Hallo, Ich bin gerade etwas verwundert über das Verhalten eines (IMHO) trivial einfachen NPN Level Shifters von High nach Low. Der Grund für den Transistor ist, dass die Spannung des Eingangssignals verschiedene Pegel annehmen kann (+6V..+12 nach einer Diode), und auch Vcc entweder 3.3 oder 5.0 sein kann... Daher kommt ein einfacher Spannungsteiler mit Widerständen nicht in Frage, und auf die Eingangs-ESD-Dioden des MCU will ich mich auch nicht verlassen. Mein Gedanke war, mit einem kleinen Basisstrom (über 100k Vorwiderstand nach der Diode) einen NPN durchzuschalten, und den Kollektor mit einem Vorwiderstand gegen Vcc (3.3 oder 5V) zu schalten - das Eingangssignal ist dann direkt am Kollektor. Das funktioniert auch soweit ganz gut bei einer steigenden Flanke des Eingangssignals, wenn auch ordentlich Strom durch die Diode fliesst. (Und dann über eine 2. Diode in einen Kondensator, von dem aus ein LDO gespeist wird, der Vcc liefert). Wenn nun aber die Eingansdiode sperrt (und der LDO nur noch via der Ladung in den Kondensatoren Spannung liefert), braucht der NPN offenbar rund 25 us, um zu sperren und damit dem MCU wieder High zu liefern... Ich vermute einmal, dass hier die Ladungsträger nicht ausreichend rasch geräumt werden (aber 25 usec?)... Wie dem auch sein, wie kann ich dieses Eingangssignal (6..12V) in ein vernünftiges (Flanken idealerweise idealerweise ident, <1us) Logiksignal (3.3 / 5V) umwandeln? Lt. Datenblatt ist Vhi 0.7Vcc, d.h. bei Vcc 5V mind. 3.5V, was jedoch über den 3.3V liegt, wenn der MCU nur mit 3.3V läuft (zur Reduktion der Leistungsaufnahme auf <30 uA), was eine Zener-diode als Begrenzer wohl ausschliesst... Auch ist das Eingangssignal bei einem höheren Spannungspegel (9..12V) währned dieses Low-Power Betriebsmodus, also ein inverses Verhältnis, das mit einem Widerstandsteiler auch nicht für beide Betriebszustände erreichbar ist.
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schalt mal einen Kondensator zwischen Basis und Kollektor 10..100nF. Dann wird der Transistor etwas schneller abschalten.
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Die Basis-Schaltung ist schneller. Anbei ein Beispiel für WS2812 Lichterketten. Links ist der Eingang (Signal und GND).
Man koennte einen schnellen Schalttransistor benutzen, und keinen BCxyz. Der will aber auch entsprechende Stroeme an der Basis sehen. Sowohl zum Ein- als auch Ausschalten. Mit 100k etwas illusorisch. Fuer Leute die nicht wissen was sie tun, gibt es noch Komparatoren. > schalt mal einen Kondensator zwischen Basis und Kollektor 10..100nF. > Dann wird der Transistor etwas schneller abschalten. Warum sollte er.
Cartman schrieb: > Man koennte einen schnellen Schalttransistor benutzen, > und keinen BCxyz. > Der will aber auch entsprechende Stroeme an der Basis sehen. > Sowohl zum Ein- als auch Ausschalten. > Mit 100k etwas illusorisch. > > Fuer Leute die nicht wissen was sie tun, gibt es noch Komparatoren. > >> schalt mal einen Kondensator zwischen Basis und Kollektor 10..100nF. >> Dann wird der Transistor etwas schneller abschalten. > Warum sollte er Das Ganze kann nur ein paar uA nehmen. Höhere Ströme / niedrigere Widerstände (unter 10k) sind daher nicht möglich. Wenn ich weder Leistungs- noch Strom- noch Energielimitiert wäre, würde da ein OpAmp, CMOS Level Shifter o.dgl. reinkommen, oder man könnte mit einigen x bis xxx mA rumspielen... Ich denke, dass ich vielleicht einfacher eine Schottky Diode gegen Vcc mit Vorwiderstand (~100k) nehme. Die PN Spannung der Schottky solle niedriger sein als die ESD Schutzdiode des MCU, und der Strom sollte daher primär dort abfliessen...
