Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik NPN als Schalter klappt nicht


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von Ralf E. (ralf_e618)


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Hallo zusammen,

ich habe eine relativ simple Schaltung aufgebaut, die Programmierung des 
µP steht, funktioniert auch, nur der Ausgang an T1 wird nicht korrekt 
geschaltet. Am Ausgang des µP ist noch alles ok aber eine LED zwischen 
"+" und "O" leuchtet dauernd. Das Ganze ist als Prototyp aufgebaut, ich 
hab schon alles 200 mal durchgeklingelt, ich finds nicht.
Zwischen "+" und "-" liegen 24V.
Würde eine Diode zum Sperren in den Zweig des µP Ausgangs helfen?
Bin dankbar für alle Tips.

Gruß Ralf

PS: ich bin nur Hobbyelektroniker und eher Softwarefuzzi, habt bitte 
Verständnis...

: Bearbeitet durch User
von WIRO (Gast)


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Wie groß ist der Vorwiderstand vor der LED?
Wo ist der negative Pol der Betriebsspannung angeschlossen?

Gruß
WIRO

von Supergast (Gast)


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Du versuchst T2 und T3 als HS-Schalter zu betreiben.
Dazu muss Dein Ansteuersignal von "F" und "N" eine höhere Spannung 
aufweisen, als Dein "+" Potential
Zumindest erweckt es den Eindruck ...

von Kamal A. (zenerdiode)


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Was meinst du mi

Ralf E. schrieb:
> Am Ausgang des µP ist noch alles ok

Hast du die Spannung am Pin im An- und Aus-Zustand gemessen, oder was 
meinst du?

von Supergast (Gast)


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nein, stimmt nicht, sorry

von Hubert G. (hubertg)


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Glaubst du das der PIC mit 8mA auskommt und davon noch 4mA für den 
Transistor übrig hat?
Und das alles ohne Pufferkondensator.

von Ralf E. (ralf_e618)


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Vorwiderstand 3,3 k
Die Spannung liegt zwischen K1 und K3

von Ralf E. (ralf_e618)


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Hubert G. schrieb:
> Glaubst du das der PIC mit 8mA auskommt und davon noch 4mA für den
> Transistor übrig hat?
> Und das alles ohne Pufferkondensator.

Ich glaub gar nix ;-)

Also den Vorwiderstand der Zener etwaas runtersetzen? Ein Tip wieviel? 
und wo soll der Puffer hin?

von Maxe (Gast)


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Also T1 ist der einzige Transistor, der so richtig funktionieren sollte. 
Aber evtl. hast du eine falsche Erwartung was er tut. Es ist wie ein 
Open-Kollektor-Ausgang verschalten. D.h. am Ausgang muss eine Last sein, 
die selber an Plus angeschlossen ist (und nicht an Minus). Oder wenn du 
einen Mikrocontrollereingang hast, brauchst du noch einen Pullup.

T2 und T3 benoetigen m.E. einen Pulldown wegen potentiell Hochohmigen 
Eingaengen.

von Ralf E. (ralf_e618)


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Kamal A. schrieb:
> Was meinst du mi
>
> Ralf E. schrieb:
>> Am Ausgang des µP ist noch alles ok
>
> Hast du die Spannung am Pin im An- und Aus-Zustand gemessen, oder was
> meinst du?

Genau so. Der Ausgang am µP schaltet wie er soll.

von Hubert G. (hubertg)


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Ralf E. schrieb:
> Also den Vorwiderstand der Zener etwaas runtersetzen? Ein Tip wieviel?
> und wo soll der Puffer hin?

Ein Spannungsregler wie Z.B. 78L05 wäre sinnvoller als Vorwiderstand und 
Z-Diode.
Um den Vorwiderstand herunterzusetzen müsste man erst den max.Strom der 
Z-Diode wissen.
Pufferkondensator gehört parallel zur Z-Diode.

von Ralf E. (ralf_e618)


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Maxe schrieb:
> Also T1 ist der einzige Transistor, der so richtig funktionieren sollte.
> Aber evtl. hast du eine falsche Erwartung was er tut. Es ist wie ein
> Open-Kollektor-Ausgang verschalten. D.h. am Ausgang muss eine Last sein,
> die selber an Plus angeschlossen ist (und nicht an Minus). Oder wenn du
> einen Mikrocontrollereingang hast, brauchst du noch einen Pullup.
>
> T2 und T3 benoetigen m.E. einen Pulldown wegen potentiell Hochohmigen
> Eingaengen.

