Grundschaltungstricks mit MOSFETs

[peter51d]

Danke schon mal für deine Antwort chrysophylax.

Es war halt nur eine Idee, da ich in den Datenblättern diverser LEDs immer wiedere diese Angaben finde.
Der Hintergedanke war einfach, mal grössere LEDCluster zu Multiplexen. Meine Kinder kommen da immer mal wieder mit "lustigen" Ideen an, wie Kinder halt so sind.

Wenn ich dich richtig verstanden habe, ist es möglich, aber die LEDs arbeiten effizienter, wenn man sie im "continuous current" Bereich betreibt.

Eine Frage aber noch, bei meinen letzten Spielereien habe ich den Irlu2905 direkt an den Ausgang des µC angeschlossen. Die waren Frequenztechnisch aber völlig unkritisch. Muss da zwingend ein Gatewiederstand mit rein?

 

[chrysophylax]

Nö, der ist nicht zwingend. Klappt fast immer ohne. Sagen wir einfach "gutes Schaltungsdesign vermeidet Fehlerquellen von vorneherein statt hinterher zu suchen".

Multiplexen geht je nach LED recht gut bis 1:4, sehr hochwertige LEDs auch schonmal mit 1:8, aber darüber wirds dann eklig... Bei 1:8 sieht man selbst bei guten LEDs den Helligkeitsverlust schon recht gut im Vergleich zu 1/8 kontinuierlichem Strom. Muss halt manchmal sein oder ist egal, weil Strom nix kostet - aber elegant ist anders....

Ich bin letztens auch mal wieder darüber gefallen als ich die reaktivlicht-wiki-7Segment-Variante in meiner Software auf "multiplexen" 1:8 in Software umgestellt habe, damit die Zeichen alle gleich hell erscheinen. Es geht, die billigen Kingbrights machen es mit, aber eine "8" nicht gemultiplext ist heller als eine "8" gemultiplext. Bei den billigen Kingbright-Anzeigen von Reichelt sieht man es recht gut, bei hochwertigeren Anzeigen ist der Unterschied nicht ganz so auffällig, aber immer noch sichtbar.

chrysophylax.

 

[peter51d]

Danke noch mal für die Antwort.
Dann werde ich bei folgenden Spielerein mal einen Gatewiderstand mit einbauen.
Den Widerstandswert einfach nach der Spannung und dem max Portstrom des Controlers
berechnen richtig?
Und multiplexen wird wieder mal nach hinten geschoben
Dann nehme ich im Falle eines Falles lieber wieder einen etwas grösseren Controler
oder vielleicht Schieberegister.

 

[chrysophylax]

Dann werde ich bei folgenden Spielerein mal einen Gatewiderstand mit einbauen.
Den Widerstandswert einfach nach der Spannung und dem max Portstrom des Controlers
berechnen richtig?

Jepp, genau so. Wenn du nicht großartig Frequenzen schaltest (>10kHz), dann ruhig auch noch einen Hauch größer.
[/quote]

Und multiplexen wird wieder mal nach hinten geschoben

Och, mach doch ruhig mal. Und sei es nur für den Erkenntnisgewinn. Ich find das immer wieder eine hübsche Spielerei. Und bis 1:4 ist üblicherweise wirklich völlig problemlos...

chrysophylax.

 

[peter51d]

Danke noch mal für die Antwort chrysophylax.
Du bist ein wahrer Quell des Wissens.

Mir ist dann doch noch wieder eine Frage zu den MOSFETs in den Sinn gekommen.
Der Irlu2905 ist ja ein NFet, der GND "schaltet".
Gibt es auch FETs mit LL Ansteuerung, die "+" "schalten"?

Es geht ums Multiplexen.
Rein hypothetisch:
Ich baue mir zwei siebensegment Anzeigen, mit z.B. 1m Höhe.
Jedes Segment besteht aus x LEDs oder NV Halogenleuchtmitteln oder was auch immer, es wir halt ein Strom im Amperbereich gebraucht.
Jetzt möchte ich diese mit 9 Ports eines µC ansteuern.
7 Ports nehme ich für das Bitmuster des Segment und 2 Ports zum schalten des gemeinsamen Anschlusses der Anzeige.