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Stefan ⛄ F. schrieb: > Die Basis-Schaltung ist schneller. > > Anbei ein Beispiel für WS2812 Lichterketten. Links ist der Eingang > (Signal und GND). Die Basis Schaltung funktioniert überhaupt nicht in der Schaltung. Sobald der Kollektor an das eingangssignal vor der Diode angeschlossen ist (was, wie gesagt, auch die Stromversorgung der Schaltung darstellt), gibt es keinen Strompfad mehr, und der Fußpunkt des Potentials wird angehoben, dass der Transistor nie auf ein Potential schalten kann um den Ausgang auf Gnd (nach den Dioden zum LDO) zu ziehen, wenn ich das richtig verstehe...
Richard S. schrieb: > Die Basis Schaltung funktioniert überhaupt nicht in der Schaltung. Stimmt. Vielleicht eine gespiegelt aufgebaute Variante mit PNP Transistor.
Richard S. schrieb: > Ich vermute einmal, dass hier die Ladungsträger nicht ausreichend rasch > geräumt werden (aber 25 usec?)... So ein BC5xx ist mit einer Ccb von typ. 1.7pF / max. 4.5pF (VCB = 10 V) gelistet. Die 10V hast du nicht, daher real etwas mehr. 1.7pF 150 100k ergibt ganz grob eine Zeitkonstante von 25 usec ... (* 150 wg. Miller) Unschön ist das ... Was spricht gegen einen Inverter (HC-Derivat) mit Vorteiler? Wie schnell muss die Mimik denn sein?
Richard S. schrieb: > Der Grund für den Transistor ist, dass die Spannung des Eingangssignals > verschiedene Pegel annehmen kann (+6V..+12 nach einer Diode), und auch > Vcc entweder 3.3 oder 5.0 sein kann... Ich würde sagen, man bekommt das mit einer Klemmdiode (wenn man der eingebauten nicht traut) und einem Vorwiderstand hin. Wobei das mit "+6V..+12 nach einer Diode" nochmal genaues Augenmerk verdient hat. Was bedeutet "nach einer Diode"? Und welche Schaltung/Signalquelle findet sich "vor der Diode"?
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Cartman schrieb: > Man koennte einen schnellen Schalttransistor benutzen, > und keinen BCxyz. Bei seinen 1KHz werden die 200MHz sicher reichen. > Der will aber auch entsprechende Stroeme an der Basis sehen. > Sowohl zum Ein- als auch Ausschalten. Wird reichen. Bei 0,3mA Kollektorstrom und einer Stromverstärkung von 300 sind das etwa 0,001mA Basisstrom. Müßte man konkret nachrechnen.
michael_ schrieb: > Bei seinen 1KHz werden die 200MHz sicher reichen. Das habe ich auch vor wenigen Monaten geschrieben und wurde dann eines besseren belehrt. Mein eigenen Kontrollen mit Oszilloskop haben gezeigt, dass man mit dem BC548 digitale Schaltvorgänge mit 200 MHz gar nicht so einfach sauber hin bekommt. Schon bei 1 Mhz kommst du in den Bereich, wo es nicht mehr "einfach so" geht, wie man sich das als Laie denkt. Die 200 MHz hast du wohl in einem Datenblatt gesehen. Die gelten aber nur für Sinus mit geringer Amplitude und niederohmigen Widerständen sowohl an der Quelle als auch am Ausgang.
Mir ist nicht so ganz klar was es mit diesem "LDO" auf sich haben soll. Und sehe auch nicht was da genau verbaut ist. WO ist dein Problem mit dem Stromverbrauch, benenne doch mal konkret deine Randbedingungen. Wenn die Quelle so hochohmig ist sollten die Eingangsschutzdioden kein Problem sein, man kann ja zusätzlich noch Dioden verbauen. Siehe auch Beitrag "Eingangsschutzbeschaltung - Kompendium gesucht"
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Dann kannst Du aber mit den 100K auch direkt gleich auf den Portpin gehen. Da passiert nix schlimmes.