Die "Last" ist hier eine LED mit Vorwiderstand zwischen K1(+) und K2. K2 
wird mit dem µP gegen K3 (Masse) geschaltet.
T2 und T3 tun was sie sollen, es geht nur um T1.

von Jörg R. (solar77)


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Ralf E. schrieb:
> Das Ganze ist als Prototyp aufgebaut..

Zeige den Aufbau mal.


Ralf E. schrieb:
> und wo soll der Puffer hin?

An den Chip.

von Maxe (Gast)


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Leuchtdiode verpolt? Mal mit dem Multimeter nachgemessen?

von Ralf E. (ralf_e618)


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Hubert G. schrieb:
> Ralf E. schrieb:
>> Also den Vorwiderstand der Zener etwaas runtersetzen? Ein Tip wieviel?
>> und wo soll der Puffer hin?
>
> Ein Spannungsregler wie Z.B. 78L05 wäre sinnvoller als Vorwiderstand und
> Z-Diode.
> Um den Vorwiderstand herunterzusetzen müsste man erst den max.Strom der
> Z-Diode wissen.
> Pufferkondensator gehört parallel zur Z-Diode.

0,5W also bummelig 100 mA

von Hubert G. (hubertg)


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Ralf E. schrieb:
> Am Ausgang des µP ist noch alles ok aber eine LED zwischen
> "+" und "O" leuchtet dauernd.

Transistor T1 defekt?

von michael_ (Gast)


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Dann löte doch mal R2 aus.
Und dann verbindest du abwechselnd die Basis über 1K nach + und Masse.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Ralf E. schrieb:
> Am Ausgang des µP ist noch alles ok aber eine LED zwischen
> "+" und "O" leuchtet dauernd.
Ist die LED das einzige Messgerät, das du hast?

Ralf E. schrieb:
> es geht nur um T1.
Hast du da mal die BE-Spannung gemessen?
Was passiert, wenn du BE überbrückst (z.B. mit einer Pinzette) und so 
für definierte 0V BE-Spannung sorgst?

: Bearbeitet durch Moderator
von Jörg R. (solar77)


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Maxe schrieb:
> Leuchtdiode verpolt? Mal mit dem Multimeter nachgemessen?

Dann wäre sie aus und würde nicht dauernd leuchten.

Entweder ist T1 defekt oder falsch angeschlossen.

von Maxe (Gast)


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Jörg R. schrieb:
> Dann wäre sie aus und würde nicht dauernd leuchten.
>
> Entweder ist T1 defekt oder falsch angeschlossen.

Stimmt. Jedenfalls sieht der Schaltplan ok aus.

von HildeK (Gast)


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Ralf E. schrieb:
> Also den Vorwiderstand der Zener etwaas runtersetzen? Ein Tip wieviel?
Du brauchst im worst case ein paar mA durch die Z-Diode. Was dein PIC + 
dei Schaltung maximal benötigen, weiß ich nicht, es sei mal I_pic_max. 
Wenn er den T1 einschalten soll, sind es schon mal mindestens 4mA; der 
Reedkontakt will auch 0.5mA bei Betätigung. Das alles ist in I_pic_max 
enthalten.
Dann rechnest du: Rv = (24V-5.1V) / ( I_pic_max + 5mA); hier mal 5mA für 
die Z-Diode angesetzt.

> und wo soll der Puffer hin?
Parallel zur Z-Diode, 1-10µF schaden nicht, sind aber auch nicht die 
Ursache für dein Problem. Direkt an den µC gehören 100nF zwischen VDD 
und VSS; da der aber das Richtige ausgibt, ist das auch nicht die 
Ursache. Einbauen sollte man ihn aber trotzdem.

Selbst wenn die Spannung an der Z-Diode nicht ganz die 5V halten kann 
bei der jetzigen Auslegung, weil etwas zu viel Strom benötigt wird: der 
Transistor sollte trotzdem schalten und der PIC müsste auch mit 3V noch 
laufen. Was du ja auch bestätigst, denn sein Ausgang hat ja den 
richtigen Pegel.
Evtl. Anschlüsse am T verwechselt oder ist es kein BC847 NPN sondern 
irgend ein PNP-Tranistor (BC857 z.B.)?

Anschlüsse Transistor, Top View:
           C
        #######
         B   E

von Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)


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Hubert G. schrieb:
> Ein Spannungsregler wie Z.B. 78L05 wäre sinnvoller als Vorwiderstand und
> Z-Diode.

