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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Transistorberechnung richtig?


Autor: Randy N. (huskynet)
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Hallo,

ich möchte mit meinem µC ein Relais schalten. Das Relais benötigt einen 
Strom von 40mA. Ist die angehängte Schaltung richtig berechnet, und wie 
groß ist die Verlustleistung am Transistor? Also Uce ist doch nicht 24V, 
oder? Weil wenn doch wären das ja 24V * 0,046A = 1,1W - nee kann nicht 
sein.

Grüße
Randy

Autor: Randy N. (huskynet)
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*seufz hab auf Vorschau geklickt, und damit war der Anhang wieder raus, 
und über Bearbeiten lässt der sich auch nicht wieder anfügen...

Hier also die Schaltung.

Autor: madler (Gast)
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Also der Strom durch R1 dürfte so wie jetzt ca 0.13 A, nicht mA sein.
Vielleicht besser 33K ;)
Und wie Du schon meinst, die Spannung über das Relais ist ca. 24V, nicht 
über den Transistor.
Die dürfte eher sowas nahe 0 sein, weil der ja im Idealfall voll 
durchschaltet. Naja tatsächlich ca 0.7V (Transistor ist ja quasi zwei 
Dioden a ca 0.3 oder 0.4V) und somit ist die Verlustleistung sehr klein. 
30mW vielleicht.

Autor: Tippgeber (Gast)
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Sollen wohl 33k sein? Dann täts passen.
Obwohl, 130uA wären mir ein wenig mickrig, trotz dem C-Typ.
Nen Milliampere sollte man der Basis schon gönnen.
Also eher so 4,7k...

Autor: Obelix (Gast)
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24V über dem Transistor sind aber auch richtig, aber nur im 
Ausgeschaltetet zustand. Dann fließt aber auch so gut wie kein Strom, 
also auch sehr kleine Verlustleistung.

Autor: Nullpointer (Gast)
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Ich taet noch einen 1k zwischen der Basis und GND. Es gibt immer einen 
Zeitpunkt wo der Ausgang des Prozessors Tristate ist. zB waehrend dem 
Reset, und waehrend er noch nicht Programmiert ist.

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Nullpointer wrote:
> Ich taet noch einen 1k zwischen der Basis und GND. Es gibt immer einen
> Zeitpunkt wo der Ausgang des Prozessors Tristate ist. zB waehrend dem
> Reset, und waehrend er noch nicht Programmiert ist.
Wenn da was "tristate" (besser: hochohmig) ist, dann fließt aber auch 
kein Basisstrom... Also Widerstand zwischen Basis und GND ist in den 
meisten Fällen Käse.

Autor: Torben K. (torben)
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Johannes M. wrote:
> Nullpointer wrote:
>> Ich taet noch einen 1k zwischen der Basis und GND. Es gibt immer einen
>> Zeitpunkt wo der Ausgang des Prozessors Tristate ist. zB waehrend dem
>> Reset, und waehrend er noch nicht Programmiert ist.
> Wenn da was "tristate" (besser: hochohmig) ist, dann fließt aber auch
> kein Basisstrom... Also Widerstand zwischen Basis und GND ist in den
> meisten Fällen Käse.

Ich würde den Widerstand auch vorsehen, damit der Zustand der Schaltung 
auch beim Reset definiert ist. Damit macht man nichts verkehrt. Darauf 
verlassen, dass da schon kein Strom fließt halte ich nicht für die 
richtige Lösung. Allerdings würde ich hier zu 10k tendieren.

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Widerstand >=10 k wären OK, um auf der sicheren Seite zu sein. 1 k ist 
aber auf jeden Fall zu wenig.

Autor: Sebastian (Gast)
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Hi Randy,

ich würde sagen, momentan wird im durchgeschalteten Zustand über den 
Transistor mehr Strom als nur 40 mA fließen. Vor allem, sobald die Spule 
im Relais im gesättigten Zustand ist. Du solltest noch einen 
Kollektorwiderstand einbauen, damit Dir der Transistor nicht kaputt 
geht. Am besten so, dass Du für den Zweigwiderstand einen Wert von 
(24V-0.7)/40mA=R bekommst. Und R setzt sich dann zusammen aus dem 
Leitungswiderstand der Spule im Relais und deinem Kollektorwiderstand.

