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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Anfängerhilfe bei Mosfet/Transistorauswahl


Autor: Georg H. (trashmaster)
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Hallo zusammen!

Ich würde gerne auf meiner Modelleisenbahn mehrere LEDs mit Transistoren 
oder Mosfets schalten.
Die Spannung die geschalten werden soll sind ca 18V mit maximal 250mA. 
Dahinter kommen dann Leds mit Vorwiderständen. (das ganze 2 mal)
Zum schalten habe ich ebenso eine Spannung von 18V, die ich an und 
abstellen kann. Damit möchte ich dann die zwei anderen Leitungen 
trennen.

Leider kenn ich mich mit Mosfets und Transistoren nicht wirklich aus, 
und hab keine Ahnung was für welche ich hier einsetzen kann. Wäre für 
ein paar Vorschläge echt dankbar.

mfg Georg

Autor: Jens G. (jensig)
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BC637 kann die 250mA lässig schalten.
Sind die 250 der Strom, den deine LED's ziehen sollen? Oder ist das nur 
die möglichkeit der Stromquelle? Letzteres interessiert nämlich nicht, 
auser daß die Stromquelle mindestens den Strom liefern können muß, den 
die Verbraucher (LEDs) ziehen wollen.

Autor: Georg H. (trashmaster)
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Die 250mA ist was die Stromquelle hergibt, benötigen werden die LEDs 
nicht mehr als 50-70mA. Also sind die 250 natürlich egal, das hab ich 
nicht bedacht...

Autor: Jens G. (jensig)
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50-70mA - dann paßt der T erst recht ganz gut (da kannste eigentlich 
fast jeden T nehmen - auch die Wald-und-Wiesen-Typen BC547 und 
Konsorten).

Autor: Georg H. (trashmaster)
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Ok, danke... Besonders der BC547 ist ja wirklich günstig zu bekommen.

Und kann ich den dann wie hier einsetzen?
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0208031.htm
Statt Rc käme dann die LED und der Vorwiderstand? Und Rv sollte so 
dimensioniert werden, dass die Spannung von 18 auf 5V runter kommt, 
oder?

Autor: Georg H. (trashmaster)
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Nochetwas, was ich vorher vergessen habe zu Fragen:

Ich habe für die Schaltspannung und die zu schaltende Spannung einen 
gemeinsamen Pluspol, und keine gemeinsame Masse. Das sollte bei einem 
Transistor ja eigentlich nicht egal sein, oder?

mfg

Autor: HildeK (Gast)
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Georg H. schrieb:
> Statt Rc käme dann die LED und der Vorwiderstand?
Ja.

> Und Rv sollte so
> dimensioniert werden, dass die Spannung von 18 auf 5V runter kommt,
> oder?
???

Rv wird so dimensioniert, dass der Basisstrom für eine gute 
Durchsteuerung des Transistors ausreicht.
Also: du willst max. 100mA ziehen. Der Transistor hat eine 
Stromverstärkung hFE von minimal 200 (Annahme fürs Beispiel - siehe 
Datenblatt). Dann brauchst du minimal 100mA/200=0.5mA Basisstrom. Mit 
Reserve dimensioniert man z.B. das dreifache, also 1.5mA. Bei 18V und 
1.5mA (die UBE vernachlässige ich mal) rechnet sich dann Rv zu 18V/1,5mA 
= 12k. Nimm 10k, 12k oder auch 15k - alle werden gehen.

Georg H. schrieb:
> Ich habe für die Schaltspannung und die zu schaltende Spannung einen
> gemeinsamen Pluspol, und keine gemeinsame Masse. Das sollte bei einem
> Transistor ja eigentlich nicht egal sein, oder?

- man kann einen PNP-Transistor nehmen und alles auf den Pluspol 
beziehen.
- man kann alles so lassen, solange dein Steuersignal entweder 18V oder 
0V hat. Die Auswirkungen beider Varianten sind die, dass ggf. die 
Ansteuerung invertiert sein muss; du also leuchtende Dioden hast wenn 
sie aus sein sollen bzw. umgekehrt.