Lieber einen 7805 im TO220 Package einsetzen. Wenn sich der Prozessor im 
vollen Galopp 30mA wegschlürft, muss der arme 78L05 im TO92 Package bei 
einer Dropspannung von 19V fast 0,6W verbrennen.

von Ralf E. (ralf_e618)


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Jörg R. schrieb:

> Zeige den Aufbau mal.

Ein Stück Lochraster mit ein paar Bauteilen drauf. Bedrahtete statt SMD. 
Hab jetzt kein Foto davon

von Ralf E. (ralf_e618)


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Michael M. schrieb:
> Hubert G. schrieb:
>> Ein Spannungsregler wie Z.B. 78L05 wäre sinnvoller als Vorwiderstand und
>> Z-Diode.
>
> Lieber einen 7805 im TO220 Package einsetzen. Wenn sich der Prozessor im
> vollen Galopp 30mA wegschlürft, muss der arme 78L05 im TO92 Package bei
> einer Dropspannung von 19V fast 0,6W verbrennen.

Die Platine ist SMD und die andere Seite hat keinen Platz für Bauteile, 
sonst hätt ich auch was Vernünftiges genommen.

: Bearbeitet durch User
von Hubert G. (hubertg)


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Was ist dann T1 für ein Typ?

von Michael (Gast)


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Vielleicht stimmt ja der Plan nicht ganz und der Emitter ist an der 
Kathode von D1 und damit an K3 angeschlossen. Dann ist der Transistor 
immer leitend und die LED immer an.
Weierer Test:
Basis - Emitter mit Pinzette verbinden. Wenn jetzt die LED nicht ausgeht 
bleibt nicht mehr viel als Fehlerursache übrig. --> Transistor, 
Layoutfehler, Lötfehler ...

von Jobst M. (jobstens-de)


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Was passiert, wenn Du erstmal alles so lässt, wie es Dein Plan zeigt und 
Du nur K1 von 24V trennst, die LED aber mit 24V und an K2 verbunden 
lässt?
Wenn sie dann aus geht, hilft Dir evtl. ein Widerstand von T1 Basis nach 
GND. Z.B. 330Ω

Gruß
Jobst

: Bearbeitet durch User
von foobar (Gast)


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> Glaubst du das der PIC mit 8mA auskommt [hoher Shuntwiderstand]

Evtl hat er ja an K4 und K5 auch 24V, dann helfen T2 und T3 mit ;-)

Wie andere schon schrieben, der einzig richtig angeschlossene Transistor 
ist T1.  Der PIC hat nur Pull-Ups, die Eingänge über T2/T3 floaten bei 
Low.  Und wie oben gesagt, bei High > 5V speisen sie Strom in die 
Versorgung.  Die gehören anders herum angeschlossen (E an GND, K an PIC 
(mit internem Pull-Ups).  Den Reed-Kontakt würd ich auch nach Masse 
machen - muß aber nicht.  Und die Verpolungsdiode setzt mal besser in 
die Plus-Leitung - verschobene Massepotentiale sind nicht der Bringer.

von Ralf E. (ralf_e618)


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So ich bin nochmal über die Schaltung gegangen, und hab folgendes 
geändert:

Rv der Zenerdiode ist 1k
T1 getauscht
Die Verpolungsdiode im GND Zweig raus, ein codierter Stecker am Modul 
verhindert das Verpolen sowieso.
T2 und T3 je einen Pulldown

Nun klappt alles wie gewünscht. Die Schaltung zieht incl. der LED am 
Ausgang 33 mA also wird auch nichts warm. Im fertigen Modul kommt die 
LED nicht vor, also wirds eher noch weniger.

Eine Frage zum Reedkontakt hab ich noch: wenn ich den direkt am µP 
betreibe ohne R dazwischen, wird das klappen ohne dass er klebt? Der 
Strom sollte nicht sehr hoch sein, den sich der Eingang nimmt. Hab im 
Datenblatt mal geschaut aber keine verlässliche Info gefunden. Vllt kann 
mich da jemand mit Erfahrung beruhigen.

Ansonsten vielen Dank für eure Tipps, ich lerne noch dazu.

: Bearbeitet durch User
von foobar (Gast)


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> Die Schaltung zieht incl. der LED am Ausgang 33 mA also wird
> auch nichts warm.

Hmm, sicher?  An R1 werden 19V verbraten, macht 19V²/1kΩ = 0.391W.

