Hallo, ich habe eine Anfängerfrage, sorry.
In dem Bild, das ich grad (nochmal sorry) in Paint gemalt habe, weiß ich
nicht ganz, wie sich die Spannungen aufteilen.
Wenn ich am Eingang, also an R1 3V anlege und durch die Basis 1mA
fließen lassen möchte, dann wähle ich den ja zu 2k3 Ohm. R2 ist ja dazu,
dass die Basis ausgeräumt wird. An Ube stellt sich ja eigentlich 0,7V
ein - passiert das jetzt auch, oder ist über Ube die Spannung von dem
Spannungsteiler von R1 und R2? Wenn ich diesen nämlich ziemlich
hochohmig wählren würde, dann wäre Ube ja relativ gering.
Oder nimmt die Spannung über R2 automatisch die 0,7V an?
Danke schonmal
Das siehst du schon richtig, als Ube stellt sich die Spannung des
Spannungsteilers ein. Aber Vorsicht, die B-E-Strecke (ist ja ein
PN-Übergang, also eine Diode) belastet den Spannungsteiler. Man
dimensioniert den Spannungsteiler daher so, dass der Basisstrom nur etwa
ein fünftel bis ein zehntel des Stroms im Spannungsteiler entspricht. So
kann dann die Belastung des Spannungsteilers i.d.R. vernachlässigt
werden.
Michael schrieb:> als Ube stellt sich die Spannung des> Spannungsteilers ein
Das ist schlicht falsch. Die Ube stellt sich nach der Kennlinie des
Transistors ein. Z.B. Basisvorwiderstand 4,7k und
Basis-Emitterwiderstand ebenfalls 4,7k. Wie wird die Ube aussehen? Bei
einer Spannung von 5V stellt sich keine Ube von 2,5V ein sondern etwa
0,5V...0,7V je nach Transistor.
Tschüß
>Wenn ich am Eingang, also an R1 3V anlege und durch die Basis 1mA>fließen lassen möchte, dann wähle ich den ja zu 2k3 Ohm.
Ja, zumindest wenn noch kein R2 dranhängt.
>R2 ist ja dazu,>dass die Basis ausgeräumt wird. An Ube stellt sich ja eigentlich 0,7V>ein
Ja
>passiert das jetzt auch,
Ja
>oder ist über Ube die Spannung von dem>Spannungsteiler von R1 und R2?
Nein
[...]
Oder nimmt die Spannung über R2 automatisch die 0,7V an?
Ja
In solchen grundlegenden Fällen ist es immer hilfreich, entweder ein
Simulationsprogramm anzuwerfen oder das Verhalten einfach mal auf dem
Steckbrett durch messen zu beobachten. Das prägt sich dann dauerhaft
ein.
Die BE-Strecke eines bipolaren Transistors kann man sich als Diode von
Basis nach Emitter mit Anode an der Basis und Kathode am Emitter
vorstellen.
>Das siehst du schon richtig, als Ube stellt sich die Spannung des>Spannungsteilers ein.
Das trifft im vorliegenden Fall nicht zu. Du denkst vermutlich an eine
Arbeitspunkteinstellung. Bedenke dabei aber, dass kein Emitterwiderstand
vorhanden ist. Dann sähe die sache schon anders aus (obwohl UBE noch
immer ca. 0,6V-0,7V betragen würde. Lediglich die Spannung der Basis
gegen Masse wäre ungleich UBE, und die Sache mit dem von Dir genannten
Spannungsteiler würde auch Sinn machen.)
>Aber Vorsicht, die B-E-Strecke (ist ja ein>PN-Übergang, also eine Diode)
eben!
belastet den Spannungsteiler.
Allerdings ;-)
Harald Hermenau schrieb:> Michael schrieb:>> als Ube stellt sich die Spannung des>> Spannungsteilers ein>> Das ist schlicht falsch. Die Ube stellt sich nach der Kennlinie des> Transistors ein. Z.B. Basisvorwiderstand 4,7k und> Basis-Emitterwiderstand ebenfalls 4,7k. Wie wird die Ube aussehen? Bei> einer Spannung von 5V stellt sich keine Ube von 2,5V ein sondern etwa> 0,5V...0,7V je nach Transistor.>> Tschüß
Wenn du nur den zitierten Text beachtest hast du recht aber beachte doch
bitte meinen ganzen Post. Wenn der Basisstrom den Spannungsteiler nicht
wesentlich belastet wird Ube vom Spannungsteiler bestimmt. Und üblich
ist da durchaus ein Strom im Spannungsteiler von 5*Ib...10*Ib.
