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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Einfache Ansteuerung einer DUO-LED


Autor: BrunoL (Gast)
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Hallo miteinander!

Ich habe eine 24V-DUO-LED mit integrierten Vorwiderständen (1k0) und 
einer gemeinsamen Kathode. Die DUO-LED soll mit einem Pic angesteuert 
werden. Ich komme leider nicht auf eine simple Lösung. Ich habe das mal 
mit einem OpAmp als Komparator angesteuert. Das funktioniert schon, aber 
kann mir jemand einen Tipp geben, wie das einfacher z.B. mit einem 
Transistor zu lösen ist?

Gruß,

Bruno

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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Ich befürchte da schon, daß du pro LED 2 komplementäre Transistoren als 
Level-Shifter benötigst. Einfacher wäre da eine gemeinsame Anode 
gewesen.

Autor: Horst (Gast)
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Also von den Bauteilbezeichnungen jetzt mal abgesehen...

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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@Horst:

Exakt so meinte ich das. Da fehlen nur noch die LED-Vorwiderstände.

Autor: Chris L. (kingkernel)
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Nur für mich zum Verständnis:
der jeweils erste Transistor invertiert und der zweite Treibt die LED. 
Richtig so?

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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Christian L. schrieb:

>Richtig so?

Exakt.

Autor: Horst (Gast)
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Wilhelm Ferkes schrieb:
> Da fehlen nur noch die LED-Vorwiderstände

Nee, sind doch drinne, meinte er.

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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Horst schrieb:

>Nee, sind doch drinne, meinte er.

OK, von der Betrachtung her ist ja dann alles klar. Fehlt nur noch die 
Dimensionierung der Bauteile.

Autor: Einfacher (Gast)
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Einfacher wäre natürlich eine 2 polige DUO- LED, die Du direkt an den 
PIC-
Ausgängen anschließen könntest ohne jeden Treiberaufwand : Rb0 = H , RB1 
= L = ROT; RB0= L , RBb1 = H = Grün

Autor: BrunoL (Gast)
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Vielen Dank für die Infos. Eine andere Led kommt leider nicht in Frage. 
Ich habe lange gesucht bis Optik und Schutzgrad gepasst haben.

Wie muß ich denn die Widerstände dimensionieren?

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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BrunoL schrieb:

>Wie muß ich denn die Widerstände dimensionieren?

Die Transistoren arbeiten im Schaltbetrieb, das sollte klar sein. Dazu 
setzt man üblicherweise wenigstens einen Übersteuerungsfaktor Ü=3 pro 
Transistor an, Ausgangsbasis ist der schlechteste Verstärkungsfaktor der 
Transistoren.

Zur Verwendung hab ich mal gängige BC547(NPN) und BC557(PNP) heraus 
gesucht. Beide haben ein minimales B von 75. Durch den 
Übersteuerungsfaktor 3 dividiert, beträgt das effektive B für den 
Schaltbetrieb dann 25.

Nimm die LED als Ausgangsbasis bei voll durchgesteuertem Transistor. 
Ergibt einen Strom durch die LED von etwa (24V-2V)/1000Ohm, also 22mA.

Damit ergibt sich der Basisstrom des PNP: 22mA/25 = rund 0.9mA. Am 
Basisvorwiderstand des PNP fallen rund 23V ab. 23V/0.9mA=25,5kOhm, da 
kann man 22k wählen. 0,9mA/25=36µA, der Basisstrom des NPN. Liefert der 
µC-Pin 5V, hat man am Vorwiderstand 4,3V. 4,3V/36µA=120kOhm.

Ich hab etwas grob im Kopf überschlagen, aber das sollte so gehen. Falls 
jemand was unstimmiges sieht, bitte Einspruch.

Autor: MaWin (Gast)
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> Ich befürchte da schon, daß du pro LED 2 komplementäre
> Transistoren als Level-Shifter benötigst.

Na ja, er kann auch den Strom durch eine Spule jagen:

               (die LED)
+5V --Spule--+--1k--|>|--+
             |           |
PWM --220R--|< BF393     |
             |E          |
GND ---------+-----------+

Prinzip: Der PWM Ausgang des uC ist so lange an,
bis der Strom in der Spule auf 100mA gestiegen ist,
das dauert bei einer 100uH Spule an 5V z.B. 2us.
Dann den Transistor abschalten, der Strom fliesst
weiter durch die LED weil sich eine Spannung aufbaut
BIS die 10mmA fliessen können. Wegen der 1k vor der
LED sind dazu leider 100V nötig, was in der Spule
eine Spannungserhöhung um 1:20 bewirkt. Das begrenzt
die Kapazität der Wicklung etwas, trotzdem braucht
man einen Transistor, der schnell schaltet, und
100mA und 100V aushält. Die 100uH Spule muss
nur 100mA aushalten, sollte aber eine niedrige
Wicklungskapazität haben, um die Effizienz nicht
zu sehr zu beschränken. Ringkern ist besser als
Zylinderspule. Mit mehr als 100uH (z.B. 330uF)
kann man langsamer schalten, denn 2us Einschaltzeit
bedeutet dass man weniger als 200ns Ausschaltzeit
braucht, und das ist für einen AVR als PWM schon
sehr fix. Hat man mehr Ausschaltzeit (z.B. ebenfalls
2us), ist die LED dunkler als nötig.