Welcher Spannungsbereich soll an K1 unterstützt werden?  Und welche an 
K4/K5 für Low/High?

von Ralf E. (ralf_e618)


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Ja habs ausprobiert, bis 30 V wird nix großartig warm. Sind jetzt noch 
bedrahtete Bauteile, später SMD, sollte trotzdem klappen. Es ist ein 24 
V Bordnetz mit Spannungsspitzen aber keine Dauerlast. K4 und K5 sollen 
laut Spec max 6V bekommen.
T2 und T3 als low side werd ich noch probieren, dann spar ich die beiden 
pulldowns

: Bearbeitet durch User
von HildeK (Gast)


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Ralf E. schrieb:
> Eine Frage zum Reedkontakt hab ich noch: wenn ich den direkt am µP
> betreibe ohne R dazwischen, wird das klappen ohne dass er klebt?

Du meinst den mit S1 bezeichneten Kontakt?
Der zieht doch nur den GP4 auf HIGH, wenn geschlossen, und wird dann mit 
den 10k (R6) gegen Masse belastet. Dann fließen 500µA über den Kontakt.
Das ist schlimmstenfalls etwas zu wenig; Kontakte benötigen ggf. einen 
Mindeststrom, der in den Datenblättern vermerkt sein sollte, um die 
Selbstreinigung aufrecht zu erhalten. Zu wenig Strom wirkt sich aber nur 
längerfristig aus.
Wenn der Kontakt über ein längeres Kabel angeschlossen ist, dann würde 
ich R6 kleiner wählen (Störempfindlichkeit) - so auf 1k - 5k. Der 
zusätzliche Stromverbrauch ist ja wohl nicht das Problem, sonst ist 
schon die Wahl der Stabilisierung mit Z-Diode fehl am Platz.
Bei längerem Kabel ist ggf. auch ein kleines Filter am GP4 nicht falsch 
- gegen Störungen. Das wäre ein z.B. 10nF-C am GP4 nach GND und dann 
sollte man zwischen dem Kontakt und dem Kondensator bzw. GP4 noch 100Ω 
spendieren.

Ralf E. schrieb:
> Nun klappt alles wie gewünscht.

Warum jetzt? Weil der R1 entsprechend klein geworden ist? Oder war T1 
kaputt bzw. ein falscher Typ?

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Da fehlt immer noch ein Abblockkondensator parallel zur Z-Diode.

von Hubert G. (hubertg)


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Du schweigst dich ja aus umm welches Boardnetz es sich handelt, 
überhaupt was die Schaltung soll.
Wenn es sich um ein Netz handelt ähnlich einem Kfz, dann wirst du 
möglicherweise deine Wunder erleben. Es gibt da nicht nur positive 
sondern auch negative Spannungsspitzen.
Ich arbeite zwar nur mit ATMega und ATTiny aber es wird auch für den PIC 
Mindestanforderungen für die Stromversorgung geben. Die hältst du in 
deiner Schaltung so sicher nicht ein.

von HildeK (Gast)


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Hubert G. schrieb:
> Wenn es sich um ein Netz handelt ähnlich einem Kfz, dann wirst du
> möglicherweise deine Wunder erleben. Es gibt da nicht nur positive
> sondern auch negative Spannungsspitzen.

Ja, aber die einfache Stabilisierung mit Z-Diode wird beide Spitzen 
bearbeiten. Ein C parallel dazu, wie schon mehrfach vorgeschlagen, tut 
ein Übriges. Der R1 muss es aushalten.
Viele Wunder wird es nicht geben ...

von Hubert G. (hubertg)


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Lass dich überraschen.

von Ralf E. (ralf_e618)


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HildeK schrieb:
> Warum jetzt? Weil der R1 entsprechend klein geworden ist? Oder war T1
> kaputt bzw. ein falscher Typ?

Kann ich nicht 100% sagen warum, hab beides gleichzeitig geändert.
Der Reed Kontakt wird direkt auf die Platine gelötet, das einzige 
Bauteil mit Drähten auf der anderen Seite. Also keine langen 
Zuleitungen. Der Langzeittest wird zeigen, obs klappt. Mit Chance bin 
ich dann in Rente ;-)

Hubert G. schrieb:
> Du schweigst dich ja aus umm welches Boardnetz es sich handelt,
> überhaupt was die Schaltung soll.

Sagen wir mal ein normaler Laster mit 24VDC. Die Schaltung ist ein 
Versuch, ein nicht mehr erhältliches Bauteil zu ersetzen. Sozusagen ein 
elektronischer Endlagenschalter.

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


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HildeK schrieb:
> Viele Wunder wird es nicht geben ...