Da du aber bisher nicht gesagt hast, womit du ansteuern möchtest, kann 
vieles auch ganz anders sein. Mach doch einfach mal eine Skizze und sag 
ein paar Worte zur vorhandenen Ansteuerung. Bei welcher Steuerspannung 
sollen sie EIN sein, bei welcher AUS und woher kommt diese.

Autor: HildeK (Gast)
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Nachtrag:
Die 18V bei der Modelleisenbahn sind ja häufig Wechselspannung. Bei all 
dem, was oben gesagt wurde, wurde aber von einer Gleichspannung 
ausgegangen!

Autor: Georg H. (trashmaster)
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HildeK schrieb:

> Da du aber bisher nicht gesagt hast, womit du ansteuern möchtest, kann
> vieles auch ganz anders sein. Mach doch einfach mal eine Skizze und sag
> ein paar Worte zur vorhandenen Ansteuerung. Bei welcher Steuerspannung
> sollen sie EIN sein, bei welcher AUS und woher kommt diese.

Also eine Zusammenfassung des Projekts:
(Skizze des Schaltplans im Anhang)

Ich möchte auf meiner Digitalen Modellbahnanlage die Stirn und 
Schlussbeleuchtung einer Lok Schalten. Die Steuerung Erfolg mit einem 
Digitaldecoder, der an drei "Funktionsausgängen" auf Knopfdruck eine 
Spannung von 17,2V zwischen dem Ausgang und dem Pluspol (gemeinsam für 
alle 3 Funktionsausgänge) aufbaut. Nun soll an einen Ausgang das 
Stirnlicht einer Seite und das Rücklicht der Anderen. Ist der Ausgang 
"eingeschaltet" liegen die 17V an, ist der aus liegt keine Spannung an. 
Das Stirnlicht der anderen Seite ist wiederum mit dem Rücklicht der 
einen zusammengeschlossen.

Mit dem dritten verfügbaren Ausgang möchte ich nun über Transistoren die 
Lichter an einer Seite abschalten können. Der Ausgang hat ebenso wie die 
zwei anderen 17,2V bei "ein" und 0V bei "aus".

Habe in der Skizze nur die Basis des Transistors mit B bezeichnet, weil 
ich nicht weiß wieherum er eingebaut gehört wegen der 
Stromflussrichtung.

Achja und alles ist natürlich Gleichspannung!

Autor: HildeK (Gast)
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Ich hoffe, ich habe dich korrekt verstanden - bin manchmal etwas schwer 
von Begriff.
Im Anhang ein Vorschlag, der von deinem nicht weit entfernt ist.
Maßgebliche Modifikation:
- Die rote LED der Seite A und die weiße LED der Seite B können einfach 
in Reihe geschaltet werden. Bei gleichzeitigem Schalten von drei weißen 
Stirn-LEDs und zwei roten Rück-LEDs kann man die drei weißen mit einem 
Widerstand in Reihe nehmen und parallel dazu die zwei roten mit einem 
(anderen) Widerstand. Das Ganze zwei mal für je eine Fahrtrichtung. Alle 
fünf werden dann je von einem Schaltausgang gemeinsam geschaltet - mit 
nur geringem Steuerstrom.

- ich steuere die Transistoren mit F1 und F2 an - zum Schalten je einer 
Gruppe weiß vorne und rot hinten.

- ich kann mir nicht vorstellen, dass dein Schaltausgang soviel Strom 
aufnehmen kann, dass er die ganzen LED-Stöme abkann. Das wäre nämlich in 
deiner Skizze für F1 und F2 notwendig. Wenn ja, dann kannst du in meiner 
Skizze F3 an GND legen.
Aber andererseits sollte in deinem System auch GND mit verfügbar sein. 
Der Dekoder braucht das ja auch, um die 0V abzuliefern. Und dann 
brauchst du F3 nicht. Wozu auch, F1 und F2 auf 0V und alle LEDs sind 
aus.

Was weißt du über die technischen Daten des Schaltausgangs? Ist da ein 
Halbleiter drin oder gar ein Reed-Kontakt? Wieviel Strom kann der 
liefern bzw. wieviel aufnehmen? Gibt es eine Typenbezeichnung des 
Dekoders oder ein Datenblatt?