Das ganze ist natürlich hinfällig, wenn die 24V eine Strombegrenzung von 
40mA bereits haben.

Gruss, Sebastian

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Sebastian wrote:
> ich würde sagen, momentan wird im durchgeschalteten Zustand über den
> Transistor mehr Strom als nur 40 mA fließen.
Warum sollte das der Fall sein? Wenn das Relais bei 24 V 40 mA zieht, 
dann fließen auch nicht mehr als 40 mA!

> Vor allem, sobald die Spule
> im Relais im gesättigten Zustand ist. Du solltest noch einen
> Kollektorwiderstand einbauen, damit Dir der Transistor nicht kaputt
> geht. Am besten so, dass Du für den Zweigwiderstand einen Wert von
> (24V-0.7)/40mA=R bekommst. Und R setzt sich dann zusammen aus dem
> Leitungswiderstand der Spule im Relais und deinem Kollektorwiderstand.
Unsinn! Siehe oben.

> Das ganze ist natürlich hinfällig, wenn die 24V eine Strombegrenzung von
> 40mA bereits haben.
Die "Strombegrenzung" ist der ohmsche Widerstand der Relaisspule...

Autor: Randy N. (huskynet)
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Ui danke für die vielen schnellen Antworten in so kurzer Zeit :)

> Also der Strom durch R1 dürfte so wie jetzt ca 0.13 A, nicht mA sein.
> Vielleicht besser 33K ;)

Hm aber wieso. Ich hab beim Relais angefangen. Das zieht ungefähr 40mA. 
Da der Transistor einen Verstärkungsfaktor von 350 bis 600 hat (man 
ließt überall was anderes und bei Reichelt gibts für den BC548C kein 
Datenblatt - also nehme ich das Geringste an). 40mA / 350 = 0,114mA. 
Also muss mindestens ein Basisstrom von 0,144mA fließen. Da die 
BE-Spannung 0,7V beträgt, müssen am Basiswiderstand 4,3V abfallen, somit 
hab ich AHRGH ich hab 4,3V / 0,144mA gerechnet. Ahrgh! Ok es war spät 
heute Nacht :) Fehler gefunden.

Also 4,3V / 0,000144A = 30 kOhm. Schon besser :) So und da nehm ich nen 
27kOhm Widerstand, damit können dann durchs Relais 55mA fließen - das 
dürfte reichen.

> Naja tatsächlich ca 0.7V (Transistor ist ja quasi zwei
> Dioden a ca 0.3 oder 0.4V) und somit ist die Verlustleistung sehr klein.

Ah ok - an der CE-Strecke fallen auch 0,7V ab. Ok dann wären das 35mW - 
voll ok.

> Ich taet noch einen 1k zwischen der Basis und GND. Es gibt immer einen
> Zeitpunkt wo der Ausgang des Prozessors Tristate ist. zB waehrend dem
> Reset, und waehrend er noch nicht Programmiert ist.

Ja, eigentlich richtig, aber hier kommts nicht ganz so drauf an, also 
selbst wenn der da mal fehlschalten würde. Die Zeitdauer, die der 
Ausgang hochohmig ist, ist verschwindend gering, und wenn ich den µC 
programmiere nehme ich den wahrscheinlich sowieso von der Leiterplatte 
mit den Transistoren und Relais ab (weil ich mit dem PC dort schlecht 
hinkomme, wo sich die Leiterplatte befindet).

Grüße
Randy

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Randy N. wrote:

> Ok es war spät heute Nacht :)

Ja, ja. Kenn ich. Und du hast das Geld gebraucht :-)


>
> Also 4,3V / 0,000144A = 30 kOhm. Schon besser :) So und da nehm ich nen
> 27kOhm Widerstand, damit können dann durchs Relais 55mA fließen - das
> dürfte reichen.

Nicht kleckern, klotzen!

Treib den Transistor in die Sättigung! Mit 10k oder 2.2k ist der
voll durchgesteuert. Das heist ja nicht, dass deswegen mehr Strom
über die C-E Strecke fliest. Aber er könnte!

