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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Anfängerfrage: Wie finde ich geeigneten Transistor?


Autor: Ben (Gast)
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Hallo,

ich bin Anfänger im Bereich der Elektronik und suche für eine wohl recht 
einfache Aufgabe Hilfe.

Und zwar möchte ich einfach die folgende LED mit einem PWM-Signal eines 
Mikrocontrollers (5V) ansteuern. Hier die LED: 
http://www.led1.de/shop/product_info.php?pName=led...

Es stehen von extern 5V zur Verfügung, also muss ich wohl einen 
Vorwiderstand, wie angegeben zu 22 Ohm, verwenden.

Aber wie finde ich jetzt einen Transistor, über den ich die LED geeignet 
ansteuern kann? Also ich weiß einfach nicht, auf welche Angaben es im 
Datenblatt eines Transistor ankommt.

Perfekt fände ich es, wenn jemand einen Transistor vorschlagen könnte, 
und mir erklären könnte, wieso dieser passt.

Vielen Dank schonmal im Voraus.

Autor: Timmo H. (masterfx)
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Da du den Transistor für PWM praktisch als Schalter betreibst, eignet 
sich eigentlich jeder Transistor. z.B. ein BC548.

Autor: 877a (Gast)
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im datenblätter stehen alle angaben drin.
Typische transistoren:
2n3055
bc337
bc546
bd139
bd140
usw. du musst dir die passende im datenblatt nachschauen und für deine 
schaltung die richtige transistoren raussuchen.Du musst auf die 
spannungen sowie die ströme achten wie viel max. liefern können.

Autor: Ben (Gast)
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na gut, das ist ja schon mal beruhigend.
Aber ich würde gerne verstehen, warum das so ist.

Habe mir mal das Datenblatt des BC548 angesehen. Anscheinend denk ich 
ganz falsch. Ich dachte bisher immer, dass wenn ich an der Basis einen 
gewissen Schwellwert überschreite, dass dann der Transistor 
durchschaltet. Aber ab welcher Spannung schaltet der Transistor denn 
durch? Wo steht das im Datenblatt? Oder denk ich da irgendwie total 
falsch?

Autor: Bastler (Gast)
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Du suchst Ube, die Spannung zwischen Basis und Emitter.

Die liegt bei ca.0,7V.
Es ist letztendlich "nur" eine Diode die "geöffnet" werden muss.

Autor: yalu (Gast)
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Um am Anfang wenigstens ein Bisschen den Durchblick im Transistor-
dschungel zu behalten, kannst du folgendermaßen vorgehen:

1. Nomenklatur

Nach der amerikanischen Nomeklatur beginnen die Transistornamen meist
mit 2N (z.B. 2N2222 oder 2N3055), nach der japanischen mit 2S (z.B.
2SC1815). Für den Anfang kann man sich auf europäischen Tranistsoren
beschränken, da es diese in ausreichender Auswahl gibt und die Bezeich-
nungen relativ gut den Transistortyp wiedergeben:

Der erste Buchstabe bezeichnet das Halbleitermaterial (A=Germanium,
B=Silizium). Germaniumtransistoren werden heute nur noch selten
verwendet.

Der zweite Buchstabe steht für den Einsatzzweck (C=Universal,
D=hohe Leistung, F=Hochfrequenz, U=hohe Spannung).

So ist also ein ACxxx ein Germaniumuniversaltransistor und ein BDxxx
ein Siliziumleistungstransistor.

2. Auswahl

Wenn du dich für einen Grundtyp entschieden hast (für die LED ist ein
BC-Typ das Richtige), gehst du auf die Webseite eines Elektronikhändlers
(Reichelt, Kessler usw.), schlägst die Seite mit den BC-Transistoren
auf. Da gibt es natürlich sehr viele davon, und du brauchst jetzt eine
Suchreihenfolge. Als erstes Auswahlkriterium nimmst du den Preis, denn:

- Zuviel Geld hast wahrscheinlich nicht einmal du.
- Billig ist meist das, was in großen Stückzahlen hergestellt wird. Was
  für die Masse gut ist, ist (zumindest in diesem Fall) meist auch für
  dich gut.
- Was billig und damit in Massen verkauft wird, bekommst du auch bei
  anderen Händlern und auch noch in 10 Jahren. Das ist wichtig, wenn
  deine Schaltung irgendwann einmal in Serie gefertigt werden soll.

Gleich als nächstes überlegst du, ob du einen NPN- oder einen PNP-Typ
brauchst. Das ergibt sich aus der Anordnung der Bauteile in deiner
Schaltung. Hast du die Möglichkeit, die Schaltung wahlweise für einen
NPN- oder einen PNP-Typ auszulegen, wählst du die Variante mit dem
NPN-Typ. Um einfach eine LED über einen Mikrocontroller einzuschalten,
ist i.Allg. ein NPN-Typ in Emitterschaltung richtig.

Ein weiteres wichtiges Kriterium ist die Befestigungstechnik: Wenn dir
die SMD-Löterei etwas suspekt ist, lässt du die entsprechenden Modelle
erst einmal alle außen vor. Ein typisches Nicht-SMD-Gehäuse für Univer-
saltransistoren ist TO-92. Es gibt im Internet bebilderte Listen mit den
einzelnen Gehäuseformen, ich finde nur gerade keine.

Wenn du jetzt also bei Reichelt die BC-Transistoren nach Preis aufstei-
gend sortiert hast, siehst du erst einen Schwung SMD-Tranistoren. Dann
kommen ein paar Transistoren im TO-92-Gehäuse, die sind aber PNP. Etwas
weiter unten kommt der erste NPN-Transistor in TO-92, nämlich der
BC547C. Netterweise stehen gleich ein paar Eckdaten dabei:

  45V  0,1A  0,5W

Die 45V sind die maximale Kollektor-Emitter-Spannung, in deinem Fall
also die Spannung, die du maximal schalten kannst. Da die LED bei Weitem
keine 45V braucht und deine Versorgungsspannung eher in der gegend von
5V liegt, bist du auf jeden Fall auf der sicheren Seite.

