Beschaltung von PIC Ein- und Ausgängen

[Posti]

Hi

Habe mir vor kurzer Zeit das PICAXE08M Starterpaket zugelegt und bin auch schon fleißig am Proggen :)

Leider ist auf dem 'Proto-Board' nicht wirklich viel Platz, so daß größere Schaltungen, oder 'nur' die Beschaltung von mehreren Pin's dort drauf keinen Platz haben.

Nun denn, baut man das halt auf ne größere Platine :-k

Beim digital-IN wollte ich einfach mit nem Taster GND bzw +5V auf den Pin geben.
Als Pull-Up/-Down dachte ich an 56K (der flog hier noch rum und funktioniert astrein).
Zwischen den Tastern und dem PIC wollte ich noch 330 Ohm setzen, fals der Pin doch mal nen Ausgang ist und das Gegensignal abbekommt (maximal möglicher Strom 25mA, bei 330er Widerstand bestenfalls 15mA, sollte der PIC überleben)

Beim analog-IN wollte ich eine Widerstandsbrücke auf 330 Ohm - 330K - 330 Ohm zwischen GND und +5V nutzen.
An den äußeren Kontakten des 330K-Poti liegen die 330er, gleichzeitig wollte ich dort auch die digital-IN's anbringen (dafür die schon genannten 330er)

So sollte ich bei 10 Bit Auflösung immernoch von 0-1023 (oder 1-1022) kommen, was ausreichend sein sollte.

Bei den IN's bin ich mir ziemlich sicher, daß die funktioniren müssten.

Dann fehlt noch der digital-OUT, und da bin ich mit meinem Latein in éiner Sackgasse.
Mir wäre ws lieb, wenn ich den Ausgang in Q und nicht-Q teilen könnte.
Dachte dafür an 2 Transistoren.
Der Erste (über Vorwiderstand) mit Basis an den PIC.
Der Zweite zwischen T1 und dessen Vorwiderstand(C) abgegriffen und (ebenfalls über Vorwiderstand) an dessen Basis.
Habe also 2x +5V über Collector-Vorwiderstand auf Transistor / Emitter auf GND.
So müsste ich direkt über den Transistoren ein gleichstarkes Signal haben wenn der PIC auf LOW, oder auf HIGH steht.

Das sollte soweit klappen, nun will ich aber mit dem Kram ja was antreiben, und dafür müsste ich Leistungs-Transistoren nutzen.
Ins Auge sind mir da FET's gefallen.
Nach meinem Verständnis schalten diese Bauelemente STROMLOS, es reicht also eine anliegende Spannung (ab etwa einem Volt).
Denke, daß ich mit den 2 NICHT-Stufen (hoffe, die Transis machen das auch so) eine Spannung an Q bzw nicht-Q von nahe 5V bekomme, bzw ohne Stromfluß kein Spannungsfall -> 5V.
Damit wollte ich nun die FET's ansteuern.

Könnte das so klappen?

Dann gibt es ja noch verschiedene FET's, welche die bei positivem Gate durchschalten, andere bei negativem Gate.
Dann noch welche, die durchgeschaltet sind, und bei positivem/negativem Gate sperren.

Woran erkenne ich diese Unterschiede? Bzw. könnt Ihr mir je Art eine Typenbezeichnung sagen?

Strom sollte bis 1A, vll aber auch 4A möglich sein (LEISTUNG *g*).

Wenn Ihr mir nen bischen helft, ich die Kleinteile noch vor den Feiertagen bekomme und auch noch nen bischen Zeit finde, könnte das dieses Jahr ja noch was werden \:D/

MfG
Posti

PS: Sollte der Text zu blöd formuliert sein, sagt's ruhig, ich versuche dann eine verständlichere Version auszuarbeiten :-b

[stegr]

Auf die Strombegrenzung an den Pins kannste verzichten, die haben die PICs intern schon drinnen (kannst ja mal ausprobieren, der PIC wird dann nach 10 Minuten ein bissle warm, aber mehr auch nicht...). Die schützt den PIC so gut, dass du den nicht kaputt bekommst... Kaputt geht der Pin nur, wenn du längere Zeit eine Spannung größer der Versorgungsspannung drauf gibst - vor allem die AD-Kanäle sind da ein bissle empfindlich (wobei der PIN auch nicht sofort kaputt ist, sondern der PIC nur langsam warm wird und nach ca. 2-3h dann den Geist aufgibt).