Ich lege das erste Bitmuster aus die Ports 0-6 und schalte es über Port7 "leuchtend".
Nun Port7 abschalten das nächste Bitmuster auf die Ports0-6 und die zweite Anzeige über Port8 "leuchtend"
schalten. und so weiter.

Dafür dräuchte man ja ein mal MOSFETs die "-" schalten und einmal MOSFETs die "+" schalten.

Gibt es da was?

Ich hänge mal ein Bild mit rein.
Ich weiss, das die Widerstände fehlen, und die MOSFETs sicher nicht richtig sind.
Es soll auch nur zur veranschaulichung dessen sein, was ich meine.

 

[chrysophylax]

Wie bei den Transistoren auch gibt es da die N- und die P-Typen. Du brauchst einen P-Kanals MOSFET, selbstsperrend. Der wird leitend, wenn sein Gate negativer wird als der Source.

Generell sind P-Kanal MOSFETs teurer weil sie für ähnliche technische Daten mehr Silizium-Fläche brauchen als N-Kanal-MOSFETs. Dementsprechend ist die Auswahl auch nicht groß, und in professionellen Schaltungen, die auf Betriebswirtschaftlichkeit (hust) gezüchtet sind, nimmt man dementsprechend selbst für den Anwendungsfall auch N-Kanal-MOSFETs und lieber etwas Trickschaltung drumherum (Stichwort: Bootstrap-Schaltungen mit entsprechenden Bootstrap-Kondensatoren). Das ist aber im Hobby-Bereich glaub ich mit Spatzen auf Kanonen geschossen. Da sollte man lieber etwas Geld ausgeben für das teurere Bauteil und Trickschaltungen vermeiden.

Lass mal überlegen, was ich als Feldwaldwiesen-Type P-kanalig empfehlen würde... Uff... Schwierig... Ungängig ... IRF9Z34 z.B. (mit dem hab ich keine Erfahrung, hab ich gerade nur mal rasch nach Preis und groben Parametern gesucht) oder IRF4905 (Den hab ich schonmal verbaut - purer Luxus mit Traum-Parametern, aber passt dafür auf fast jedes P-kanalige Problem. Wenn auch fast immer überdimensioniert.).

Etwas problematischer wird das mit der Logikpegel-Ansteuerung. Das gibt es zwar prinzipiell, aber nur, wenn die Betriebsspannung deines µC gleich der Betriebsspannung deiner Lampe ist. Wenn wie bei dir (sinnvollerweise) die Lampen an 12V und der µC an weniger (bevorzugt 5V) hängt, dann muss man da noch mit etwas Hühnerfutter tricksen an den Gates. Gilt aber für klassische bipolare PNP-Transistoren genauso wie für P-kanalige MOSFETs

chrysophylax.

 

[peter51d]

Hmmm

Bei einer Surce Spannung von 12V muss das Gate also auch auf 12V liegen, damit der MOSFET sperrt.
Bei 0V am Gate leitet er dann.

Ich müsste also eine Pegelwandler, wie im Bild, vor das MOSFET schalten ?
Wenn ich es richtig verstanden habe, invertiert dieser das Eingangssignal, was aber eigendlich kein Problem ist, muss halt nur bei der Programmierung beachtet werden.

 

[feinsinnige]

Das ganze soll über einen IRLU 2905, der von einem µC angesteuert wird, geschaltet werden.

P.S.: Gerade nochmal das Datenblatt durchblättert - der MOSFET ist für die Ströme und Frequenzen eine recht gute Wahl (mit reichlich Luft in alle möglichen Richtungen), wenn du ihn mit mindestens 5V am Gate befeuerst. Aber nach 3V Betriebsspannung hört sich deine Schaltung eh nicht an.

Wäre BUZ11 eine brauchbare Alternative zum IRLU 2905, um den direkt über einen IO-Port des Atmel zu steuern? (Den habe ich noch in der Bastelkiste.)
f

 

[chrysophylax]

Wäre BUZ11 eine brauchbare Alternative zum IRLU 2905, um den direkt über einen IO-Port des Atmel zu steuern? (Den habe ich noch in der Bastelkiste.)

Mit 5V Betriebsspannung "so gerade eben" (je nachdem, wieviele A Last und wieviel Kühlkörper du ihm so gönnst), mit 3V dürftest du auf die Nase fallen.

chrysophylax.

