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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Der Transistor gehorcht seinem Datenblatt nicht!


Autor: JayJay (Gast)
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... oder ich bin zu blöd. Tendenziell tippe ich auf Letzteres. ;-)

Also zum Problem:

Ich möchte einen NPN-Transistor als Schalter benutzen, damit nicht 
zuviel Strom über meine Schieberegister fließt. (Viele Leds dahinter...)

Jetzt habe ich glücklicherweise vor dem einlöten ein paar kleine Tests 
aus meinem Steckbrett gemacht und als Ergebnis rausgefunden, das das 
Mistding nicht macht was es soll!

Eigentlich sollte der Transistor ja U(CE) schalten, sobald eine Spannung 
an der Basis anliegt. Leider passiert folgendes:

(1)
C: V(CC)
B: V(CC)
E: LEDS -> LEDS leuchten
(Bis hier hin machts Sinn...)

(2)
C: MASSE
B: V(CC)
E: LEDS -> LEDS sind aus, weil Kurzschluss...
(check ich net, habe ich aber ohnehin nicht vor so zu schalten...)

(3)
C: V(CC)
B: diverse Widerstände (150 bis 1,5k Ohm)
E: LEDS -> LEDS leuchten verschieden stark, abhängig vom Widerstand

(4)
C: Minuspol der LEDS (ich komme mit Kathode und Anode immer 
durcheinander...)
B: V(CC)
E: MASSE
-> Kurzschluss

(5)
C: nix
B: V(CC)
E: LEDS -> LEDS leuchten

Eigentlich hatte ich vor so eine Schaltung zu löten:

         ----o---o------VCC
         |   |   |
         V   V   V
         -   -   -
         |   |   |
         ----o---o------|
                        |C
                      |/
       Schiebereg.----|
                    B |\
                        |E
                        |
                       ===
                       GND

Das geht jetzt aber schlecht, weil dann Fall (4) also Kurzschluss 
eintritt.

Zudem sagt mir Fall (3), dass an die Basis kein Widerstand sollte, damit 
die LEDS ihre gesamte Leuchtkraft ausnutzen können.
Dann wiederrum läuft aber Strom über die Basis also das Schieberegister, 
was ich ja grade verhindern will! (Im letzten Punkt bin ich mir nicht 
ganz sicher, da mein Multimeter mir bei Fall (1) pausenlos schwankende 
Werte sowohl am Collector als auch der Basis ausgibt.)

Helft mir bitte dieses Mysterium zu lüften. :-)

so long... JayJay

Autor: A. K. (prx)
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JayJay wrote:

> Eigentlich hatte ich vor so eine Schaltung zu löten:

... um damit schnellstmöglich LEDs und Transistor abrauchen zu sehen.

Bei deiner Experimentierfreude kann das u.U. schon passiert sein.

Autor: Irgendeiner (Gast)
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Transistoren NIE ohne Basiswiderstand benutzen.

Kannst du eigentlich ausschließen das der Transistor schon kaput ist?
Bezüglich der Basisstrom bemessung muss du einfach das Datenblatt
dir anschauen.
Du schaust dir an wie groß die Stromverstärkung vom Transistor ist.
Diviedierst den LED Strom durch den Verstärkungsfaktor( hfe )
verdoppelst das ganze nochmal vorsichtshalber und begrenzt den Strom
auf diesen Wert mit einen Widerstand am Ausgang vom Schieberegister.
Fertig =)

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Zum wiederholten Mal: Ein Bipolartransistor ist stromgesteuert! Wenn 
Du da ohne Basiswiderstand eine Spannung niederohmig an die Basis 
anlegst, die höher ist als die Flussspannung der Basis-Emitter-Strecke, 
dann raucht der Transistor ab und möglicherweise auch das 
Schieberegister (speziell dann, wenn der Transistor nicht sofort 
abraucht und eine Weile ein viel zu großer Strom aus dem Schieberegister 
gezogen wird)!

Tip:
http://www.elektronik-kompendium.de

Autor: ... ... (docean) Benutzerseite
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vor jede LED ein R

vor B auch ein R oder nimm FETs

Autor: ... (Gast)
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>Transistoren NIE ohne Basiswiderstand benutzen.

...es sei denn du hast einen Emitterfolger!

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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... ... wrote:
> vor jede LED ein R
Richtig, die LEDs brauchen genauso Vorwiderstände. Die sind nämlich im 
Prinzip auch stromgesteuert...

Autor: Oliver (Gast)
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>Eigentlich sollte der Transistor ja U(CE) schalten, sobald eine Spannung
>an der Basis anliegt.

Bipolare Transistoren werden durch Strom angesteuert. Wenig Strom in die 
Basis rein - wenig Strom durch Kollektor-Emitter. Mehr Strom in die 
Basis - mehr Strom durch Kollektor-Emmitter. Viel Strom in die Basis 
(weil kein Basiswiderstand) - Transistor kaputt.  Das ist sei der 
Erfindung der Dinger so.

Oliver

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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1. Braucht jede LED ihren eigenen Vorwiderstand
2. Muss du den Strom durch die Basis mit einem Widerstand begrenzen.