Stefan ⛄ F. schrieb: > michael_ schrieb: >> Bei seinen 1KHz werden die 200MHz sicher reichen. > > Das habe ich auch vor wenigen Monaten geschrieben und wurde dann eines > besseren belehrt. Mein eigenen Kontrollen mit Oszilloskop haben gezeigt, > dass man mit dem BC548 digitale Schaltvorgänge mit 200 MHz gar nicht Das hat auch keiner geschrieben, daß der T Schaltvorgänge mit 200MHz ermöglichen solle ... Thomas Z. schrieb: > schalt mal einen Kondensator zwischen Basis und Kollektor 10..100nF. > Dann wird der Transistor etwas schneller abschalten. Dann wird's noch langsamer, und nicht schneller. Eher eine Schottky-Diode in Sperrrichtung, die die Recoveryzeit (nix anderes ist diese Verzögerung) weitgehend wegputzt ...
Jens G. schrieb: > Eher eine Schottky-Diode in Sperrrichtung In der originalen Schaltung vom ersten Post sind einfach die beiden 100k Widerstände viel zu hochohmig. Deshalb dauert das Entladen der BE Strecke ewig. Mit 2x 4k7 sieht das schon ganz anders aus.
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@TO das mit dem LDO habe ich ehrlich gesagt überhaupt nicht verstanden. Wenn der wirklich vor der Basis hängt, inkl. einem C (wozu auch immer das gut sein soll), dann wundere Dich auch nicht, daß hier nicht nur die Recoveryzeit des T zu Buche schlägt (was eigentlich nur eine µs bewirken würde), sondern gleich ganze 25µs durch die Kapazitäten. Wie schon irgendjemand schrieb, bei einer Ansteuerung über 100k braucht man überhaupt keinen Levelschifter - der R, zusammen mit den Clamping-Dioden im µC, ist bereits der Levelshifter. Und wenn Du den Clampingdioden die paar µA nicht zutraust, dann baue doch einffach Deine eigenen Clampingdioden mit ran (1N4148 o.ä.)
Für diesen Zweck verwende ich einen Emitterfolger mit einem NPN-Transistor, wobei der Kollektor an der 3,3 V Versorgungsspannung liegt. Dieser invertiert das Signal nicht, sondern begrenzt nur den Pegel. Bei hohen negativen Eingangsspannungen muss die Basis-Emitterstrecke durch eine Diode (Anode an GND, Kathode an der Basis) vor einem Durchbruch geschützt werden.
Lothar M. schrieb: > Jens G. schrieb: >> Eher eine Schottky-Diode in Sperrrichtung > In der originalen Schaltung vom ersten Post sind einfach die beiden 100k > Widerstände viel zu hochohmig. Deshalb dauert das Entladen der BE > Strecke ewig. Mit 2x 4k7 sieht das schon ganz anders aus. Auch mit 100k gibt's keine 25µs, wenn man die Sättigung vermeidet, ebenso wie irgendwelche lästigen C an der Basis ...
Hier sind ja wieder viele Schlaumaier unterwegs. > Bei seinen 1KHz werden die 200MHz sicher reichen. > Bei 0,3mA Kollektorstrom und einer Stromverstärkung von 300 sind das > etwa 0,001mA Basisstrom. Mit einem Mikroampere Basisstrom kann man ihn fuer 1 kHz vllt gerademal schnell genug einschalten. Das Ausschalten wird aber bei einem BCxyz dann immer noch erheblich laenger brauchen. Nebenbei soll dieses Mikroampere auch noch Kapazitaeten auf- bzw. entladen. > Müßte man konkret nachrechnen. Ja, und die Rechnung wird wesentlich komplexer ausfallen, als dein bisheriger geistiger Ansatz, der ueberwiegend aus falschen Annahmen besteht. Die Hersteller haben nicht umsonst schnelle Schalttransistoren in ihrem Programm. Du solltest dir davon mal welche zulegen und am praktischen Beispiel die Schaltvorgaenge studieren. Fuer die 200 MHz aus dem DB von so einem "BCxyz" kannst du dir im Schaltbetrieb exakt gar nichts kaufen.
wie wärs mit einem C an der Basis, der den R überbrückt im Moment des Einschaltens. Im stationären Zustand ist dann nur der R aktiv. Beim Ausschalten lädt sich der C um und es fließt ein entsprechend hoher Ausräumstrom. Eventuell noch eine Schottky Diode an U_BC damit der Transistor nicht so stark sättigt, dann ist die Überschussladung und damit Speicherzeit entsprechend geringer.
