Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik an HEF4081BT Ausgang IR-Diode betreiben


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von Dennis K. (Gast)


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Hallo,

ich möchte an einen CMOS-Ausgang (HEF4081BT 4 x Und-Gatter) eine
100mA IR-Diode anschließen, was vermutlich nicht funktionert,
wenn ich die Diode direkt an den CMOS-Ausgang anschließe.

Das Datenblatt des HEF4081BT habe ich mir schon angesehen, aber ich habe 
zu wenig Erfahrung, um dort herauszulesen, wieviel Strom die 
CMOS-Ausgänge maximal liefern.

Meine Frage:
Schließe ich an den CMOS-Ausgang einfach einen Transistor (bspw. BC817) 
an oder müsste ich eine Darlington Stufe nehmen?
Oder ganz anders? Wie sieht die Lösung nach Stand der Technik aus?

von HildeK (Gast)


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Dennis K. schrieb:
> ich möchte an einen CMOS-Ausgang (HEF4081BT 4 x Und-Gatter) eine
> 100mA IR-Diode anschließen, was vermutlich nicht funktionert,
> wenn ich die Diode direkt an den CMOS-Ausgang anschließe.
Richtig, das kann der nicht.

> Das Datenblatt des HEF4081BT habe ich mir schon angesehen, aber ich habe
> zu wenig Erfahrung, um dort herauszulesen, wieviel Strom die
> CMOS-Ausgänge maximal liefern.
Als Grenzdaten steht da 10mA drin. Davon muss man aber weg bleiben. An 
anderer Stelle stehen Pegelangaben für HIGH oder LOW, wenn ein gewisser 
Strom fließt, so dass man weiß, wie weit die Spannung bei dem genannten 
Strom nachgibt. Das hängt auch von der Versorgungsspannung ab. Trotzdem 
sind die Ströme nicht viel größer als 1-2mA; bei VCC=15 etwas mehr, bei 
VCC=5V weniger. Die Frage ist: wird das Signal auch noch auf einen 
Logikeingang gehen? Denn dann muss man mit dem HIGH- bzw. LOW-Level 
etwas vorsichtiger sein und möglichst wenig Strom entnehmen. Wenn du nur 
den Transistor ansteuerst, dann darf die Ausgangsspannung auch mal etwas 
mehr nachgeben.

> Meine Frage:
> Schließe ich an den CMOS-Ausgang einfach einen Transistor (bspw. BC817)
> an oder müsste ich eine Darlington Stufe nehmen?
> Oder ganz anders? Wie sieht die Lösung nach Stand der Technik aus?
Mit dem 817-40 wirst du klar kommen.
Ich selber würde unter den Bedingungen einen kleine nMOSFET nehmen. 
Selbes Gehäuse wie der 817, aber eben keine statische Last auf den 
Ausgang.

von Karadur (Gast)


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10mA max. lt. Datenblatt.

Schreib mal mehr über deine Anwendung: Versorgungsspannung, 
Einschaltdauer ( Frequenz ), Typ der LED.

von Dennsi K. (Gast)


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Danke für deine Antwort, das bestätigt meine Beobachtungen und 
Überlegungen.

HildeK schrieb:
> Ich selber würde unter den Bedingungen einen kleine nMOSFET nehmen.
> Selbes Gehäuse wie der 817
Hättest du einen konkreten Tipp? Würde BSS138 passen?

von HildeK (Gast)


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Dennsi K. schrieb:
> Hättest du einen konkreten Tipp? Würde BSS138 passen?

Nicht optimal, aber nenne erst mal die Spannungen, mit denen du 
arbeitest.
Für 3V geht der BSS138 nicht, für 5V schon.
Bis 10V Eingangsignal vom 4081 würde ich den irlml6344 oder den 
irlml2502 nehmen.

Ansonsten: schau mal hier 
https://www.mikrocontroller.net/articles/MOSFET-%C3%9Cbersicht

von Dennis K. (Gast)


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Der HEF4081 ist mit 3,3Vversorgt.
Die IR-LED ist auf der Highside ebenfalls mit 3,3V verbunden.
Im aktuellen Layout ist ein BC817 als Lowside-Switch für die IR-Diode
verbaut. Die IR-Diode ist mit 36kHz getaktet.

von Dennis K. (Gast)


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Die Basis des BC817 ist über 1kOhm mit dem Ausgang des UND-Gatters 
verbunden. Allerdings schafft der Ausgang so schon seine 3,3V (High) 
nicht mehr und der Transistor wird nicht in die Sättigung getrieben. Die 
IR-LED bekommt nur ca. 50mA.
Am besten wäre es, wenn ich anstelle des BC817 einen kompatiblen MOSFET 
einsetzen könnte, ansonsten müsste ich meine Leiterplatte nochmal ändern 
(auch nicht schlimm, ist nur Hobby, aber vielleicht komme ich ja um die 
Änderung herum).