Deine LED wird typisch mit 20mA (max. 30mA) betrieben. Der BC547C kann
100mA, also ist auch hier noch Luft.

Zur maximalen Verlustleistung (0,5W): Wenn deine LED eingeschaltet ist,
fließen bspw. 20mA. Ist der Transistor voll durchgesteuert (in Sätti-
gung) beträgt die Kollektor-Emitter-Spannung bei diesem geringen Strom
typischerweise zwischen 0,1V und 0,2V (Genaueres steht im Datenblatt).
Am Transistor wird also maximal die Leistung 20mA·0,2V=4mW in Wärme
umgesetzt. Bis zu 500mW dürfen es sein, also ebenfalls ok.

Nachdem du den Transistor in engere Auswahl gezogen hast, lohnt sich auf
jeden Fall ein Blick ins Datenblatt. Aus den Tabellen und Diagrammen
erfährst du bspw., wie hoch der Basisstrom sein muss, um den Kollektor-
strom von mindestens 20mA bei ausreichend geringer CE-Spannung bereit-
zustellen. Dort ist auch erklärt warum es einen BC547A, BC547B und
BC547C gibt. Der letzte Buchstabe gibt nämlich die Stromverstärkungs-
klasse an. Da eine hohe Stromverstärkung meist wünschenswert ist und in
diesem Fall keinen Aufpreis kostet, ziehst du den BC547C den anderen
beiden vor.

Da in deiner Anwendung HF-und Rauschverhalten keine Rolle spielen, bist
du schon am Ziel angelangt.

Würde deine LED 100mA statt 20mA benötigen, wären die 100mA des BC457
etwas knapp bemessen. Du blätterst also in der Reichelt-Liste weiter und
stößt auf den BC337-40 mit 45V, 0,5A und 0,525W. Das ist genau das,
wonach du suchst. Bei diesem Transistor sind die Stromverstärkungsklas-
sen durch die Endungen -16, -25 und -40 gekennzeichnet. Es wäre ja auch
zu einfach, wenn immer nur A, B und C verwendet würde ;-)

Bei Strömen ab etwa 500mA kommt man an die Grenze der Leistungsfähigkeit
der BC-Typen. Dann geht es weiter mit BD. Der BD135 geht bspw. schon bis
1,5A. Das Problem bei solchen größeren Transistoren: Die Stromverstär-
kung ist nicht besonders hoch, so dass irgendwann der Mikrocontroller
nicht mehr den benötigten Basisstrom liefern kann. Dann muss dem großen
Transistor ein kleiner vorangeschaltet werden, um den erhöhten Basis-
strom bereitszustellen. Man kann diese Kombination von zwei Transistoren
auch fertig als Darlington-Transistor kaufen, von denen ebenfalls einige
in der BD-Reihe zu finden sind (z.B. BD647). Ein Transistortyp der sich
sehr gut zum Schalten höherer Ströme eignet, ist der Mosfet, auf den ich
jetzt aber nicht näher eingehen möchte, sonst bin ich morgen noch mit
Schreiben beschäftigt ;-)

Wie schon oben angedeutet: Wenn die 30-80V die die meisten BC- und
BD-Transistoren abkönnen, nicht ausreichen, suchst du weiter bei BU.
Steigst du in die HF-Technik ein, sind BF-Transistoren eher das
Richtige, wobei bei HF-Anwendungen die Auswahl der Transistoren nicht
mehr das Schwierigste ist ;-)

3. Und wie geht's weiter?

Man könnte natürlich noch viel mehr zu diesem Thema schreiben. Ich hoffe
aber, dass das Geschriebene dir wenigstens grob zeigt, wie man bei nicht
allzu speziellem Anforderungen relativ schnell zu einem gewünschten
Transistortyp kommt, der nicht nur die technischen Anforderungen
erfüllt, sondern auch leicht beschaffbar ist.

Werden die Anforderungen spezieller, helfen oft die Selektionstabellen
auf den Webseiten der einschlägigen Hersteller weiter. Auch Händler wie
Farnell haben teilweise ganz gute Auswahlwerkzeuge.

Wenn du dich intensiv mit Elektronik beschäftigst, wirst du wahrschein-
lich noch viele Schaltungen von Leuten zu Gesicht bekommen, die viel-
leicht schon etwas weiter fortgeschritten sind. Dabei wirst du immer
wieder auf bestimmte Standardtypen von Transistoren (und auch anderen
Bauteilen wie Operationsverstärker u.ä.) stoßen und sehen, welche Bau-
teile "man" üblicherweise für bestimmte Anwendungen einsetzt. Mit der
Zeit setzt sich dann eine Auswahl von bspw. 10 oder 20 verschiedenen
Transistoren und 5 bis 10 verschiedenen OpAmps im Kopf fest, von denen
man die wesentlichen Parameter auswendig kennt, so dass man ohne aufwen-
dige Suche eine schnelle Auswahl treffen kann.

Autor: Dampfmaschin (Gast)
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Wow...selten so eine tolle Zusammenfassung gelesen.
Klasse.

Danke !

Autor: Dampfmaschin (Gast)
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Kann man das nicht ins wiki übernehmen ?

Autor: Anja (Gast)
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Hallo,

ein Transistor wird nicht über Spannung sondern über einen Basisstrom 
gesteuert. (Der Spannungsabfall an der Basis-Emitter-Diode ist ca. 0,7V)

Bei einer Last von 80mA würde ich einen BC639 oder einen 2N2222A 
verwenden.
Ein BC548 mit 100mA Grenzwert ist maximal sinnvoll bis ca 50mA.

Der 2N2222A ist optimiert auf Ströme von ca 100-150mA der BC639 sinnvoll 
bis ca 200-300mA. Oberhalb dieser Ströme geht die Verstärkung sehr 
schnell zurück und man braucht große Basis-Ströme um die Transistoren 
einzuschalten.
Ich achte immer darauf daß ich den Transistor in einem Strombereich 
betreibe wo die Verstärkung noch nicht stark abfällt.