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michael_ schrieb: > Bei seinen 1KHz werden die 200MHz sicher reichen. Als stiller Mitleser erlaube ich mir anzumerken dass eine MHz-Angabe im Datenblatt eines Transistors meist das Current− Gain−Bandwidth Product gemeint ist (auch als Transitfrequenz bekannt). Für den BC546 BC547 BC548 sind das in meinem Datenblatt 150-300MHz. Dieser Wert sagt nichts darüber aus dass der Transistor bei dieser Frequenz noch sinnvoll als Verstärker betrieben werden kann.
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(created by AACircuit v1.28.7 beta 10/23/16 www.tech-chat.de)
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Dieter H. schrieb: > wie wärs mit einem C an der Basis, der den R überbrückt im Moment des > Einschaltens. Im stationären Zustand ist dann nur der R aktiv. Beim Diese Aussage ist ja eigentlich richtig, nur der Kontext ist falsch, denn der TO will ja nicht das Einschalten behandeln, sondern das Ausschalten. und zwar Ausschalten durch simples "Loslassen" der Basis, und da hat diese Maßnahme null Effekt ...
Lothar M. schrieb: > Richard S. schrieb: >> Der Grund für den Transistor ist, dass die Spannung des Eingangssignals >> verschiedene Pegel annehmen kann (+6V..+12 nach einer Diode), und auch >> Vcc entweder 3.3 oder 5.0 sein kann... > Ich würde sagen, man bekommt das mit einer Klemmdiode (wenn man der > eingebauten nicht traut) und einem Vorwiderstand hin. > > Wobei das mit "+6V..+12 nach einer Diode" nochmal genaues Augenmerk > verdient hat. Was bedeutet "nach einer Diode"? Und welche > Schaltung/Signalquelle findet sich "vor der Diode"? Der nominelle Eingang liefert +12V, 1kOhm Impedanz, und schaltet dann auf +/- 12V 1kHz PWM um. Allerdings ist das über einen "offenen" Stecker, d.h. diese Signale können durchaus ordentliche ESD (nicht nur HBM, sondern auch MM) abbekommen bei normaler Nutzung - idealerweise macht natürlich Gnd zuerst Kontakt... Und im Fehlerfall könnte da auch Phase (230Vac +20%) raufkommen. Aber ich denke dass ein 100..330kOhm mit zwei ausreichend Dimensionierten Schottky-Diode sowohl zur ableitung dieser Spannungen, als auch zur Begrenzung des Eingangs auf die MCU die beste Variante ist. (Schottky wird ja ein paar 100 mV früher leitend, als die Si-PN Schutzdiode im MCU). Als Teil der Signalisierung wird die Eingangsspannung über eine Diode (nur der +12V PWM Teil) und variable Widerstände (zB programmierbaren Shunt-Regler) auf niedrigere Pegel gezogen - daher verändert sich der Pegel des PWM Eingangssignals (nach der Diode) auf unterschiedliche Spannungsniveaus, sodaß ein simpler Widerstandsteiler nicht wirklich funktioniert.
Lothar M. schrieb: > Jens G. schrieb: >> Eher eine Schottky-Diode in Sperrrichtung > In der originalen Schaltung vom ersten Post sind einfach die beiden 100k > Widerstände viel zu hochohmig. Deshalb dauert das Entladen der BE > Strecke ewig. Mit 2x 4k7 sieht das schon ganz anders aus. Korrekt. Bei einem Strom von ~1-3 mA bricht einfach alles zusammen und man kann sich den kompletten Aufwand sparen, weil das um ca. 10-20x mehr Strom ist, als zur Verfügung steht. Unter normalen Umständen wäre das natürlich die Methode der Wahl. Ich kann rund 1-10 uA für dieses Signal aufwenden - muß aber auch mit ESD zurechtkommen. Die Kombination von ESD Schutz und Klemmen der Signalspannung gegen Vcc/Vss ist da wohl am besten erfüllt, in Kombination mit einem entsprechenden Vorwiderstand von 100k bis 330k.
