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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Optimaler Basiswiederstand für NPN-Transistor?


Autor: Sebastian Wille (Gast)
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Hi,

ich habe gerade eine Schaltung mit 9 (voneinander unabhängigen)
NPN-Transistoren gelötet. An jeder Basis hängen 10kOhm, soweit so gut.

Nun habe ich mir gedacht, daß ich an einem Collector meine Vcc -100mV
oder so bekomme. Von wegen. Es hängt stark von der Last, sprich den
gezogenen mA, ab. Mehr mA bekomme ich bei einem
1kOhm-Basis-Widerstand.

1.)
Soll ich also gleich nur 10 Ohm verwenden und gut ist's? Aber warum
heißt es dann immer 10kOhm als Richtwert?

2.)
Ich dachte immer, wenn an der Basis 800mV anliegen, schaltet der
Transistor komplett (!) durch. Das ist richtig, oder? Wie kann ich
ausrechnen, welchen Widerstand ich für welchen Strom brauche?

Vielen Dank im voraus! :-)

Sebastian

Autor: Chris (Gast)
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Hallo,

Du kannst auch mal 2,2kOhm probieren. Meist hast Du aber mehr als 100mV
Spannungsabfall am durchgeschalteten Transistor.

zu 2: Den erforderlichen Basisstrom entnimmt man dem
Kennlinien-Diagramm des Transistors und rechnet dann den Widerstand
aus, den man benötigt, um bei gegebener Ansteuer-Spannung minus den
0,7V Ube auf den geforderten Basisstrom zu kommen.

Gruß

Autor: Rahul (Gast)
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Wenn Du bei einem NPN-Transistor als Schalter am Kollektor eine Spannung
von Vcc-0,1V messen willst, liegst du wohl etwas falsch.
Normalerweise werden NPN-Transistoren mit dem Emitter an Masse gelegt.
Am Kollektor befindet sich dann die Last und am anderen Pol der Last
befindet sich Vcc.
Deine Beschreibung lässt mich vermuten, dass Du die Transistoren
irgendwie falsch betust.

Könntest Du mal Deine Schaltung mal bitte posten? Dann kann man dir
besser helfen.


Im Normalfall berechnet sich der Vorwiderstand aus der angelegten
Schaltspannung und der Spannung, die über die Basis-Emitter-Strecke
abfällt.
Der Strom der über diesen Weg fliesst berechnet sich aus dem
Verstärkungsfaktor B des Transistors. Bei Standardtypen liegt der so
bei 500. Willst Du also 100mA schalten, brauchst Du mindestens einen
Eingangs-(Basis-)Strom von 200µA. Da man Transistoren gerne mit Faktor
3-5 übersteuert, um sicher zu gehen, dass sie auch wirklich schalten,
nimmt man einen Basis-Strom von 1mA (=1000µA) an.
Schaltspannung: 5V, Basis-Emitter-Spannung: 0,7V => Spannung über
Vorwiderstand: 4,3V
Strom über Vorwiderstand:0,1mA = 0,001A
Ergibt einen Vorwiderstand von 4,3kOhm

Gruß Rahul

Autor: crazy horse (Gast)
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so einfach ist das nicht:-)
10k ist in deinem Fall falsch, 10R wären auch falsch, die Wahrheit
liegt irgendwo dazwischen.
Zur Dimensionierung: der ordinäre Bipolar im Emitterschaltung ist ein
Stromverstärker. Also der Kollektorstrom ist um ein entsprechendes
Vielfaches höher als der Basisstrom. Im Umkehrschluss heisst das, der
Basisstrom ist abhängig vom geforderten Kollektorstrom.
Leider ist die STromverstärkung keine Konstante, sie ist von Typ zu Typ
und von Exemplar zu Exemplar verschieden und auch noch vom Arbeitspunkt.
Generell gilt: bei höherem Kollektorstrom nimmt die Stromverstärkung
ab.
Man nimmt den garantierten Wert der Grosssignalverstärkung, liegt bei
üblichen Transistoren im Bereich von 30-50, kann auch mehr oder weniger
sein, im Zweifelsfall ins Datenblatt schauen.
Dann den geforderten Kollektorstrom, dividiert durch die
Stromverstärkung, dann nochmal mit 2 multiplizieren, wenn nicht höchste
 Schaltgeschwindigkeit gefordert ist (Übersteuererung verlängert die
Ausschaltzeit des Transistors), und schon hast du den nötigen
Basisstrom.
Beispiel: Kollektorstrom 500mA, Stromverstärkung 50, -> Basisstrom 10mA
*2=20mA. Wird der Transistor von einer 5V-Quelle gesteuert, berechnet
sich der Basiswiderstand zu (5V-0,7V)/20mA=215R, gewählt wird 220R. Zu
hoher Basisstrom bringt nichts mehr ausser zus. Verlustleistung und
verlängerten Schaltzeiten.