 

[chrysophylax]

Bei einer Surce Spannung von 12V muss das Gate also auch auf 12V liegen, damit der MOSFET sperrt. Bei 0V am Gate leitet er dann.


Ich müsste also eine Pegelwandler, wie im Bild, vor das MOSFET schalten ?

Quasi. Du kannst natürlich genau dein Bild nachbauen, aber ich hab hier im Forum gelernt, dass der geneigte Dosensucher lieber ein fertiges Bauteil für 10cent nimmt, als sich mit 3 Hühnerfutterteilen für je 1cent rumzuschlagen. Von daher wären die Teile der Wahl für dich entweder der ULN2003 mit 7 von genau diesen Treiberstufen drin (als Vintage-Design, nehm ich auch immer gerne wieder) oder "echt retro" ("so hat man das vor 40 Jahren gemacht, als es noch gar keine MOSFETs gab") der 74LS06 mit 6 Open-Collector-Treibern.

Mit Treibern, die du nicht brauchst, kannst du dann noch "Kleinkram" an den 12V treiben, der 7406 kann 30-40mA pro Kanal, der ULN2003 100mA. Bei letzterem wirbt das Datenblatt gerne mal mit 500mA pro Kanal, das sollte man aber tunlichst unterlassen...

Wenn ich es richtig verstanden habe, invertiert dieser das Eingangssignal, was aber eigendlich kein Problem ist, muss halt nur bei der Programmierung beachtet werden.

Fast. Der Open-Collector-Treiber invertiert dir dein µC-Signal (Low am Ausgang des Treibers bei High am Ausgang des µC), aber der P-kanalige MOSFET invertiert es dir nochmal (leitend wenn Gate auf 0V), so dass zweimal invertieren hintereinander dann wieder eine "normale" Logik gibt.

Weil Open-Collector-Treiber nur runter-, aber nicht hochziehen können, brauchst du bei jedem p-kanaligen MOSFET noch einen Pullup (Hausnummer 10k) zwischen Gate und Source, und dann ist deine Schaltung auch schon komplett und taugt bei 5V µC-Betriebsspannung von 9 bis 18V "Lampen-Betriebsspannung", wenn du 24V "Lampen-Betriebsspannung" möchtest muss pro P-Kanal-FET noch ein weiterer Widerstand als Spannungsteiler dazu, da die Dinger nur bis max. -20V am Gate abkönnen.

Bei den n-kanaligen MOSFETs nach GND kannst du direkt über den üblichen Angstwiderstand vom µC-Ausgang aufs Gate gehen ohne weitere Treiberschaltung.

chrysophylax.

P.S.: Echte dicke Glühbirnen mit MOSFETs PWM-steuern (am Besten mit einer Frequenz aus dem Audiobereich) ist eine ziemlich coole Sache: Man kann tatsächlich dann der Schaltung zuhören, weil sowohl der Glühdraht als auch sonstige leistungführende Teile dann tatsächlich mit der PWM-Frequenz anfangen zu schwingen und leise hörbar werden.

 

[peter51d]

Super, danke für die Antwort.

Das geneigte Dosensucher nimmt wohl oft lieber das fertige Bauteil, weil er dann "weniger" falsch machen kann. Ich schliesse mich da gar nicht aus. Aber eine Transistor und zwei Wiederstände bekomme ich nach Plan schon noch zusammen gelötet. Und wenn dann doch mal ein Transistor durch dusseligkeit verreckt, kann ich da gut mit leben.
Nur wenn es "grössere" Sachen werden, dann lieber was fertiges.
Einer unserer Azubis hat zu Hause mal eine Ampelkreuzungsschaltung nur mit Transistoren, Widerständen und Kondensatoren aufgebaut. Fand ich schon beeindruckend. Das wäre mir dann aber zu viel, zu mal er es sich alles selber erarbeitet hat. Da ist mir ein µC dann doch lieber.

Für den ULN2003 sagt Reichelt mir, das es ein 7 Fach Darlington-Arrays ist.
Der ULN 2803A ist ein 8 Fach Darlington-Arrays. Von denen habe ich noch welche rum liegen.
Müssten doch eigendlich auch gehen oder? Ich sehe zumindest auf den ersten Blick keine grossen
Unterschiede im Datenblatt, mal abgesehen von der Baugröße und der Array Anzahl.