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Dennis K. schrieb:
> Im aktuellen Layout ist ein BC817 als Lowside-Switch für die IR-Diode
> verbaut.
Und warum willst du das ändern?

von michael_ (Gast)


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Warum willst du das ändern?
Das ist die millionenfach bewährte Standardschaltung für 
Fernbedienungen.

von michael_ (Gast)


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Dennis K. schrieb:
> Die Basis des BC817 ist über 1kOhm mit dem Ausgang des UND-Gatters
> verbunden. Allerdings schafft der Ausgang so schon seine 3,3V (High)
> nicht mehr und der Transistor wird nicht in die Sättigung getrieben. Die
> IR-LED bekommt nur ca. 50mA.

Heute sind in FB 2x AAA drin.
Also ca. 2V und es funktioniert wunderbar.

Warum hast du 3,3V?
Schaltung?

von Dennis K. (Gast)


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michael_ schrieb:
> Warum willst du das ändern?
> Das ist die millionenfach bewährte Standardschaltung für
> Fernbedienungen.
Ja das dachte ich auch. Aber der Basisstrom wird von einem Logik-Gatter 
HEF4081 zur Verfügung gestellt. Der kann aber nicht genug Strom liefern 
für den BC817. Ergebnis: IR-LED zu schwach / zu wenig Reichweite.

von michael_ (Gast)


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Sehe gerade, der BC817 ist NPN.
Du brauchst einen PNP.

Schau dir doch mal paar Fernbedienungen an.
Sind auch als Teilespender gut.

von Karadur (Gast)


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Hast du noch eine andere Spannung als 3V3? z.B. ungeregelt vor 
3V3-Regler
Welchen Vorwiderstand hast du für die LED?

IR Fernbedienungen mit 9v Batterie verwenden oft eine Stromquelle am 
Ausgang bestehend aus einem NPN mit Basis an dig. Ausgang und Widerstand 
am Emitter zur Einstellung des Stromes. Die LED hängt dann an 9V, der 
Rest an z.B. 5V.

von Ralph S. (jjflash)


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michael_ schrieb:
> Sehe gerade, der BC817 ist NPN.
> Du brauchst einen PNP.

Nicht, wenn der NPN als Emitterstufe geschaltet ist und somit die IR-LED 
zwischen +Ub und Kollektor ist.

von MaWin (Gast)


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HildeK schrieb:
> Für 3V geht der BSS138 nicht, für 5V schon

Steile These.

Bloss weil an 5V manche Leute einen BSS138L benutzen, heisst das nicht 
dass ein BSS138 ohne L zuverlässig funktioniert.

Ist ja nun auch nicht so, dass die 100mA nur knapp über 0 für den MOSFET 
liegen so dass schon partielles Aufsteuern reichen würde.

von michael_ (Gast)


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Ob der BSS138 reicht?
In FB werden die IR-LED gepulst mit 1A betrieben.
100mA sind zu wenig.

von michael_ (Gast)


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Habe hier gerade eine rumliegen, von einem Kofferradio.
Ist ein S9013 G NPN drin.
G ist die niedrigste Stromverstärkung ca.150.
Und ein Reihenwiderstand von 1Ohm.

Oft ist gar kein solcher R verbaut.

von HildeK (Gast)


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MaWin schrieb:
> Steile These.
>
> Bloss weil an 5V manche Leute einen BSS138L benutzen, heisst das nicht
> dass ein BSS138 ohne L zuverlässig funktioniert.

Also mein Datenblatt 
(https://www.mouser.de/ProductDetail/ON-Semiconductor-Fairchild/BSS138?qs=HK%252BeIG1iaahCeqBvjB4arg%3D%3D) 
sagt, dass der BSS138 (von ON, ohne L) mit 4.5V UGS typ. 1Ω RDS_on hat 
bei ID=0.22A. So viel zur 'steilen These'!
Zudem hatte ich ihm bessere Alternativen genannt.

Aber inzwischen ist geklärt: der TO verwendet 3.3V und somit ist der 
BSS138 nicht mit dabei.
Und zudem, wenn er mit 36kHz arbeitet, ist der HEF4081 mit 3.3V als 
Quelle ggf. zu schwach, um einen MOSFET schnell anzusteuern. Mehr Strom 
liefern sie bei höherer Spannung.

Dennis K. schrieb:
> Die Basis des BC817 ist über 1kOhm mit dem Ausgang des UND-Gatters
> verbunden. Allerdings schafft der Ausgang so schon seine 3,3V (High)
> nicht mehr und der Transistor wird nicht in die Sättigung getrieben. Die
> IR-LED bekommt nur ca. 50mA.

