Ich verwende seit einiger Zeit erfolgreich den BC547B in einer Transistor-Emitterschaltung um gepulste 5-12 V Signale in ein schönes 3,3 V Rechteck zu wandeln und dann mittels µC die Impulse zu zählen (max. Frequenz ca. 250 Hz).
In der Regel hab ich dazu einen 220 kOhm Basiswiderstand und einen 10 kOhm Pullup am Ausgang. Das Problem dabei ist immer die Strombelastung des Signals und nun hab ich wohl ein sehr empfindliches Signal, das mich ärgert. Anbei ein Foto der Signalform (blau). Laut meinen Berechnungen und Messungen fließen 0,033 mA vom Signal zur Basis. Das Signal bricht mit dieser Schaltung von 8 V auf ca. 5 V ein. Mit erhöhtem Basiswiderstand von 690 kOhm bricht es immer noch auf 6 V ein. Es funktioniert alles in beiden Fällen, aber ich würde den Spannungsabfall gerne vermeiden um die Signalquelle nicht zu belasten. Und demnach wären 0,011 mA (mit 690 kOhm an Basis) schon zu viel was mir auch ein wenig komisch vorkommt.
Ein weiteres erhöhen des Basiswiderstands bringt nix. Google und KI empfehlen einen (N-Kanal) MOSFET, der spannungsabhängig schaltet und keinen Strom vom Signal zieht. Klingt gut, jetzt möcht ich nur noch die Schaltung und die Dimensionierung der Widerstände verstehen. Der Pull-Up am Ausgang ist klar. Eingangsseitig kursieren, da aber mehrere Varianten:
Widerstand zwischen Signal und Gate in Reihe
Wenn ich richtig recherchiert habe, verhindert der Stromspitzen beim Umschaltvorgang bzw. Dämpft Schwingungen da sich der Gate-Eingang wie ein Kondensator verhält. Hier wird mir 10 kOhm vorgeschlagen, warum? Wie berechnet man den Widerstand? Das heißt auch es fließt doch ein Strom vom Signal? Demnach muss ich den Widerstand möglichtst hochohmig wählen, aber angeblich funktioniert das Schalten des Transistors nicht mehr wenn zu hochohmig.
Widerstand zwischen Gate und Source bzw. Masse
Zieht das Gate auf Masse bei undefiniertem Eingang. Das sollte in meinem Fall keine Rolle spielen
Beides kombiniert (wodurch ein Spannungsteiler entsteht)
Wird als beste Lösung beschrieben. Es werden mir 100 kOhm am Gate-Eingang und 220 kOhm vom Gate zur Source/Masse vorgeschlagen. Der Widerstand vom Gate zur Source/Masse soll auch EMV-Störungen vermeiden und das Gate zur Masse hin entladen. Aber ich sehe das kritisch, da über den Spannungsteiler wieder Strom vom Signal zur Masse fließt. Kann man auch hochohmig machen, aber es wird immer mehr Strom fließen als bei Variante 1, oder?
Also wie beschalte ich den Trasistor richtig und wie dimensioniere ich die Widerstände um das Signal möglichst nicht zu belasten? Mir wird übrigens ein 2N7000 vorgeschlagen.
und deshalb müsste man für deinen Fall wissen wie schnell das Signal
ist.
Sebastian schrieb:
die Impulse zu zählen (max. Frequenz ca. 250 Hz)
Du Weltmeister - ein MOSFET zieht den Strom nicht über die Signalperiode, sondern während der Schaltflanke. "Schnelligkeit" bedeutet im Zusammenhang mit dem Schaltverhalten eines MOSFETs folglich Flankensteilheit.
Zeig doch einmal, wie so ein einzelner Puls aussieht und verrate, ob das das Eingangs- oder das Ausgangssignal deiner Schaltung ist.
Welche Anforderungen stellst du an die Form des Ausgangssignals?
Besitzt dein µC einen Schmitt-Triggereingang?
Das Gate wird nur während der Flanke umgeladen. Das muss natürlich ausreichend umgeladen worden sein, bevor der kurze Puls zu Ende ist. Und was "ausreichend" ist, ergibt sich u.a. aus der Eingangsspezifikation des µC.
Google und KI empfehlen einen (N-Kanal) MOSFET, der spannungsabhängig
schaltet und keinen Strom vom Signal zieht.
Einen kurzen Impuls beim Laden der Gatekapazität wird es geben. Wenn du den mit ’nem großen Widerstand zu bändigen versuchst, wird dein MOSFET langsam öffnen, und dir so dein Signal versauen.
Es würde mich interessieren, was die Quelle dieses ominösen Signals ist.
Die absolute nichtbelastbarkeit deutet eher auf was Opencollectoriges hin, wo ein Widerstand fehlt (oder von einer Anzeige-LED simuliert wird).
Selbst lowest power Uhrenchips schaffen 10µA, und das bei 1,2V.
Ein CMOS-Schmitttrigger-Inverter a la 4093 oder 40106 könnte der Geschichte schon mal Beine machen, ein entsprechender Transistor ist dann kein Problem mehr.
Das Signal bricht mit dieser Schaltung von 8 V auf ca. 5 V ein. Mit
erhöhtem Basiswiderstand von 690 kOhm bricht es immer noch auf 6 V ein.
Es funktioniert alles in beiden Fällen, aber ich würde den
Spannungsabfall gerne vermeiden um die Signalquelle nicht zu belasten.
Und warum soll die nicht belastet werden? Kaputt gehen tut die ja nicht dadurch, und Fehlfunktionen in Bezug auf das Ergebnis scheint diese Belastung wohl auch nicht zu ergeben ...
Wenn du den mit ’nem großen Widerstand zu bändigen versuchst, wird dein
MOSFET langsam öffnen, und dir so dein Signal versauen.
"Versauen" liegt im Auge des Betrachters.
Um einen Impuls zählen zu können, sind die Anforderungen nicht sonderlich hoch. Da müsste sich Sebastian schon einmal etwas genauer zu seiner Signalquelle, zu seiner Pulsform und zu seinem µC äußern.
Um einen Impuls zählen zu können, sind die Anforderungen nicht
sonderlich hoch
Kleine OT-Anekdote am Rande: In einem anderen Forum (völlig anderes Thema) wollte jemand einen PC-Lüfter mit PWM steuern. Die K„I“ hat ihm zu einem MOSFET und 100kΩ zwischen μC und Gate geraten, und bei der Frequenz und dem ihm von der K„I“ vorgeschlagenen MOSFET wurde aus den Pulsen am Microcontroller eine flache Linie über Source/Drain.
In der Regel hab ich dazu einen 220 kOhm Basiswiderstand und einen 10
kOhm Pullup am Ausgang. Das Problem dabei ist immer die Strombelastung
des Signals und nun hab ich wohl ein sehr empfindliches Signal, das mich
ärgert. Anbei ein Foto der Signalform (blau). Laut meinen Berechnungen
und Messungen fließen 0,033 mA vom Signal zur Basis. Das Signal bricht
mit dieser Schaltung von 8 V auf ca. 5 V ein. Mit erhöhtem
Basiswiderstand von 690 kOhm bricht es immer noch auf 6 V ein. Es
funktioniert alles in beiden Fällen, aber ich würde den Spannungsabfall
gerne vermeiden um die Signalquelle nicht zu belasten. Und demnach wären
0,011 mA (mit 690 kOhm an Basis) schon zu viel was mir auch ein wenig
komisch vorkommt.
In der Tat ist das schon komisch. Was ist das denn für eine Signalquelle?
Die Emitterschaltung hat einen relativ niedrigen Eingangswiderstand. Um den Eingangswiderstand zu erhöhen setzt man einen Emitterwiderstand ein. Der Eingangswiderstand erhöht sich dann um Emitterwiderstand x Stromverstärkungsfaktor. Dabei verringert sich dann die Spannungsverstärkung. Die beträgt dann Kollektorwiderstand / Emitterwiderstand.
Aber bei 8 V Signalspannung brauchst Du bestimmt nicht noch eine Spannungsverstärkung. Es wurde Dir schon die Kollektorschaltung empfohlen. Diese Schaltung ist quasi ein Spannungsfolger mit hohem Eingangswiderstand. Da Deine Signalquelle selbst mit geringen Strömen nicht klar kommt würde ich sicherheitshalber auch den 220 kOhm Basiswiderstand verwenden. Bei der Einschaltflanke könnte sonst durch die Basis-Emitter Kapazität ein kleiner Strompeak auftreten, den Deine Quelle womöglich nicht mag.
Da begegnen einem noch ganz andere unschöne Effekte, die erst bei genauerem Hinsehen überhaupt auffallen. Sogenannte "Glitches" bei bestimmten ICs (-Teilerstufen).
Der nachgeschaltet angesteuerte µC sollte nur auf einen definierten Impuls hin reagieren. Das wird wohl die Hauptaufgabe der Puffer-Schaltung des TO sein. Evtl. ist sogar eine bewusste definierte Verbreiterung des Impulses nötig.
Und keinesfalls ein Re-Triggern auf einen "Glitch".
Was willst du mit diesem Spiegelbild deiner Kamera sagen?
Ist ein Dreckeffekt, den ich schon früher einmal hier thematisiert hatte.
Die diesbezüglichen Tipps waren sehr nützlich. Man kann die Zeit aber nicht zurückdrehen und selbige wohlgemeinte Ratschläge rückwirkend auf das Bild anwenden. Das wäre sicher wünschenswert, ich besitze aber leider keine derartige "Zeitmaschine".
Ich denke, jeder, der auch nur ein wenig auf seine möglichst positive Außenwirkung im Forum hier bedacht ist, wird das, was technisch interessant ist, aus dem zugegeben miserablen Oszillografenfoto herauslesen können und das in dem Zusammemnhang Unwichtige einfach ignorieren und nicht noch extra darauf herumhacken.
Jedenfalls ist eine Lösung für das Problem des TO durchaus machbar. Eine kenne ich. Bislang besteht aber wohl kein Interesse, darauf näher einzugehen.
Ich denke, jeder, ..., wird das, was technisch interessant ist, aus dem ...
Oszillografenfoto herauslesen können.
Ich lese daraus, dass die auf dem Oszi sichtbaren sogenannte "Glitches" von der Amplitude zu klein sein müssten, um für eine Nachfolgeschaltung einen Pegelwechsel zu erzeugen. Insbesondere wenn der µC einen Schmitt-Trigger am Eingang besitzt, sind die mit einem kleinen Serienwiderstand beherrschbar.
Auch ist nicht klar, wie das Signal gemessen wurden (Bandbreite Oszi im Vergleich zu der wahren Pulsform am Logikeingang, Erdung Tastkopf zur Vermeidung von Dreckeffekten durch Masseströme oder Wirkung von Impulsströmen auf Leiterschleife durch Erdungsclip).
Und warum soll die nicht belastet werden? Kaputt gehen tut die ja nicht
dadurch, und Fehlfunktionen in Bezug auf das Ergebnis scheint diese
Belastung wohl auch nicht zu ergeben ...
Das weißt Du kraft Deiner Erbsensuppe? Gehe besser davon aus, dass er ein Signal abgreifen will, welches anderweitig in Verwendung ist und nicht gestört werden soll.
gepulste 5-12 V Signale in ein schönes 3,3 V Rechteck zu wandeln
Die Spannung passt perfekt zu CMOS, dessen Eingänge hochohmig sind.
Eventuell findet sich sogar ein CMOS-Buffer, der mit 3V3 betrieben diese höhere Eingangsspannung akzeptiert - ich habe die Typenreihen nicht im Kopf.
Falls nicht und wenn die Pegelwerte H/L passen, einen 4011 dran und den BC547 dahinter.
. Das Signal bricht mit dieser Schaltung von 8 V auf ca. 5 V ein.
Ja und?
Stört nur dich das oder auch deine Signalquelle?
Hier wird mir 10 kOhm vorgeschlagen, warum?
Wie berechnet man den Widerstand?
Der Widerstand bildet zusammen mit der Gate-Kapazität einen Tiefpass. Wie man den Einfluss auf eine Impulsflanke ausrechnet, kannst du überall nachlesen (Stichworte: Sprungantwort Tiefpass).
Das heißt auch es fließt doch ein Strom vom Signal?
Ja, aber nur wenn sich das Signal ändert. Irgendwie muss sich Ladung bewegen, damit sich die Spannung über der Gate-Kanal-Kapazität entsprechend dem Signalverlauf ändert.
Mit den Angaben des TS komme ich auf einen Innenwiderstand der Quelle von 90kOhm (Einbruch auf 5V bei 33µA) bzw. 180kOhm (Einbruch auf 6V bei 11µA). Also angeblich was mit negativen differentiellen Innenwiderstand. Angeblich ...
Da sich der TS seit 12 Stunden nicht mehr gemeldet hat glaube ich wir sind im Märchenland.
So eine hochohmige ist tatsächlich problematisch, denn sie reagiert äußerst empfindlich auf elektrostatische Ladungen. Die kleinen MOSFETS gehen davon ratzfatz kaputt und die großen mit rund 1 nF Fate-Kapazität belasten deine Quelle zu sehr kapazitiv. Schutzdioden kommen auch nur bedingt in Frage. Außerdem sind die 12 Volt am Gate für die meisten kleinen MOSFET zu viel.
Deswegen möchte ich hinterfragen, was das für eine Spezielle Signalquelle ist. Besser das Problem dort lösen, sofern möglich.
So eine hochohmige ist tatsächlich problematisch, denn sie reagiert
äußerst empfindlich auf elektrostatische Ladungen. Die kleinen MOSFETS
gehen davon ratzfatz kaputt
Signalverlauf.png
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Schaltung_mit_BC547B.PNG
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