Bei 80mA und BC639 oder 2N2222A (Verstärkung >= 100 bei 80mA) würde ich 
den Basisstrom auf 2-5mA festlegen damit der Transistor sicher 
durchschaltet.
Der Basiswiderstand ist dann 5V-0,7V / Basisstrom also 2K2 .. 820 Ohm.

Autor: Tobi W. (todward)
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Also ich bin auch für einen Wiki eintrag...
Also echt erste sahne... Wie lange hast du gebraucht das zu schreiben?

gruß
Tobi

PS.: @Ben: Deine frage sollte jetz gleube ich beantwortet sein

Autor: Sucher (Gast)
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Hallo

passt zwar nur entfernt zum Thema, aber bei vielen Led Schaltungen 
werden Mosfet verwendet.
Wie wählt man den aus? Strom oder Spannung am GATE..ok. Aber wie bzw. 
wählt man zum Beispiel zwischen einem IRLZ 34N oder einem IRF 530 aus.
Kann mir das einer erklären, ohne zu sagen schau halt ins Datenblatt. 
Bezogen auf die beiden Typen gibs wohl keine großen Unterschiede,oder?

MfG
Achim

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Sucher (Gast)

>wählt man zum Beispiel zwischen einem IRLZ 34N oder einem IRF 530 aus.

Man nimmt, was halbwegs passt und im Laden zu kaufen ist. Fertig. So 
hochwissenschaftlich muss man als Bastler nun weiss Gott nicht vorgehen.

>Bezogen auf die beiden Typen gibs wohl keine großen Unterschiede,oder?

IRLZ ist 55V, 35mOHm, IRF530 ist 100V, 160mOhm. Für LED & Co eher der 
erstere.

MFG
Falk

Autor: Sucher (Gast)
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Hallo

danke für die Antwort.

>>>Bezogen auf die beiden Typen gibs wohl keine großen Unterschiede,oder?

 Ich hatte mich vertan und meinte den Unterschied zwischen einem IRLZ 
34N und einem IRLIZ44N, da ist doch laut Datenblatt der Unterschied 
nicht zu groß (35mOhm zu 22mOhm) aber der Preis 0,42€ zu 0,94€

MfG
Achim

Autor: Falk Brunner (falk)
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Nimm den 34er und gut. Der kann 10A, damit kann man verdammt viele LEDs 
schalten ;-)

Autor: begeisterter (Gast)
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den langen Beitrag von oben sollte man ins wiki tun.

Danke

Autor: Sucher (Gast)
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Hallo Fallk,

ok. Beide können laut Spec ID=30A....

Autor: Michael_ (Gast)
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>Man nimmt, was halbwegs passt und im Laden zu kaufen ist. Fertig. So
>hochwissenschaftlich muss man als Bastler nun weiss Gott nicht vorgehen.
Dies denke ich auch. Wenn man aber eine Serie von 100000 Stck. zu 
verantworten hat oder in Grenzbereiche geht, sieht alles ganz anders 
aus.
Einfach ausprobieren, auch ein 400V-Typ ist brauchbar!
Sehr gut gehen bis 24V die FET von alten PC-Hauptplatinen.

Autor: yalu (Gast)
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@Dampfmaschin:
@To W.:
@begeisterter:

Vielen Dank für die Mitkopplung (äh, ich meine natürlich das positive
Feedback) :)

Den Texte unverändert in einen Wiki-Artikel zu übernehmen, halte ich für
nicht so gut, da er in weiten Teilen zu wenig allgemeingültig ist,
sondern stark auf die Anfrage von Ben eingeht. Zudem sind die Beispiele
mit der Suche in der Reichelt-Artikelliste in dieser Form nur solange
gültig, wie Reichelt die Sortierreihenfolge nicht ändert.

Gegen eine etwas geänderte Fassung im Wiki spricht aber eigentlich
nichts. Im Moment habe ich nur keinen Bock, daran herumzudoktern und
morgen wahrscheinlich keine Zeit. Vielleicht in den nächsten Tagen ...

Wenn aber von euch jemand schon vorher Lust hat, den Artikel zu
schreiben bzw. anzupassen, gerne! Ich gebe hiermit die Erlaubnis, den
obigen Text nach Belieben zu kopieren und zu verändern :)

Autor: Dude (Gast)
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@yalu (Gast)
Danke für die detailierte Erläuterung. Hat mir sehr geholfen.

Gruß vom Dude

Autor: Michael (Gast)
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@yalu

Eine echt schöne Erklärung, prima. Das ist definitiv fürs Wiki 
sicherlich richtig. ;)

Autor: Sucher (Gast)
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Hallo @yalu

vielen Dank für Deine obige super verbale Erklärung. Ist sowas auch für 
den Mosfet- Dschungel möglich, welch die auswahl erleichtert?

MfG
Achim

Autor: ... ... (docean) Benutzerseite
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damit das nicht abhanden kommt, hab ich das schonmal eingefügt
http://www.mikrocontroller.net/articles/Transistor...

Autor: oszi40 (Gast)
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Da gehört der Überblick Standardbauelemete auch zu dieser Antwort
http://www.mikrocontroller.net/articles/Standardbauelemente

Autor: Ben (Gast)
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boah, nicht schlecht. Das nenn ich mal ne Antwort!

Danke Yalu, dass du dir die Mühe gemacht hast. Ich verstehe jetzt 
deutlich mehr als vorher (zumindest denk ich das ;-).

Interessant find ich auch den Beitrag von Anja, da sie beispielhaft 
konkrete Zahlenwerte vorgibt.

An dieser Stelle würde ich aber nochmal gerne nachhaken:

> Ich achte immer darauf daß ich den Transistor in einem Strombereich
> betreibe wo die Verstärkung noch nicht stark abfällt.

> Bei 80mA und BC639 (Verstärkung >= 100 bei 80mA) würde ich
> den Basisstrom auf 2-5mA festlegen damit der Transistor sicher
> durchschaltet.
> Der Basiswiderstand ist dann 5V-0,7V / Basisstrom also 2K2 .. 820 Ohm.

