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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Logisches UND auf 12V-Basis



siesti
29.04.2010, 09:20
Guten Morgen zusammen,

ich hoffe der Threadtitel ist einigermaßen aussagekräftig. Ich wusste nicht, wie ich es besser beschreiben soll.

Ich möchte drei 12V-Impulse mit einem logischen UND verknüpfen, d.h. ich bräuchte eine Schaltung, die 3 Eingänge und einen Ausgang hat, und nur, wenn auf allen 3 Eingängen zeitgleich ein 12V-Impuls reinkommt, soll am Ausgang auch ein 12V-Impuls rauskommen.

Meine erste Idee war, die 12V-Impulse an den Eingängen mit jeweils einem Spannungsteiler auf knapp 5V zu bringen und damit dann in einen Logikbaustein zu gehen, der ein dreifach-UND bzw. mehrere UND-Gatter beinhaltet. Nur wie bringe ich die 5V am Ausgang des Logikbausteins dann wieder auf 12V? Da der Ruhestrom der Schaltung so gering wie möglich sein sollte (bzw. im Idealfall = 0), kam mir noch eine andere Idee: Optokoppler. Und zwar würde ich mit Eingang 1 und 2 jeweils einen Optokoppler ansteuern wollen, der ohne Signal verhindert, dass der 12V-Impuls auf Eingang 3 an den Ausgang durchgeht (ich hoffe, das ist einigermaßen verständlich ausgedrückt, sonst kann ich auch ein Bildchen malen). Nur habe ich jetzt festgestellt, dass in einem Optokoppler ein Fototransistor steckt. Ursprünglich dachte ich, da steckt empfangsseitig ein Fotowiderstand drin. Und bei dem Wort Transistor hören dann auch meine Elektronikkentnisse so langsam aber sicher auf, daher bin ich auf eure Hilfe angewiesen...

King-of-Queens
29.04.2010, 09:34
Na wenns beim Transistor schon aufhört nimm halt 4 kleine Relais! Da brauchts nicht mal Bauteile drumrum, Spannung beliebig.

Metalheim
29.04.2010, 09:35
Relais-beispiel
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/6e/Relay_and.svg/200px-Relay_and.svg.png

All u need

siesti
29.04.2010, 10:17
Relais-beispiel
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/6e/Relay_and.svg/200px-Relay_and.svg.png

All u need

Das mit den Relais hatte ich mir auch kurz überlegt. Was mich daran stört ist das klick-klack, deswegen bin ich dann auf Optokoppler gekommen. Noch als Zusatzinfo: Auf den Eingängen 1 und 2 werden relativ häufig Impulse kommen (wäre dann unnötiges Relaisgeklacker), auf Eingang 3 und vor Allem zeitgleich mit 1 und 2 nur relativ selten. Ein Optokoppler sollte doch auch nicht sooo schwer zu beschalten sein. Nur leider hab ich das Prinzip vom Transistor nie so 100%ig verstanden...

Flo1K
29.04.2010, 10:45
Wenn die 12V stabil sind, sollte ein Spannungsteiler vor den Eingängen reichen.
Die Frage ist, wie groß wird der Ausgang belastet?

siesti
29.04.2010, 10:53
Wenn die 12V stabil sind, sollte ein Spannungsteiler vor den Eingängen reichen.
Die Frage ist, wie groß wird der Ausgang belastet?

Naja, die 12V sind eher 11-14V (KFZ-Bordspannung).
Der Ausgang wird vermutlich nur mit wenigen mA belastet. Ich würde sagen in jeden Fall weniger als 100mA.

Habe gerade nochmal versucht, das Prinzip vom Transistor nachzuvollziehen. Die oben abgebildete Relais-Schaltung müsste doch theoretisch auch mit 2 PNP-Transistoren statt der 2 Relais aufzubauen sein, oder?

TbM
29.04.2010, 11:14
Transistoren sind die einfachste, günstigste und leiseste Variante dieses Problem zu lösen, sind insg. 6 Bauteile die du dafür brauchst (3 Transistoren + 3 Vorwiderstände).

Liegt an der Basis (über Vorwiderstand) ein/e Strom/Spannung dann schaltet der Transistor durch, hängst du 3 davon hintereinander hast du ein logisches 3-fach UND.

MichaH
29.04.2010, 11:44
Laut Google beinhaltet der CD4081 4 UND Gatter. Wenn Du 2 dieser Gatter hintereinander schaltest, hast Du Dein 3-fach UND.

Der 4081 ist ein CMOS Schaltkreis der nur ein paar cent kostet und bis 15V betrieben werden kann. Maximal vertragen die CMOS im allgemeinen 18V.