Michael schrieb:> Wenn du nur den zitierten Text beachtest hast du recht aber beachte doch> bitte meinen ganzen Post. Wenn der Basisstrom den Spannungsteiler nicht> wesentlich belastet wird Ube vom Spannungsteiler bestimmt. Und üblich> ist da durchaus ein Strom im Spannungsteiler von 5*Ib...10*Ib.
Schon mal nachgerechnet, was Deine Behauptung energetisch bedeutet?
Tschüß
So, nehmen wir mal ein Beispiel
Wir wollen mal einen BC537 nehmen der einen Kollektorstrom von 10mA
aufweisen soll. Sein hFE dürfte dabei locker über 100 liegen, wir nehmen
mal 100 an weils damit leicht zu rechnen ist. Das bedeutet wir benötigen
100uA Basisstrom um 10mA Kollektorstrom fließen zu lassen. Der TE sagte,
dass er am Spannungsteiler 3V anlegen möchte, nehmen wir die doch mal
an. Ich sagte, der Strom solle 5*Ib...10*Ib sein, nehmen wir mal 10*Ib.
So grob über den Daumen gepeilt müsste somit im Spannungsteiler ein
Strom von 10mA fließen und bei 3V, die über dem Abfallen sollen müsste
R1+R2 also etwa 300 Ohm ergeben. Und wenn ich jetzt mal, völlig
sinnfrei, R1 zu 10 Ohm nehme und R2 zu 290 Ohm stellt sich deiner
Meinung nach Ube immer noch auf 0.5...0.7V ein? Vielleicht noch mal in
den Tietze-Schenk schaun unter Arbeitspunkteinstellung mit
Basisspannungsteiler ;). Wenn Ube nicht vom Spannungsteiler beeinflusst
wird, warum ist dann im Tietze-Schenk ausgerechnet R2, also der
Widerstand von der Basis zu Masse, als einstellbarer Widerstand
bezeichnet?
Energetisch brauch man da erstmal nix betrachen, Kirchhoff&Ohm ist da
viel einfacher.
Oh, ich hab mich im Eifer des Gefechtes vertan, im Spannungsteiler
sollen natürlich nicht 10mA fließen sondern nur 1mA...Resultat bleibt
aber davon unberührt. Der Spannungsteiler hat erheblichen Einfluss auf
Ube...oder anders gesagt: Mit dem Spannungsteiler lässt sich Ube
einstellen. Es sollte klar sein, dass sie die Spannungen am
Spannungsteiler nicht wie die Widerstände R1, R2 verhalten werden. Da
pfuscht ja immer noch der PN-Übergang von der Basis zum Emitter rein.
>Und wenn ich jetzt mal, völlig>sinnfrei, R1 zu 10 Ohm nehme und R2 zu 290 Ohm stellt sich deiner>Meinung nach Ube immer noch auf 0.5...0.7V ein?
Also ich bin nicht der OP dieser Antwort, aber ich behaupte: ja.
Begründung: Die Masche aus UBE (Spannung zwischen Basis und Emitter) und
UR2 muss null ergeben. Damit ist UBE betragsmäßig gleich UR2. Die
Basis-Emitter-Strecke ist eine Diode. Versuche mal, an einer 1N4148 in
Durchlassrichtung mehr als 1V abfallen zu lassen, ohne die Diode zu
zerstören.
Was bei Deiner Schaltung mit R1 = 10E und R2=290E (ungefährt passiert):
An der Basis-Emitter-Strecke stellt sich eine Spannung UBE von etwa 0,6V
ein.
Damit fließt durch R1 etwa IR1 = (Ub - UBE) / R1.
Durch R2 fließt dann etwa (für den Fall, dass die Basis-Emitter-Strecke
leitend ist, der Transistor also angesteuert wird): 0,6V/290E = 2mA.
In die Basis fließen deshalb IR1 - 2mA.
Die Arbeitspunkteinstellung mit Basisspannungsteiler funktioniert, da
der differentielle Widerstand RBE nicht null ist. Man kann also durch
eine (geringe) Änderung der UBE den Basisstrom umd damit den
Arbeitspunkt einstellen. Aber: Der Basis- und damit der Kollektorstrom
wird durch Änderung der UBE im Bereich weniger zehn Millivolt
eingestellt! Wenn Du im TS Dir mal die Übertragungskennlinie in Abb. 4.5
anschaust, wirst Du selbst feststellen, dass niemals eine UBE von z.B.