Was du gerechnet hast, ist mir soweit klar. Aber woher hast du den Wert 
der Verstärkung? Im Datenblatt ist die Verstärkung nur für Ic gleich 5, 
150 und 500mA gegeben und dann auch nur bei Vce=2V und ich hab ja 5V.

Mir fehlt da sowas wie ne Kennline, bei der ich alle Werte sauber 
ablesen kann. Denn ohne Kennline kann man doch auch gar nicht sagen, ab 
welchem Basisstrom der Trannsistor durchschaltet.

Ach Kagge, irgendwie blick ichs leider immer noch nicht ganz...
Einerseits gibts ne Verstärkung des Basisstroms, aber andererseits will 
ich ja nur schalten. Also ich verstehe nicht, warum der Bereich für den 
möglichen Basistrom so groß ist. Bei 2mA Basisstrom fließt doch laut 
Verstärkungsfaktor ein viel geringerer Strom als bei 5mA.

Ach ja: und ich brauche einen SMD-Transitor. Hab mir mal den BC818-16 
rausgepickt, der wohl recht ähnlich ist zum BC629.

Autor: yalu (Gast)
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Ich habe gerade festgestellt, dass ich in meinem letzten Beitrag von
einem völlig falschen LED-Typ ausgegangen bin. Da bei meinem Browser als
Default-Sprache Englisch eingestellt war, hat mich dein Link zu einer
3mm-UV-LED mit 20mA geführt, wofür der BC547 vollkommen ausreichend
gewesen wäre.

Jetzt sehe ich, dass du in Wirklichkeit eine grüne 100mm-LED mit 80mA
anschließen möchtest. Dafür ist der BC547 mit seinen 100mA zu hart an
der Grenze, aber der von mir ebenfalls erwähnte BC337 (je nach Daten-
blatt 0,5-0,8A) oder auch Anjas BC639 (je nach Datenblatt 0,5-1,0A) sind
in Ordnung. Ebenso der von dir gefundene BC818, der ein BC338 im SMD-
Gehäuse ist (du hast also das mit der Auswahl der Transistoren schon
kapiert :)). Der BC817 wäre entsprechend das SMD-Pendant zum BC337. Der
BC337/BC817 unterscheidet sich vom BC338/BC818 ausschließlich durch die
Spannungsfestigkeit (45V beim BC817 und 25V beim BC818). Bei 5V Versor-
gungsspannung kannst du also beide nehmen.

Nun zu deiner Schaltung:

Damit wir nicht aneinander vorbei reden: Ich gehe davon aus, dass du die
LED per Emitterschaltung ansteuern möchtest, also so:
                   5V
                   |
                   _
                  | |
               R2 | | 22Ω
                  |_|
                   |
                   |
                  ---
              LED \ / =
                  --- 
                   |
                   |
        ____     |/
µC ----|____|----|  T1 BC818-40
      R1 1,5kΩ   |\
                   V
                   |
                  ===

Der Wert R2=22Ω steht schon auf der Webseite der LED. Er ergibt sich wie
folgt: Wenn die Kathode der LED direkt auf GND läge, fallen an R2
5V-3,4V=1,6V ab (3,4V ist die Flussspannung der LED und ebenfalls auf
der Webseite angegeben). Damit durch R2 (und damit durch die LED) der
gewünschte Strom von 80mA fließt, muss R2=1,6V/80mA=20Ω sein. Der
nächsthöhere Wert in der E12-Reihe ist 22Ω.

Jetzt kommt der Transistor ins Spiel: Er soll sich möglichst wie ein
idealer Schalter verhalten, so dass die obige Rechnung immer noch stimmt
und der LED-Strom nur durch die Versorgungsspannung (5V), R2 und die
Flussspannung der LED bestimmt wird. Man könnte den Strom zwar auch über
den Transistor begrenzen, was aber sehr ungenau wäre, weil der Kollek-
torstrom bei gegebenem Basisstrom stark exemplar- und temperaturabhängig
ist (näheres dazu weiter unten).

Der Transistor kommt dem idealen Schalter am nächsten, wenn die Kollek-
tor-Emitter-Spannung Uce in eingeschaltetem Zustand möglichst nahe bei 0
liegt. Dazu wird der Transistor in Sättigung betrieben, d.h. der
Basisstrom wird deutlich höher eingestellt, als es für den gewünschten
Kollektorstrom Ic von 80mA eigentlich nötig wäre.

Im Datenblatt des (ich nehme mal das von Infineon¹) ist für den BC818-40
eine Stromverstärkung (hFE) von 250 (min), 350 (typ) und 630 (max) ange-
geben, und zwar bei einem Ic von 100mA und einem Uce von 1V. Ok, weder
das Ic noch das Uce stimmt mit den Größen in deiner Anwendung überein.
Man sieht aber im Diagramm auf Seite 5 unten, dass das hFE im Bereich
von 0,1mA bis 100mA weitgehend konstant ist. Weiterhin wächst Ic bei
Erhöhung von Uce von 1V auf 2V oder auch auf 5V nur unwesentlich (dazu
gibt es kein Diagramm, aber das ist bei allen Bipolartransistoren so).

Würde man den Kollektor des Transistors direkt an die Versorgungsspan-
nung legen (das wäre dann ein Uce von 5V) und rechnet man mit der
minimalen Stromverstärkung von 250, bräuchte man für das gewünschte Ic
von 80mA einen Basisstrom von 80mA/250=0,32mA. Wenn man ein gutes
Exemplar (mit hFE=630) erwischt, wäre bei gleichem Basisstrom Ic aber
0,32mA·630=202mA, also viel zu viel.