Dein Fall 3 ist ein Emitterfolger. Da brauchst du keinen 
Basisvorwiderstand aber du brauchst trotzdem fuer jede LED einen 
Vorwiderstand er sei denn du kannst die LEDs in reihe schalten, dann 
brauchst du nur einen.

Dein Fall 1 ist wie Fall 3 jedoch ohne Basisvorwiderstand.

Bei deinem Fall 4 fliesst durch die Basis ein sehr grosser Strom.
Die Basis-Emitterstrecke hat eine exponentielle Kennlinie. Das heist 
kleine aenderungen der Spannung haben grosse aenderungen beim Strom zur 
folge.
Wenn du da jetzt eine Spannung von einigen Volt versuchst anzulegen 
fliesst aufgrund der Kennlinie dort ein hoher Strom bis irgendwas 
nachgibt . Meistens der Transistor. Deshalb muss du den Strom in die 
Basis mit einem Widerstand begrenzen.

Zum Basisvorwiderstand:

Bei gegebenen Kollektorstrom IC errechnet sich der Basisstrom IB wie 
folgt.

IB = IC / B

B ist deine Stromverstaerkung (Aus Datenblatt)

Um sicher zu gehen (Exemplarstreuungen) gibt man einen Sicherheitsfaktor 
von 3 .. 10 dazu.

Also sollte der Strom durch den Vorwiderstand rund 3.. 10 IB betragen

Jetzt kannst du den Widerstand ausrechnen:

RV = (UB - UBE)/(IB * 5)

UB deine Betriebsspannung
UBE bei Silizium rund 0.7V
RV der Wert des Widerstandes

Gruss Helmi

Autor: JayJay (Gast)
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Ok zu den LEDS... meine Zeichnugn ist da ein bissl schlecht... die LEDS 
sind jeweils zwei in Reihe geschaltet. Damit bleibt für beide etwa eine 
Spannung von 1.9 V bei VCC 5V und das ist genau richtig...


Um die LEDS geht es ja auch gar nicht, sondern um den Transistor...

Würde denn bei dieser Schaltung der Strom für die LEDs komplett von C 
kommen (oder zumindest größtenteils)?

               Schieberegister
                     |
                    B|
                    ---
       ---o--o------/ \--VCC 5V
       |  |  |     E   C
       V  V  V
       -  -  -
       |  |  |
       |  |  |  LEDs
       V  V  V
       -  -  -
       |  |  |
       ---o--o-----------GND

@ Irgendeiner: Hab mir n ganzes Pack Transistoren bei reichelt 
gekauft... hab 5 getestet... verhalten sich alle gleich!

Autor: Hubert G. (hubertg)
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Warum willst du die LEDs unbedingt an den Emitter schalten.
Emitter auf GND, 1k von der Basis zum Schieberegister, LEDs vom 
KOllektor nach +5V, Vorwiderstand wirst du trotzdem brauchen.

Autor: Trauergast (Gast)
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> verhalten sich alle gleich!

Ja, Du hast vermutlich alle zerstört.

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>Damit bleibt für beide etwa eine
>Spannung von 1.9 V bei VCC 5V und das ist genau richtig...

Zum x.ten mal. LEDs sind Stromabhaengige Bauteile. Du kannst da nicht 
einfach wie bei Gluehlampen die Spannungen addieren und dann schauen ob 
das mit der Versorgungsspannung hinkommt. Wenige mV Spannung mehr hat 
schon einen grossen Stromanstieg zur folge. Da muss ein Vorwiderstand 
rein.

Autor: JayJay (Gast)
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Ok... danke Helmut für den ausführlichen Text.

Mein Transistor ist ein "Wald und Wiesen" Transistor mit Namen 2N 3904.

Das entsprechende Datenblatt findet sich z.B. hier:

http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/philips/...

Dort findet sich auf Seite 3 "HFE" (DC Current Gain). Ist das die 
gesuchte Stromverstärkung?

Wenn ja, dann müsste die Rechnung doch so aussehen:

IC = 8 LEDs * 20mA = 160mA
B oder HFE lt. Datenblatt: bei IC 100mA mindestens 30(mA?)

-> IB = 160 / 30 = 5,3 mA

IB * 5 = 26,6 mA

UBE = VBEsat im Datenblatt? Wenn ja, dann wahrscheinlich ca. 950mV.

-> RV= (5V-950mV)/26,6mA
     = (5V-0,95V)/0,026A
     = 155 Ohm

Das bedeutet also, dass ein 150 Ohm Widerstand vor der Basis dafür 
Sorgen sollten, dass mehr oder weniger der gesamte Strom über die 
CE-Strecke läuft, der Transitor nicht kaputt geht und die LEDs in der 
gewünschten Helligkeit leuchten. Oder habe ich jetzt was falsch 
verstanden?