3V erreicht werden kann.
Nebenbei wird der Arbeitspunkt, also der Ruhestrom, nicht durch die
Spannung UBE, sondern durch den Basisstrom eingestellt. Dieser ist über
den differentiellen Widerstand der Basis-Emitter-Strecke allerdings von
UBE abhängig, bzw. eigentlich ist UBE vom Basisstrom abhängig über den
Basisbahnwiderstand und die Kennlinie der Basis-Emitter-Strecke.
Ich hoffe, ich konnte ein wenig zur Klärung beitragen.
Wenn ihr hier von Arbeitspunkteinstellung redet, dann geht es um eine
lineare Verstärkerstufe - oder?
Ohne Stromgegenkopplung wird das sowieso nichts gescheites.
Ich hatte aber den Eindruck, das der TO eher einen Schalterbetrieb
meinte ("R2 ist ja dazu, dass die Basis ausgeräumt wird"). Vielleicht
äußert er sich ja nochmals - man hat lange nichts von ihm gehört ...
Und dann ist der R2 dazu da, die Schaltschwelle nicht bei 0,7V zu
erhalten sondern bei etwa der Hälfte des Eingangshubes. Sonst kann es
recht eng werden mit dem max. LOW-Pegel der Steuerspannung und der Ube,
bei der der Transistor leitet. Der fängt genau betrachtet durchaus schon
bei 550 bis 600mV damit an. Dann haben wir fast keinen Störabstand mehr
bei LOW.
Also den Teiler so berechnen, dass bei der halben Steuerspannung
unbelastet auf etwa 0.7V geteilt wird. Dann bei voller Eingangsspannung
ein mehrfaches des minimalen Basisstroms durch R1 fließen lassen.
>Wenn ihr hier von Arbeitspunkteinstellung redet, dann geht es um eine>lineare Verstärkerstufe - oder?
Ja. Der OP hatte ja bereits recht nebulöse Angaben gemacht. Dann kam ja
die Diskussion um UBE dazwischen.
>Ohne Stromgegenkopplung wird das sowieso nichts gescheites.
Korrekt. Das hatte ja auch niemand behauptet. Aber wie gesagt: steht
alles im Tietze-Schenk ;-)
High Performer schrieb:> Ja. Der OP hatte ja bereits recht nebulöse Angaben gemacht.
Eben - und die deuten imho immer noch mehr auf Schalterbetrieb hin:
- Basis ausräumen (relevant bei schnellem Schalterbetrieb)
- 1mA Basisstrom (im NF-Bereich mit hfe bei 100 ... 300 hält das ein
normaler Transistor im Kollektrokreis gar nicht mehr aus, passt aber
ganz gut zur Ansteuerung z.B. einer LED oder eines kleinen Relais)
- den nach links und nicht nach oben gezeichneten R1 (deutet auf
Ansteuerung mit µC oder Logikgatter hin)
- 3V am Eingang (passt doch gut auf 3V3-Logik-HIGH, als Versorgung für
einen Basisspannungsteiler eher etwas niedrig)
Gut, der hohen Basisstrom und auch die Ausräumung könnte ev. in der
HF-Technik ein Thema sein (da muss ich passen).
Wieder so eine Frage mit ungenügenden Eingangsinformationen und horst900
ist nach Diktat verreist :-)
High Performer schrieb:> Begründung: Die Masche aus UBE (Spannung zwischen Basis und Emitter) und> UR2 muss null ergeben. Damit ist UBE betragsmäßig gleich UR2. Die> Basis-Emitter-Strecke ist eine Diode. Versuche mal, an einer 1N4148 in> Durchlassrichtung mehr als 1V abfallen zu lassen, ohne die Diode zu> zerstören.>> Was bei Deiner Schaltung mit R1 = 10E und R2=290E (ungefährt passiert):
Ich hab ja nie behauptet, dass die Basis-Emitter-Diode dadurch nicht
zerstört wird, daher das "sinnfrei" ;). Kernfrage war und ist, ob die
Spannung Ube vom Spannungsteiler bestimmt wird. Die Frage, so hab ich es
jedenfalls verstanden, ist ja nicht, ob die Spannung Ube ausschließlich
vom Spannungsteiler beeinflusst wird. Ich hab mal ein Simulationsmodell
zusammengestrickt wie im Anhang. Folgendes Transistormodell hab ich
verwandt:
1
.MODEL BC817_16_NPN NPN (
2
*ersatztyp für BC337 jedoch statt 0.5W nur 0.2W Ptot
3
+ IS = 3.615E-14 NF = 0.9932 ISE = 2.649E-15 NE = 1.65
Fall 1: Strom im Spannungsteiler ca. 10*Ib=1 mA
R1=2k7
R2=700
Damit ergibt sich Ube zu ca. 0.67 V
Fall 2: Mal so wie ich es oben schrieb
R1 = 10 Ohm
R2 = 290 Ohm
Hier ergibt sich Ube plötzlich nicht mehr zu 0.67 V sondern zu ca. 1 V.
