Wie entwickelt man eine Schaltung?

[Tobias T. (losspost)]

Hi

Ich bin aktuell im 3. Semester und bin in einem Praktikum. In diesem 
Praktikum habe ich nun die Aufgabe bekommen eine LED möglichst schnell 
auszuschalten. Doch wie "löse" ich diese Aufgabe. Mir ist soweit die 
Idee gekommen eine H-Brücke zu verwenden um die LED kurzeitig rückwärts 
zu schalten. Nun hat mir der Betreuer mal seine Schaltung gezeigt. Dort 
hat er z.B eine doppelte H-Brücke (eine H-Brücke um eine H-Brücke zu 
schalten) verwendet. Doch wie kommt man auf solche Ansetze?
Ein Beispiel: (Bild)
Wie könnte ich in dieser Schaltung den Mosfet noch schneller Schalten?


Gruß Losspost

[MaWin (Gast)]

In dein Bild ist keine H-Brücke, auch keine doppelte.
Erstsemestervorlesung nicht besucht ?

Der Trick der Schaltung, mit der Gegeninduktionsspannung der zur LED 
parallelgeschalteten Spule die Ladungsträgr aus der LED abzuziehen, ist 
ein alter Hut, wurde zum schnellen Ausräumen der Ladungsträger aus der 
Basis eines Bipolartransistors genutut, und steht und fällt mit der 
Umsteuergeschwindigkeit drs MOSFETs.

Mit Bauelemente-Grundlagen 'wie funktioniert eine Spule' kommt man da so 
einfach drauf, wie man bei LEGO drauf kommt, wie man eine Tür baut.

Man kombiniert einfach die Grundbausteine passend.

[MiWi (Gast)]

Tobias T. schrieb:
> Hi
>
> Ich bin aktuell im 3. Semester und bin in einem Praktikum. In diesem
> Praktikum habe ich nun die Aufgabe bekommen eine LED möglichst schnell
> auszuschalten. Doch wie "löse" ich diese Aufgabe. Mir ist soweit die
> Idee gekommen eine H-Brücke zu verwenden um die LED kurzeitig rückwärts
> zu schalten. Nun hat mir der Betreuer mal seine Schaltung gezeigt. Dort
> hat er z.B eine doppelte H-Brücke (eine H-Brücke um eine H-Brücke zu
> schalten) verwendet. Doch wie kommt man auf solche Ansetze?
> Ein Beispiel: (Bild)
> Wie könnte ich in dieser Schaltung den Mosfet noch schneller Schalten?
>
> Gruß Losspost

Wie man auf solche Schaltungen kommt? Indem man was von der Materie 
versteht, liest und selber nachmisst.

Die Idee mit der H-Brücke ist ok, hat aber andere Konsequenzen: Die 
H-Brücke hat und braucht dringend Totzeiten, damit High-side und 
Low-side nicht gleichzeitig durchschalten. Damit ist eine Reaktionszeit 
eingebaut, die eventuell lästig sein kann da der abschaltvorgang - 
schnell - aber verzögert auftritt.

Deine Schaltung hat den Nachteil, das sowohl LED Diode als auch 
Transistor nun die hochlaufende Spannung der Spule sehen. Da LEDs 
meistens nur ein paar V als Sperrspannung vertragen schalte da einfach 2 
Dioden als Freilaufdioden - und Du hast etwas gewonnen. Blöderweise 
trägt die Spule nur zur Abschaltung bei, der Stromverbrauch im 
eingeschalteten Betrieb (DC) könnte lästig sein.

eine Idee dazu: Du könntest diese Probleme lösen, indem Du eine LED (mit 
Serienwiderstand) parallel zu einem Inverter schaltest, der wiederum von 
einem Inverter angesteuert wird. Quasi eine H-Brücke, wenn Du LVS oder 
eine andere Logik verwendest die Durchlaufzeiten von 1-2 ns hat kannst 
Du das ganze gehampel mit H-Brücke, Induktivitäten etc vergessen und 
hast eine sauschnelle Abschaltung...

Blöd ist es wenn die LED weiß oder blau sein sollte, denn die leuchten 
nicht sonderlich gut wenn nur 3,3V zur Verfügung stehen. die anderen 
Farben sollten ausreichend hell leuchten.

PS - LVC sollte auch mit 5V funktionieren und da sind durchlaufzeiten 
von 3ns möglich, siehe dazu zB. "little Logic guide.pdf" von Texas 
Instruments.

Und andere Hersteller haben noch schnellere Logik. Maches spielt sich 
unter 1ns ab, doch da ist dann schon sehr besondere Messtechnik nötig.

Du könntest auch Laserdioden-Treiber vorschlagen, die laufen im 
mittleren 2-stelligen ps-Bereich und da Du nicht gesagt hast ob das auch 
je funktionieren muß... würde ich dem Lehrer sagen das das möglich ist, 
ich habe keine Möglichkeit habe wie man das im Moment umsetzen kann da 
es dazu mehr als nur Datenblattlesen braucht.

viel Vergnügen beim tüffteln, Ideen zusammentragen, verwerfen und dann 
umsetzen

[Tobias T. (losspost)]

Danke Miwi

Ich habe die Schaltung mal aufgebaut und die Schaltung schaltet deutlich 
schneller. Nur wie kann ich diese Spannungsspitzen verhindern? 
Freilaufdioden haben nicht wirklich geholfen

[Klaus R. (klara)]

Tobias T. schrieb:
> Nur wie kann ich diese Spannungsspitzen verhindern?

