Treiber

Wenn der Ausgang einer Schaltung konkret etwas bewirken soll, reicht häufig der maximale Ausgangangsstrom von Operationsverstärkern, oder Logik nicht aus. Schon ein mit 50 Ohm abgeschlossenes Kabel überfordert die meisten Operationsverstärker bei hohen Signalpegeln. In solchen Fällen könnte man mit Transistoren eine passenden Endstufenverstärker aufbauen. Bequemer und durch geringeren Entwicklungsaufwand preiswerter sind jedoch speziell für diesen Zweck gebaute integrierte Schaltungen

Der ULN2003 ist ein Klassiker, der geeignet ist Relais, LEDs, oder kleinere Motoren schaltend anzusteuern. Er enthält acht Kanäle mit Endstufen. Das heißt, wenn der Eingang high ist, wird der Ausgang auf Masse gezogen. Der Treiber wirkt also invertierend.

• Eingangsspannung: TTL
• maximale Ausgangsspannung: 50 V
• maximaler kurzzeitiger Strom: 500 mA
• maximaler Dauerstrom: 100 mA, nicht mehr als 500 mA für alle Kanäle zusammen
• Schaltverzögerung: 1µs
• Bauform: DIP16 und SO16-W
• Beschaffung: Etwa 0.20 € bei TME.

Wenn man acht Kanäle braucht, ist der ULN2803 eine Alternative. Der kommt dann im DIP18, oder SO18-W Gehäuse.

ULN2001, ULN2002 und ULN2004 sind Alternativen, wenn man nicht TTL, sondern andere Spannungspegel zur Verfügung hat.

Der TDA2030 ist ein Leistungsverstärker der recht häufig für Audio-Geschichten eingesetzt wird. Das heißt, er eignet sich, um viel Strom in eine Lasten zwischen 4 und 8 Ohm zu versenken. Damit eignet er sich um Peltierelemente zu betreiben. Formal ist er ein Operationsverstärker mit hohem Ausgangsstrom.

• Maximal 3.5 A
• Bei entsprechender Kühlung maximal 20 Watt Verlustleistung
• Versorgung maximal +/- 22 V
• Selbst-Abschaltung bei Überhitzung (>130°C)
• Bauform ähnlich zu TO220. Der Kühlkörper ist mit keinem der Pins verbunden. Ein isolierender Unterleger ist also nicht nötig.
• Ein Klassiker, der bei Reichelt für 30 ¢ verkauft wird.

Nachteile:

• Recht viel Eingangsrauschen — 2000 nV/sqrt(Hz)
• Langsam — Nur bis 10 kHz halbwegs ideales Opamp-Verhalten.
• Neigt zu Schwingungen — Datenblatt beachten.

   ________
 /   ||    |------ +Ub
|    ||    |--- out
| O  ||    |------ -Ub
|    ||    |--- in-
 \   ||    |------ in+
   --------

• L156 – Wird nicht mehr hergestellt.
• TDA2050 – mehr Leistung
• LM675 – Wird in Elektronik-Foren als weniger anfällig für Schwingungen empfohlen.

Der OPA549 ist ein Operationsverstärker, dessen Ausgang im Dauerbetrieb 8 A fließen lassen kann. Kurzzeitig sind sogar 10 A möglich. Seine Versorgungsspannung kann bis zu 60 V betragen (symmetrisch +/- 30 V). Dabei sollte man beachten, dass die entstehende Abwärme unterhalb von etwa 20 W bleibt.

Die EL72** sind Treiberbausteine, die speziell zum Treiben von hohen kapazitiven Lasten entwickelt sind. Sie enthalten jeweils zwei parallele Kanäle mit Verstärkung +1, oder -1. Kurzzeitig können 4 A fließen.

• Rise time: 10 ns @ 1 nF
• Propagation delay: 20 ns
• Versorgung, Masse und maximal +15V
• Bauform: SO8, und DIP8
• Beschaffung über Mouser, RS, oder Farnell

Der EL7222 hat sowohl einen invertierenden als auch einen invertierenden Kanal. Damit kann man ein aus einem normal gegen Masse referenzierten digitalem Kanal ein differentielles digitales Signal erzeugen.

Diese Verstärker eignen sich, um ein Signal durch ein 50Ω-Kabel zu pressen.

Der UA733 ist ein Klassiker, der für die Übertragung von Videosignalen konzipiert wurde.

• Verstärkungen: x10, x100, x400
• 3dB Bandbreite: 200 MHz, 90 MHz, 50 MHz
• Slew Rate: ~100 V/µs
• Versorgung: ±8 V
• Bauform: SO14, DIL14
• Beschaffung: Bei RS, Farnel und Bürklin für etwa 0.35 €.

Der NE592 Verstärker mit fester Verstärkung und differentiellem Ausgang. Der TL592 ist die Inkarnation von Texas Instruments.

• Verstärkungen: 100, 400 und einstellbar zwischen 0 und 400. In den dynamischen Eigenschaften sehr ähnlich zu UA733
• 3dB Bandbreite: 90 MHz, 50 MHz und
• Slew Rate: ~100 V/µs
• Versorgung: ±8 V
• Bauform: DO8, DIL8, SO14, DIL14
• Beschaffung bei Reichelt, Farnell, oder RS für etwa 0.35 €.

Der LM6172 ist ein Dual-Opamp mit sehr hoher Slew-Rate.