Ich würde an den Ausgängen auf die Bipolarstufe verzichten, weil die ein bissle zickig sein kann (du musst die ja so dimensionieren, dass bei 0V der untere durchschaltet und bei 5V der obere - und der jeweils andere optimal sperrt).
Ich empfehl dir da, dass du die MOSFETs gleich an die Portpins klemmst - dazu solltest du evtl. Logic-Level-Typen verwenden, denen die 5V am Gate ausreichen um voll durchzuschalten.
Wenn du nicht immer mit den großen FETs arbeiten willst oder keine Logic-Level-Typen nehmen willst, dann kannste auch erstmal nen 2N7002 (Imax=200mA Dauer, 2A Puls) dranhängen - der kostet nur ein paar Cent und kann dafür schon recht viel.

Die Wahl der richtigen MOSFETs hängt davon ab, wieviel Leistung du brauchst und was du dran anschließt. Vor allem bei induktiven Lasten kannste unter Umständen dir deinen FET zerschießen. Zwar ist da eigentlich eine Diode in Gegenrichtung eingebaut (bedingt durch den Aufbau), aber trotzdem ist es meist zu empfehlen nochmal eine Schottky-Diode zwischen Drain und Source zu hängen (natürlich nur bei den größeren FETs - beim 2N7002 brauchste das nicht).

Was ich dir an Typen empfehlen kann, sind allesamt N-Kanal selbstsperrende (Anreicherungstyp, Enhancement) MOSFETs:
- BUZ11 - einfach, uralt, eher schlecht aber billig und funktioniert eigentlich doch recht gut (zumindest bei den kleinen Strömen, die du willst), brauch aber eigentlich mehr als 5V um voll durchzuschalten (siehe Datenblatt: Rds-on)
- SUP75N03 - 30V, 80A, meine Lieblingsmosfets (wobei ich meistens die größeren nehme: SUP75N06, können 60V DS), guter Rds-on auch bei 5V, können bis zu 175° warm werden (auch praktisch), und fast unkaputtbar, aber schlecht zu bekommen (leider keine Reichelt-Ware)
- IRF-1404 - gibts bei Reichelt, guter Rds-on, billig
- IRL-1004 - gibts bei Reichelt, Logic-Level, dafür guter Rds-on, 40V/130A (aber bitte nicht gleichzeitig und dauernd *g*)

Du kannst ja selber noch ein bissle bei Reichelt stöbern: Die MOSFETs findest du unter den aktiven Bauteilen -> Transistoren. Reichelt vertreibt hauptsächlich International Rectifier und die sind ganz ok. Die IRF sind normale MOSFETs, die IRL Logic-Level-Typen.
Du solltest darauf achten, dass du als Gehäuse TO-220 nimmst (damit du mal nen Kühlkörper drauf machen kannst, wenn es zu warm wird) und dass der Rds-on nicht über 10 Milliohm liegt (besser deutlich drunter, so 3-6 mOhm). Den Wert erreichst du normalerweise sowieso nicht (liegst immer deutlich drüber), und je niedriger der Wert, desto weniger warm wird dein MOSFET.

Hoffe mal, dass dir das ein bissle hilft...

MfG
Stefan

PS: Zur Verschaltung: http://www.sprut.de/electronic/switch/nkanal/nkanal.html
Aber nimm bei Motoren o.ä. immer noch ne schnelle Schottkydiode zwischen Drain und Source (parallel zur intern eingezeichneten).
Und pass auf dein Gate auf - das ist nur ein paar Molekülschichten dick und damit sehr sehr leicht kaputt zu bekommen...

