UPDATE: Lowpower-MOSFET-Minikurs und Batterie-Betriebsspannung-Abschaltverzögerung

battofft

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Dieser Elektronik-Minikurs über Lowpower MOSFETs ist auf eine spezielle Anwendung, auf die Verzögerungsschaltung, oft auch Timer genannt, fokusiert. Trotzdem eignet sich dieser Inhalt um bereits erworbene Grundlagen über diese Art von Feldeffekttransistoren zusätzlich zu vertiefen. Für den Leser, der noch nicht weiss was ein Feldeffekttransistor (FET) ist, empfehlen sich die entsprechenden Grundlagenkurse von Patrick Schnabel. Diese findet man schnell mit der ELKO-Suchfunktion durch die Eingaben von Feldeffekt-Transistor, MOS-Schaltkreisfamilie, MOS-FET und MOSFET. Dieser Elektronik Minikurs befasst sich speziell mit dem BS170, der sehr bekannt und beliebt ist. Er wird scherzhaft oft auch den BC109 der MOSFET-Familien genannt, obwohl er dem BC109 um einiges überlegen ist.

Es beginnt in diesem Elektronik-Minikurs mit einem Vergleich zwischen einer Darlingtonschaltung mit zwei NPN Transistoren und dem Lowpower-MOSFET in N-Kanal-Technologie, eben mit dem BS170. Darin enthalten ist ein einfaches Prinzip, wie man eine sehr einfache Timer-Schaltung realisieren kann. Schnell wird klar, welche Vorteile eine MOSFET-Schaltung gegenüber der Darlington Schaltung aufweist. Im Nebenschauplatz wird anschaulich erklärt, warum eine Darlington-Schaltung im Schalterbetrieb (gesättigter Zustand) eine Kollektor-Emitterspannung hat, die nicht kleiner als eine Basis-Emitter-Spannung sein kann.

Danach steht in vollen Umfang der MOSFET BS170 im Fokus. Die Transfer-Charakteristik wird in dem Zusammenhang erklärt, wie es möglich ist, dass nach einer langen Verzögerungsdauer von etwa 6 Minuten nur eine Abschaltdauer von etwa 5 Sekunden erfolgt, und dies mit der einfachsten analogen Methode. Diese sehr detaillierte Erklärung ist zur Hauptsache Gegenstand dieses Update. Zum Schluss folgt ein neues Schaltbild mit einem zusätzlichen Lowdropout Spannungsregler. Nur mit so einem Spannungsregler ist es möglich eine 9V-Blockbatterie bis zur vollständigen Entladung zu nutzen.

Gruss
Euer ELKO-Thomas


Anzahl der Transistoren in einem Prozessor

Das Bestimmen der Anzahl der Transistoren in einem Prozessor ist gar nicht so einfach. In Prozessoren befinden sich auch Teststrukturen und redundante Schaltkreise, die passiv sind und mit der Verarbeitung und den Berechnungen nichts zu tun haben. Außerdem gibt es viele Entkoppel-Kondensatoren, die aus speziellen Transistoren bestehen. Die Frage ist, ob diese Transistoren mitgezählt wurden oder nicht und ob sie überhaupt mitgezählt werden müssen.

Die Angabe zur Anzahl der Transistoren sollte also nur als grobe Richtung gesehen werden und nicht als Maßstab über die Leistungsfähigkeit eines Prozessors.


TRANSISTOR – ELEC2000 und AtariST-Emulatoren

Das Schaltschemazeichnungsprogramm TRANSISTOR und seltener das kleine Paket mit praxisorientierten Elektronikrechenprogrammen ELEC2000 sind immer wieder mal das Thema im ELKO-Forum und ich bekomme EMails. Mehrheitlich ist es TRANSISTOR, weil jemand wissen will, womit ich die Schaltschemata und Diagramme in meinen Elektronik-Minikursen zeichne und Interesse daran zeigt.

Diese Software programmierte ich bereits gegen Ende 1980er- und in den 1990er-Jahren auf einem originalen ATARI-ST-Mega4 für den Eigengebrauch. Nachdem anfangs der 1990er-Jahre bald klar wurde, dass ATARI den Bach runtergehen wird, wuchs der Wunsch in den ATARI-Gemeinden nach guten Emulatoren. Das liess nicht lange auf sich warten und viele enthusiastische ATARI-Programmierer begannen vor allem in ihrer Freizeit mit Emulator-Projekten. Ich lernte früh die TOSBOX von Mark Slagell kennen und schätzen. Damals war Windows-95 auf den Rechnern, eigentlich noch zu langsam für eine solche Emulation. Darum entwickelte Mark sein Programm als schlanke und relativ flinke DOS-Anwendung. Als die DOS-Epoche so allmählich ein Schattendasein entwickelte, setzte ich den Fokus vor allem auf zwei ATARI-ST-Emulatoren. Es sind dies HATARI und STEEM und das ist bis heute so geblieben…

Mehr zu diesem Thema und in Zusammenhang mit meinen oben genannten ATARI-Programmen, die hier im ELKO gratis via Download erhältlich sind, liest man hier im neusten und zusammenfassenden Beitrag:

Was ich noch erwähnen will: Es fällt auf, dass die heutigen Emu-Programmierer recht jung sind und deshalb bestenfalls in ihren frühen Jugendjahren die ATARI-Epoche miterlebt haben. Deshalb freut mich dieser Enthusiasmus und das Interesse ganz besonders. Jack Tramiels ATARI-Hardware ist zwar längst gestorben. Doch das Leben des Betriebssystemes TOS (Tramiel-Operating-System) scheint unverwüstlich und unvergänglich und lebt in den ATARI-ST-Emulatoren weiter. Einen Eindruck davon vermittelt auch dieses ATARI-Diskussions-Forum, das ich interessierten (Ex-)ATARIanern sehr empfehlen kann:

Falls es ehemalige ATARIaner gibt, welche diese Zeilen lesen, würde mich ein Feedback sehr freuen:

Euer
ELKO-Thomas


Update: Emitterschaltung mit Stromgegenkopplung

Die Grundschaltung der Emitterschaltung leidet unter Temperaturabhängigkeit. Das heißt, erhöht sich die Temperatur im Transistor, führt das zu einem Anstieg des Kollektorstroms IC. Dabei verschiebt sich der Arbeitspunkt, den man vorher sauber berechnet und eingestellt hat. Und auf einmal stimmt in der Schaltung nichts mehr.