Autor: andreas (Gast)
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Hi,
du willst mit =Plusspannung einen Transistor durchschalten.

Hier die Grundkenntnisse über einen Transistor.

Er hat Basis, Kollektor und Emitter. Ein NpN Transistor braucht an der 
Basis 0,7 V um durchzuschalten. Den Laststrom führt dann der Kollektor 
zum Emitter . Die normale Schaltung ist, dass am Kollektor zb. die LED 
mit Vorwiderstand an Plusspannung angeschlossen ist. Die Basis braucht 
bei 18 V wohl ungefähr 12KOhm.

Gruß
Andreas

Autor: Georg H. (trashmaster)
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HildeK schrieb:
> Ich hoffe, ich habe dich korrekt verstanden - bin manchmal etwas schwer
> von Begriff.
> Im Anhang ein Vorschlag, der von deinem nicht weit entfernt ist.
> Maßgebliche Modifikation:
> - Die rote LED der Seite A und die weiße LED der Seite B können einfach
> in Reihe geschaltet werden. Bei gleichzeitigem Schalten von drei weißen
> Stirn-LEDs und zwei roten Rück-LEDs kann man die drei weißen mit einem
> Widerstand in Reihe nehmen und parallel dazu die zwei roten mit einem
> (anderen) Widerstand. Das Ganze zwei mal für je eine Fahrtrichtung. Alle
> fünf werden dann je von einem Schaltausgang gemeinsam geschaltet - mit
> nur geringem Steuerstrom.
>
> - ich steuere die Transistoren mit F1 und F2 an - zum Schalten je einer
> Gruppe weiß vorne und rot hinten.
>
> - ich kann mir nicht vorstellen, dass dein Schaltausgang soviel Strom
> aufnehmen kann, dass er die ganzen LED-Stöme abkann. Das wäre nämlich in
> deiner Skizze für F1 und F2 notwendig. Wenn ja, dann kannst du in meiner
> Skizze F3 an GND legen.
> Aber andererseits sollte in deinem System auch GND mit verfügbar sein.
> Der Dekoder braucht das ja auch, um die 0V abzuliefern. Und dann
> brauchst du F3 nicht. Wozu auch, F1 und F2 auf 0V und alle LEDs sind
> aus.
>
> Was weißt du über die technischen Daten des Schaltausgangs? Ist da ein
> Halbleiter drin oder gar ein Reed-Kontakt? Wieviel Strom kann der
> liefern bzw. wieviel aufnehmen? Gibt es eine Typenbezeichnung des
> Dekoders oder ein Datenblatt?

Also ich möchte nicht die gesamte Weiß-Rot kombination abschalten, 
sondern nur die Beleuchtung an einer Seite der Lok (die an der die Wagen 
hängen). An der Stirnseite soll weiterhin Weiß bzw Rot leuchten je nach 
Fahrtrichtung. Deswegen die eine Fahrtrichtung an F1 und die 
Gegenrichtung an F2. Der Decoder schaltet die zwei Ausgänge je nach 
Fahrtrichtung ein.

Und einen echten GND gibts am Decoder nicht, da der Strom vom Gleis eine 
Rechteck-Wechselspannung ist, die vom Decoder gleichgerichtet und auf 
die Ausgänge geschalten wird.

Ich kann jeden Ausgang mit 300mA belasten, bzw alle drei in Summe auch 
mit 300mA. Datenblätter gibts nicht wirklich, da geben die Hersteller 
ungern Informationen her. Und die Bedienungsanleitung gibt in 
elektrotechnischer sicht garnichts her.

Autor: HildeK (Gast)
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OK, dann hatte ich doch nicht alles verstanden.
Und dein Vorschlag ist dann auch schon fast perfekt.
Ich habe dir deinen Vorschlag neu gezeichnet nochmals angehängt und um 
zwei normale Silizium-Dioden (D1 und D2) erweitert. Die dienen zum 
Schutz der BE-Strecke der Transistoren, denn die halten in 
Rückwärtsrichtung nur etwa 6-7V aus, es gibt aber Kombinationen, wo 18V 
anliegen können - z.B. wenn F3 auf niedrigem und F1 und/oder F2 auf 
hohem Potential liegen. Dies hat aber auf die von dir schon richtig 
gezeichnete Schaltung keinen anderen Einfluss.

