PWM per NPN-Transistor

[Che Guevara]

Hi,

wie ich schon in einem anderen Thread festgestellt hatte, bricht die Spannung an einem µC-Ausgang um wenige mV ein, wenn andere Pins desselben Ports belastet werden. Da dies für meine Anwendung aber unbedingt vermieden werden muss, möchte ich einen NPN Transistor (BC817) einsetzen.
Der Pin gibt ein PWM-Signal aus (125kHz), welches dann von einem RC-Tiefpass zweiter Ordnung geglättet wird (10k , 1µF). Der Transistor wird so beschaltet: http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/schalt/02080311.gif und soll zwischen den µC und den Tiefpass.
Als Basiswiderstand werde ich wohl 1k nehmen, aber welchen Wert sollte ich für den Collectorwiderstand verwenden?
Wenn ich mich nicht irre, wird der Tiefpass dann ja unsymmetrisch? Für eine Push-Pull Schaltung habe ich leider keinen Platz, deswegen muss ein Transistor reichen.

Vielen Dank & Gruß
Chris

[Che Guevara]

Hi,

ok, da hab ich wohl meine Frage etwas zu lasch gestellt...
Was bedeutet das für mich dann, wenn es unsymetrisch ist? Geht der Ausgang des Tiefpasses dann nicht mehr bis Vcc? Und va. wie berechne ich dann die Grenzfrequenz? Wenn der Transistor sperrt: Rges = Rtiefpass + Rcollector, wenn der Transistor leitet: Rges = Rtiefpass .

Gruß
Chris

[Besserwessi]

Wenn man aus dem PWM Signal ein genaue DC Signal gewinnen will, ist eine klassicher Transistor (BJT) keine so gute wahl: da hat man eine Restspannung in eingeschaltetem Zustand von einige 10 mV und auch Verzögerungen beim Ausschalten. Die bessere Wahl wäre da ein CMOS Gatter (z.B. 74HC04 - es gibt aber viel Auswah, ggf. auch kleine Single Gate Chip) das eine genau definierte Versorgung bekommt. Als direkter Ersatz für den transistor wäre auch ein kleine MOSFET (z.B. BS170 oder BSS138). Beim Drain Widerstand wären etwa 1-5 K eine passende Größenordnung. Die Kurve wird aber halt etwas nichtlinear, weil der Ausgangswiderstand unterschiedlich ist. Da ist dann wirklich die Frage ob der µC Port direkt nicht so die bessere Wahl ist - ggf. die Anderen Ausgänge entlasten.

[Che Guevara]

Hi,

den direkten µC-Pin nehmen kann ich nicht ( https://www.roboternetz.de/community/threads/64871-Spannungseinbruch-durch-Digital-Ausgang-%C2%B5C-defekt?highlight=pwm ). Den Pin oder andere Pins auf einem anderen Port nutzen geht auch nicht, sind fast alle Pins belegt (außer die analogen, aber die können kein Pwm).
Ich schildere am besten mal mein Problem / Anforderung:
Ich brauche für den negativen Eingang eines OP eine sauber geglättete Spannung (Ripple < 500µV), das kriege ich mit dem Tiefpass auch hin, die absolute Genauigkeit des Ganzen spielt sogut wie keine Rolle, nur relativ sollte es passen. In dem verlinkten Thread habe ich dann das Problem beschrieben, dass wenn andere Pins des Ports eingeschaltet werden, die Ausgangsspannung des Ports um wenige mV einbricht --> Oszillation auf der geglätteten Spannung.
Was bedeutet den der Einsatz eines npn Transistors in meiner Lage? Wird nur der absolute Punkt verschoben? Das stellt kein Problem dar, die Ausgangsspannung muss auch nicht Rail-to-Rail sein, es reicht von ca. 0.25V bis 3.0V (Vcc = 3V3).
Oder sollte ich einen MOSFET verwenden? BS138 hätte ich sogar da.

Gruß
Chris

[Thomas$]

beim schalten des mosfet muss die interne kapazität vom pin und vom mosfet umgeladen werden, interessant wäre wie groß der rippel ist wenn garkeine last am pin hängt

[BMS]

Hallo,

Ich brauche für den negativen Eingang eines OP eine sauber geglättete Spannung (Ripple < 500µV)
Was macht denn der nachfolgende OP mit dieser Spannung? Je nach Anwendung gibt es vielleicht auch eine ganz andere Lösung...?
Zur Erzeugung der Spannung könnte - außer PWM & Glättung - auch ein digitales Potentiometer oder ein D/A-Wandler verwendet werden.
Grüße, Bernhard

[Che Guevara]

Hi,



interessant wäre wie groß der rippel ist wenn garkeine last am pin hängt

Sorry, ich weiß nicht, was du mir damit sagen willst :(

Nun, der OP ist im µC fest "eingebaut" (ATXMega192A3U) und wird auf Gain = 64 gestellt, danach hängt dann der ADC dran.
Der Chip hat einen eingebauten DAC, welcher aber auch einen relativ stark ausgeprägten Ripple hat. Die Lösung mit dem PWM funktioniert prinzipiell schonmal sehr gut, weswegen ich das gerne beibehalten würde ;)
Größere externe Bauteile als einen Transistor kann ich platztechnisch nicht unterbringen, das Layout ist ziemlich voll.