Autor: Christof Krüger (Gast)
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Grob gesagt, wirken Transistoren bei hohem Basisstrom als Schalter und
bei niedrigerem eher als Verstärker, so dass der Basisstrom ziemlich
linearen Einfluss auf den Kollektorstrom hat. Die Verstärkung kannst du
den Kennlinien aus dem Datenblatt entnehmen oder pi mal daumen auch
messen. Mein Conrad-Multimeter hat z.b. so eine messvorrichtung, wo man
den Transistor hineinstecken kann und er zeigt die ungefähre Verstärkung
an.

Autor: Sebastian Wille (Gast)
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Hallo,

vielen Dank zunächst für die Erklärungen! :-)

@Chris:
Du hast recht, es sind einige 100mV! Ich werd' jetzt auch im
Datenblatt nochmals genauer nachschauen!

@Rahul:
Ich habe es etwas unglücklich beschrieben, das stimmt. Ich messe
zwischen Collector und Vcc. Die Schaltung hatte ich aber trotz allem so
aufgebaut, wie Du es auch beschrieben hast, siehe Anhang!
Danke auch für das Rechenbeispiel! Jetzt habe ich endlich mal einen
Anhaltspunkt! :-)
Wenn ich zwischen Collector und GND messe, bekomme ich dann die
"Verlustspannung" des Transistors?

@crazy horse:
Hm, also dann doch nicht immer pauschal 10Ohm, schade! ;-)
Dir auch nochmals vielen Dank für die Rechnung! Ich bin mir jetzt nur
nicht ganz sicher, ob ich von einer Verstärkung 50x oder 500x - wie
Rahul meinte - ausgehen soll. Sind die Unterschiede so immens? Naja,
vielleicht sagt das Datenblatt mehr dazu...

@Christof:
Mein Multimeter zeigt nur mV-Angaben, z.B. 350mV. Sind das die 350mV
die vom Emmiter hin zum Kollektor "verloren" gehen?

@ALLE:
Wenn ich mit dem MC eine LED per Transistor steuern möchte, eignet sich
hier eher ein NPN-, oder PNP-Transistor oder ist das egal? Wo liegen
Vorteile?

Vielen Dank nochmals an alle! :-)

Sebastian

Autor: Christof Krüger (Gast)
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Ich habe das Gefühl, dass du grad Strom (in Ampere) mit Spannung (in
Volt) durcheinander bringst, kann das sein? Was für eine Last willst du
denn speziell betreiben? Wie viel mA braucht denn deine Last zum
Betrieb?
Die Frage, ob du NPN oder PNP brauchst, lässt sich darauf zurückführen,
ob du möchtest, dass der Transistor schaltet, wenn dein Pin low oder
high ist. Einige Microcontroller können das eine besser ab als das
andere, aber das hängt von deinem controller ab.

Autor: Sebastian Wille (Gast)
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Hi Christof,

eigentlich verwechsle ich Spannung und Strom nicht! Meinst Du wegen dem
"verloren" gehen. Ich meinte damit, daß meine Spannung zwischen
Collector und Vcc gegenü+ber GND und Vcc um einige 100mV geringer ist.
So wie bei einer Diode auch einige 100mV durch die Überwindung der
PN-Schicht verloren gehen.

Meine Lasten sind unterschiedlich, eine 40mA, die andere 200mA.

Falls der Unterschied zwischen PNP und NPN nur die "Ansteurung" über
die Basis ist, dann bleibe ich natürlich beim NPN, ist für's
Programmieren bequemer! :-)
Ich dachte nur, daß das eine oder andere noch elektrische Vorteile
hätte. So wie beim MC, der mehr mA bei LOW als bei HIGH liefert. Man
soll LEDs - wenn überhaupt - ja an Vcc hängen und GND vom MC beziehen
und nicht umgekehrt!

Sebastian

Autor: Christof Krüger (Gast)
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Okay, jetzt weiss ich was du meinst. Die "einigen 100mV" sollten ca
0.7V sein. "Einige 100mV" klang so nach viel weniger als 700mV.