Man löst das Problem dadurch, dass man bei steigender Temperatur die Basis-Emitter-Spannung UBE verkleinert und so den Anstieg des Kollektorstroms IC verhindert. Mit Hilfe eines Widerstandes zwischen Emitter und Masse (0V) wird die Arbeitspunktstabilisierung hergestellt. Dieser Widerstand wird als Emitterwiderstand RE bezeichnet. Man bezeichnet das als Gleichstromgegenkopplung.


Update: Emitterschaltung mit Spannungsgegenkopplung

Die Grundschaltung der Emitterschaltung leidet unter Temperaturabhängigkeit. Das heißt, erhöht sich die Temperatur im Transistor, führt das zu einem Anstieg des Kollektorstroms IC. Dabei verschiebt sich der Arbeitspunkt, den man vorher sauber berechnet und eingestellt hat. Und auf einmal stimmt in der Schaltung nichts mehr.

Man löst das Problem dadurch, dass man bei steigender Temperatur die Basis-Emitter-Spannung UBE verkleinert und so den Anstieg des Kollektorstroms IC verhindert. Die Emitterschaltung mit Spannungsgegenkopplung sieht einen Widerstand zwischen Kollektor und Basis vor. Es entsteht ein Basisspannungsteiler durch R1 und R2. Bei der Spannungsgegenkopplung wird ein Teil der Ausgangsspannung am Kollektoranschluss auf die Basis des Transistors zurückgeführt.


Update: Emitterschaltung

Die Emitterschaltung ist eine Universal-Verstärkerschaltung, die im niederfrequenten Bereich zur Erzeugung sehr hoher Spannungsverstärkungen genutzt wird. Doch bei hohen Frequenzen macht sich die Frequenzabhängigkeit der Wechselspannungsverstärkung ß und der Basis-Emitter-Widerstand rBE bemerkbar. Steigt die Frequenz, sinkt die Verstärkung. Aus diesem Grund wird die Emitterschaltung mit Arbeitspunktstabilisierung durch Stromgegenkopplung und mit kleiner Spannungsverstärkung betrieben.


Arbeitspunkteinstellung mit Basis-Spannungsteiler

Damit die Emitterschaltung richtig funktioniert, müssen Spannungs- und Stromwerte richtig eingestellt werden. Dabei müssen die Kollektor- und Basisstromwerte des Transistors beachtet werden. Ein Spannungsteiler an der Basis des Transistors ist eine Möglichkeit der Arbeitspunkteinstellung.


Arbeitspunkteinstellung mit Basis-Vorwiderstand

Damit die Emitterschaltung richtig funktioniert, müssen Spannungs- und Stromwerte richtig eingestellt werden. Dabei müssen die Kollektor- und Basisstromwerte des Transistors beachtet werden. Ein Vorwiderstand an der Basis des Transistors ist eine Möglichkeit der Arbeitspunkteinstellung.


Update: Schaltschema-Zeichnungsprogramm TRANSISTOR

TextTRANSISTOR ist das Schaltschema-Zeichnungprogramm, das ich stets zum Zeichnen meiner Schaltschemata in meinen Elektronik-Minikursen einsetze. Es kommt deshalb immer wieder vor, dass ich von ELKO-Lesern gefragt werde, womit ich meine Schaltschemata zeichne. Dann muss ich allerdings erklären, dass dieses Programm weit zurückreicht. Es wurde Ende der 1980er-Jahre von Rainer Stamm für die ATARI-ST-Computer entwickelt, die damals u.v.a. für elektrotechnische Anwendungen stark im Kurs waren. Ich habe Anfangs er 1990er-Jahre die Quelltexte für wenig Geld übernommen und ich pflege TRANSISTOR bis heute weiter. Jedes neue Update hinterlegte ich auf die damals gut gepflegten FTP-Server. Seit ich im ELKO mitwirke, kann man sich TRANSISTOR vom ELKO herunterladen.

Es gibt da natürlich ein kleines Problem, dass schon sehr lange keine ATARI-ST mehr gekauft werden können. Allerdings ist es tatsächlich ein kleines Problem, weil es ebenso schon sehr lange viele ATARI-ST-Emulatoren für fast jede Computerplattform gibt. Ich selbst habe die Erfahrung mit STEEM unter WinXP und mit HATARI unter MacOSX-10.5/10.6. Natürlich gibt es HATARI und STEEM auch für Linux und genau das dürfte einige Elektroniker interessieren, die sowieso schon lange unter Linux arbeiten, TRANSISTOR mal auszuprobieren.

TRANSISTOR ist ein kleines Programm, geeignet für Dokumentationen, wo nicht gleich sehr aufwändige Schaltungen gezeichnet werden müssen. Viel zu lernen gibt es nicht. Man hat das meiste gelernt nach dem man zum ersten Mal ein Schaltschema gezeichnet hat. Das heutige Update betrifft die Überarbeitung des Manual, das Bestandteil ist im ZIP-Packet, das man herunterladen kann. Alles weitere dazu, erfährt man im folgenden Link: