Hallo Leute, ich möchte für meine Nixies einen digital einstellbaren Widerstand aufbauen; einstellbar soll er sein von 0-255kOhm, im Anhang ist die Grundidee zu sehen. Ich arbeite mit 12V-Signalen, die an R_0:3 angelegt werden (über ULN2803-Array als Pegelwandler). Maximal sollen am Poti ca. 550V anliegen bei 50mA (bei mehr löst eine elektronische Sicherung aus). Kann das so funktionieren? Dieser einstellbare Widerstand soll low-side eingebaut werden, R9 ist ein Shunt. Bin über Meinungen dazu dankbar. Mir geht es dabei eher ums Prinzip, ob mit MOSFETs so Widerstände brückbar sind. Gruß Jens
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poti.png
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Dir ist aber schon bewusst, daß Deine Spannungen an den Gates um die Gate-Source-Spannung höher sein muß, als am Source? Dein Shunt wird mit Q4 abgeschaltet. Gruß Jobst
Jens B. schrieb: > Maximal sollen am Poti ca. 550V anliegen bei 50mA Dir ist bewußt, dass das fast 30 Watt sind, die du dann wegkühlen mußt?
Jens B. schrieb: > Mir geht es dabei eher ums Prinzip, ob mit MOSFETs so Widerstände > brückbar sind. Hast du an der Stelle schon mal über den Einsatz eines Kondensators nachgedacht, der wie im Switched-Capacitor-Filter einen frequenzgesteuerten Widerstand erzeugt, indem der mittlere Ladungsfluß (Strom) geändert wird. Ob das einsetzbar ist, hängt natürlich von der (unbekannten) Schaltung ab.
Mal unabhängig von der eigentlichen Fragestellung würde mich interessieren, was Du damit machen willst. In einer Testumgebung würde so ein einstellbarer Widerstand nützlich sein, um den Optimalwert für die Nixie zu ermitteln, aber irgendwie müsste man den Wert ablesen können. Im laufenden Betrieb ist so eine Aufbau doch eher unpraktisch. Die Helligkeit würde ich dann über PWM mittels Transistor(en) steuern.
Wenn R_0:3 mit einem ULN2803 geschaltet werden sollen ist außerdem ein Pullup- und kein Pulldown-Widerstand nötig, da dieser High nicht treiben kann.
> Kann das so funktionieren?
Nein.
Das funktioniert nur, so lange doe Spannung an R1 unter ca. 2V liegt,
der Strom durch deinen Widerstand also (15k 2V) unter 133uA liegt.
So bald der Strom durch die Widerstandskette höher ist, liegt die
Spannung an R1 höher und damit am Source von Q1, sagen wir auf 20V bei
1.3mA, und dann reichen die 12V Gate-Spanung nicht aus, die ist dann
immer noch deutlich niedriger als die 20V Spannung am Source und müsste
eigentlich bei 32V liegen, was deine Schaltung nicht zur Verfügung
stellt.
Ausserdem ist jeder Spannungsabfall von 20V an den Widerständen zu hoch,
weil sonst die Gate Spannung im ausgeschalöteten ZUstand (0V) mehr als
20V unter der Source-Spannung liegt und der MOSFET kaputt geht.
So geht es also nicht.
Eine Parallelschaltung geht besser:
+-----+-----+-----+--
| | | |
R1 R2 R3 R4
| | | |
-|I -|I -|I -|I
| | | |
+-----+-----+-----+-- GND
und 550V für 50mA ? Von welchen Nixies redest du,
die sind da schon lange kaputt.
Ausserdem ist bei NIxies der Widerstand meist an der positiven Spannung,
nicht an GND, ud da passt die Schaltung sowieso überhaupt nicht.
Jobst M. schrieb: > Dein Shunt wird mit Q4 abgeschaltet. Oh ja, blöder Fehler, genau wie: Alexander F. schrieb: > Wenn R_0:3 mit einem ULN2803 geschaltet werden sollen ist außerdem ein > Pullup- und kein Pulldown-Widerstand nötig, Auch klar, danke, war ein Flüchtigkeitsfehler. Karl schrieb: > In einer Testumgebung würde so ein einstellbarer Widerstand nützlich > sein, um den Optimalwert für die Nixie zu ermitteln, aber irgendwie > müsste man den Wert ablesen können. Genau dafür ist die Schaltung ja auch gedacht, sie soll möglichst präzise einen physikalischen Widerstand realisieren, den man auch so im wirklichen Leben da einschalten könnte. Sonst könnte ich ja auch einfach eine Konstanstromquelle bauen. Abgelesen wird der Widerstandswert nachher überein Display, hängt ja alles am Controller. Nun aber zu den ernsteren Problemen: MaWin schrieb: > So geht es also nicht. Hatte schon befürchtet, dass ich was übersehe. Das grundlegende Problem ist ja, dass die Gatespannungen sich nicht auf GND beziehen (außer beim untersten FET). MaWin schrieb: > und 550V für 50mA ? Von welchen Nixies redest du, > die sind da schon lange kaputt. Selbstgebaute Nixies :-) Die arbeiten nur mit Neon und haben daher eine deutlich höhere Zündspannung (auch durch Verunreinigungen bedingt). 50mA damit ich auch ganze Flächen zum Leuchten bringen kann (für eine größere Leuchtfläche, sagen wir 10x10mm, wird deutlich mehr Strom benötigt als für einen Glimmschlauch um eine Ziffer). MaWin schrieb: > Eine Parallelschaltung geht besser: > > > +-----+-----+-----+-- > | | | | > R1 R2 R3 R4 > | | | | > -|I -|I -|I -|I > | | | | > +-----+-----+-----+-- GND Würde gehen, aber für eine Auflösung von 1kOhm brauch ich da Einiges an FETs. MaWin schrieb: > Ausserdem ist bei NIxies der Widerstand meist an der positiven Spannung, > nicht an GND, ud da passt die Schaltung sowieso überhaupt nicht. Wo genau der Anodenwiderstand hängt ist doch piepegal. Ich wollte das ganze erst mit Reed-Relais lösen, weil es so schön einfach ist. Wäre das hier gerechtfertigt? Habe allerdings nur 300V-Typen, aber bei diesen geringen Leistungen sollte das schon passen denke ich. Gruß Jens
Relais-Typ ist Hamlin HE751A0510, Datenblatt hier: http://www.farnell.com/datasheets/16797.pdf Ist bis 10W spezifiziert, und auch nur bis 300V, sollte also in der 255kOhm-Version funktionieren denke ich, da: 1. Nie 500V über ein Relais abfallen können 2. Der Strom mit maximal (!) 50mA immer geringer ist als die maximal zulässigen 500mA Ist es wirklich die einzige sinnvolle Möglichkeit, einen linearen Widerstand einstellbar zu machen? Oder sind MOSFETs die sinnvollere Variante? Gruß Jens
Gibt es hier noch Meinungen zum Thema MOSFET vs. Reed-Relais in diesem Anwendungsfall?
> Würde gehen, aber für eine Auflösung von 1kOhm brauch > ich da Einiges an FETs. Wie kommst du darauf, daß die Parallelschaltung nicht genau so viele braucht wie die Reihenschaltung ? Und warem keinen D/A-Wandler und eine per OpAmp spannungsgesteuerte Konstantstromquelle mit 600V Transistor ? > Wo genau der Anodenwiderstand hängt ist doch piepegal. So lange du nur eine Glimmlampe hast: Ja. Bei Nixies mit ihren unterschiedlichen Ziffern: Nein.
MaWin schrieb: > Wie kommst du darauf, daß die Parallelschaltung nicht > genau so viele braucht wie die Reihenschaltung ? Mir fällt keine Wahl an Widerständen ein, sodass ich den Gesamtwiderstand linear einstellen kann. Es ist ja
Fällt die eine gute Wahl für die R_i ein, sodass R_ges linear ist? MaWin schrieb: > Und warem keinen D/A-Wandler und eine per OpAmp spannungsgesteuerte > Konstantstromquelle mit 600V Transistor ? Habe ich doch schon geschrieben: Ich möchte gerne den Widerstand physikalisch nachbilden, sodass ich wirklich testen kann, wie sich die Glimmlampe an sagen wir 400V DC mit 20kOhm Vorwiderstand verhält. MaWin schrieb: > Bei Nixies mit ihren unterschiedlichen Ziffern: Nein. Kannst du mir das mal erklären?! Es ist für eine Glimmentladung doch vollkommen schnuppe, wo der Widerstand sitzt.
> Kannst du mir das mal erklären?! Es ist für eine Glimmentladung doch > vollkommen schnuppe, wo der Widerstand sitzt. Man hat aber 10 Ziffern. Der positive Pol leuchtet nicht. Baut man den Widerstand nach Masse rein, also am negativen Pol, braucht man 10. Baut man ihn am positiven Pol rein, von dem es nur 1 gibt, braucht man 1. Natürlich kann man die 10 am negativen Pol per Drehschalter zusammen auf 1 Widerstand schalten, weil ja nur 1 Ziffer an sein soll, aber wenn man mit Transistoren oder 74147 schaltet, geht das nicht.
Ach so meinst du das. Ich kann aber auch alle Kathoden, die leuchten sollen, verbinden, und diese Verbindung dann nach GND führen, hat den gleichen Effekt. Hast du einen Vorschlag wie ich in der Parallelschaltung die Widerstände wählen könnte, um lineare Abstufungen hinzubekommen? Ist mir wegen des doppelten Kehrwertes nämlich nicht klar. Wenn ich allerdings Relais verwende, kann ich den Widerstand auch high side reinschalten. Wäre das hier gerechtfertigt? Es sagen ja immer viele, dass Relais so die Holzhammermethode sind. Gruß Jens
Zwei von Drei schrieb: > Wenn man den Plus schaltet verwendet man P-Fets. Ja genau, für 500V Drain-Source-Spannung. Kennst du da welche? Ich nicht. ;-) // edit: Na gut, bis 500V geht wohl noch so gerade. Bleibt das Problem mit den Widerstandswerten.
@ Jens B. (nixiefreak) >Kann das so funktionieren? Dieser einstellbare Widerstand soll low-side >eingebaut werden, R9 ist ein Shunt. Welcher durch Q4 kurzgeschlossen wird . . . >Bin über Meinungen dazu dankbar. Früher (tm) hätte man einen Hochlastdrehpoti genommen und gut ist. >Mir geht es dabei eher ums Prinzip, ob mit MOSFETs so Widerstände >brückbar sind. Ja.
Falk Brunner schrieb: > Früher (tm) hätte man einen Hochlastdrehpoti genommen und gut ist. Das war meine erste Idee, aber ich finde keinen 25W-Typen im Bereich 250kOhm. Hast du da ne Quelle? Jens
Hallo! Mir fallen noch Photo-Mos-Relais ein (AQV... sind wohl eine Variante). Die schalten auch beide Polaritäten. Spannungsfestigkeit weis ich gerade nicht. Die Ansteuerung ist aber Dank optischer Trennung einfach.
Bei Conrad gehen die bis 400V. Die Reed-Relais habe ich noch hier liegen, daher dachte ich dass die vielleicht eine Möglichkeit wären. Aber die Frage war ja eher grundlegenderer Natur: Gesetzt, man möchte so ein lineares Poti aufbauen wie beschrieben. Nimmt man dafür lieber Relais oder MOSFETs? Gruß Jens
Hallo! > Gesetzt, man möchte so ein lineares Poti aufbauen wie beschrieben. Nimmt > man dafür lieber Relais oder MOSFETs? Die industriellen, integrierten, digitalen Potis haben wohl keine Relais integriert, glaube ich...
