Eigenartiges Verhalten im Batteriebetrieb

[delatube]

Hallo und noch ein gesundes, erfolgreiches Neues Jahr in die Runde der Forumsmitglieder!

Grundlage meiner Frage ist eine simple Zusammenschaltung zweier Batteriespannungen, 6V aus 4x1,5 AA und 3V aus 2x Monozelle, siehe Skizze, zur Versorgung verschiedener elektronischer Schaltungen, hauptsächlich Timer und diverse CMOS-Logik in einem "Spielzeug".

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Knackpunkt ist der, dass ich für das ganze Gerät nur einen vorgegebenen einpoligen An-Aus-Schalter habe, aber damit zwei Spannungen (6V und 3V) schalten muss. Das brachte mich auf die Idee, stattdessen die Masse ein- und aus zu schalten. Im Test mit zwei Netzteilen hat das auch funktioniert. Dort war nur der Effekt, das das Netzteil für die 3V bei unterbrochener (abgeschalteter) Masse statt 3 ca. 4,5V anzeigt.
Im Batteriebetrieb ist in Stellung "An", d.h. Masse liegt an, alles okay. Das ist klar. Aber schalte ich die Masse ab, liegt dennoch irgendwie eine Spannung an und die Schaltung ist, wenngleich fehlerhaft da mutmaßlich eine geringere als notwendige Spannung anliegt, weiterhin in Betrieb.
Mangels Bezugspunkt wegen der "fehlenden" Masse kann ich hier nicht sinnvoll messen.

Ich verstehe es nicht und hoffe, es kann mir jemand dieses Verhalten erklären und ggf. sogar eine Lösung vorschlagen. Ich vermute hier irgendwie durch die fehlende Masse verschobene Potentiale, z.B. zwischen den beiden Spannungen. Aber warum tritt der Effekt nur bei Batteriebetrieb und nicht mit stattdessen verwendeten zwei Netzteilen auf?

Ich bin gespannt auf Antworten und Erklärungen. Vielen Dank!

[eabc]

Gegen Masse wirst du bei Schalter AUS keine Spannung messen können, wohl aber zwischen + 6 V und + 3 V

[countryman]

Wenn eine Last dranhängt, wird sich das Massepotential den Widerstandsverhältnissen entsprechend einstellen.
Wenn die Flussspannung von ca. 0,7 Volt zu verschmerzen ist, könnte ein Kreis den anderen mit einem Halbleiter schalten?

[Bosk Veld]

Hallo,

so kann man beide Spannungen mit einem Schalter ein- und ausschalten.

2_Spannungen_mit_einem_Schalter.jpg

Die 10-kOhm-Widerstände parallel zu den Basis-Emitter-Anschlüssen sind unkritisch. Sie sollen die Transistoren im ausgeschalteten Zustand nur sauber sperren.
Die beiden Dioden dienen zur Entkopplung.
Die Widerstände in Reihe zu den Dioden können - je nach benötigtem Strom - verkleinert werden. Bei richtig durchgesteuerten Transistoren (= Sättigung) sollte der Spannungsverlust über die Emitter-Kollektor-Strecken jeweils maximal 0,1 V sein.

Gruß, Frank

[Grundig4085]

Edith.

Mein Post war Murks...

Gruß Stefan

[delatube]

Hallo und danke für die Antworten,

jetzt hatte ich bei Franks Vorschlag schon Hoffnung, aber nach der Berechnung von Stefan wieder nicht. Da er seinen Post aber zurückgezogen hat, denke ich, die 0,1V Spannungsverlust laut Frank sind realistisch? Das wäre gut zu verkraften. Welche Transistortypen wären hier für jeweils ca. 300mA zu empfehlen?
Was auch möglich wäre: ich schalte einpolig die 6V und damit dann die 3V per Transistor in ähnlicher Weise wie Franks Vorschlag?

Unabhängig davon, kann mir jemand erklären, wie es zum eigenartigen Verhalten kommt, wenn die Masse als Bezug wegfällt? Und warum das bei Batteriebetrieb auftritt am Doppelnetzteil aber nicht?
Dass hier irgendwie das Potential zwischen den 3 und 6 V eine Rolle spielt würde einleuchten, wie dann aber die verschiedenen Schaltungen (die ja auf Massebezug hin aufgebaut sind) eine wenn auch eingeschränkte Funktion zeigen können, erklärt sich mir nicht.

[countryman]

Bei der rückwärtigen Beleuchtung von Kfz-Anhängern kann man auch die schönsten Effekte bewundern, wenn die Masse fehlt.
Hier hast du 2 Spannungen, die jeweils am negativen Pol verbunden sind. Also besteht an den positiven Polen eine entsprechende Potentialdifferenz, die sich über die Verbraucher ausgleicht (deren negative Pole ja auch verbunden sind und bleiben).
Wie wäre es mit einem Mosfet als Schalter? ZB könnte die 6V Spannung mit dem Schalter geschaltet werden. Daran hängt das Gate eines Mosfet der die 3V schaltet --->müsste voll durchschalten und sollte sehr niederohmig sein?

[delatube]

Die Mosfet-Idee klingt gut und simple. Danke. Hab ich zwar gar keine Erfahrung mit, trotzdem mal folgendes probiert als kleine Testschaltung.