Jetzt kommt der Trick: Statt zu versuchen, den Basisstrom für das
jeweilige Transistorexemplar exakt einzustellen, wählt man ihn viel
höher als erforderlich, nach Daumenregel etwa um den Faktor 10, also
statt 0,32mA etwa 3mA. Mit dem an 5V liegendem Kollektor würde Ic jetzt
750mA und höher werden, was eigentlich zu viel ist. Wenn man jetzt aber
wieder die LED und R2 zwischen 5V und den Kollektor schaltet, kann der
Strom die 80mA nicht überschreiten, egal wie weit der Transistor die
Kollektor-Emitter-Strecke öffnet, da R2 für 80mA (und nicht mehr)
dimensioniert worden ist. Da der Transistor aber trotzdem versucht, die
750mA zu erreichen, öffnet er die Kollektor-Emitter-Strecke so weit es
geht. Dadurch fällt Uce auf einen minimalen Wert von etwa 0,1V.

Diesen Zustand, wo der Kollektorstrom durch externe Bauteile (in diesem
Fall Widerstand und LED) stark "ausgebremst" wird, bezeichnet man als
Sättigung. Durch das niedrige Uce in diesem Zustand verhält sich der
Transistor fast wie ein idealer Schalter, und der Strom wird nicht mehr
durch das stark streuende hFE, sondern nur noch durch die Versorgungs-
spannung, R2 und die Flussspannung der LED bestimmt. Die unsicherste
dieser drei Größen ist die Flussspannung der LED, aber selbst diese ist
immer noch viel genauer festgelegt als das hFE des Transistors.

Die nach der Daumenregel ermittelten 3mA Basisstrom stimmen übrigens gut
mit den von Anja vorgeschlagenen 2-5mA überein, also wird's schon passen
;-)

Diese 3mA werden nun über R1 eingestellt: Die High-Ausgangsspannung des
µC ist 5V, an der Basis-Emitterstrecke des Transistors fallen etwa 0,7V
ab (sie verhält sich wie eine Si-PN-Diode), so dass am Widerstand 4,3V
abfallen. Somit muss R1=4,3V/3mA=1,4kΩ sein. Gerundet auf den nächsten
E12-Wert sind das 1,5kΩ.

Durch den großzügigen Faktor von 10 in obiger Daumenregel funktioniert
diese Dimensionierung auch noch für hFE=100 (der Minimalwert des
BC818-16). Trotzdem würde ich den Typ aus der höchsten Stromverstär-
kungsklasse, also den BC818-40, nehmen. Viel Stromverstärkung ist in
diesem Fall (und den meisten anderen Fällen auch) besser als zu wenig.

Ich hoffe, mit diesem (schon wieder viel zu lang gewordenem ;-)) Text
die Fragen aus deinem letzten Beitrag halbwegs beantwortet zu haben.

¹) 
http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/7905...

Autor: Michael (Gast)
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Wow, yalu erstaunt mich immer wieder mit seinen perfekten Beiträgen...

Autor: Sven Stefan (stepp64) Benutzerseite
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Nun muss er nur noch den Arbeitspunkt erklären ;-)

Autor: Ben (Gast)
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>Mann, das ist ja absolut chefmäßig!!! Ich will jetzt nicht ewig rumschleimen, 
>aber das ist wirklich Hammer, was du da ablieferst.
>Vielen vielen Dank!

>Ich schreib meine Kommentare grün. Das ist einfacher, als andersrum ;-)


Ich habe gerade festgestellt, dass ich in meinem letzten Beitrag von
einem völlig falschen LED-Typ ausgegangen bin. Da bei meinem Browser als
Default-Sprache Englisch eingestellt war, hat mich dein Link zu einer
3mm-UV-LED mit 20mA geführt, wofür der BC547 vollkommen ausreichend
gewesen wäre.

Jetzt sehe ich, dass du in Wirklichkeit eine grüne 100mm-LED mit 80mA
anschließen möchtest.
>10mm sinds. Wobei ne 100er sicher auch cool wär :-)

Dafür ist der BC547 mit seinen 100mA zu hart an
der Grenze, aber der von mir ebenfalls erwähnte BC337 (je nach Daten-
blatt 0,5-0,8A) oder auch Anjas BC639 (je nach Datenblatt 0,5-1,0A) sind
in Ordnung. Ebenso der von dir gefundene BC818, der ein BC338 im SMD-
Gehäuse ist (du hast also das mit der Auswahl der Transistoren schon
kapiert :)). Der BC817 wäre entsprechend das SMD-Pendant zum BC337. Der
BC337/BC817 unterscheidet sich vom BC338/BC818 ausschließlich durch die
Spannungsfestigkeit (45V beim BC817 und 25V beim BC818). Bei 5V Versor-
gungsspannung kannst du also beide nehmen.
>soweit alles klar, ich frag mich nur, woher du das alles weißt.

Nun zu deiner Schaltung:

Damit wir nicht aneinander vorbei reden: Ich gehe davon aus, dass du die
LED per Emitterschaltung ansteuern möchtest, also so:
                   5V
                   |
                   _
                  | |
               R2 | | 22Ω
                  |_|
                   |
                   |
                  ---
              LED \ / =
                  ---
                   |
                   |
        __     |/
µC ----|____|----|  T1 BC818-40
      R1 1,5kΩ   |\
                   V
                   |
                  ===

>Jep, genau so wars gedacht.

Der Wert R2=22Ω steht schon auf der Webseite der LED. Er ergibt sich wie
folgt: Wenn die Kathode der LED direkt auf GND läge, fallen an R2
5V-3,4V=1,6V ab (3,4V ist die Flussspannung der LED und ebenfalls auf
der Webseite angegeben). Damit durch R2 (und damit durch die LED) der
gewünschte Strom von 80mA fließt, muss R2=1,6V/80mA=20Ω sein. Der
nächsthöhere Wert in der E12-Reihe ist 22Ω.
>wunderbar. Das wusst ich sogar noch.

Jetzt kommt der Transistor ins Spiel: Er soll sich möglichst wie ein
idealer Schalter verhalten, so dass die obige Rechnung immer noch stimmt
und der LED-Strom nur durch die Versorgungsspannung (5V), R2 und die
Flussspannung der LED bestimmt wird. Man könnte den Strom zwar auch über
den Transistor begrenzen, was aber sehr ungenau wäre, weil der Kollek-
torstrom bei gegebenem Basisstrom stark exemplar- und temperaturabhängig
ist (näheres dazu weiter unten).
>ja, genau das war mein Problem! Wusste nicht, wie man bei den ganzen 
>ungefähren Angaben auf mehr oder weniger genau 80mA kommen soll.