• Bandbreite: 100 MHz (bei Verstärkung 1)
• Slewrate: 3000 V/µs
• Maximaler Strom 50 mA
• Versorgung: ±15 V
• Ausgang geeignet für: > 37 Ω
• In SO8 und in DIP8 erhältlich
• Beschaffung: ca 3 € bei Farnell (949 3620)

Der BUF634 hat eine fest eingestellte Verstärkung von 1. Er eignet sich als Leistungsendstufe bei höheren Frequenzen bei hoher kapazitiver Last. Das Datenblatt schlägt vor, ihn in die Rückkopplung anderer Operationsverstärker zu integrieren, um den maximalen Strom zu erhöhen, ohne andere Eigenschaften zu verschlechtern. Außerdem verbessert sich auf diese Weise die Toleranz gegenüber kapazitiver Last.

• Bandbreite: einstellbar zwischen 30 MHz und 180 MHz
• Slewrate: 2000 V/µs
• Versorgung: ±15 V
• Maximaler Strom: 250 mA
• Ausgang geeignet für: > 50 Ω, IGBTs, MOSFETs
• Bauformen: DIP8, SO8, TO220-5 und DDPAK
• Beschaffung: In Einzelstücken für 7 bis 9 EUR bei den üblichen Verdächtigen

Manchmal möchte man große Spannungen möglichst schnell herum reißen und das auch noch mit einer gewissen Kapazität in der Last. Dafür sind “High and Low Side Driver” die richtige Wahl. Sie sind dafür gedacht zusammen mit einem MOSFET-Paar einige Hundert Volt und Strom, der in Ampere gemessen wird an Lasten auszuteilen. Dabei wird der eine MOSFET gegen Masse und der andere gegen die hohe Versorgungsspannung betrieben. Der Treiber stellt das nötige Spannungsniveau für die Gate-Anschlüsse der MOSFETs zur Verfügung.

Das MOSFET-Paar wird auch “halbe Brücke” genannt. Der Grund liegt in der Verwandtschaft zur H-Brücke. Die H-Brücke eignet sich, um einen Gleichstrom wahlweise vorwärts, oder rückwärts durch eine Last strömen zu lassen. Mit ihr kann man also die Last “umpolen”.

Ein wichtiger Parameter bei der Auswahl eines High-Side-Drivers ist der maximale Strom. Dessen Wert bestimmt eine obere Grenze, wie schnell das Gate des angeschlossenen Transistors umgeladen werden kann. In die reale Zeit geht natürlich auch die Kapazität des Gates des zu schaltenden Transistors ein. Transistoren für besonders viel Leistung haben an dieser Stelle einen natürlichen Nachteil. Wenn man wirklich an die Schaltzeiten heran kommen will, die sich aus diesen Zahlen ergeben, dann muss man sicher stellen, dass auch die Masse keinen Engpass bildet.

Der LM5101A treibt eine “halbe Brücke” mit einer besonders kurzen Anstiegszeit.

• Maximale Spannung: 100 V
• Abfallzeit: 8 ns
• Anstiegszeit: 8 ns
• Maximaler Strom: 3A

Der IR2110 ist ein Standard-Bauteil, dass eine halbe H-Brücke mit bis zu 500 V Arbeitsspannung ansteuern kann.

• Maximale Spannung: 500 V
• Abfallzeit: 20 ns
• Anstiegszeit: 30 ns
• Maximaler Strom: 2A
• Bauform DIP14 und SO16-W

Der IR2113 ist eine Version für 600 V, etwas schlechteren Timing-Werten und ansonsten gleichen Eigenschaften.

Der HIP4081A ist ein bewährter Baustein zum Betrieb einer vollen H-Brücke.

• Maximale Spannung: 70 V
• Abfallzeit: 35 ns
• Anstiegszeit: 45 ns
• Maximaler Strom: 3.6 A
• Bauform DIP20 und SO20-W
• Erhältlich bei Mouser, Farnell, oder RS

Wenn eine einzelne Last mit nicht ganz so viel Leistung geschaltet werden soll, eignet sich der IRS10752L. Er nimmt nicht viel mehr Platz ein als ein einzelner Signal-Transistor.

• Maximale Spannung: 100 V
• Abfallzeit: 40 ns
• Anstiegszeit: 85 ns
• Maximaler Strom: 160 mA
• Bauform SOT23-6
• Erhältlich bei Mouser, Farnell, oder RS

Für mehr Spannung gibt es die Alternativen Modelle IRS20752L (200 V) und IRS25752L (600 V).

Auch digitale Signale brauchen manchmal einen Treiberbaustein. Das ist ganz besonders dann der Fall, wenn Komponenten mit unterschiedlichem Spannungsniveau zusammen arbeiten sollen. Zum Beispiel arbeiten viele Mikroprozessoren mit 3.3 V als nominelle Spannung für “high”, während andere Geräte ihre Daten mit 5 V anbieten. Einige Treiber-Bausteine, die zwischen den Niveaus vermitteln können, stellt die Seite zu digitalen Komponenten vor.

Lange Leitungen können den Einsatz von Treiber für digitale Signale erforderlich machen. Für große Strecken empfiehlt sich eine Übertragung als differentielles Signal. Das hat den Vorteil, dass Sender und Empfänger keine gemeinsames Masse-Potential benötigen. Was eine “große Strecke” ist, hängt von der zu übertragenden Bitrate ab. Für diese Anwendung gibt es zu bestimmten Treiberbausteinen kompatible Empfängerbausteine:

• SN65LVDS1 (Sender) / SN65LVDS2 (Empfänger) - Bitrate bis zu 400 MBit/s