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Wobei ich die 6V mit dem einpoligen Schalter ein- und ausschalte und damit ans Gate vom Fet. RL steht für den Verbraucher (verschiedene Schaltungen).
Soweit funktioniert es mit einem IRF520, den ich hier rumliegen hatte. Welcher aber der beste Typ ist, um die Spannungsverluste so gering wie möglich zu halten, weiß ich nicht.
Zudem muss ich das Konstrukt noch am Gerät selbst testen.
Ich berichte...

[Bernhard W]

...Unabhängig davon, kann mir jemand erklären, wie es zum eigenartigen Verhalten kommt, wenn die Masse als Bezug wegfällt? Und warum das bei Batteriebetrieb auftritt am Doppelnetzteil aber nicht?...

Die Minuspole der beiden Batterien bzw. Netzteile sind fest miteinander verbunden.

Ist der Schalter ausgeschaltet, liegen beide Batterien antiseriell zwischen den Anschlüssen "6V" und "3V". Dazwischen bleiben also 3 V stehen und es kann vom einen zum anderen auch Strom fließen.
Der Strom fließt dabei rückwärts durch die 3-V-Batterie (und lädt diese auf).

Durch das Netzteil kann rückwärts kein Strom fließen. Am Ausgang des 3-V-Netzteils liegt dabei auch 6 V an.

Bernhard

[Bosk Veld]

Welche Transistortypen wären hier für jeweils ca. 300mA zu empfehlen?

z.B. - gerade bei Pollin geguckt - BC327 oder BC328 mit einem maximalen Kollektorstrom von 800 mA.

Was auch möglich wäre: ich schalte einpolig die 6V und damit dann die 3V per Transistor in ähnlicher Weise wie Franks Vorschlag?

Das geht, aber gewonnen ist damit nicht viel; Du brauchst dann nämlich noch eine Umkehrstufe für die Ansteuerung des 3V-Schalttransistors.

Gruß, Frank

[Jean Luc]

Der Einfachheit halber könntest Du auch einen 2-poligen Schalter verwenden und damit die Plus-Pole abschalten.

[countryman]

Eine (Schottky)diode in dem 3 V Zweig würde den Rückstrom verhindern und das Problem ebenfalls lösen, um den Preis eines gewissen Spannungsabfalls (der bei 3V natürlich relativ bedeutend ist).

[delatube]

...Unabhängig davon, kann mir jemand erklären, wie es zum eigenartigen Verhalten kommt, wenn die Masse als Bezug wegfällt? Und warum das bei Batteriebetrieb auftritt am Doppelnetzteil aber nicht?...

Ist der Schalter ausgeschaltet, liegen beide Batterien antiseriell zwischen den Anschlüssen "6V" und "3V". Dazwischen bleiben also 3 V stehen und es kann vom einen zum anderen auch Strom fließen.
Der Strom fließt dabei rückwärts durch die 3-V-Batterie (und lädt diese auf).
Durch das Netzteil kann rückwärts kein Strom fließen. Am Ausgang des 3-V-Netzteils liegt dabei auch 6 V an.

Bernhard

Dankeschön für die Erklärungen hinsichtlich Batterie- und Netzteilverhalten! Das leuchtet ein. Kurze Nachfrage dazu: Wenn ich die gleiche Beschaltung nutze, also eine 6V- und eine 3V-Batterie mit fest verbundenen Minuspolen, aber dann statt den Minuspol abzuschalten die Spannungen im jeweiligen positiven Strang schalte, sollten gegenseitige Ladeeffekte zwischen den Batterien nicht auftreten, oder?

Wie wäre es mit einem Mosfet als Schalter? ZB könnte die 6V Spannung mit dem Schalter geschaltet werden. Daran hängt das Gate eines Mosfet der die 3V schaltet --->müsste voll durchschalten und sollte sehr niederohmig sein?

Das habe ich nun an der Schaltung getestet. Leider funktioniert es nicht optimal, d.h. die Verluste sind irgendwie zu groß und die 3V-Schaltungsteile dahinter arbeiten nicht mehr fehlerfrei... Zumindest mir dem mir vorliegenden Typ IRF 520. Ich muss und werde mir also doch etwas anderes überlegen müssen. Ggf. die Transitorschaltung von Frank, die ich noch nicht getestet habe. Danke schonmal bis hierhin.

[delatube]

Hallo nochmals in die Runde und danke allen Beiträgern und die Hinweise, Erklärungen und Ideen,

dadurch habe ich mir alles nochmal genau angesehen und durchdacht mit dem Ergebnis, dass ich jetzt doch dazu übergegangen bin, den Pluspol der 6V einpolig zu schalten. Denn wie sich herausgestellt hat - das hatte ich zuvor so nicht gesehen - zieht der 3V-Teil des Geräts sowieso erst dann Strom, wenn die 6V anliegen.

Warum ich das noch nicht beachtet und alles komplizierter gedacht habe als notwendig? Keine Ahnung. Manchmal ist das offensichtlich so und gut das der Austausch hier mal wieder zu einer funktionierenden Lösung geführt hat, wenn auch anders als erwartet. Schönen Abend!

[RE 084]

Hallo Dela,


mit welchem Meßgerät hast Du gemessen ???
Wenn Du ein (naturgemäß hochohmiges) DVM genommen
hast wundert mich deine Messung nicht. Ich unterstelle in
diesem Fall mal eine nicht 100%ige Unterbrechung der Leitung
und daher einen gewissen Reststrom auf der Leitung.
Die Falschanzeige verschwindet sofort, wenn Du mal einen
1K Ohm Widerstand oder ähnliches an die Anschlüsse hälst.


Gruß,
RE 084