Der Transistor kommt dem idealen Schalter am nächsten, wenn die Kollek-
tor-Emitter-Spannung Uce in eingeschaltetem Zustand möglichst nahe bei 0
liegt. Dazu wird der Transistor in Sättigung betrieben, d.h. der
Basisstrom wird deutlich höher eingestellt, als es für den gewünschten
Kollektorstrom Ic von 80mA eigentlich nötig wäre.

Im Datenblatt des (ich nehme mal das von Infineon¹) ist für den BC818-40
eine Stromverstärkung (hFE) von 250 (min), 350 (typ) und 630 (max) ange-
geben, und zwar bei einem Ic von 100mA und einem Uce von 1V. Ok, weder
das Ic noch das Uce stimmt mit den Größen in deiner Anwendung überein.
Man sieht aber im Diagramm auf Seite 5 unten, dass das hFE im Bereich
von 0,1mA bis 100mA weitgehend konstant ist.
>Perfekt. Genau so hab ich mir das vorgestellt. Aber in dem
>Drecksdatenblatt (sorry), das ich mir angesehen hatte, war leider kein so
>ein Diagramm drin.

Weiterhin wächst Ic bei Erhöhung von Uce von 1V auf 2V oder auch auf 5V 
nur unwesentlich (dazu gibt es kein Diagramm, aber das ist bei allen 
Bipolartransistoren so).
>...das muss man auch erst mal wissen. Das sind eben genau immer die 
>Kleinigkeiten, weshalb ich aus Datenblättern oft nicht schlau werde.

Würde man den Kollektor des Transistors direkt an die Versorgungsspan-
nung legen (das wäre dann ein Uce von 5V) und rechnet man mit der
minimalen Stromverstärkung von 250, bräuchte man für das gewünschte Ic
von 80mA einen Basisstrom von 80mA/250=0,32mA. Wenn man ein gutes
Exemplar (mit hFE=630) erwischt, wäre bei gleichem Basisstrom Ic aber
0,32mA·630=202mA, also viel zu viel.

Jetzt kommt der Trick: Statt zu versuchen, den Basisstrom für das
jeweilige Transistorexemplar exakt einzustellen, wählt man ihn viel
höher als erforderlich, nach Daumenregel etwa um den Faktor 10, also
statt 0,32mA etwa 3mA. Mit dem an 5V liegendem Kollektor würde Ic jetzt
750mA und höher werden, was eigentlich zu viel ist. Wenn man jetzt aber
wieder die LED und R2 zwischen 5V und den Kollektor schaltet, kann der
Strom die 80mA nicht überschreiten, egal wie weit der Transistor die
Kollektor-Emitter-Strecke öffnet, da R2 für 80mA (und nicht mehr)
dimensioniert worden ist. Da der Transistor aber trotzdem versucht, die
750mA zu erreichen, öffnet er die Kollektor-Emitter-Strecke so weit es
geht. Dadurch fällt Uce auf einen minimalen Wert von etwa 0,1V.
>also der Trick ist, dass durch den Transistor viel mehr Strom zur
>Verfügung stünde, den man durch den Vorwiderstand schließlich zu einem
>stabilen Kollektorstromwert begrenzt. Dass Uce dann 0,1V beträgt kann mir
>im Prinzip dann egal sein, oder? Ist quasi nur zum Verständnis.

Diesen Zustand, wo der Kollektorstrom durch externe Bauteile (in diesem
Fall Widerstand und LED) stark "ausgebremst" wird, bezeichnet man als
Sättigung. Durch das niedrige Uce in diesem Zustand verhält sich der
Transistor fast wie ein idealer Schalter, und der Strom wird nicht mehr
durch das stark streuende hFE, sondern nur noch durch die Versorgungs-
spannung, R2 und die Flussspannung der LED bestimmt. Die unsicherste
dieser drei Größen ist die Flussspannung der LED, aber selbst diese ist
immer noch viel genauer festgelegt als das hFE des Transistors.

Die nach der Daumenregel ermittelten 3mA Basisstrom stimmen übrigens gut
mit den von Anja vorgeschlagenen 2-5mA überein, also wird's schon passen
;-)
>Ich hatte schon in einem anderen Beitrag gelesen, dass man da nen
>Sicherheitsfaktor zwischen 2 und 10 einbaut, aber mir war da irgendwie
>nicht klar, dass ja R2 den Strom begrenzt.

Diese 3mA werden nun über R1 eingestellt: Die High-Ausgangsspannung des
µC ist 5V, an der Basis-Emitterstrecke des Transistors fallen etwa 0,7V
ab (sie verhält sich wie eine Si-PN-Diode), so dass am Widerstand 4,3V
abfallen. Somit muss R1=4,3V/3mA=1,4kΩ sein. Gerundet auf den nächsten
E12-Wert sind das 1,5kΩ.

Durch den großzügigen Faktor von 10 in obiger Daumenregel funktioniert
diese Dimensionierung auch noch für hFE=100 (der Minimalwert des
BC818-16). Trotzdem würde ich den Typ aus der höchsten Stromverstär-
kungsklasse, also den BC818-40, nehmen. Viel Stromverstärkung ist in
diesem Fall (und den meisten anderen Fällen auch) besser als zu wenig.

Ich hoffe, mit diesem (schon wieder viel zu lang gewordenem ;-)) Text
die Fragen aus deinem letzten Beitrag halbwegs beantwortet zu haben.

¹)
http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/7905...


> Yalu made my Day!!!

Autor: Anja (Gast)
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>Was du gerechnet hast, ist mir soweit klar. Aber woher hast du den Wert
>der Verstärkung? Im Datenblatt ist die Verstärkung nur für Ic gleich 5,
>150 und 500mA gegeben und dann auch nur bei Vce=2V und ich hab ja 5V.

