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Ich ha­be die Si­mu­la­tio­nen in LTspice durch­ge­führt. Die Gra­fi­ken im Ar­ti­kel wur­den mit die­ser Ge­gen­über­stel­lung der sie­ben Schal­tun­gen er­stellt. Sie ent­hält auch ei­ni­ge Hin­wei­se wie dies zu tun ist. Spie­len Sie ein­fach mal da­mit he­r­um, es macht Spaß!

Hier ei­ne mo­di­fi­zier­te Ver­sion die ge­eig­net ist, den Span­nungs­ab­fall der Schal­tun­gen zu un­ter­su­chen. Die .MEASURE-An­wei­sun­gen in der Si­mu­la­tion er­mit­teln die ex­ak­ten Wer­te.

Die Si­mu­la­tion von Schal­tung #6 mit PNP-Tran­sis­to­ren für Las­ten ge­gen GND, so wie ich sie auf­ge­baut ha­be und wie sie auch auf dem Fo­to zu se­hen ist.

Kli­cken Sie rechts und wäh­len spei­chern un­ter falls sich LTspice beim Klick auf ei­nen Link nicht öff­net.

Die SML-A12U8T ist ei­ne ro­te Side­led von ROHM. Hier gibt es das Spice Mo­dell. Andere Mo­del­le ro­ter LEDs soll­ten je­doch eben­falls ähn­li­che Er­geb­nis­se lie­fern.

Die Re­fe­renz LT1004-1.2 ist ein Stan­dard-Teil in LTspice und kann für un­se­re Zwe­cke statt des bil­li­gen TLV431 ver­wen­det wer­den. Wenn Sie es ge­nau ha­ben wol­len kön­nen Sie sich das TLV431-Mo­dell z.B. hier he­r­un­ter la­den. Die TLV431_V2.lib funk­tio­niert di­rekt. Hier ist mein da­zu pas­sen­des Sym­bol. Ko­pie­ren Sie ein­fach bei­de Da­tei­en in Ihr Sym- bzw. Sub-Ver­zeich­nis.

Um die Schal­tung #7 zu si­mu­lie­ren ist das TLV-Mo­dell al­ler­dings zwin­gend er­for­der­lich. Hier­zu müs­sen Sie sich die­se Mü­he ma­chen.

Ei­gent­lich soll­te es auch oh­ne den Um­weg über das Error Log ge­hen (und oh­ne die .measure Ix find...-An­wei­sun­gen) aber dum­mer­wei­se geht das (aus mir un­be­kann­ten Grün­den) nicht.

Nun, das Er­geb­nis der Si­mu­la­tion hängt haupt­säch­­lich von der Ge­nau­ig­keit der ver­wen­de­ten Mo­del­le und ei­nem re­a­lis­ti­schen Schalt­plan (der auch pa­ra­si­tä­re Kom­po­nen­ten be­rück­sich­tigt, wo dies nö­tig ist) ab.
20 cm An­schluss­lei­tung zur Last ma­chen grob ge­schätzt 400 nH In­duk­ti­vi­tät, die zwar nach fast nichts klingt, aber nicht in al­len Fäl­len ver­nach­läs­sigt wer­den kann!

Wie mir Mi­ke Engelhardt (der Schöp­fer von LTspice) ein­mal sag­te, LTspice si­mu­liert die Phy­sik. Wenn Ih­re Si­mu­la­tion von der ech­ten Schal­tung ab­weicht ha­ben sie nicht Ih­re Schal­tung si­mu­liert.

Nicht mei­ne Schal­tung? Nun, mo­der­ne Mo­del­le sind meist re­la­tiv aus­ge­feilt und ge­nau (lei­der sind nicht al­le Mo­del­le, die Sie zum Down­load fin­den mo­dern!). Aber ha­ben Sie sich Ge­dan­ken über die Lei­ter­bahn-In­duk­ti­vi­tät ge­macht? Haben sie ein paar zig oder hun­dert pF An­schluss­ka­pa­zi­tät oder ein paar nH Lei­ter­bahn-In­duk­ti­vi­tät ein­ge­bracht? Bei man­chen Schal­tun­gen wer­den Sie über­rascht sein, wie das die Si­mu­la­tion be­ein­flusst und wie ge­nau sich die Si­mu­la­tion ih­rer Mes­sung nä­hert! Ich hat­te tat­säch­­lich Schal­tun­gen, die un­ge­wollt zu Schwing­en be­gan­nen und dach­te, in der Si­mu­la­tion tun sie das si­cher nicht, aber tat­säch­­lich, nach ei­nem wirk­lich kor­rek­ten Schalt­plan schwan­gen sie mit fast der glei­chen Fre­quenz wie in Wirk­lich­keit, selbst die Kur­ven­form war prak­tisch iden­tisch.

In un­se­rem Fall kann das ei­gent­lich nur durch un­voll­stän­di­ge Mo­del­le pas­sie­ren, die z.B. den Tem­pe­ra­tur­ein­fluss nicht be­rück­sich­ti­gen. Zu­min­dest die haupt­säch­­lich ver­wen­de­ten Mo­del­le funk­tio­nie­ren kor­rekt. Man kann V_BE oder den Span­nungs­ab­fall an der Di­ode mes­sen und sieht die er­war­te­ten -2 mV/°C. Ein an­de­rer Kan­di­dat könn­te die LED sein, da wir sie bei nied­ri­ge­ren Strö­men als üb­lich ver­wen­den. Da­ne­ben ha­ben wir kei­ne trick­rei­chen Din­ge wie Sät­ti­gungs­ef­fek­te oder ho­hes di/dt, was die Be­rück­sich­ti­gung von Lei­ter­bahn- oder An­schluss­in­duk­ti­vi­tät­en nö­tig ma­chen wür­de.

Trotz­dem muss na­tür­lich klar­ge­stellt wer­den, dass die Schal­tun­gen hier na­tür­lich ide­a­li­siert sind und da­von aus­ge­hen, dass we­der in der Schal­tung noch in der Zu­lei­tung zur Last in­duk­ti­ve Kom­po­nen­ten und pa­ra­si­tä­re Ka­pa­zi­tä­ten vor­han­den sind. In der Pra­xis kann die ei­ne oder an­de­re Schal­tung doch zu Schwin­gun­gen nei­gen und spe­zi­ell bei de­nen mit dem TLV431 kön­nen Kom­pen­sa­tions­maß­nah­men nö­tig sein. Wenn Sie die­se kor­rekt mo­del­lie­ren, wird aber auch die Si­mu­la­tion da­zu nei­gen. Be­ach­ten Sie da­zu das Da­ten­blatt.

Ich ha­be die Schal­tun­gen nicht in der Pra­xis ge­tes­tet (au­ßer #6) aber ich ge­he da­von aus dass sie sich auch in Wirk­lich­keit so ver­hal­ten. Um ganz si­cher zu ge­hen müss­ten Sie sie auf­bau­en und tes­ten.