Aber sind da welche für 500V DC @ 50mA ausgelegt? Habe noch keines gefunden.
@ Jens B. (nixiefreak) >Gesetzt, man möchte so ein lineares Poti aufbauen wie beschrieben. Nimmt >man dafür lieber Relais oder MOSFETs? In deinem Fall baut man eine Konstantstromquelle mit 600V MOSFET und OPV. Ist 10mal besser und einfacher.
Falk Brunner schrieb: > In deinem Fall baut man eine Konstantstromquelle mit 600V MOSFET und > OPV. Ist 10mal besser und einfacher. Ich möchte aber einen Widerstand in der Schaltung realisiert haben, damit ich eine echte Schaltung simulieren kann. Habe ich jetzt schon öfter geschrieben, und meine Frage bezieht sich auch genau auf diese Fragestellung. Finde es ja gut, wenn die Menschen hier mitdenken und alternative Lösungsvorschläge geben, aber wenn es dann auf Kosten einer Antwort auf die eigentliche Fragestellung geht ist das schade. Wie man eine Konstantstromquelle baut, weiß ich. Daher frage ich nochmal: Jens B. schrieb: > Gesetzt, man möchte so ein lineares Poti aufbauen wie beschrieben. Nimmt > man dafür lieber Relais oder MOSFETs? Gruß Jens
Nimm die Relais. In erster Linie deshalb, weil du die schon hast und somit nach dem ersten Test wenigstens nicht allzuviele sinnlosen Ausgaben aufgetreten sind. Hast du dir schon überlegt, wie du mit einer solchen Schaltung eine Linearität von +-1/2 LSB hinkriegen willst? Allein die thermische Belastung wird dir einen Strich durch die Rechnung machen(1). Auch wenn du es nicht gerne nochmals liest - verwende eine einstellbare Konstantstromquelle, ermittle Spannung und Strom, und berechne den für die endgültige Schaltung erforderlichen Widerstand. (1) z.B. für 8-bit (nehm ich anhand deiner Beiträge stark an) U 550 I 0,05 mit Vorwiderstand mit Strombegrenzung R I P Imax=I P R9min 11000 0,050 27,5 R1 1000 0,046 2,1 0,050 2,5 R2 2000 0,042 3,6 0,050 5,0 R3 4020 0,037 5,4 0,050 10,1 R4 8060 0,029 6,7 0,050 20,2 R5 16000 0,020 6,6 0,034 18,9 R6 32400 0,013 5,2 0,017 9,3 R7 63400 0,007 3,5 0,009 4,8 R8 127000 0,004 2,0 0,004 2,4
Hallo, danke für den Hinweis. Die thermische Belastung wird sich in Grenzen halten, da ich damit Glimmentladungen betreibe. Diese haben eine Zündspannung, die zwischen 180 und 400V liegen kann, je nach Modell. Die Betriebsspannung wählt man meist ein paar zehn Volt größer, zur Sicherheit. Die Brennspannung liegt aber meistens 20 bis 50 Volt geringer als die Zündspannung. Der Rest wird dann über den Widerstand verheizt: R_anode = (U_Betrieb - U_Brenn) * I Und I liegt im Bereich von ca. 2 bis 25mA, die 50mA werden gar nicht angekratzt, sondern sind nur für besonders hartnäckige Fälle von kathodenverschmutzung eingebaut. Du siehst: Deine Belastungsrechnung, die ich hier genau so auf dem Papier habe (alleridngs mit geraden Widerstandswerten) gilt nur im Extremfall des Kurzschlusses, wo dann auch die 50mA Strombegrenzung greift. Daher denke ich schon, dass die Widerstandswerte sich nicht zu stark ändern werden, erst Recht, wenn ich die kritischen aus 10W-Typen zusammensetze und mit Trimmern im 50-Ohm-Bereich feineinstelle. Gruß Jens
> Betriebsspannung ein paar zehn Volt größer > Brennspannung 20 bis 50 Volt geringer als die Zündspannung > I von ca. 2 bis 25mA, die 50mA [...] nur für besonders hartnäckige Fälle Habe also max. 100 V als Spannung angenommen. Die max. 50 mA als Extremwert gelassen. Damit sieht es schon etwas besser aus. Zuvor konnte ich mir nur eine sehr umständliche Lösung mit Parallel- und Serienschaltung bzw. aktiver Kühlung vorstellen. Ich würde einen VDR oder eine Crowbar parallel schalten um Überspannungen auch im Fehlerfall sicher zu vermeiden. > alleridngs mit geraden Widerstandswerten Das war nur ein dezenter Hinweis auf die Notwendigkeit eines Abgleichs/Stückelung/Selektion mit Werten aus der E96-Reihe um für jede Stufe +- 62 Ohm zu erreichen. Speziell bei den höheren Werten wird ein 50R Poti möglicherweise nicht genügen. Insgesamt kommt es aber auf das Verhältnis der Stufen zueinander an. Du solltest dir eine Methode ausdenken, um dieses abzugleichen und nicht absolute Werte zu messen - ist wesentlich genauer möglich. (Auch eine unterschiedliche Langzeitdrift verschiedener Werte könnte eine Rolle spielen.) Die Relais sind meiner Meinung nach - da die Schaltgeschwindigkeit keine besondere Rolle spielt - tatsächlich die beste Lösung, vor allem, da die Potentialtrennung schon inkludiert ist. Ist auch unabhängig vom Einbau in Anoden- oder Kathodenleitung. Zum Vergleich verschiedene Widerstandstypen - n ergibt sich aus dem Maximalwert der Temperaturdrift bei Belastung, Spannungsfestigkeit oder Verlustleistung. U 100 I 0,05 Rtol 62,5 (R1/16) AXIAL METALL1 METALL2 Tk ppm 10 200 50 Rth K/W 25 130 140 Urms V 156 500 300 Pmax W 11 2 0,6 R I P dT n dT n dT n R9min 2000 0,050 5,0 3125 1 156 5 625 9 R1 1000 0,033 1,1 6250 1 313 1 1250 2 R2 2000 0,025 1,3 3125 1 156 2 625 3 R3 4020 0,017 1,1 1555 1 78 2 311 2 R4 8060 0,010 0,8 775 1 39 3 155 2 R5 16000 0,006 0,5 391 1 20 4 78 1 R6 32400 0,003 0,3 193 1 10 4 39 1 R7 63400 0,002 0,1 99 1 5 4 20 2 R8 127000 0,001 0,1 49 1 2 5 10 2 R1 1000 0,050 2,5 6250 1 313 2 1250 5 R2 2000 0,050 5,0 3125 1 156 5 625 9 R3 4020 0,025 2,5 1555 1 78 5 311 5 R4 8060 0,012 1,2 775 1 39 5 155 3 R5 16000 0,006 0,6 391 1 20 5 78 2 R6 32400 0,003 0,3 193 1 10 5 39 2 R7 63400 0,002 0,2 99 1 5 5 20 2 R8 127000 0,001 0,1 49 1 2 5 10 2
nix_freak schrieb: > Du > solltest dir eine Methode ausdenken, um dieses abzugleichen und nicht > absolute Werte zu messen - ist wesentlich genauer möglich. Ich hatte spontan gedacht, mit einem Oszi die Entladekurve (bis U = 1/2U_0) von einem beliebigen Kondensator (100nF oder so) über R1 und dann R2 zu messen, mit dem 3V 1kHz Testsignal von meinem Oszi. Die Entladezeiten sind dann von Widerstand zu Widerstand doppelt so groß. nix_freak schrieb: > Die Relais sind meiner Meinung nach [...] tatsächlich die beste Lösung, Hatte ich mir auch zunächst gedacht. Nur weil es Mosfets gibt muss man sie ja nicht auf Teufel komm raus überall nutzen. Über die thermische Belastung habe ich mir noch keine Gedanken gemacht, muss ich zugeben. Verstehe die von dir angefügte Tabelle nicht so ganz - mit welcher Software hast du die erstellt? Gruß Jens