Kennlinien gibt es bei seriösen/alteingesessenen Herstellern:
z.B. 2N2222A Seite 3 für Verstärkungsmaximum + Seite 4 für 
Sättigungsbetrieb
http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/P2N2222A-D.PDF

oder hier Seite 10 für BC639:
http://www.nxp.com/documents/data_sheet/BC639_BCP5...

> und dann auch nur bei Vce=2V und ich hab ja 5V.
Nee, du willst ja nicht haben daß 2V oder 5V am Transistor bei dem Strom 
abfallen. Die Spannung brauchst Du für die LED. Am Transistor bleiben 
bei richtiger Schaltungsauslegung nur 0,1 bis 0,2V VCE übrig.

in Figure 4 des 2N2222A Datenblatts siehst Du dann auch daß bei 150mA 
Kollektorstrom ab etwa 3mA Basisstrom sich eine weitere Erhöhung des 
Basistroms kaum noch "lohnt". (zumindest bei 25 Grad). Bei 500mA 
brauchst Du dann schon mindestens 50mA an der Basis. (Da ist die 
Verstärkung dann schon fast weg).

Autor: MaWin (Gast)
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> den langen Beitrag von oben sollte man ins wiki tun.

Bis auf Nomenklatur, denn das ist inzwischen überholt. Jedes Land, jede 
Firma, macht ihren eigenes durcheinander. Wir leben nicht mehr im 
abgeschotteten PRO ELECTRON Land, PRO ELECTRON Land ist abgebrannt, hier 
werden doch kaum noch Transistoren produziert.

Aber der Weg, die Liste der beschaffbaren Transistoren nach 
aufsteigendem Preis zu durchsuchen, und dann im Datenblatt genauer 
nachzugucken, ist goldrichtig.

Autor: yalu (Gast)
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@Ben:

> Jetzt sehe ich, dass du in Wirklichkeit eine grüne 100mm-LED mit 80mA
> anschließen möchtest.
>> 10mm sinds. Wobei ne 100er sicher auch cool wär :-)

Oh, da hat wohl meine '0'-Taste geprellt ;-) Ja, eine 100mm-LEDs wäre
wirklich der Hammer :)

> soweit alles klar, ich frag mich nur, woher du das alles weißt.

Naja, jetzt weißt du's auch. Das hat man halt mal irgendwo gelesen und
sich gemerkt. Von diesen 08/15-Bauteilen habe ich die Datenblätter auf
dem PC gespeichert, so dass man auch schnell mal nachschlagen kann, wenn
es um Details geht.

> Man sieht aber im Diagramm auf Seite 5 unten, dass das hFE im Bereich
> von 0,1mA bis 100mA weitgehend konstant ist.
>> Perfekt. Genau so hab ich mir das vorgestellt. Aber in dem
>> Drecksdatenblatt (sorry), das ich mir angesehen hatte, war leider
>> kein so ein Diagramm drin.

So etwas erfährt man auch aus einschlägigen Elektroniklehrbüchern,
genauso wie das Folgende:

> Weiterhin wächst Ic bei Erhöhung von Uce von 1V auf 2V oder auch auf
> 5V nur unwesentlich (dazu gibt es kein Diagramm, aber das ist bei
> allen Bipolartransistoren so).
>> ...das muss man auch erst mal wissen. Das sind eben genau immer die
>> Kleinigkeiten, weshalb ich aus Datenblättern oft nicht schlau werde.

Hier ist noch ein anderes Datenblatt des BC818 (von Vishay ehem. General
Semiconductor):

  http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/6193...

Das Diagramm auf S. 4 rechts unten zeigt die Abhängigkeit des Kollektor-
stroms von Uce für mehrere unterschiedliche Basisströme. Wie du siehst,
verlaufen die Kennlinien für größere Uce fast horizontal, Ic ist also
weitgehend von Uce unabhängig. Die Höhe der horizontalen Abschnitte ist
Ib·hFE und hängt damit von hFE ab.

Der Bereich links des Knicks, wo die Kennlinien sehr steil verlaufen,
ist der Sättigungsbereich. Uce ist in diesem Bereich so niedrig, dass
der nach dem Stromverstärkungsfaktor zu erwartende Kollektorstrom nicht
erreicht werden kann.

Was du hier ebenfalls schön sehen kannst: Für Ib=3,2mA und Ic=80mA (also
etwa deine Situation) ist Uce nur etwa 80mV, was für die Anwendung als
Schalter erfreulich niedrig ist. Daran ändert sich auch nicht viel, wenn
Ib 5mA oder auch nur 2mA beträgt. Der Basisstrom ist also für das Ver-
halten der Schaltung also unkritisch, solange er größer als etwa 1mA
ist. Ist er hingegen deutlich kleiner (z.B. 0,2mA), kann Ic nicht größer
als etwa 50mA werden. Uce ist dann etwa 5V-50mA·22Ω-3,4V)=0,5V. Der
Transistor ist damit nicht mehr in Sättigung, weswegen Ic abhängig von
hFE ist, was man vermeiden möchte.

> also der Trick ist, dass durch den Transistor viel mehr Strom zur
> Verfügung stünde, den man durch den Vorwiderstand schließlich zu einem
> stabilen Kollektorstromwert begrenzt. Dass Uce dann 0,1V beträgt kann
> mir im Prinzip dann egal sein, oder? Ist quasi nur zum Verständnis.

So ist es. Die 0,1V bzw. 0,08V (s.o.) kann man praktisch vernachlässi-
gen, zumal die Streuung der Flussspannung der LED größer ist. Wenn man
ganz genau sein wollte, würde man diese 0,1V bei der Dimensionierung von
R2 berücksichtigen, aber das wäre Korinthenka****ei :)

Autor: yalu (Gast)
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MaWin schrieb:

> Bis auf Nomenklatur, denn das ist inzwischen überholt. Jedes Land,
> jede Firma, macht ihren eigenes durcheinander.