Richard S. schrieb: > Der nominelle Eingang liefert +12V, 1kOhm Impedanz, und schaltet dann > auf +/- 12V 1kHz PWM um. Jeden Tag eine Salamischeibe. Jetzt fehlt ich die Info, wie schnell die Schaltung denn überhaupt sein soll. Richard S. schrieb: > Ich kann rund 1-10 uA für dieses Signal aufwenden Was gilt jetzt? Da ist immerhin noch eine lockere Zehnerpotenz dazwischen. Mit 1uA bei 200k kommen grade mal 200mV zusammen. Zudem ist dieser Strom ja durch die ungünstig hochohmige Schaltung definiert. Und dann soll sich das auch noch im unbekannten us-Bereich abspielen. Richard S. schrieb: > sodaß ein simpler Widerstandsteiler nicht wirklich funktioniert Ich denke noch immer, dass das geht. Denn dieser unnötig niedrige Strom ist ja nur durch die selbst gewählte Schaltungsauslegung zur Absicherung gegen jeden und alles bedingt. Die eigentliche Signalquelle ist mit 1k Innenwiderstand angenehm niederohmig.
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Lothar M. schrieb: > Richard S. schrieb: >> Ich kann rund 1-10 uA für dieses Signal aufwenden > Ach, hier im Thread kommen relevante Informationen im > anderthalb-Tage-Takt. Jeden Tag eine Salamischeibe. ;) > Jetzt fehlt ich die Info, wie schnell die Schaltung denn überhaupt sein > soll. Sorry. Diese Info was gut versteckt offensichtlich in den Oszi Traces, und der mehrfachen Erwähnung eines 1kHz PWM Signals mit variablem Duty-Cycle. Was ich tatsächlich unterschlagen hatte, war die Erwähnung dass der Duty Cycle mit <0.5% genau bestimmt werden sollte (5us) im Bereich 10%..96%. D.h. die Flanken sollten beide annähernd gleich steil sein, um diesen systematischen Fehler gering zu halten. > > Richard S. schrieb: >> Ich kann rund 1-10 uA für dieses Signal aufwenden > Was gilt jetzt? Da ist immerhin noch eine lockere Zehnerpotenz > dazwischen. > Und mit 1uA bei 200k kommen grade mal 200mV zusammen. Beides: Das Signal kann mit +12V anliegen, oder auch mit nur +3 (was aber ein Fehlerzustand wäre), oder auch mit +6V oder +9V. Ggü Vcc sind also zwischen 9V (+12/+3.3Vcc) oder +1V (6V/5Vcc) Überhöhung vorhanden (und alle durchdeklinierten Kombinationen, wie zB +12V/5V, +9V/5V, +6V/5V, +6V/3.3V, +9V/3.3V sowie +12V/3.3V. Bei konstantem Widerstand also (leicht aufgerundet) eine Zehnerpotenz Unterschied. Zu viel Stromaufnahme (niedrigerer Vorwiderstand) von rund 0.1mA / 100uA und die Signalspannung verändert sich zu stark, was als Signalisierung für einen Zustandsänderung (oder einen Fehlerzustand) auf Versorgungsseite interpretiert würde. Das muß koordiniert passieren, daher nur unter Kontrolle der MCU... "Nebenverbraucher" von 1..10uA können aber durchaus berücksichtigt werden. > Richard S. schrieb: >> sodaß ein simpler Widerstandsteiler nicht wirklich funktioniert > Ich denke noch immer, dass das geht. Denn dieser absurd niedrige Strom > ist ja nur durch die ominöse Schaltungsauslegung zur Absicherung gegen > jeden und alles bedingt. Die eigentliche Signalquelle ist mit 1k > Innenwiderstand angenehm niederohmig. Die zweite Info (auch bereits im 1. Threadpost offen versteckt) ist, dass der MCU mit zweierlei Vcc betrieben werden wird - 3.3V im Low-Power Modus, und 5V für einige Peripherieelemente, wenn das "richtige" Netzteil Strom liefern kann. Die Signalquelle ist faktisch auch die Stromversorgung (während der 10..96% wo das PWM Signal +12V liefert, aber, je nach Zustand mit 0.1, 3 oder 6 mA belastet werden kann (muss - daher ein TLV431 in der Gesamtschaltung, der das Signal "von Haus aus" auf 12, 9 oder 6V ggü Vss hält). Aber wie weiter oben schon geschrieben - die Lösung mit einer (zwei) Schottky-Dioden als externe ESD und Limiting Dioden plus Vorwiderstand löst mir zwei Probleme (ESD Ableitung und Einschränkung des Signals auf die variable Vcc der MCU).