Das sind wieder Grundlagen. Schau Dir mal das Datenblatt der LED an, 
äähmm..., wollte ich sagen. Aber da wird die Kapazität, die jede Diode 
hat, gar nicht erwähnt.

http://datasheetz.com/data/Optoelectronics/LEDs%20-%20over%2075mA,%20High%20Brightness/475-2587-2-datasheetz.html

Dann mußt Du Dir das Modell mal anschauen. Aber vergiss es, den Peek 
bekommst Du nicht weg. Er sieht nicht schön aus, aber schau mal wie lang 
der ist.
mfg klaus

[Tobias T. (losspost)]

Klaus R. schrieb:
> Tobias T. schrieb:
>> Nur wie kann ich diese Spannungsspitzen verhindern?
>
> Das sind wieder Grundlagen. Schau Dir mal das Datenblatt der LED an,
> äähmm..., wollte ich sagen. Aber da wird die Kapazität, die jede Diode
> hat, gar nicht erwähnt.
>

Ja die Kapazität ist "problematisch". Ich dachte zuerst das ich den 
Spike am Anfang mit einem parallelen Kondensator abfangen kann. Jedoch 
verlangsamt das auch die Schaltzeit der Diode, wenn die Kapazität zu 
hoch ist. Wenn sie jedoch gering genug ist beschleunigt sie jedoch 
Schaltzeit? Aber eine Parallel Kapazität erhöht doch nur die gesamte 
Parasitäre Kapazität. Ich glaube ich sollte langsam mal eine pause 
machen xD. Stehe ein wenig auf dem Schlauch

[Klaus R. (klara)]

Tobias T. schrieb:
> Ja die Kapazität ist "problematisch".

Bei Schaltnetzgeräten achte ich deshalb immer auf kleine Kapazitäten. 
Dort stört der Peek wirklich. Ob das bei einer LED auch der Fall ist, da 
bin ich mir nicht so sicher. Es gibt hier im Forum sicher einen Experten 
der dazu mehr sagen kann.

Mir ist nicht klar ob der Peek nicht doch zur Lichtintensität beiträgt. 
Sonst hätte man in der tat ein Problem. Die Reaktionszeit würde sich 
sicher um 1 ns oder mehr verlängern. Wir sprechen hier aber von GHz!

Die LED ist auch schon etwas größer. Je mehr Leistung hier im Spiel ist, 
desto größer wird die Kapazität werden. Wenn es wirklich schnell sein 
soll, dann muß man vermutlich zum Laser greifen.

Hier noch etwas zur Grenzfrquenz von LEDs.
https://www.hft.tu-berlin.de/fileadmin/fg154/ONT/Skript/LED.pdf
mfg Klaus

[Dr.Who (Gast)]

Tobias T. schrieb:
> (eine H-Brücke um eine H-Brücke zu
> schalten) verwendet. Doch wie kommt man auf solche Ansetze?

Solche AnsÄtze bekommt man, indem man die Physik der Bauteile versteht.
H-Brücke ist ein wenig übertrieben, aber schon die richtige Richtung. 
Komplementärendstufe, also eine halbe H-Brücke dürfte der Lösung
schon etwas näher kommen.

https://www.google.de/search?hl=de&tbm=isch&source=hp&biw=1024&bih=638&ei=xGSFXJTPDdDOwQLHz5aABA&q=komplement%C3%A4rendstufe&oq=komplement%C3%A4rendstufe&gs_l=img.12..0.1834.12486..15974...0.0..0.120.1670.18j2......0....1..gws-wiz-img.......0i24.fM1VuaEx1hE

Diese Stufe bewirkt, dass Ladungsträger schneller bewegt werden,
denn eine LED hat auch eine störende Kapazität. Die e-Funktion eines
Kondensators sollte einem E-Techniker dabei schon geläufig sein.
Die negative Wirkung dieser parasitären Eigenschaft kann man durch 
erzwungene Ladungsträgerausräumung kompensieren.
Irgend welche Kondensatoren parallel zum Transistor wären 
kontraproduktiv
und vergrößern doch nur die störende Kapazität. Irrtum vorbehalten

[Egon D. (Gast)]

Tobias T. schrieb:

> Ich habe die Schaltung mal aufgebaut

Sicher nicht.

Was würdest Du sagen, wenn der Küchenchef Dir einen
Zettel mit dem Rezept serviert und sagt: "Ich habe
das mal gekocht..."?


> Nur wie kann ich diese Spannungsspitzen verhindern?

Seit wann hat der STROM SPANNUGSspitzen?

[MiWi (Gast)]

Tobias T. schrieb:
> Danke Miwi
>
> Ich habe die Schaltung mal aufgebaut und die Schaltung schaltet deutlich
> schneller. Nur wie kann ich diese Spannungsspitzen verhindern?
> Freilaufdioden haben nicht wirklich geholfen

Du hast sie nicht so aufgebaut wie ich sie beschrieben habe.

[MiWi (Gast)]

Tobias T. schrieb:
> Danke Miwi
>
> Ich habe die Schaltung mal aufgebaut und die Schaltung schaltet deutlich
> schneller. Nur wie kann ich diese Spannungsspitzen verhindern?
> Freilaufdioden haben nicht wirklich geholfen

So war das gemeint.

Da geht das ratzfatz... jedenfalls schneller als es die meisten LEDs 
mitbekommen.

[Dr.Who (Gast)]

Tobias T. schrieb:
> Ich bin aktuell im 3. Semester und bin in einem Praktikum.

Wirklich sehr aussagekräftig. Welcher Beruf/Studiengang?
Ein Student sollte das doch wohl besser können.

[Markus (Gast)]

Dr.Who schrieb:
> Wirklich sehr aussagekräftig. Welcher Beruf/Studiengang?
> Ein Student sollte das doch wohl besser können.

Laß uns bitte beim Fachlichen bleiben, sonst artet das in eine der 
Endlosdiskussionen aus. Und die braucht wirklich niemand.
Danke.