Frage von MrRayman, 36

Spannungsteiler mit Transistor: Wie berechne ich die benötigten Widerstände? Wie viel Strom sollte fließen?

Ich würde gerne eine Spannungsmessung des 12V Anschlusses machen. Da ich diese Messung nur sehr selten durchführen möchte und den unnötigen Stromfluss reduzieren möchte, will ich den Stromfluss mit einen Transistor sperren.

A1 wäre ein Mikrocontroller-Ausgang mit 5V

A2 wäre ein Mikrocontroller-Eingang

Ich vermute, dass zwischen A1 und Masse 5V abfallen müssen. Am Transistor fallen schon 0,7V ab. Also:

(R3 + R5) * I1 = 5V - 0,7V

Zwischen 12V und Masse müsste ja gelten:

(R1 + R2) * I2 + (R5) * (I2 + I1) = 12V - 0,7V

Nun würde ich natürlich die Widerstände so wählen, dass man I1 vernachlässigen kann.

Sind die Rechungen richtig? Ist die Schaltung so sinnvoll oder gibt es Verbessungunsvorschläge? Wie viel Strom I2 wird benötigt um eine genau Messung zu machen?

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von bit77, 20

Die Rechnung wäre Theoretisch richtig, aber die Schaltung ist praktisch falsch.

Die 0,7V des Transistors sind in erheblichen Maß temperaturabhängig und es wird sehr ungenau. Ausserdem hängt der Meßeingang in der Luft und ist bei nicht angesteuerten Transistor gegenüber statischer Elektrizität sehr empfindlich.

Ich würde eine Schaltung wie im beigefügtem Bild aufbauen. Der BS250 wird als Schalter benutzt, die paar Ohm Rdson machen das Kraut auch nicht fett und spielen bei dem verhältnismäßig hochohmigen Spannungsteiler keine Rolle.

Der BC546 zieht das Gate des 250 auf Masse, wenn am Eingang ein High-Signal anliegt. Der 250 Steuert durch und am Meßeingang liegt die zu messende Spannung an.

Die 15V-Zenerdiode hält Spannungsspitzen and anderes vom empfindlichen Gate fern, der 22k-Widerstand entläd die Gate-Kapazität, wenn die Schaltung nicht angesteuert wird.

Am Basisbeinchen des 546 ist ein Spannungsteiler. Der 12k-Widerstand scheint nicht nötig. Trotzdem ist der 12k Widerstand manchmal nötig, da manche µ-Controller bei einem lo nicht ganz bis auf null Volt runter gehen.

Manchmal bleiben bis zu 0,8V über und würde den 546 trotz eines lo-Signals aufsteuern.

Der Spannungsteiler ist auf 1/10 und auf 1/100 berechnet. Hilfsweise kann man ein Trimmpoti zum Abgleich mit einfügen.

Kommentar von MrRayman ,

Danke schön für Ihre Hilfe. Ich werde Ihre Schaltung genau so übernehmen, danke.

Eine Verständnisfrage habe ich haber noch: Ich habe gelesen, dass MOSFET-Transistoren bestimmte Widerstände bei bestimmten Spannungen haben. Teilweise gibt es wohl welche, die bei 5V Gatespannung quasi vollständig durchgeschaltet sind:

Kann man hier eventuell die Basis des BC546 mit den 12k und 10k Widerstand auch direkt an das Gate des BS250 (oder eines anderen passend gewählten MOSFET) anschließen? Also quasi auf die beiden 2k2 und 22k Widerstände, BC546B und die Zener-Diode verzichten?

Kommentar von bit77 ,

Nein, da über den 22k Widerstand ja 12V anliegen und diese in den Ausgang des Controllers hineinfließen würden. Aber selbst wenn es ginge, wäre die Funktion invertiert, also ein Hi fürs Abschalten und ein Lo fürs einschalten. Dies würde nur dann Funktionieren, wenn der Controller an seinem Ausgang einen Spannunshub hätte, der höher oder gleich der 12V wäre.

Es ergibt sich da ein Problem mit den Unterschiedlichen Spannungspotentialen, zum einen mit den 12V, die gemessen werden sollen und den 3,3 oder 5 V für den Controller. Die Spannung, die bei einem Controller in die Stromsenke fließt, darf nicht höher als die Betriebsspannung des Controllers sein und der Strom soll  einige mA nicht überschreiten.

Deswegen auch der BC546, der dafür sorgt, das ein Hi an der Basis zu einem Lo am Kollektoranschluß wird. Am Kollektoranschluß liegen (im nicht gesteuerten Zustand) die 12 Volt. Auch wenn der Strom wegen dem 22k und 2k2 -Widerstand sehr gering ist, würde unzulässig hohe Spannung am Controllereingan sein.

Die Basis-Emitterdiode des 546 sorgt nämlich für eine Bindung zur Masse. Es geht darum, das der Ausgang der Schaltung nicht den Eingang beeinflußt, egal was passiert.

So wie ich Dein Anliegen interpretiert habe, soll ja kein Ruhestrom fließen. Das funktioniert mit dieser Schaltung.

Die Zenerdiode kann man eventuell weglassen. Als Alternative kann man auch einen BS250 nehmen und dessen Gate direkt auf den Controllerausgang schalten. Dann müßte allerdings die Programmierung geändert werden. (Invertierung) Eine noch einfachere Möglichkeit wäre, wie ich es in meiner zweiten Antwort mitteilen werde.

Das ist noch einfacher. Die Bedingung hier ist, daß der Spannungsteiler 1:100 teilen muß um die Spannung am Meßeingang sehr klein zu halten.

Kommentar von bit77 ,

Entschuldige, in dieser Antwort unterlief mir ein Fehler. Im vorletzten Absatz meinte ich keinen BS250, sondern einen BS170 (n-Kanal Mosfet)

Antwort
von bit77, 11

Hier noch schnell die zweite, einfachere Möglichkeit (siehe Foto)... Hier braucht es kein Schaltelement. Der Spannungsteiler ist so hochohmig, daß es kein Problem ist, daß ständig ein paar mV am Controller anliegen. Die Diode DX400 sorgt für den Schutz des Controllers.

Bedingung ist, das Meß-Masse auch Schaltungsmasse ist.

Bei 12V am Meßeingang sind 120mV am Controller. Diese Spannung darf auch ohne Betriebsspannung anliegen.

Ein Wort noch zur Diode: es handelt sich bei der DX400 um eine Diode mit extrem niedrigen Sperrstrom (einige Picoampere). Das ist notwendig, um den Spannungsteiler nicht zu belasten.

Es gibt sie bei ELV Elektronik zu kaufen.

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