Noch eine Frage zur Spannungsversorgung. Man braucht ja Gleichspannung.
Für den "mobilen" Einsatz nimmt man einfach Akkus oder Batterien.
Was wäre den bei einem "stationärem" Einsatz bei vorhandenem Netzspannungsanschluss von einem
PC Netzteil zu halten? Man hätte gleich 5V DC und 12V DC zur Verfügung und je nach leistung des Netzteils
auch schon etwas Strom (10-20A) auf der 12V Seite. Die 5V Seite stellt strommässig eh kein Problem dar.
Da bringen die Netzteile die ich bisher in den Fingern gehabt habe alle >20A, die man ja eh nicht braucht.
Der Reiz ist halt, das man sie gandenlos günstig vom Schrott bekommt.

 

[chrysophylax]

Für den ULN2003 sagt Reichelt mir, das es ein 7 Fach Darlington-Arrays ist.
Der ULN 2803A ist ein 8 Fach Darlington-Arrays. Von denen habe ich noch welche rum liegen. Müssten doch eigendlich auch gehen oder? Ich sehe zumindest auf den ersten Blick keine grossen Unterschiede im Datenblatt, mal abgesehen von der Baugröße und der Array Anzahl.

Jepp, tut genauso wenn schon im Fundus. Wichtig: Nur der 2803, nicht der 2804.

Was wäre den bei einem "stationärem" Einsatz bei vorhandenem Netzspannungsanschluss von einem PC Netzteil zu halten? Man hätte gleich 5V DC und 12V DC zur Verfügung und je nach leistung des Netzteils auch schon etwas Strom (10-20A) auf der 12V Seite. Die 5V Seite stellt strommässig eh kein Problem dar.
Da bringen die Netzteile die ich bisher in den Fingern gehabt habe alle >20A, die man ja eh nicht braucht.

Gar nix. (Schuldigung.) Die können schaltungsbedingt von ihren unendlich vielen verschiedenen Ausgangsspannungen nur nach einer einzigen davon ihre Regelung laufen lassen, und das ist üblicherweise der +5V Zweig (bei ganz alten Netzteilen) oder der 3,3V Zweig (bei neueren ATX-Netzteilen). Dann kann man nur hoffen, dass anschließend die restlichen Spannungen (die in der Toleranz auch nicht so wirklich kritisch sind) "halbwegs" hinhauen. Dementsprechend hat der Regel-Zweig dann auch immer eine Mindest-Last von mindestens einstelligen Ampere (ich würde eher sagen 5-10A auf dem 5V-Zweig, auf manchen Netzteilen stehts auch drauf), damit das Ding überhaupt vernünftig anläuft.

Wenn du also nicht zufällig irgendwo noch 2 alte 6V Autoscheinwerfer (30W oder 36W waren damals gängig, das sind 5 oder 6A) rumfliegen hast, die du als "Grundlast" mitleuchten lassen kannst, damit das Ding überhaupt anläuft und halbwegs ins Regeln kommt dann wird das nix.

Es gibt für verdammt wenig Geld ganz billige Autobatterie-Ladegeräte in der 5A oder 10A Klasse - sowas würd ich nehmen. Spannung relativ egal, da ist eh nur ein Trafo und ein Gleichrichter drin. Pack einen dicken Glättungs-Elko dahinter (1000µF pro A Last), und dann hast du eine hübsche Versorgung für deine 12V-Birnen. Die fliegt zwar im Leerlauf ordentlich nach oben wenn du einen Glättungselko dazupackst , dürfte aber die kritischen 20V gerade eben nicht reißen und damit im grünen Bereich sein. Sobald die erste Birne an ist, wirds eh wieder christlich.

Sowas hier. Gibt´s auch immer mal auf diversen Flohmärkten oder billigen Restposten-Fuzzis. Kann man auch mal für ein paar Minütchen erheblich überlasten wenn man will , ohne dass es einem die Dinger irgendwie übel nehmen.

chrysophylax.

 

[radioscout]

Ich habe mal einen Fred für Stromversorgungen eingerichtet und festgepinnt:
http://forum.geoclub.de/viewtopic.php?f=57&t=67852

 

[peter51d]

Dann werde ich da mal weitermachen.
Ich hoffe, es ist OK, wenn ich den letzten und die hälfte des Vorletzten Post als "Intro" dort hin kopiere.