Der Ausgang des UND liefert nur wenig Strom bei einer Versorgung mit 
3.3V. Auch den Basiswiderstand kannst du noch halbieren oder vierteln. 
Dann wird zwar der HIGH-Pegel noch kleiner, aber das ist egal. Hier wäre 
ein 74LVC08 oder evtl. auch schon ein 74HC08 besser.
Zudem hat der Transistor natürlich immer eine Restspannung an CE. 
Reduziere den Vorwiderstand der LED etwas. Und als BC817 solltest du den 
BC817-40 verwenden mit mehr Stromverstärkung.
Wie gesagt, man muss schauen, ob ein FET mit dem geringen Strom bei 
36kHz noch schnell genug schaltet. Kann sein, kann auch nicht sein. Dann 
ist der NPN besser.

von michael_ (Gast)


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Der 4050 hat Low noch mehr Strom.
Dann ist ein PNP günstig.
Ob eine Variante 3,3v kann, weiß ich jetzt nicht.

von Helge (Gast)


Angehängte Dateien:

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3,3V Ausgangsstrom 1,1mA. Basis-Angstwiderstand z.B. 220 Ohm.

von Dennis K. (Gast)


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Ich löse mal auf - es gab letztlich zwei Probleme, wie sich gezeigt hat.

Ich habe den BC817 gegen einen BSS138 ausgetauscht. Der Footprint auf 
der Leiterplatte ist identisch. Der BSS138 wird vom HEF4081 
(Und-Ausgang) angesteuert. Dadurch, dass der BSS138 den HEF4081 Ausgang 
kaum belastet, erreicht der HEF4081 am Ausgang nun auch wieder 3,3V. Der 
BSS138 wird also mit 3,3V angesteuert.

Nun fließen auch die 100mA durch die IR-Diode.
Problem 1 also gelöst.

Problem 2: Dennoch war die Reichweite zu gering bzw nicht vorhanden.
Ich habe also den Vorwiderstand der IR-LED nochmal abgesenkt, sodass nun 
ca. 200mA fließen, (RC5 Code 36kHz).

Diese Kombination funktioniert nun und es stellt sich in etwa die 
gleiche Reichweite wie bei der Serien-IR-Fernbedienung ein.

Rdson ist bei 3,3V ca. 1,1 Ohm
Ab Ugs=2,5V können mind. 500mA fließen
Das erscheint mir mehr als ausreichend.

von HildeK (Gast)


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Dennis K. schrieb:
> Ab Ugs=2,5V können mind. 500mA fließen

Bist du sicher, dass du einen BSS138 hast?
Die Grenzdaten (cont.) sind für ID 220mA und das erst bei UGS=4.5V mit 
typ. 1Ω für RDS_on. Bei 2.5V ist gar nichts spezifiziert.

Oder du hast einfach ein edles Exemplar erwischt, nicht reproduzierbar 
mit einem anderen Exemplar ....

von Dennis K. (Gast)


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HildeK schrieb:
> Die Grenzdaten (cont.) sind für ID 220mA und das erst bei UGS=4.5V mit
> typ. 1Ω für RDS_on. Bei 2.5V ist gar nichts spezifiziert.

hm..?
https://www.pololu.com/file/0J620/BSS138-7-F.pdf
Seite 2, die beiden Diagramme unten auf der Seite

von HildeK (Gast)


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Die Diagramme geben die typischen Eigenschaften an. Das ist nicht die 
Spezifikation für den Schaltbetrieb. Du hast dann auch typ. 1V 
Spannungsabfall an DS.

Wenn man schalten will (wie bei einer PWM), muss man sich an der Zeile 
in der Tabelle darüber orientieren; da steht
Static Drain-Source On-Resistance  max. 3.5Ω @ UGS=10V.
In dem Diodes-Datenblatt sind keine Werte für kleinere GS-Spannungen 
angegeben. In dem von mir verlinkten ON-Datenblatt gibt es immerhin eine 
Angabe für UGS=4.5V mit dann max. 6Ω RDS_on.

Schön, und vermutlich auch notwendig beim Betrieb mit dem schwachen 
CMOS-Gatter, ist an dem BSS138 seine kleine Eingangskapazität, die hat 
in dem Maße auch der genannte FDV303. Bei diesem ist auch für 2.7V UGS 
ein max. RDS_on garantiert.

Abgesehen davon: im Diodes-DB ist nirgends ein Drainstrom von 500mA 
spezifiziert; die Grenzdaten sagen 200mA! Auch wenn die Kurven bis 500mA 
gehen, für Dauerstrom gilt es jedenfalls nicht und für Pulse fehlen die 
notwendigen Angaben.
Im ON-Datenblatt ist immer ein Pulsbetrieb mit max. 0.88A als Grenzwert 
angegeben, allerdings ohne auch hier die zulässige Pulsdauer und 
Pulsfrequenz näher zu benennen. Ich würde da mal von einem quasi 
einmaligen Puls (naja, 1s Wiederholrate schon) mit <<1ms ausgehen ...

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