Du hast schon richtig gesagt, dass einige µC mehr mA an einem
vertragen, der LOW ist als an einem, der HIGH ist. Das wäre bei
direkter Beschaltung einer Last von besonderer Bedeutung, wenn du das
aber über einen Transistor machst, musst du darauf achten, dass dein
Basisstrom eben nicht zu gross wirst. Wenn du größere Lasten schaltest,
brauchst du also evtl. auch einen Transistor mit ausreichender
Verstärkung, da du sonst deinen Pin wieder zu stark belastest. Sollte
dein µC also wirklich verschieden viel Strom vertragen, abhängig von
LOW/HIGH, wäre es besser, PNP zu nehmen, wenn du eben grosse Lasten,
schwache µC oder schwach verstärkende Transistoren zur Hand hast.


Was für Transistoren benutzt du denn?

Autor: Sebastian Wille (Gast)
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Hi Christof,

ich verwende NPNs und den AVR Mega128.

Ich denke, daß es bei meinen geringen mA-Strömen an der Basis noch egal
ist, ob PNP oder NPN.

Das war auch nur ein Beispiel von mir. Ich wollte viel mehr auf andere
(!) Effekte anspielen, die meine Wahl ob PNP oder NPN, beeinflussen
könnten. Ich meinte nur, daß ich diesen speziellen Effekt bei µCs auch
nicht kannte und es ja sein kann, daß es noch andere Gründe gibt...

Mit "einigen 100mV" meinte ich eigentlich schon so 350mV, die mein
Multimeter angezeigt hat, und nicht 700mV. Was zeigt das Multimeter
dann an? Collector-Emitter-Spannung?

Was für ein Alternativ-Bauteil gibt es, wenn ich nicht so viele mV
"verlieren" will? Mosfets?

Danke ncohmals! :-)

Sebastian

Autor: Christof Krüger (Gast)
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Ich hätte genauer Fragen sollen. Es gibt auch verschiedene NPNs, also
was steht auf den Transistoren drauf?

Die aktuellen AVRs (ATmega etc.) können bei LOW und bei HIGH gleich
viel vertragen. Das ist aber eben µC-spezifisch.

Ich hatte bisher immer so 600-700mV Spannungsdifferenz, aber da fehlt
mir auch die Erfahrung zu, um mit sicherheit etwas daraus zu
schliessen.

Bei Mosfets hört mein Halbwissen dann auch schon auf, da müssten dann
mal andere ran :)

Autor: Sebastian Wille (Gast)
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Hi Christof,

ach so, den genauer Typ hast Du gemeint.

Der NPN: BC547A (110-220 gain) (im Moment verwendet)
Der PNP: BC557B (180-460 gain) (Alternative)

Wobei die Verstärker-Angaben ja nicht so präzise sind... Liegt aber
glaube ich auch wieder an der angelegten Spannung, der Strom, der
fließt usw...

Das mit der Spannungsdifferenz messe ich heute Abend nochmal genauer
nach.

Sebastian

Autor: crazy horse (Gast)
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Stromverstärkung von 500 bei nennenswerten Kollektorströmen kannst du
vergessen.
Schau dir zum Bleistift mal das an:
http://www.schulseiten.de/elektronik/bohrplotter/d...
Da sieht man sehr schön die Abnahme der Stromverstärkung in
Abhängigkeit vom Kollektorstrom, und auch die Tabelle ist
aussagekräftig, 100..600 bei 100mA, aber nur noch garantierte 40 bei
500mA. Und wenn man 500mA schalten möchte, muss man eben mit den 40
rechnen.
Ansonsten: Mosfets sind oft die bessere Wahl.

Autor: Maddin (Gast)
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@Sebastian

Du sagst Du hast Lasten bis zu 200mA,
die BC54x vertragen aber nur max. 100mA.

Ist mir eh unverständlich warum so viele mit den BC54x rummachen,
nimm nen BC337 (NPN) oder BC327 (PNP).
Die sind genauso billig, vertragen aber 500mA.
Mit den BC3x7-40 Versionen der beiden Transistoren hast Du auch noch
einen höheren Verstärkungsfaktor, und somit weniger Basisstrom was dem
µC besser gefällt.