Nebeneffeklt der Schaltung: Die LED geht nicht ganz
aus :-) weil 3mA immer fliessen, auch wenn der Transi
dauernd aus ist. Also kleine Abwandlung:

               (die LED)
      +--|<|--1k--+
      |           |
+5V --+---Spule---+
                  |
PWM -----220R----|< BF393
                  |E
GND --------------+

:-)

Autor: BrunoL (Gast)
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Vielen Dank für die Hilfe!
Ich probiere das mit den Transistoren, für die Sache mit der Spule habe 
ich zu wenig Ahnung.

Autor: BrunoL (Gast)
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Hallo nochmal!

Ich habe das jetzt mit einem BC547 und einem BC557 aufgebaut und das 
funktioniert einwandfrei. Kann mir noch jemand erklären, welche Funktion 
der BC547 hat? Durch die LED fließen ja auch die 22mA, wenn ich nur den 
BC557 (PNP) mit 5V und einem 22kOhm Vorwiderstand ansteuere.

Autor: Chris L. (kingkernel)
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Wie ich weiter oben schon geschrieben habe, invertiert der erste 
Transistor das signal und der zweite treibt die LED. Du hast ja eine 
low-aktive schaltung!

Autor: Archgans (Gast)
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BrunoL schrieb:
> Durch die LED fließen ja auch die 22mA, wenn ich nur den
> BC557 (PNP) mit 5V und einem 22kOhm Vorwiderstand ansteuere.

Ohne den NPN würdest du die LEDs nicht mehr aus bekommen, da dein 
Potential an der Basis immer kleiner ist als die Versorgung und der 
Transistor (PNP) leitet.

Autor: BrunoL (Gast)
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Christian L. schrieb:
> ie ich weiter oben schon geschrieben habe, invertiert der erste
> Transistor das signal und der zweite treibt die LED.

Nein, bei mir wird das Signal nicht invertiert. Ich habe den Versuch auf 
einem Steckboard und hole mir die 5V und 24V aus einem Netzgerät. 
5V-Klemme dran: LED is an, Klemme weg: LED ist aus.

Archgans schrieb:
> Ohne den NPN würdest du die LEDs nicht mehr aus bekommen

Wenn ich nur noch den BC557, den Vorwiderstand und die LED auf dem 
Steckboard habe, passiert genau das gleiche wie mit dem BC547. Rein 
funktional könnte ich jetzt den BC547 weglassen, aber ich weiß nicht ob 
ich mir damit ein Problem schaffe.

Ich habe meinen Versuchsaufbau nochmal als Schaltplan angehängt.

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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BrunoL schrieb:

>Rein funktional könnte ich jetzt den BC547 weglassen, aber
>ich weiß nicht ob ich mir damit ein Problem schaffe.

Wenn du die Basis des BC557 offen läßt, geht die LED natürlich aus. Aber 
das ist nicht das selbe, wenn du die Basis an den Pin des µC klemmst.

Der Pin kann sich nur zwischen 0V (Low) und 5V (High) bewegen. Du 
bekommst dann die LED nicht mehr aus. Alleine aus diesem Grund ist die 
erste Transistorstufe drin, um den Pegel des µC von den 24V zu trennen.

Selbst wenn du den µC-Pin auf Input (bzw. sonst wie auf hohe Impedanz) 
schaltest: Dann bekommt der BC557 immer noch die 5V über die 
integrierten Schutzdioden des µC. Sauber wäre die Lösung damit nicht.

Autor: BrunoL (Gast)
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Okay, jetzt wird mir einiges klar. Ich hatte auch nicht gesehen, dass 
die LED minimal flackert, wenn die Basis in der Luft hängt.

Vielen Dank nochmal an alle für die Hilfe!

Viele Grüße,

Bruno

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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@Bruno:

Darf man mal fragen, was deine Schaltung mal wird?

Hobbybastelei, oder industrielle Steuerung?

Details möchte ich nicht wissen.

Autor: BrunoL (Gast)
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@Wilhelm Ferkes:

Das wird eine kleine Funktionserweiterung in unserem 
Prüfstandsschaltschrank. Das hat jetzt keinen hochprofessionellen 
Anspruch, da es nur einmal benötigt wird - zuverlässig funktionieren muß 
es aber schon.