Vollkommen richtig. Die Idee, diese Nomenklatur zu verwenden, liegt
hauptsächlich darin, den Suchraum gewaltig einzuschränken. Sucht der
Einsteiger unter Zigtausenden von Transistoren einen mit bspw. 2A und
weiß, dass so etwas ziemlich sicher als BDxxx zu finden ist, von denen
Reichelt gerade einmal 134 Typen hat, kommt er mindestens um den Faktor
100 schneller zum Ziel, als wenn er diese Einschränkung nicht machen
würde. Und sind die Anforderungen nicht zu hart, wird er trotz dieser
Einschränkungen immer etwas Passendes finden.

Irgendwann kommt natürlich der Punkt, wo man etwas Spezielleres braucht,
bspw. einen Transistor mit viel Strom und viel Verstärkung. Dann wird
man die Fühler weiter ausstrecken müssen. Der Einsteiger soll aber erst
einmal lernen, mit Standardtypen auszukommen, die sind auch meistens
billiger ;-)

Autor: Stefan B. (stefan) Benutzerseite
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yalu schrieb:

>> Jetzt sehe ich, dass du in Wirklichkeit eine grüne 100mm-LED mit 80mA
>> anschließen möchtest.
>>> 10mm sinds. Wobei ne 100er sicher auch cool wär :-)

Null Problemo!
http://www.instructables.com/id/Giant_100mm_LED/
http://technabob.com/blog/2007/10/07/giant-led-lam...

Autor: yalu (Gast)
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Stefan B. schrieb:
>>>> 10mm sinds. Wobei ne 100er sicher auch cool wär :-)
>
> Null Problemo!
> http://www.instructables.com/id/Giant_100mm_LED/
> http://technabob.com/blog/2007/10/07/giant-led-lam...

Ja, die sind wirklich cool :D

Autor: Jörg B. (joerg-sh)
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Wenn ich jetzt einen Gleichstrommotor der maximal 450 mA Stromaufname 
hat mit einen BD135 der mit 1,5 A angegeben ist über einen yC ansteuer 
müßte das doch gehen? Wie hoch sollte dann der Vorwiderstand sein um max 
500 mA Strom zu bekommen???

Autor: Anja (Gast)
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Hallo,

das wird relativ knapp:

http://www.fairchildsemi.com/ds/BD%2FBD139.pdf
Bei 450mA Kollektorstrom sind ca 25mA Basisstrom fällig damit der 
Transistor halbwegs brauchbar durchgesteuert ist.
Nicht alle Prozessoren können das (mit Reserven für Bauteiltoleranzen) 
liefern.

Falls doch so müßte man bei 5V Versorgung und 0,7V UBE einen Widerstand 
von
5-0,7V/25mA = 172 Ohm ansetzen. Da der Treiberinnenwiderstand des 
Prozessors sicher auch noch in der Größenordnung 20-50 Ohm liegt landet 
man dann schließlich bei 120 - 150 Ohm je nach Prozessor.

Autor: MaWin (Gast)
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> Aber wie finde ich jetzt einen Transistor,
> über den ich die LED geeignet ansteuern kann?

In dem du dir die Daten(blätter) deiner vorhandenen Transistoren 
ansiehst,
oder der Transistroren, die dein Elektronikladen da hat (in der 
Reihenfolge aufsteigendes Preises).

Wenn der Transistor mindestens 80mA aushält, und mindestens 5V, reicht 
er für die Anwendung, denn du brauchst weder einen besonders schnellen 
Transistor noch sonstige besondere Eigenschaften wie LowCEsat oder 
extrem hohe Stromverstärkung. Auch die zu erwartende Verlustleistung von 
unter 80mW stellt kein Problem dar, der Transistor braucht keine 
besondere Kühlmassnahmen.

Die 8mA, die als Basisstrom für die Feld-Wald-Und-Wiesen Transistoren 
nötig sind um die 80mA zu schalten (findet man im Diagramm Ucesat/Ic des 
Datenblatts als Ib an der Kurve), wirst du liefern können, es wird wohl 
ein Logikschaltkreis (uC) sein aus dem das PWM Signal kommt.

Autor: Anja (Gast)
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Also ich würde da sowas als Endstufe nehmen:

http://www.diodes.com/zetex/_pdfs/3.0/pdf/FZT951_fzt953.pdf

da reichen ca 10mA Basisstrom dann aus.

Autor: Jörg B. (joerg-sh)
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Anja schrieb:
> Hallo,
>
> das wird relativ knapp:
>
> http://www.fairchildsemi.com/ds/BD%2FBD139.pdf
> Bei 450mA Kollektorstrom sind ca 25mA Basisstrom fällig damit der
> Transistor halbwegs brauchbar durchgesteuert ist.
> Nicht alle Prozessoren können das (mit Reserven für Bauteiltoleranzen)
> liefern.
>
> Falls doch so müßte man bei 5V Versorgung und 0,7V UBE einen Widerstand
> von
> 5-0,7V/25mA = 172 Ohm ansetzen. Da der Treiberinnenwiderstand des
> Prozessors sicher auch noch in der Größenordnung 20-50 Ohm liegt landet
> man dann schließlich bei 120 - 150 Ohm je nach Prozessor.

ja das wird zu knapp, mehr als 20 mA gibt der Atmega8 nicht her, also 
doch sowas wie den FZT951 TA wie groß muss denn da der Vorwiderstand 
ausfallen?

ah hab schon gesehen 4,3/0,01= 430 Ohm abzüglich des Treiberwiderstandes

Autor: Anja (Gast)
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Hallo,

ergibt dann ca 390 Ohm (oder 330 OHm) als Standardwert.

Ich sehe gerade, habe aus Versehen den PNP-Typ erwischt.
Du brauchst natürlich den NPN also z.B.

http://www.diodes.com/zetex/_pdfs/3.0/pdf/FZT851.pdf

Autor: Jörg B. (joerg-sh)
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Dann mal vielen Dank Anja,
vielleicht kannst du mir auch bei meinem Problem mit dem MAX4460 helfen?
Schau doch mal in den anderen Tread... Danke

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