[Posti]

Hi

Danke für den Link, das mit der internen Diode ist mir neu gewesen.

Ich schau gleich mal, was die Steinchen so kosten, zuvor aber mal ne Frage:
Wie sieht es aus, wenn ich über einen NPN /PNP 12V auf einen FET gebe?
Dann müsste der doch 'sauber' durchschalten.
Weiter brauche ich auch den negierten Ausgang.

Die Schaltzeit dürfte bei mir eine eher untergeordnete Rolle spielen, zur Not kommt ne kurze Pause vor der Pin-Abfrage, damit die Transis/FET's Zeit haben, die 2 Sensorenkreise sicher umzuschalten.

Habe vor, die Schaltung im PC unterzubringen, wo ich super saubere 5V / 12V hätte.
Möchte einen NTC und ein Poti mit dem PIC, bzw der externen Schaltung verbinden.
Dabei sehe ich momentan aber nur das Problem, daß die externe Schaltung selber Spannung auf den Sensor gibt, und der PIC seine 5V drauf haben möchte, müsste aber lösbar sein.

So wie ich Dich bis hierhin verstanden habe, reicht es völlig, den FET mit S auf +(5 od. 12V), D an die Last und G an den Pin zu klemmen?
Das wäre wunderbar wenig externe Beschaltung :)

Wäre echt cool, wenn ich noch vor Weihnachten das Zeugs bekommen könnte *im Baurausch bin*.

**Nachtrag**
Hab mal sowohl auf Conrad als auch auf Reichelt geschaut.
Direkt schalu geworden bin ich aus dem kryptischen Bezeichnungen nicht :-/
Bei Reichelt fehlen zu den ganzen Transistoren die Datenblätter und bei Conrad hab ich nicht wirklich den Bock dadrauf, mit von hunderten von Transistoren-Typen die Daten im Katalog (online) zu suchen.

Kannst Du mir FET's nennen, die Du als Ausgangsbeschaltung eines PIC nutzen würdest?
Vll mit na kleinen Erklärung, vll raffe ich ja, wie die Type-Kürzel mit der Funktion des Steinchen zu tun haben.
Ach ja, der 2N7002 ist bei Reichelt ein SMD-FET, oder??
Bräuchte da schon welche mit Beinchen, die man durch die Platine drücken könnte (ich weiß, so langsam verlange ich ziemlich viel).

On Conrad oder Reichelt ist mir da eigendlich wurscht, Conrad hätte den Vorteil, daß ich als 'Alt-Kunde' *hüstel* die BEstellung auf Rechnung bekommen könnte, und kurz vor Weihnachten das Porto entfallen würde.
Brauche ja noch mehr externe Beschaltung und was, wo drauf ich das Ganze setzen kann (Platine).
**ENDE**


MfG
Posti

Hab das mal so theoretisch zusammengebaut.
Die LED soll mir den Status des Ausgang anzeigen (an für high an Q).
Plus ROT sind 5V, Plus gelb sind 12V, GND ist 0V.
Es wird zum Schluß nur 1 Motor am Q des digital-OUT liegen, der Andere ist nur zur Veranschauung.
Meines Erachtens dürfte hier je nur 1 Motor auf voller Drehzahl laufen, der Andere müsste aus sein.

Ne andere Idee:
Wie sieht es aus, wenn ich ein 4xNOT Gatter benutze?
TTL-Pegel habe ich ja.
Nur ist auch heir wieder Conrad und Reichelt sehr umständlich ... ich will nen Katalog aus Papier *sach*.
So hätte ich (bei 4 Ausgangs-Stufen) 4x ein nicht-Q, mit dem ich weiter arbeiten kann.
Dürfte auch günstiger sein, als tonnenweise FET's zu verbauen.

Diese Schaltung ist ja nur für MEIN Proto-Board, das externe Schaltungszeugs muß dann natürlich auf diese 5V 25mA aufbauen, dort sind dann FET's wieder sehr interessant.