In dem Diagramm sind die Signalspannungen zu sehen, ich habe sie auf 
deine Plus-Schiene bezogen und deshalb sind sie negativ. Außerdem sind 
oben die Ströme durch die LEDs zu sehen.
Bei den Spannungen und den Strömen habe ich nur für die Darstellung im 
Diagramm einen Offset addiert, so dass die einzelnen Kurven auch 
unterscheidbar dargestellt werden. Nur die grüne Kurve für F1 und der 
Strom durch D3 sind deshalb in ihrer korrekten Lage.
An dem Diagramm kannst du jetzt nochmals nachvollziehen, ob alles so 
schaltet, wie du es wünscht.

Autor: Georg H. (trashmaster)
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Liegt bei deiner Version nicht auch Spannung an der LED2 bzw 4 wenn F3 
eingeschalten ist? Der Strom durch Kollektor und Basis geht ja auch 
durch die LED. Und bräuchte ich nicht einen NPN Transistor (BC577B), 
weil ich ja eine negative Spannung habe, oder denke ich wo verkehrt?
Auf jeden Fall schonmal vielen Dank für die ganze Hilfe! :)

Autor: HildeK (Gast)
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Das Hauptproblem ist hier die Begriffsbestimmung "Ein- /Ausgeschaltet" 
und die dazugehörenden Spannungswerte. Daher könnten noch immer 
Missverständnisse im Raum stehen. Die Tatsache, ob du negative oder 
positive Spannungen hast, ist nur eine Frage des Bezugspunkts, den man 
allgemein frei wählen kann und dann z.B. GND nennt. Ich habe ihn hier 
auf das höchste vorkommende Potential gesetzt, also das was du als +18V 
bezeichnest - einen GND 'unten' ist ja ein deiner Umgebung nicht 
zugänglich.

In dem Screenshot können deshalb die Quellen entweder 0 (HIGH) oder -18V 
(LOW) annehmen.

Du hast ja folgendes gesagt:

Georg H. schrieb:
> der an drei "Funktionsausgängen" auf Knopfdruck eine
> Spannung von 17,2V zwischen dem Ausgang und dem Pluspol (gemeinsam für
> alle 3 Funktionsausgänge) aufbaut. Nun soll an einen Ausgang das
> Stirnlicht einer Seite und das Rücklicht der Anderen. Ist der Ausgang
> "eingeschaltet" liegen die 17V an, ist der aus liegt keine Spannung an.

d.h. du beziehst dich mit deinen Messungen auf den Pluspol. Das habe ich 
jetzt auch getan. Wenn du dann von 17.2V redest, dann hast du beim 
Messen das Plus deines Messgerätes an deinen 'Pluspol' gelegt und dann 
die Signale an F1, F2 und F3 gemessen. Da fängt jetzt die Unsauberkeit 
in den Bezeichnungen an. Ich lege den GND-Eingang des Messgerätes an 
deinen Schaltungspluspol und messe deshalb entweder 0V oder -17.2V. Ich 
vermute mal, wenn du 17.2V misst ist das der von mir unten bezeichnete 
LOW-Pegel bzw. meine -17.2V.
Schlimmstenfalls könnten jetzt nach deinen Begriffen die Zustände Ein- 
und Ausgeschaltet noch vertauscht sein.