Gruß,
Maddin

Autor: Maddin (Gast)
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Da war der irre Gaul schneller :D

Autor: Christof Krüger (Gast)
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Ich habe mal bei Reichelt unter MOSFETs geschaut, da sind gaaaanz viele
verschiedene Kategorien mit verschiedenen MOSFETs jeweils ohne genauere
Beschreibung. Gibt es irgendwo eine schöne Übersicht, welche Typen
welche Eigenschaften haben? Für jeden Typ, der da zu sehen ist, eigens
ein Datenblatt zu suchen, wäre ja bissel viel arbeit ;)

Autor: Sebastian Wille (Gast)
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Hi,

danke ertsmal wieder für die Antworten! :-)

@crazy horse und @Maddin:
Im Datenblatt sieht man das Ganez sehr schön, vielen Dank! Ja, dann
werde ich wohl nächstes mal 100 Stück von den BC3x7nern bestellen. Ich
hab' mir halt mal irgendeinen Typ rausgesucht und bestellt. Ich wollte
nicht mehrere 100 Datenblätter durchkämmen! ;-)
Nachher brauche ich das Alles in SMD. Kann ich da auch die BC3x7ner als
SMD nehmen oder gibt's da noch speziellere Typen?

@Christof:
Genau das ist mein Problem. Es gibt Unmengen, welchen Typen nehmen? Und
ich habe keine Ahnung, wie ich einen Mosfet als Schalter verwenden kann,
ich muß aber auch nochmal in google suchen...

Danke auf jeden Fall nochmals!

Sebastian

Autor: Christof Krüger (Gast)
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http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0510161.htm

Musst am Gate eine Spannung anlegen. Das Schalten ist stromfrei. Es
gibt wohl spezielle MOSFETs, die bei TTL-Pegeln durchschalten, legst du
also 5V an, hat der MOSFET einen sehr kleinen Innenwiderstand von source
zu drain, legst du 0V an, so sperrt er.

Autor: Maddin (Gast)
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@Sebastian

Als SMD Ersatz für den BC337 kannste den BC817,
und für den BC327 den BC807 nehmen.

Auch zu diesen beiden gibt es ausführliche Datenblätter von
z.B.Philips.
www.semiconductors.com -> Oben rechts bei 'Search' einfach BC807
eingeben.

Gruß,
Maddin

Autor: Fritz Ganter (Gast)
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Bei den Mosfets kannst du z.B. IRL2203NS nehmen, der ist Logik-Level und
hat 7mOhm. Ist leider im recht grossen D2PACK. Wennst ein kleineres
Gehäuse brauchst, geh auf www.irl.com auf parametric search.

Passend und klein wäre z.B. der IRLL3303 im SOT-223 Gehäuse, hat
allerdings 31mOhm RDSon.

Bei 200mA fallen dann am MOSFET 6mV ab und verbraten dann 1mW.

Frag mich aber nicht wo du den bekommst, Reichelt hat keine IRLL.

Autor: Christof Krüger (Gast)
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Kann man die Kenndaten irgendwie aus dem Typennamen herdeuten?

Autor: Christof Krüger (Gast)
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Autor: Fritz Ganter (Gast)
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Ich nehme an das L bei IRL steht für Logic-Level. Mehr sieht man aber
nicht.

Es haben aber die meisten Hersteller ein "Parametric Search" auf der
Webseite, wo du die richtigen Bauteile rausfinden kannst.

Autor: Christof Krüger (Gast)
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Die irl.com-seite, die du angegeben hast, ist ein irischer
Webseitenkatalog... sicher, dass die auch MOSFETs kategorisiert haben?

Autor: crazy horse (Gast)
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www.irf.com

Autor: Fritz Ganter (Gast)
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Genau, ich hab mich verschrieben, sorry.

Autor: wolli (Gast)
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Wenn es trotzdem ein bipolarer Typ sein soll, es gibt auch integrierte
Darlington-Transistoren, die haben dann eine Stromverstärkung von
2000-10000 (oder mehr).

Autor: crazy horse (Gast)
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das hatten wir hier schon mehrfach, ungeeignet, da hohe Restspannung.

Autor: crazy horse (Gast)
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Autor: wolli (Gast)
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Hat er geschrieben, was er schalten will? Bei 100V stören 2V
Restspannung wohl kaum. Bei Leistungsschaltern im Kleinspannungsbereich
wüßte ich nicht, warum man überhaupt noch Bipolartransistoren nehmen
sollte.

Autor: Walter B (Gast)
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Man legt den Basiswiderstand so aus, daß etwa 5% des Laststromes in der
Basis fließen.

Als Transistoren nimmt man japanische Typen; diese haben nahezu immer
bessere Eigenschaften als die angestaubten BC und BD Typen.

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