Autor: Nullpointer (Gast)
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Randy,
die Stromverstaerkung aus einem Katalog solltest du schnell vergessen. 
Die gilt nur fuer spezielle Zustaende. Ob's fuer deinen Zustand auch 
gilt muss man immer nachschauen.
Normale Prozessoren programmiert man in-circuit. Dh der Rest der 
Hardware ist da und unter Spannung. Ein 5m langes serielles Kabel mit 
einem Programmer vornedran macht das fuer mich. Und dann sollte keine 
Fehlschaltung auftreten.  Es kann ja irgendwas angesteuert werden. Nicht 
vergessen.

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Du willst den Transistor aber im Schaltbetrieb fahren und nicht im 
linearen Bereich. Deshalb lieber nen größeren Basisstrom erlauben, um 
auf der sicheren Seite zu sein (OK, bei 40 mA ist es sicher nicht 
kritisch, aber trotzdem). Wenn Du einen Basisstrom fließen lässt, der 
mehr Strom zulassen würde, als Du brauchst, dann ist das absolut nicht 
tragisch! Der Transistor darf ruhig in die Sättigung gehen...

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>>HRGH ich hab 4,3V / 0,144mA gerechnet

? Das ist doch richtig!
Wenn ich das in meinen alten CASIO eintippe, dann spuckt er mir das aus:
= 29,861k (Ohm)

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Nochmal zu dem Basis-Emitter Widerstand:

Der ist komplett nutzlos. Ein Transistor ist Strom-gesteuert, d.h. Wenn 
kein Strom durch die B-E Strecke fließt, leitet er über C-E auch nicht.
Wo soll der Basisstrom herkommen, wenn der µC Ausgang Hochohmig ist?
Und selbst wenn da ein kleiner Leckstrom fließt, hilft ein 10K 
"Ableite"-Widerstand da überhaupt nix, der Strom sucht sich den Weg des 
geringsten Widerstands, und der wäre in diesem Fall die B-E Strecke.

Anders schauts aus, wenn statt des NPN-Transistors da ein N-Kanal MOSFET 
drin wäre (BS170...). Der wäre Spannungsgesteuert, und bei einem 
Hochohmigen Gate-Anschluss kann da tatsächlich ein undefinierter Zustand 
auftreten. In dem Fall muss ein Ableite-Widerstand her, der die 
Gate-Kapazität entläd.


/Ernst

Autor: Störfeld (Gast)
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Der ist komplett nutzlos. Ein Transistor ist Strom-gesteuert, d.h. Wenn
kein Strom durch die B-E Strecke fließt, leitet er über C-E auch nicht.
Wo soll der Basisstrom herkommen, wenn der µC Ausgang Hochohmig ist?
Und selbst wenn da ein kleiner Leckstrom fließt, hilft ein 10K
"Ableite"-Widerstand da überhaupt nix, der Strom sucht sich den Weg des
geringsten Widerstands, und der wäre in diesem Fall die B-E Strecke.


Typisches Jung-Ingenieurs-gefaasel!

In Industrie-Elektroniken, evtl. bei höherem Verschmutzungsgrad und 
starker EMV-Belastung gibt es immer etwas 'abzuleiten'.

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Störfeld wrote:

>
> Typisches Jung-Ingenieurs-gefaasel!
>
> In Industrie-Elektroniken, evtl. bei höherem Verschmutzungsgrad und
> starker EMV-Belastung gibt es immer etwas 'abzuleiten'.

Jup. Das wird dann auch abgeleitet. Nur leider hauptsächlich über die 
B-E Strecke deines Transistors, und nicht über den Widerstand.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Typisches Jung-Ingenieurs-gefaasel!

Richtig! Bau den Widerstand mit ein!
Ich habe in gewissen Schaltunge den schon nachträglich eingebracht.