Sollte also perfekt geeignet sein. Das Ausgangssignal sollte dann nur noch über eine Endstufe (Transistor) verstärkt werden.

Alternativ mit 3 Transistoren in Reihe, ist aber nicht so elegant.

siesti
29.04.2010, 11:53
@ TbM & MichaH:
Ich kann eure Ideen soweit nachvollziehen, allerdings kann ich sie nicht so wirklich in einen Schaltplan übersetzen.

Könnte ich auch eines der drei 12V-Signale als "Spannungsversorgung" für die Schaltung hernehmen und die Schaltung müsste dann nur noch überwachen, ob die anderen beiden Signale zeitgleich anliegen? (Hintergrund der Überlegung wäre: der Stromverbrauch in Ruhezustand wäre dann komplett null.)

luemmel
29.04.2010, 12:22
In diesem Fall würde ich die Transistorvariante hernehmen: 2 Transistoren und 2 Basisvorwiderstände und fertig ist die Laube :)

Mit Optokopplern ist das ebenso einfach:

- die beiden Optos Lastseitig in Reihe schalten
- die Massen der beiden Eingänge mit der Masse der zu triggernden Schaltung verbinden
- die beiden Eingänge und der freie Emiter-Anschluß (Lastseitig) bilden die 3 Eingänge
- der freie Kollektor-Anschluß (Lastseitig) triggert die Zielschaltung



Gruß
Lümmel

siesti
29.04.2010, 13:59
In diesem Fall würde ich die Transistorvariante hernehmen: 2 Transistoren und 2 Basisvorwiderstände und fertig ist die Laube :)

Mit Optokopplern ist das ebenso einfach:

- die beiden Optos Lastseitig in Reihe schalten
- die Massen der beiden Eingänge mit der Masse der zu triggernden Schaltung verbinden
- die beiden Eingänge und der freie Emiter-Anschluß (Lastseitig) bilden die 3 Eingänge
- der freie Kollektor-Anschluß (Lastseitig) triggert die Zielschaltung



Gruß
Lümmel

Ich bräuchte also 2 PNP-Transistoren (damit ich 12V auf den Ausgang "durchschalten" kann), richtig?
E vom ersten Transistor mit C vom zweiten Transistor verbinden.
An beide B mit Vorwiderstand und an den C vom ersten Transistor kommen meine drei 12V-Eingangssignale.
Der E vom zweiten Transistor stellt mein 12V-Ausgangssignal bereit.
Massen aller Ein- und Ausgänge müssen verbunden sein.
Ist das soweit korrekt?

TbM
29.04.2010, 14:44
Hab hier (da wo ich gerade bin) leider kein Programm zur Hand womit ich schnell mal nen Schaltplan zeichnen könnte, oder kennt jemand ein einfaches für Ubuntu?

luemmel
29.04.2010, 14:46
@TBM:

nimm Eagle (Schaltplan- u. Layouteditor), das gibts auch für Linux :)


Gruß
Thilo

siesti
29.04.2010, 14:55
Keinen Stress.... sooooo eilig ist das nicht :-)

MichaH
29.04.2010, 14:56
Nimmst Du PNP-Transistoren kannst Du aber nur mit Masse schalten. Somit fällt diese Lösung aus!

Entweder Massepotential mit NPN-Transistoren schalten, hierbei sind die Steuersignale 12V. Möchtest Du die "High Side" also die 12V schalten benötigst Du 3 PNP-Transistoren die mit Masse geschalten werden.

So wie oben beschrieben wird es nicht gehen!

Mit Optokopplern hingegen könnte man's aufbauen, es würde dann auch kein Standby-Strom fließen. Wobei selbst im KFZ ein kleiner CMOS im Standbybetrieb mit ganz wenigen mA Stromaufnahme durchaus vertretbar wären.

siesti
29.04.2010, 15:28
Nimmst Du PNP-Transistoren kannst Du aber nur mit Masse schalten. Somit fällt diese Lösung aus!

Entweder Massepotential mit NPN-Transistoren schalten, hierbei sind die Steuersignale 12V. Möchtest Du die "High Side" also die 12V schalten benötigst Du 3 PNP-Transistoren die mit Masse geschalten werden.

So wie oben beschrieben wird es nicht gehen!

Mit Optokopplern hingegen könnte man's aufbauen, es würde dann auch kein Standby-Strom fließen. Wobei selbst im KFZ ein kleiner CMOS im Standbybetrieb mit ganz wenigen mA Stromaufnahme durchaus vertretbar wären.

OK, das zeigt mir mal wieder, dass ich von Transistoren keinen blassen Schimmer hab...
Ich dachte, mit PNP-Transistoren kann ich die 12V durchschalten, mit NPN-Transistoren kann ich Masse durchschalten...

Die Massen meiner Eingänge und die Masse des Ausgangs sind "sowieso" schon verbunden (KFZ halt).
Die Eingangssignale liegen in Form von 12V (Signal) oder 0V (kein Signal) vor und das Ausgangssignal soll genauso aussehen.

Ruhestrom von wenigen mA wäre kein Problem.

MichaH
29.04.2010, 15:55
Wie gesagt, prinzipiell ist Deine Überlegung richtig. PNP-Transistoren eignen sich für das Schalten einer positiven Spannung. Allerdings MUSS dass Steuersignal dann 0V betragen. Also um 12V durchzuschalten, musst Du den Transistor mit einer Spannung deutlich kleiner als 12V ansteuern. Ausgeschaltet wird der Transistor dann mit 12V.

Andersrum bei NPN Transistoren. Diese schalten Masse durch und werden mit einer Spannung >0,7V angesteuert. Sperren tun sie bei 0V.

Wie gesagt, besorg Dir den CMOS 4081 (kostet ein paar wenige Cent) und baue damit Deine Schaltung auf. Der 4081 hat mehrere UND Gatter mit jeweils 2 Eingängen. Um ein UND mit 3 Eingängen zu realisieren brauchst Du 2 der Gatter die Du entweder parallel oder nacheinander schaltest.

Übrigens kannst Du angehängtem Datenblatt entnehmen, dass der Ruhestrom max. 30µA beträgt.... also weit weniger als ein 100'stel dessen was bspw. ein Autoradio im Standby verbraucht.
Ausgang auf einen Transistor und dann was immer danach folgen soll...


Datenblatt für den CMOS 4081:
62810

siesti
29.04.2010, 17:19
Brauche ich außer dem 4081 noch was? Du hattest noch was von nem Transistor geschrieben für die Ausgangsseite...
Wieviel Strom könnte der IC alleine am Ausgang liefern (bei 12V)?

Danke

MichaH
30.04.2010, 08:16
Außer dem IC brauchst Du für Deine Anwendung im Prinzip nichts weiter. Ich würde ggf. vor die Eingänge jeweils noch Widerstände im Bereich von 1-3 kOhm schalten, dann liegen die Steuersignale nicht direkt an.

Der Ausgangsstrom des IC ist relativ gering mit max. 8,8mA (lt. Datenblatt). Daher solltest Du diesen noch über einen Transistor verstärken, also Widerstand an den Ausgang (irgendwas um 1kOhm) und dann auf einen Transistor.

Mh, da Du ja letztlich wohl wieder 12V schalten willst brauchst Du nach dem IC eigentlich 2 Transistoren, denn sonst bekommst Du ein invertiertes Signal... vielleicht solltest Du dann lieber ein NAND-Gatter nehmen (den 4023, der hat sogar 3-fach NANDs). Ansonsten wäre der 4073 für Dich geeigneter, da dass ein 3-fach UND ist.

Dessen Ausgang ist immer 1, es sei den alle Eingänge sind 1, dann wird der Ausgang Null. Mit den 0V kannst Du dann direkt auf einen PNP-Transistor gehen, der Dir Deine 12V schaltet.


Gruß,
MichaH

Datenblatt zum 4023:
62811

Gucky
01.05.2010, 18:02
Warum nicht direkt den 4073? das ist ein 3-fach AND mit je 3 Eingängen. Wenns mal wieder eng wird, einen 4082, das sind 2 Gatter mit je 4 Eingängen. Dahinter einen CD 4010 oder 4050 als Treiber, der kann auch direkt Relais o.ä. steuern. Wichtig ist nur bei Cmos, daß du direkt an die Ub einen kleinen Kondensator parallel hängst, so 1-10 nF.

cu Gucky

edit: Und keine Eingänge offen lassen, entweder direkt auf Plus oder auf Masse.

siesti
03.05.2010, 10:00
Danke für die zahlreichen Hilfestellungen. Ich denke, ich werde die Variante mit dem 3-fach NAND und dahinter einen PNP-Transistor nehmen. Falls noch Probleme auftauchen melde ich mich nochmals.

MichaH
03.05.2010, 21:27
Gute Idee :-)

Wenn Du eine "größere" Last schalten willst, nehm einen P-Kanal MOSFET. Der Nachteil von Transistoren ist der erforderliche Basisstrom, den ein CMOS nur begrenzt liefern kann. Daher solltest Du einen Widerstand im Bereich von 1kOhm vor die Basis des Transistors schalten.

Einen MOSFET hingegen kannst Du quasi stromlos schalten (nur bei schnellen Schaltvorgängen (getaktet) kommt es zu einem Stromfluss, da das Gate schnell ge- und entladen werden muss).