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> Oszi die Entladekurve Hab das nicht nachgerechnet, da ich von der Methode nicht wirklich begeistert bin. Ich dachte eher an einen Abgleich der Einzelwiderstände, Da ich in diesem Fall auch gleichartige Widerstände bevorzuge, würde ich mir 120(SMD) oder 200(THT) 16k besorgen(1) und mit einer Wheatstonebrücke ausmessen. https://de.wikipedia.org/wiki/Wheatstone-Brücke U0=30 V R1=R2=R3=R4 -> ersteinmal vier beliebige 16k nehmen Empfindlichkeit ist ~ 2,2 Ohm/mV Erwärmung sollte mit ~3 K auch OK sein Zwischen R3 und R4 ein Poti 500R-2k einfügen(je nach erwarteter Abweichung) U5 mit Poti auf 0 stellen Nacheinander die Widerstände anstelle von R1 einsetzen < 3,5 mV OK für 8xSerie < 7 mV OK für 4xSerie .... Bei den MF0207 auch für R4 und R5. R1-R3 sollte durch die Nenntoleranz abgedeckt sein. Bei ERA8AEB nur für R8 und evtl. R7 notwendig. Wenn nicht genügend zusammenkommen, mit anderem R1 bwz R2 auf 0 stellen und nochmals. Dabei ist es evtl. hilfreich, die vorherigen Werte zuordenbar gespeichert zu haben. >Tabelle Ist ein uraltes Excel. Die wesentlichen Formeln: dT=Rtol/(Rn*Tk*10^-6) Maximale Temperatur um innerhalb der Toleranz zu bleiben nT=Rth*Pn/dT Anzahl Widerstände um Verlustleitung abzuführen ohne dT zu überschreiten nP=Pn/Pmax Anzahl Widerstände um maximale Verlustleitung nicht zu überschreiten nU=Un/Urms Anzahl Widerstände um maximale Spannung nicht zu überschreiten nEzl=AUFRUNDEN(MAX(1;nT;nP;nU);0) Anzahl bei Einzelwiderständen Tezl=Pn/nEzl*Rth Maximaltemperatur bei Einzelwiderständen nSer=AUFRUNDEN(MAX(1;Rn/Rx;nU);0) Anzahl in Serie - entweder aus Zielwert oder Spannung nPar=AUFRUNDEN(MAX(1;nSer*Rx/Rn);0) Anzahl parallel - aus Zielwert und Serienschaltung Tsp=(Pn/(nSer*nPar))*Rth Maximaltemperatur bei Serien/Parallelschaltung RCWV=WURZEL(Pmax*Rx)*nSer Manuell prüfen ob >= Un ansonsten Urms herabsetzen(erzwingt Serienschaltung) Größter Unsicherheitsfaktor ist Rth, da es bei THT extrem vom mechanischen Aufbau abhängt, während es für SMD keine Informationen im Datenblatt gibt - die gehen alle davon aus, die Wärme über die Platine bzw. Konvektion loszuwerden (deshalb recht hoch angesetzt). (1) Tol Tk Rth Pmax Urms Rei METALL 16,0K: 1 50 140 0,6 300 2,50@100 Rei SMD 1/4W 16K: 5 100 20 0,25 200 2,60@100 Far 1400776: 0,1 25 20 0,25 150 12,50@100 HBE 1841778: 0,1 25 20 0,25 150 20,00@100 Für SMD Rei V 7331E: Profilkühlkörper, 50x100x40mm, 1,8K/W (evtl 2x) Rei WL FOLIE GEL 05:Wärmleitfolie Silikon , 0,5mm , 300x200mm 0,57 K/W, 1,5 W/m·K
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