Autor: BrunoL (Gast)
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Hat noch jemand eine Idee, wie man eine einfache Diagnoseinformation an 
den Pic schicken kann, d.h. um festzustellen, ob die LED defekt oder der 
Stecker abgefallen ist? Könnte ich z.B. paralell zum BC557 einen großen 
Widerstand schalten und dann über einen Spannungsteiler an einen I/O-Pin 
vom PIC gehen?

Autor: Dennis (Gast)
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Kannst den Strom durch die LED messen und digitalisieren

Autor: Dennis (Gast)
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Nur meistens zeigt ja die LED irgendeine Funktion an und überwacht somit 
das zu Schaltende, bzw. gibt eine Auskunft über den Zustand...die LED 
selber noch überwachen...macht das Sinn?

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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BrunoL schrieb:

>Das hat jetzt keinen hochprofessionellen Anspruch, da es nur
>einmal benötigt wird - zuverlässig funktionieren muß
>es aber schon.

Meine Frage kam aus folgendem Grunde:

Und zwar, sind ja im Datenblatt der Transistoren (BC547) Leckströme 
angegeben, allerdings sehr gering im unteren Nanoampere-Bereich. 
I_CB0=15nA bei Raumtemperatur, jedoch bis zu 5µA bei 150°C. Und diese 
verstärken sich über den BC557 etwas.

Da könnte es passieren, daß eine LED im total abgedunkelten Raum noch 
extrem schwach glimmt, wirklich kaum wahrnehmbar. Allerdings wäre das 
erst bemerkbar, wenn man im abgedunkelten Raum sitzt, und das Auge sich 
schon ein paar Minuten an die Dunkelheit gewöhnt hat.

Da du die Schaltung schon auf dem Steckbrett hast, könntest du das aber 
mal testen. Z.B. heute Abend bei herunter gelassenen Rolladen. Aus der 
Ferne, ist das schwer vorhersagbar.

Was ich meine, ist, daß die LED abgeschaltet durch die 
Transistorleckströme noch extrem schwach glimmen könnte. In so einem 
Fall, korrekterweise, müßtest du einen hochohmigen Widerstand an der 
Basis des BC557 gegen 24V schalten, damit auch die geringsten Leckströme 
aus dem BC547 den BC557 nicht mehr ansteuern. Das wäre ein Widerstand 
mehr, der aber hier sicher nicht nötig ist. Keine Panik, das ist jetzt 
eine Extrembetrachtung von mir, und wird für dich sicher keine Rolle 
spielen.

Autor: Hanz (Gast)
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Wilhelm Ferkes schrieb:
> Z.B. heute Abend bei herunter gelassenen

...Hosen?

Autor: BrunoL (Gast)
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@ Wilhelm: Ich probiere das nachher mal aus. Der zusätzliche Widerstand 
wäre nicht das Problem.

@ Dennis: In diesem Fall ist das schon sinnvoll. Wenn z.B. die rote 
(Alarm-)LED mal defekt ist, würde das keiner merken. Ich kann dann mit 
der anderen LED immer noch auf den Fehler aufmerksam machen.

Wie kann ich den Strom durch die LED messen? ich komme an der LED nur an 
die Kathode und den Pin vom Vorwiderstand ran. Das andere Ende liegt ja 
in der LED. Brauche ich da vorher noch einen Meßwiderstand, wenn ja 
welchen?

Autor: Dennis (Gast)
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BrunoL schrieb:
> Wie kann ich den Strom durch die LED messen?

Niederohmiger Widerstand zwischen LED und Masse und über dem die 
Spannung abgreifen - brauchst ja nichtmal einen Diferenzverstärker, da 
du gegen Masse messen kannst. -> Verstärken -> Komparator / o.ä. -> 
Anzeige

Evtl auch ensterkomparator, der dir anzeigt, ob dein Strom sich in der 
Norm bewegt, dann könntest du quasi "Bruch" im LED-Zweig und Kurzschluss 
detektieren.

Autor: Dennis (Gast)
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"F"ensterkomparator

Autor: BrunoL (Gast)
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Dennis schrieb:
> Niederohmiger Widerstand zwischen LED und Masse und über dem die
> Spannung abgreifen - brauchst ja nichtmal einen Diferenzverstärker, da
> du gegen Masse messen kannst. -> Verstärken -> Komparator / o.ä. ->
> Anzeige

Ich habe jetzt 10 Ohm zwischen die LED und Masse geschalten. Das bringt 
mir eine Differenzspannung von 215mV. Die kann ich prima an den 
Comparator des Pic legen.

Wenn ich richtig gerechnet habe, sind das nur 5mW Leistung. Ich brauche 
also keinen leistugsfähigen Widerstand?

Autor: Dennis (Gast)
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BrunoL schrieb:
> 10 Ohm zwischen die LED und Masse geschalten

Da würde ich wesentlich weniger nhmen und das Signal verstärken

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