Autor: Mandrake (Gast)
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Zum Schalten würde ich eher einen MOSFET nehmen... aber es geht auch ein 
Bipolar-Transistor.
Rechnungen mit Stromverstärkungsfaktor etc. kannst du allerdings gleich 
in den Müll kneten. Beim Schalten mit Transistoren übersteuert man 
diesen. Desweiteren gelten die Berechnungen bei denen man von Ic=B*Ib 
ausgeht meist auch nur im KLEINSIGNAL-Bereich. Und deine Anwendung ist 
eine typische GROßSIGNAL-Geschichte. Also noch mal neu rechnen....
Man rechnet dann mit einer B-E-Spannung von 0.8...1V. Die C-E-Spannung 
gibt man typischer Weise (im eingeschalteten Zustand) mit ~0.2V an.

Autor: Nullpointer (Gast)
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Der bipolartransistor ist in diesem Falle die bessere Wahl. Falls man 
bei solchen openkollector Schaltern (die Industrie nennt die NPN) 
spaeter den Prozessor mit 3.3V betreiben moechte, bekommt man Probleme 
mit dem FET.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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> man von Ic=B*Ib
>ausgeht meist auch nur im KLEINSIGNAL-Bereich. Und d

Richtig. Deshalb gibt es ja b (klein b) b= dic/dib
und B (groß B) B=IC/IB
Alle b's sind natürlich Arbeitspunktabhängig.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Ich find das beachtlich, dass sofort jeder Hinz und Kunz hier postet, 
wie er das machen würde, und wie ers schon getan hat. Egal ob's Sinn 
macht oder nicht. "Ich habs bei mir auch gemacht" und basta.

Wie wärs, wenn ihr einfach nur die Frage beantwortet? Die Schaltung 
sieht doch ganz ordenlich aus.

Oh mann, der arme Threadopener. Der weiß doch nun komplett nicht mehr, 
wo der Hammer hängt. Ey Leute!

PS: Ernst Bachmann kann ich in der Sache mit dem B-E Widerstand nur 
zustimmen...

Autor: Hinz, ohne Kunz (Gast)
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Applaus...

Autor: Störfeld (Gast)
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> PS: Ernst Bachmann kann ich in der Sache mit dem B-E Widerstand nur
> zustimmen...

Das schlägt dem Fass den Boden raus!

Über die Kommentare von Hinz & Hunz herziehen und dann selber mit einen 
unqualifizierten Kommentar sich disqualifizieren.

Ihr Basis-Ableitwiderstand-Ignoranten: Was glaubt Ihr wie die DTL- oder 
LSL-Logik aufgebaut ist?

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Störfeld wrote:
> Das schlägt dem Fass den Boden raus!
>
> Über die Kommentare von Hinz & Hunz herziehen und dann selber mit einen
> unqualifizierten Kommentar sich disqualifizieren.
>
> Ihr Basis-Ableitwiderstand-Ignoranten: Was glaubt Ihr wie die DTL- oder
> LSL-Logik aufgebaut ist?

Die Sache ist die, dass hier wieder gut begründete Argumente gegen "Hab 
ich mal erlebt. Und soundso gelöst. Danach war's weg"-Aussagen stehen.

Fakt ist doch definitiv, dass ein Transistor erst dann leitend wird, 
wenn ein Basisstrom fließt. Und wenn nach dem vorhandenen 
Basiswiderstand aufeinmal Strom "eingefangen" wird, wegen deinen 
geliebten "Störfeldern", dann wird das im Basiswiderstand schon so 
geschwächt, dass der Transistor doch garnichts mehr davon merkt.

Außerdem, wie schon gesagt: Wenn das tatsächlich mal der Fall ist, wird 
der 10k PullDown auch nicht mehr helfen.


Genau so'n Quark wie mit dem Relais, das einen Vorwiderstand braucht. 
"Kollektorwiderstand", was soll das sein? ...

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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@Störfeld:

Wenn du schon die Uralttechnik aus den 1960ern ranziehst, fang doch 
gleich bei RTL an (nein, nicht der Fernsehsender, 
Resistor-Transistor-Logic, so die ersten Logikchips)
z.B. http://de.wikipedia.org/wiki/Widerstands-Transistor-Logik
Wo sind da deine Ableitwiderstände?

Und wieso haben TTL-ICs keine? Hat die jemand vergessen, oder muss man 
die extern anschliessen?