Stefan ⛄ F. schrieb: > Die 200 MHz hast du wohl in einem Datenblatt gesehen. Die gelten aber > nur für Sinus mit geringer Amplitude und niederohmigen Widerständen > sowohl an der Quelle als auch am Ausgang. Das ist fT, die Frequenz in Emitterschaltung, wo die Verstärkung gleich 1 wird. Cartman schrieb: > Hier sind ja wieder viele Schlaumaier unterwegs. > >> Bei seinen 1KHz werden die 200MHz sicher reichen. >> Bei 0,3mA Kollektorstrom und einer Stromverstärkung von 300 sind das >> etwa 0,001mA Basisstrom. > > Mit einem Mikroampere Basisstrom kann man ihn fuer 1 kHz vllt > gerademal schnell genug einschalten. > Das Ausschalten wird aber bei einem BCxyz dann immer noch > erheblich laenger brauchen. > Nebenbei soll dieses Mikroampere auch noch Kapazitaeten auf- bzw. > entladen. > >> Müßte man konkret nachrechnen. Wollte ich eigentlich anderen überlassen, weil ich faul bin. Aber es sind 0,06mA bei 6V. Selbst bei 12V ist es dann etwa das Doppelte. Das verkraftet die Basis locker ohne zusätzliche Maßnahmen. > Ja, und die Rechnung wird wesentlich komplexer ausfallen, > als dein bisheriger geistiger Ansatz, der ueberwiegend aus > falschen Annahmen besteht. > > Die Hersteller haben nicht umsonst schnelle Schalttransistoren > in ihrem Programm. Du solltest dir davon mal welche zulegen > und am praktischen Beispiel die Schaltvorgaenge studieren. > > Fuer die 200 MHz aus dem DB von so einem "BCxyz" kannst du dir im > Schaltbetrieb exakt gar nichts kaufen. Seine 1KHz gehen sogar mit einem ollen Ge-Transi mit 300KHz. jooo michael schrieb: > michael_ schrieb: >> Bei seinen 1KHz werden die 200MHz sicher reichen. > > Als stiller Mitleser erlaube ich mir anzumerken dass eine > MHz-Angabe im Datenblatt eines Transistors meist das Current− > Gain−Bandwidth Product gemeint ist (auch als Transitfrequenz > bekannt). Für den BC546 BC547 BC548 sind das in meinem > Datenblatt 150-300MHz. Dieser Wert sagt nichts darüber aus > dass der Transistor bei dieser Frequenz noch sinnvoll als > Verstärker betrieben werden kann. Siehe oben, fT. Solltest dir wieder mal die alten Grundlagen anschauen.
Richard S. schrieb: > D.h. die Flanken sollten beide annähernd gleich steil sein, um diesen > systematischen Fehler gering zu halten. Wenn ich weiß, dass die steigende Flanke immer verzögert ist, dann kann ich das ermittelte TV entsprechend korrigieren. Ich muss dazu nur ermitteln, ob unter den möglichen Betriebsbedingungen (Temperatur, Versorgung, Eingangssignal,...) die Abweichung unter 5us bleibt. Wenn das der Fall ist, dann bin ich fertig.
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Cartman schrieb: > Die Hersteller haben nicht umsonst schnelle Schalttransistoren > in ihrem Programm. Die können aber auch nicht zaubern. Für Transistorlogik hat man früher eine Ausräumspannung von -3V verwendet, damit konnte man bis 5MHz zählen.
> Für Transistorlogik hat man früher eine Ausräumspannung von -3V > verwendet Ich habe mit schnellen Schalttransistoren schon pMOS DRAMs Intel 1103 (Daten/Adresse/Stuersignale) angesteuert, als auch pMOS ICs fuer elektronische Orgeln mit mehreren MHz (2 Phasen-)Takt versorgt. Allerdings musste ich da nicht mit Mikroampere Basisstrom herumkrebsen. In beiden Faellen ging es bei mir noch ohne zusaetzliche Ausraeumspannungen. Ich weiss zumindest, dass mit "NF"-Transistoren da kein Blumentopf zu gewinnen ist.
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