Die Schaltung darf sich bei 1k Vorwiderstand an 24V max. 19mA 
genehmigen. Bei einem größeren Strom werden die 5,1 Volt schmelzen.

Ralf E. schrieb:
> Die Schaltung zieht incl. der LED am Ausgang 33 mA also wird auch nichts
> warm. Im fertigen Modul kommt die LED nicht vor, also wirds eher noch
> weniger.

Jetzt hängt die ausfallsichere Funktion nur noch von der fehlenden LED 
ab.

von Ralf E. (ralf_e618)


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Hubert G. schrieb:
> Lass dich überraschen.

Ich probiers aus, mal sehen.

Matthias S. schrieb:
> Da fehlt immer noch ein Abblockkondensator parallel zur Z-Diode.

Kommt noch, hab ich im Kopf

Michael M. schrieb:
> Jetzt hängt die ausfallsichere Funktion nur noch von der fehlenden LED
> ab.

Wenn ich die LED ausschalte sind es 24 mA. Ich mach jetzt keine 
detailierte Fehlerrechnung, das wird sonst Erbsenzählerei. Versuch macht 
kluch, und wenns kaputt geht, bau ich es nochmal.

von Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)


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Ralf E. schrieb:
> Wenn ich die LED ausschalte sind es 24 mA. Ich mach jetzt keine
> detailierte Fehlerrechnung.

Wenn die Schaltung nur mit 4V auch noch zuverlässig läuft, dann ist doch 
alles in Ordnung.

von HildeK (Gast)


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Michael M. schrieb:
> Die Schaltung darf sich bei 1k Vorwiderstand an 24V max. 19mA
> genehmigen. Bei einem größeren Strom werden die 5,1 Volt schmelzen.

Schmelzen?
Ich hatte ihm oben vorgerechnet, wie er seinen Vorwiderstand zu 
bestimmen hat:
> Dann rechnest du: Rv = (24V-5.1V) / ( I_pic_max + 5mA); hier mal 5mA für
> die Z-Diode angesetzt.
Als Strom wurden mehrere Werte genannt, welcher tatsächlich vorhanden 
ist, ist mir nach wie vor unklar. Braucht ein PIC mehr als 10-15mA?

HildeK schrieb:

Hubert G. schrieb:
> Lass dich überraschen.

Erklär das mal näher.
Wenn die Angst zu groß ist, dann spendiert man noch eine Spule, z.B. 
50µH, in Reihe zu R1, oder teilt den R1 auf und nimmt eine TVS 
dazwischen.

von Michael (Gast)


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Die Schaltung funktioniert nun wohl, warum sie das tut, bzw. vorher 
nicht tat ist nicht geklärt und interessiert wohl auch nicht. Nun ja.
Zudem passt das alles nicht mit dem Ohmschen Gesetz zusammen.
foobar schreibt, dass R1 0.391W abbekommt, was richtig ist, es wird aber 
nichts warm. ca. 0,4W sollte man an einem Widerstand eigentlich spüren.

Dann soll die Stromaufnahme 24mA ohne LED betragen. Da die Schaltung ja 
nur über R1 versorgt wird (werden sollte!!!) ergeben 24mA 24V 
Spannungsabfall an R1, so dass bei 24V Betriebsspannung 0V für die 
Schaltung übrig bleiben.
a) erschließt sich mir nicht, warum solch ein kleiner Mikrocontroller 
24mA benötigt und
b) wie der Controller mit 0V arbeiten kann.

Da ist einfach noch etwas faul.
Falls an K4 und K5 auch 24V anliegen (was ich annehme) dann versorgst du 
deine ganze Schaltung rückwärts und deine Basiswiderstände R3 bzw. R4 
sind parallel zu R1 (o.k. es sind auch noch die eine oder andere 
Diodenstrecke drin, aber die machen den Kohl nicht fett).
Abhilfe schafft jeweils eine 5,1V Z-Diode von der Basis von T2 und T3 
nach K3.
Der Prozessor dankt es mit einem langen Leben und einer sauberen 
Funktion.

Und noch etwas, wenn die Spannungen tatsächlich 24V betragen: Verwende 
für alle 1k Widerstände jeweils zwei parallelgeschaltete 2,2k 
Widerstände, dann passt das auch mit der Verlustleistung.

Viel Erfolg

von Käpt'n Iglo (Gast)


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Hubert G. schrieb:
> Boardnetz

Bordnetz (und nicht wegen "Rechtschreibliebe", sondern
weil dieser Unterschied nützlich bis wichtig sein kann)

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