Entsprechender Schaltplan:

              Schieberegister
                     |
                     -
                 150| |
                     -
                     |
                    B|
                    ---
       ---o--o------/ \--VCC 5V
       |  |  |     E   C
       V  V  V
       -  -  -
       |  |  |
       |  |  |  insgesamt 8 LEDs a 20 mV
       V  V  V
       -  -  -
       |  |  |
       ---o--o-----------GND

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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JayJay wrote:
> Ok... danke Helmut für den ausführlichen Text.
>
> Mein Transistor ist ein "Wald und Wiesen" Transistor mit Namen 2N 3904.

Das ist ein NPN Typ


>               Schieberegister
>                      |
>                      -
>                  150| |
>                      -
>                      |
>                     B|
>                     ---
>        ---o--o------/ \--VCC 5V
>        |  |  |     E   C
>        V  V  V
>        -  -  -
>        |  |  |
>        |  |  |  insgesamt 8 LEDs a 20 mV
>        V  V  V
>        -  -  -
>        |  |  |
>        ---o--o-----------GND

Schalt den mal besser so, dass die Leds an seiner Collector Seite sind 
und der Transi die Masse der Leds nach GND durchschaltet.
Das Problem, dass deine LED keinen Vorwiderstand haben, bleibt aber nach 
wie vor bestehen.

Autor: JayJay (Gast)
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>Warum willst du die LEDs unbedingt an den Emitter schalten.
>Emitter auf GND, 1k von der Basis zum Schieberegister, LEDs vom
>KOllektor nach +5V, Vorwiderstand wirst du trotzdem brauchen.

Also dann doch diese Taktik oder wie?

         ----o---o------VCC
         |   |   |
         V   V   V LEDs mit Vorwiderständen
         -   -   -
         |   |   |
         ----o---o------|
                        |C
             1k__     |/
Schiebereg.-|____|----|
                    B |\
                        |E
                        |
                       ===
                       GND

Ich muss zugeben mittlerwile bin ich ein kleines bisschen verwirrt... 
:-)

Autor: ms (Gast)
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So sieht die sache doch schon mal nicht schlecht aus

Autor: JayJay (Gast)
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muss der Widerstand jetzt 150 Ohm oder 1k Ohm sein?

Autor: Hubert G. (hubertg)
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Genau so.
Plaziere das mal auf dein Steckbrett und du wirst sehen es passt.

Autor: JayJay (Gast)
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Tuts wirklich... ich bin angenehm überrascht! ^^

Danke für eure Hilfe... endlich hab ich diese kleinen Mistdinger 
(zumindest ansatzweise) kapiert. =)

Jetzt wird gelötet!

Autor: ... ... (docean) Benutzerseite
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mach trotzdem Rs vor die LEDs, schaden kann es nie (zumindest zum 
testen)

Autor: gast (Gast)
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JJ wurde in bayern erschossen, heute macht er wieder experimente mit 
transistoren.

--Der Transistor gehorcht seinem Datenblatt nicht!

frage? hast du das datenblatt je gelesen oder verstanden?

tstststs

Autor: gast (Gast)
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@ jayjay Datum: 30.03.2009 16:26

"B oder HFE lt. Datenblatt: bei IC 100mA mindestens 30(mA?)"

B (ohne Masseinheit) gibt den Verstärkungsfaktor an von Basis zu Emitter

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Merke: Eine Verstärkung gibt ein Verhältnis zweier vergleichbarer Größen 
(also Größen derselben Einheit) wieder und ist demzufolge eine nackte, 
dimensionslose Zahl.

Autor: JayJay (Gast)
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>frage? hast du das datenblatt je gelesen oder verstanden?

gelesen: ja!
verstanden: naja... hust hust... jetzt schon einigermaßen.

Danke nochmal für eure Hilfe... viele kleine Nebel haben sich heute für 
mich gelüftet. =)

Ciao!

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>IC = 8 LEDs * 20mA = 160mA

Das ist schon heftig fuer den 2N3904

Im Datenblatt steht zwar 200mA aber das ist der absolute maximal Wert 
unter den man tunlichst bleiben sollte. Zwecks langer Lebensdauer wuerde 
ich den maximal 100mA zumuten.  Bei 100mA hat der ein hfe von ca 30.

Also einen Vorwiderstand mit einer Uebersteuerung von 3

IB = 100mA / 30 = 3.33mA
mal Faktor 3 = 10mA

Die High Ausgangsspannung vom Schieberegister bei dem Strom nehmen wir 
mal mit 4.3V an. Bleiben fuer den Vorwiderstand  4.3 - 0.7V = 3.6V
Daraus ergibt sich ein Widerstand von 3.6V / 10mA = 360 Ohm.

Besser du nimmst einen BC337 . Der kann 1. mehr Strom (absolute Maximum 
Rating 800mA) also deine 160mA schafft der spielend mit reserve und der 
hat ein hoeheres hfe von 60 bei 300mA

Gruss Helmi

Autor: JayJay (Gast)
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Gut dann werd ich mir die BC337 Brüder zulegen... danke für den Tipp!

Ich hab großes Interesse daran, dass die Transistoren lange leben, da 
sie in einer Wanduhr verbaut werden und Wanduhren bekanntlich auch am 
nächsten Donnerstag funktionieren sollen! =)

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