Mal drüber nachgedacht, dass ein Widerstand zwischen Basis und Emitter 
eines Transistors auch eine andere Funktion haben kann, als 
ESD-Störungen abzuleiten? z.B. zum Einstellen des Arbeitspunktes, 
verringern der Sättigung?

Lange Rede, kurzer Sinn: Randy will mit einem Transistor ein Relais 
schalten. Keine hohe Schaltfrequenz, die An/Abschaltverzögerung des 
Transistors ist komplett egal, das Relais ist eh langsamer. Also: 
Transistor voll in die Sättigung fahren, vermindert die Verlustleistung.
Für diesen Anwendungsfall ist ein B-E Widerstand überflüssig. Schaden 
tut er aber auch nicht.

/Ernst

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Ernst Bachmann wrote:
> Für diesen Anwendungsfall ist ein B-E Widerstand überflüssig. Schaden
> tut er aber auch nicht.

Würde ich nicht sagen: Wenn du zum Basiswiderstand noch einen B-E 
Widerstand hinzufügst, hast du einen Spannungsteiler. Und je nach Größe 
der Einzelwiderstände kann das in die Hose gehen.

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Stimmt, Simon.

Hab grad nochmal hochgeblättert... der oben von Nullpointer 
vorgeschlagene 1k Widerstand B-E ist deutlich zu klein, vorallem mit dem 
ebenfalls genannten 30k Basiswiderstand.
Also: Weglassen. Wenn doch, dann VIEL größer als der Basiswiderstand. 
Oder besser: weglassen.

Oder: Im Schaltplan/Platinenlayout vorsehen, aber nicht bestücken. Dann 
kann man die Schaltung leicht auf nen Mosfet umrüsten, indem man den 
Basiswiderstand durch ne Drahtbrücke ersetzt, und den (jetzt) G-S 
Widerstand mit so 100K bestückt.

/Ernst

Autor: Tippgeber (Gast)
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Hmm, wenn ich an Schaltstufen mit Germaniumtransistoren zurückdenke...
Die hatten noch einen Widerstand von der Basis gegen eine positive 
Hilfsspannung, damit der Transistor sicher gesperrt hat.

Bei einem Siliziumtransistor der mit einem Vorwiderstand über einen 
"kurzen" Draht von einer MCU angeblasen wird, sicher entbehrlich.

Wenn es um eine Schaltstufe ginge, bei der die Schaltzeiten eine Rolle 
spielen, dann wär der Widerstand zwischen Basis und Emitter natürlich 
zum schnellen Ausräumen der Ladungsträger wichtig.

Aber für ein Relais?

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>enn es um eine Schaltstufe ginge, bei der die Schaltzeiten eine Rolle
>spielen, dann wär der Widerstand zwischen Basis und Emitter natürlich
>zum schnellen Ausräumen der Ladungsträger wichtig.

Dann wäre es wichtiger, den Transistor nicht erst in die Sättigung zu 
fahren.
-> Schottky DIode zwischen B und C
oder gleich ne Kollektorschaltung

Autor: Tippgeber (Gast)
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@Matthias L.

Brilliant beobachtet.

Aber wir wollen den Threaderöffner nicht auf dumme Gedanken bringen.
Ein Relais erfordert so sportliche Maßnahmen nicht ;-)

Autor: Randy N. (huskynet)
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> Oh mann, der arme Threadopener. Der weiß doch nun komplett nicht mehr,
> wo der Hammer hängt. Ey Leute!

^^

> Und wieso haben TTL-ICs keine [Ableitwiderstände]? Hat die jemand
> vergessen, oder muss man die extern anschliessen?

^^

Hui da hab ich ja was entfacht ;-) Also ok, den Basisvorwiderstand mach 
ich kleiner. Ich glaub ich nehm 10k - von denen hab ich noch tonnenweise 
rumliegen.
Ableitwiderstand lass ich weg, durch den µC-Ausgang liegt eigentlich 
immer was definiertes an (0V oder 5V), und wenn mal nicht (im 
Umschaltmoment oder beim Programmieren), dann wäre das auch egal. Das 
Relais soll ne Lampe steuern - nix kritisches also.

Trotzdem danke für die vielen Antworten :)

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