Vielen Dank & Gruß
Chris

[Thomas$]

"dass wenn andere Pins des Ports eingeschaltet werden, die Ausgangsspannung des Ports um wenige mV einbricht" ich hatte schon bedenken das ein einbruch der Spannung allein schon durch das schalten eines pins zustande kommen kann also allein durch das umladen der kapazität des pins

[Che Guevara]

Hi,

achso, jetzt versteh ichs :D
Dieser Effekt trat auf, als ich zwei Leds am selben Port hängen hatte. Die wurden mit 0.5Hz getoggelt, das konnte man deutlich am PWM-Ausgang mit dem Oszi sehen. Die Leds sind immer noch da, außerdem noch 3 weitere PWMs am selben Port, die allerdings nur insgesamt ca. 2mA treiben.

Gruß
Chris

[PICture]

Hallo!

Stabilisierend wäre auch "abschneiden" ("voltage clamping") der Amplitude vom PWM z.B. auf 4 V o.ä. Das ist mir bekannt aus Frequenzmodulation (FM) um störende Amplitudenmodulation (AM) bei Radios zu eliminieren. ;)

[Che Guevara]

Hi,

meinst du, ich solle den Transistor an 4V anschließen und die PWM nur bis zu einer bestimmten Verhältnis ansteuern, sodass max. 3V3 rauskommen?
Wenn ja, sowas möchte ich vermeiden, nicht dass ich durch einen Programmierfehler o.ä. den µC brutzele...
Ich glaube, ich werds einfach mal mit Transistor und MOSFET versuchen, dann zeigt sich ja, obs funktioniert oder nicht! Sollte ich Probleme haben, werde ich mich nochmal melden.

Vielen Dank bis hierhin & Gruß
Chris

[PICture]

http://www.google.de/imgres?imgurl=http%3A%2F%2Fwww.electronicproducts. com%2Fimages2%2FfapoALD2_mar2008-.gif&imgrefurl=http%3A%2F%2Fwww2.electronicproducts.com %2FVoltage_clamp_circuits_for_ultra_low_voltage_ap ps-article-fapoALD-mar2008-html.aspx&h=276&w=326&tbnid=rcsZAv0_gDjIzM%3A&zoom=1&docid=adhDWLucVxTHCM&ei=7WqRU-rDGuaBywPGv4CAAQ&tbm=isch&iact=rc&uact=3&dur=3574&page=1&start=0&ndsp=12&ved=0CEoQrQMwCQ .

Am einfachsten ist einstellbares LM385: http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet2/6/0r504q04z3sl2pkg1l6t18rlyxcy.pdf .

Mit einem invertierendem Transistor ist mir auch etwas zum Ausprobieren eingefallen: ;)

VCC(stabilisiert)
+
|
.-.
| |Rd
| |
'-'
|
+-----> Tiefpass
|
||-+
||<- T
µC Pin >------||-+
|
===
GND

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

[Che Guevara]

Vielen Dank, genauso wie du es skizziert hast, werde ich es ausprobieren ;)
Ich melde mich, wenn ich neue Erkenntnisse habe.

Gruß
Chris

[Che Guevara]

Hi,

also die Schaltung steht, funktioniert aber nur teilweise...
Hier der Schaltplan:
28351
Bei AVR-PWM wird das PWM-Signal noch richtig ausgegeben, nach dem Basiswiderstand R4 siehts aber dann so aus:
28352
Der Duty-Cycle sollte eigentlich bei 50% liegen, man sieht es auch ansatzweise. Der Rest der Schaltung funktioniert dann wieder (also bis auf den Folgefehler).
An was könnte das liegen? Hab ich die Widerstände falsch gewählt?
Oder ist das die von Besserwessi benannte Ausschaltverzögerung? Kann ich mir aber nicht vorstellen, da ich ja noch an der Basis messe... Hätte ich doch nur mehr Ahnung von Analogtechnik.
Die PWM-Frequenz liegt übrigens bei 125kHz.

Vielen Dank & Gruß
Chris

[PICture]

An was könnte das liegen?

Fast sicher liegt es an positiver und ungleicher Null Basisumschaltspannung (UBE) des Transistors. Ein Transistor mit (fast) temperaturunabhängiger UBE = 0 kann man aus zwei komplementaren bauen:

VCC
+
|
.-.
Re | |
| |
'-'
|
| +----->
| |
| |/
+-| T2
| |>
|< |
>-----| T1 ===
|\ GND
|
===
GND

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

[Che Guevara]

Hi,

danke für die Aufklärung, ich habs jetzt mit einem BSS138 gemacht, funktioniert 1A und hat glücklicherweise das gleiche Pinout.

Gruß
Chris

[Che Guevara]

Hallo,

da ich jetzt das ganze wieder etwas anders machen will, brauche ich nochmal eure Hilfe:
Die geglättete Spannung soll weiterhin von 0V bis max. 3V3 gehen, der BSS138 soll jetzt aber an 5V hängen (um Störungen zu vermeiden).
Jetzt meine Frage, soll ich einfach einen Spannungsteiler nach den Tiefpass schalten oder soll ich es anders lösen?

Gruß
Chris

[PICture]

Ich würde einen ein- ausschaltbaren "low drop" Spannungsregler ohne Ausgangselko, wie z.B. TK11532 ( http://www.datasheetarchive.com/dlmain/Datasheets-37/DSA-735153.pdf ) vor dem Tiefpass schalten. Dann muss die Spannung am Tiefpasseingang nicht mehr stabilisiert werden und der MOSFET-Schalter mit BSS138 entfällt. Das wäre die früher von mir erwähnte Lösung mit "voltage clamping".