PS:Auch schön zu hören, daß man die Steinchen nicht so schnell kaputt bekommt, wird sich bestimmt als sehr nützlich erweisen :)

[stegr]

Ich fang mal mit deiner Schaltung an:
Das müssten N-Kanal-Mosfets sein und keine P-Kanal. Auch muss S an Masse, D an die Last und + bekommt deine Last direkt (wie bei Sprut, siehe Link oben). Du musst immer auf die Referenz für die Gatespannung achten. Wenn du einen N-Kanal-Mosfet nimmst, muss an G 5V gegenüber S sein, damit der durchschaltet. Wenn du einen P-Kanal-Mosfet nimmst, muss an G -5V gegenüber S sein, damit der durchschaltet - und damit er nicht durchschaltet 0V gegenüber S, bedeutet: du müsstest den zum schalten auf Masse (PIC) ziehen bzw. auf 12V (PIC) ziehen zum sperren. Das ist natürlich etwas aufwändiger als gewollt.
In deiner Schaltung ist das alles richtig, nur die Bezeichnung ist falsch - es müsste ein N-Kanal-Mosfet sein...

Die Datenblätter für die IRF-1404 usw. findest du bei Google oder direkt beim Hersteller: International Rectifier www.irf.com

Von den Namen lässt sich nur sehr selten eine Eigenschaft ableiten - meist muss man ins Datenblatt schaun oder andersrum: man sucht sich bei einem Hersteller den Mosfet aus, den man haben will und sucht sich dann nen Händler dafür. Problem: im Hobbybereich geht das nur andersrum... Einfach bei Reichelt oder Conrad unter Mosfet schaun, und dann Datenblätter wälzen - ist ein bissle umständlich, aber anders gehts halt leider nicht... :/

Typische Bezeichnungen für Mosfets: BUZ, IRL (L->Logic Level), IRF, SUP, STP, ...
Jeder Hersteller hat eigene Bezeichnungen für seine verschiedenen MOSFET-Typen.

Empfehlen würde ich dir ein MOSFET vom Typ IRL*** (z.B. IRL1004 - gibts bei Reichelt und Conrad). Den kannste direkt an den PIC hängen und dann brauchste die ganze Bipolarstufe nicht.

Der bedrahtete Typ vom 2N7002 ist der 2N7000... ;)
Gibts aber nur bei Reichelt und nicht beim Conrad :/

Schaltzeitenprobleme hast du bei statischem Schalten nicht - die hab ich grade bei ner PWM, die mit 200kHz läuft... ;)

Ich hoff ich hab jetzt nichts wichtiges vergessen - sonst nochmal fragen ;)

MfG
Stefan

[Posti]

Hi
Besten Dank für die kleine Einführung.
Das mit meinem Schaltzeichen für den P-FET was nicht stimmte durfte ich schon auf der PIC-Seite erkennen, hab das bei mir mal geändert.
Durfte auch schon lesen, daß die Logic-FET's nur als N-FET zu haben sind.
Ne Erklärung war auch bei, wollte mir aber nicht in den Kopf :).

Hatte den P-Typ genommen, da ich dachte, daß der mit positiver Spannung am Gate durchschaltet, und ich ja bei HIGH durchschalten möchte. Da der N-Typ aber eher wir nen NPN arbeitet, muß dort wohl ein N-Typ hin (als Last-Transi).

Das mit Q bzw nicht-Q werde ich wohl über einen Logic-IC machen.
Mit etwas Glück finde ich auch mal ne Seite, wo man die Tiere nicht nur bestellen kann, sondern auch gesagt bekommt, was das Steinchen überhaupt macht.
(Weder Conrad, noch Reichelt noch TI.COM - Texas Instument - brachten den gewünschten Erfolg)
Dabei könnte ich schwören, daß früher im Conrad-Katalog Logic-IC's mit den internen Logic-Gattern abgebildet waren.
Hab bei TI.COM auch ein 6-fach NOT-Gatter gefunden, nur werde ich aus dem Datenblatt dort nicht schlau.
Verstehe das irgendwie so, daß der Chip mit -0,5V bis +0,5V als IN und OUT läuft.