Deshalb hab ich dir auch die Kurven mit aufgezeichnet. Die sind 
simuliert und entsprechen so durchaus der Realität. (Beachte den 
künstlichen Offset, damit man sie besser auseinanderhalten kann)
Nimm die rote Kurve von F3:
sie hat zwischen t=21ms und t=41ms HIGH (also das Potential von deinem 
Pluspol) und während der Zeit können die Transistoren leiten, wenn F2 
oder F1 auf LOW liegen. Man sieht an den beiden oberen Kurven für den 
Strom durch D2 und D4, dass diese während der HIGH-Zeit von F3 den 
Signalen von F1 und F2 folgen. In der anderen Zeit (F3=LOW) kann kein 
Strom durch D2 und D4 fließen, unabhängig von den Signalen an F1 und F2. 
Das wäre die Abschaltung der den Waggons zugewandten Seite.
Die Transistoren sind so schon die richtigen Typen, weil beim NPN der 
Kollektor am höchsten Potential und der Emitter auf dem niedrigsten 
liegen soll und dies ist hier auch der Fall.

Soll allerdings dein F3-Signal genau umgekehrt funktionieren müssen, 
dann wird mein nächster Schaltungsvorschlag zur Anwendung kommen. Siehe 
Anhang.

Autor: Georg H. (trashmaster)
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Habe jetzt nochmal nachgemessen weil ich selbst nichtmehr gewusst habe 
was ich eigentlich gemessen hatte.
Wenn ich den GND vom Multimeter (Schwarz) an F1 anlege und den das rote 
Kabel an den gemeinsamen Pluspol, zeit das Messgerät +17,2V. Beim 
ausgeschalteten Funktionsausgang messe ich 0V.
Die anderen F-Ausgänge verhalten sich genau gleich.

Autor: HildeK (Gast)
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Georg H. schrieb:
> Wenn ich den GND vom Multimeter (Schwarz) an F1 anlege und den das rote
> Kabel an den gemeinsamen Pluspol, zeit das Messgerät +17,2V. Beim
> ausgeschalteten Funktionsausgang messe ich 0V.

OK.
Dann ist in meiner Beschreibung LOW, wenn du die 17.2V misst und eben 
HIGH, wenn du 0V misst.
In dem Plot vom 07.03.2011 20:58 sind die unteren Linien LOW und die 
oberen HIGH. Vermutlich willst du dann die Funktion von F3 umgekehrt 
haben. Dann nimm die Variante vom 07.03.2011 23:00.
Ich kann dir gerne noch einen Plot dafür nachliefern.

Autor: Georg H. (trashmaster)
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Vielen, vielen Dank für deine Hilfe, dann scheints ja endlich gelöst! :)

Und nö noch einen Plot brauch ich nicht, es ist nachvollziehbar was wann 
passiert! Aber ist R7 und R8 absichtlich ein Widerstand? Bei der anderen 
Variante sind da ja Dioden drin.

Autor: HildeK (Gast)
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Georg H. schrieb:
> Aber ist R7 und R8 absichtlich ein Widerstand? Bei der anderen
> Variante sind da ja Dioden drin.

Ja, das ist korrekt. Hier kann die Basis ja nicht positiver werden als 
der Emitter, da dieser auf dem Pluspol liegt. Beim PNP darf die Basis 
nicht mehr als rund 5V positver werden als der Emitter.
Die Widerstände sind nicht unbedingt notwendig, geben aber für das 
Ausschalten des Transistors mehr Sicherheit. Ich habe sie gewählt, weil 
ja nichts Genaues über den Dekoderchip und dessen 
Ausgangsspezifikationen bekannt ist.
Wenn sichergestellt ist, dass zwischen HIGH eines Schaltsignals und dem 
Pluspol garantiert auch 0V vorhanden sind, kannst du auch die 
Widerstände weglassen.
Sollten die LEDs im Aus-Zustand jedoch leicht glimmen, dann mach sie 
rein.

Bei der Schaltung mit den NPN-Tranistoren darf die Basis nicht mehr als 
rund 5V negativer werden als die Basis. Hier kann es aber passieren, 
dass Basis durchaus negativer sein kann als die Basis (F3=LOW, F1 oder 
F2 = HIGH) - und dann um 18V! Das ist zuviel und deshalb habe ich die 
Dioden eingebaut. Die begrenzen das auf 0,7V und die Transistoren sind 
geschützt.

Also: Viel Erfolg!

Autor: Georg H. (trashmaster)
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Dann ist ja alles klar! Werd das morgen gleich mal ausprobieren.

Vielen Dank für deine Hilfe! =)

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