stärker, die Basisspannung 
(an R2) wird größer. Damit leitet der rechte pnp noch weniger und das 
gänze läuft immer weiter. Schließlich fließt kaum noch Strom durch den 
rechten pnp, an R3 fällt wenig Spannung ab, und der FET schaltet 
weitgehend durch, weil sein U_GS gegen 5V geht.

Wenn die Emitterspannung rechts größer ist als links (die ideale Diode 
also sperren soll), dann leitet der rechte pnp etwas stärker als der 
linke. Das U_GS am FET wird kleiner, der Spannungsabfall am FET größer. 
Das verstärkt sich wieder soweit bis der linke pnp fast völlig sperrt 
und der rechte pnp fast völlig durchschaltet. Dann liegen an R3 fast die 
vollen 5V an, die U_GS des FET geht gegen Null und der FET sperrt 
komplett.

Insgesamt wirkt der FET also wie eine annähernd ideale Diode, die Strom 
von links nach rechts mit wenig Spannungsabfall durchschaltet, von 
rechts nach links aber keinen Strom fließen lässt.

von HildeK (Gast)


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Tino K. schrieb:
> Also die
> Funktion ist klar, elektronische Diode aber warum und wieso das dann so
> ist, ist mir schleierhaft. Falls jemand das kurz erklären könnte wäre
> ich ihm dankbar. Es geht mir primär um den Doppeltransistor...

Ich nehme an, du kennst die einfache Variante 'Verpolschutz' mit einem 
pMOSFET?
Diese macht nur Schutz vor Verpolung, sperrt also erst, wenn die 
Eingangsspannung tatsächlich ein negatives Vorzeichen bekommt.

Die gezeigte vom RasPi wirkt eher wie eine ideale Diode. Sobald die 
Eingangsspannung geringer wird als die Spannung am Ausgang (weil z.B. 
gehalten durch den C1 oder durch eine Spannung eines Netzteils), dann 
sperrt diese, verhindert also eine Rückspeisung in Richtung J1. Es 
reichen bereits wenige 10mV Unterschied zwischen D und S.

Die beiden Transistoren stellen fest, auf welcher Seite des FET mehr 
Spannung vorhanden ist und 'schalten' dann um.
Das geht auch mit zwei Einzeltransistoren, wobei ein Doppeltransistor 
den großen Vorteil hat, dass die thermischen Eigenschaften und die 
jeweilige UBE der beiden Transistoren recht gleich ist. Dann braucht man 
sich keine Gedanken um die thermische Kopplung beider Transistoren und 
deren Gleichheit zu machen.

Es wirkt also wie eine normale Diode mit UF≈100mV. Sie hat allerdings 
den Nachteil, dass sie einen geringen Ruhestrom braucht, damit nicht 
optimal ist bei Batterieversorgung.

von Carlo (Gast)


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.... ideale Diode
mit LTspice Simulation :-)
https://www.electronicsforu.com/electronics-projects/simulate-mosfet-based-ideal-diode
und zum selber "herstellen" mit PCB Layout :-)
https://www.microfarad.de/blog/the-ideal-diode/

von Dietmar S. (didi2)


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HildeK schrieb:

> Die gezeigte vom RasPi wirkt eher wie eine ideale Diode. Sobald die
> Eingangsspannung geringer wird als die Spannung am Ausgang (weil z.B.
> gehalten durch den C1 oder durch eine Spannung eines Netzteils), dann
> sperrt diese, verhindert also eine Rückspeisung in Richtung J1. Es
> reichen bereits wenige 10mV Unterschied zwischen D und S.

Mir geht es gerade so, dass ich die Funktionsweise zwar verstehe (oder 
zumindest denke sie zu verstehen), aber nicht den Sinn  dahinter. Der 
MOSFET leitet doch sowieso nur in eine Richtung. Und wenn ich ihn gleich 
über den 47k auf Masse lege, dann schaltet er in Richtung Raspi voll 
durch. Oder übersehe ich gerade was?

von D. T. (tuxiuser)


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Dietmar S. schrieb:
> Oder übersehe ich gerade was?

Lese doch was Achim geschrieben hat.

Die beiden Transistoren sind der Komparator...
Damit wird am FET DRAIN und SOURCE verglichen.


Achim S. schrieb:
> Insgesamt wirkt der FET also wie eine annähernd ideale Diode, die Strom
> von links nach rechts mit wenig Spannungsabfall durchschaltet, von
> rechts nach links aber keinen Strom fließen lässt.

Gruss

D. T.

von HildeK (Gast)


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Dietmar S. schrieb:
> Mir geht es gerade so, dass ich die Funktionsweise zwar verstehe (oder
> zumindest denke sie zu verstehen), aber nicht den Sinn  dahinter. Der
> MOSFET leitet doch sowieso nur in eine Richtung. Und wenn ich ihn gleich
> über den 47k auf Masse lege, dann schaltet er in Richtung Raspi voll
> durch. Oder übersehe ich gerade was?

Nein, der MOSFET leitet in beide Richtungen, wenn er eingeschaltet ist!
Solange die Eingangsspannung über einem Mindestwert ist, ist UGS groß 
genug, dass der FET leitet und wenn dann 'hinten' mehr Spannung aus 
einer anderen Quelle anliegt (Netzteil) als vorne (z.B. USB-Anschluss), 
wird zurück gespeist.

Diese Schaltung verhindert das.

von Dietmar S. (didi2)


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HildeK schrieb:
> Nein, der MOSFET leitet in beide Richtungen, wenn er eingeschaltet ist!

So komisch es jetzt klingt, ich hatte mich noch nie nicht mit Mosfets 
beschäftigt. Mein Halbwissen erschüttert mich gerade etwas... Dann 
verstehe ich natürlich den Sinn der Schaltung.

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