Wie gesagt, wenn man sich nicht ganz sicher ist, was man überhaupt sucht *g* ist's finden nochmal so schwer.

Ich bedanke mich nochmal bei Dir, das mit dem Spannungsunterschied bei FET's muß ich mir mal irgendwie merken ... git's da ne Eselsbrücke?


Nachfrage:
Bei einem N-FET, Du schreibst, daß D auf GND kommt und S zur Last zu + (5V).
Da habe ich aber nun das Problem, daß die iterne Diode im FET nun in Durchlaßrichtung liegt, oder??
Weiter:
Muß das Gate nicht irgendwie negativ werden zum Durchschalten?
Von wegen N-FET ... analog dazu positiv bei einem P-FET ?

Irgendwie sind NPN und PNP logischer *denk*, aber bei den FET's finde ich es gut, daß die nur mit einer Spannung durchschalten, ich somit das Gate nicht großartig schützen muß und nicht auf nen maximalen Strom achten muß.
Nachtrag 2
Hab mir das auf der sprut-Page nochmal angeschaut.
Wenn ich das richtig verstehe, dann schaltet der FET durch, wenn sich die Spannung am Gate von der Spannung an Source je nach Typ unterscheidet.
Bei N muß die Spannung höher, bei P muß die Spannung niedriger sein zum Duchschalten.
Klingt zwar jetzt irgendwie unlogisch ... P <-> positiv n<-> negativ wäre logischer, wenn beim P-Typ ne positivere Spannung benötigt würde.

Oder ich hab mich jetzt total verrannt *hehe*


In diesem Sinne
Posti

[stegr]

Das N und P hat nichts mit der Spannung zu tun, sondern mit der Dotierung (also mit dem internen Halbleiteraufbau), daher ist da die Logik etwas eingeschränkt, wenn man nicht ganz in die Tiefe möchte ;)
Wenn du ne negative Spannung ans Gate anlegst, ist es so schnell kaputt, da kannste noch nicht mal kaputt sagen *g*
So wie's auf der sprut-page steht, ist es richtig und funktioniert auch...

Was deinen Inverter angeht: auf der TI-Homepage findet man das relativ problemlos: Logic -> Inverting buffers -> 74ac04 -> Datenblatt (http://focus.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?genericPartNumber=cd74ac04)
Dort findest du dann die Belegung...

Was mir grade auffällt: Du hattest mich vorher vollständig verwirrt *g*
S (Source) muss natürlich an GND und D (Drain) an die Last. Bei normalen FETs ist das egal, bei MOSFETs nicht (wegen der Diode). ;)

So, hoffe diesmal stimmt es *g*

Eselsbrücke weiss ich leider grad keine... ich merks mir einfach so, dass S (Source) immer die Spannungsquelle ist und D (Drain) immer die Last - und das passt, egal ob N oder P ;)
MfG
Stefan

[Posti]

...Wenn du ne negative Spannung ans Gate anlegst, ist es so schnell kaputt, da kannste noch nicht mal kaputt sagen *g* ...
Naja, ich schwätze sehr laangsaam *g* ... da hätte ich noch Zeit, nen Stecker zu ziehen *feix*

Also muß ich drauf achten, daß die Spannung am Gate nicht unter Source kommt, da sonst Steinchen platt.
Beim Anschluß an nem PIC-Ausgang dürfte das ja kein Problem sein.

Elektronik hat was ... muß nurnoch herausfinden, was #-o

Danke Dir nochmal für alle Deine Erklärungen.
Werde mir nen NOT-IC organisieren, und mein (mein !!) Proto-Board zusammen stricken.

Damit man mit dem PIC auch mal richtig arbeiten kann :)


MfG
Posti