Allerdings fließt im Spannungsteiler damit auch nicht mehr der fünf- bis
zehnfache Basisstrom sondern deutlich weniger (Achtung: Ich red vom
Faktor, nicht vom Absolutbetrag des Stroms, der ist jezt natürlich
deutlich höher). Dass das die Basis-Emitter-Strecke nicht ganz so toll
finden wird, davon will ich ja gar nicht reden. ;)
Aber hieran sieht man, dass der Spannungsteiler erheblichen Einfluss auf
Ube hat...ein Delta von über 30% bezeichne ich zumindest als erheblichen
Einfluss.
Wenn ich nun aber bei der Dimensionierungregel bleibe, dass im
Spannungsteiler der 5...10fache Basisstrom fließt wird Ube schon vom
Spannungsteiler "eingestellt" aber man stellt den Teiler im Prinzip ja
auch nach Ube ein (genauer: nach Ib was zur Folge hat, dass man ihn
indirekt nach Ube einstellt)
High Performer schrieb:> wirst Du selbst feststellen, dass niemals eine UBE von z.B.> 3V erreicht werden kann.
Oha, das wollte ich ja auch nicht sagen. Da hat man sich falsch
verstanden. 3V bekommt man an Ube so nur wenn man R1 zu 0 Ohm
setzt...und das grillt den Transistor schneller als es funkt, klar.
Genau genommen wird ja kein Bipolartransistor durch ein Spannung
gesteuert sondern nur durch den Strom. Sie waren, sind und bleiben
stromgesteuerte Stromsenken. Die Spannungen sind "nur" parasitäre
Effekte. Oder, wie mans im Studium zum Beispiel lernt:
Minoritätsladungsträgerinjektionstransitor...hach, ich liebe dieses Wort
^^
HildeK schrieb:> Eben - und die deuten imho immer noch mehr auf Schalterbetrieb hin:> - Basis ausräumen (relevant bei schnellem Schalterbetrieb)> - 1mA Basisstrom (im NF-Bereich mit hfe bei 100 ... 300 hält das ein> normaler Transistor im Kollektrokreis gar nicht mehr aus, passt aber> ganz gut zur Ansteuerung z.B. einer LED oder eines kleinen Relais)> - den nach links und nicht nach oben gezeichneten R1 (deutet auf> Ansteuerung mit µC oder Logikgatter hin)> - 3V am Eingang (passt doch gut auf 3V3-Logik-HIGH, als Versorgung für> einen Basisspannungsteiler eher etwas niedrig)
Hallo zusammen, sorry, ich war das Wochenende nicht zuhause. Aber ich
freue mich, dass hier in der Zeit so viele Antworten enstanden sind.
Also es ist schon richtig vernutet, die Ansteuerung kommt von einem
Microcontroller. Ziel von R2 war es (erst mal gedanklich) beim
Einschalten des Microcontrollers einen definierten Pegel an die Basis
des Transistors zu legen, damit, solange der Port noch nicht als Ausgang
definiert wurde (und natürlich vorher ein 'low' an den Ausgang
geschrieben wurde) der Transistor ungewollt kurz durchschaltet. Für den
eigentlichen Betrieb ist R2 daher egal, aber es geht halt um genau
diesen Einschaltmoment.
Der Microcontroller liefert mit 3,3V, der Port darf jedoch nur mit max.
2mA belsatet werden. Das ist mein Problem. Daher der R2, der die Basis
anfangs auf GND ziehen soll.
horst900 schrieb:> Ziel von R2 war es (erst mal gedanklich) beim> Einschalten des Microcontrollers einen definierten Pegel an die Basis> des Transistors zu legen, damit, solange der Port noch nicht als Ausgang> definiert wurde (und natürlich vorher ein 'low' an den Ausgang> geschrieben wurde) der Transistor ungewollt kurz durchschaltet.
Das würde der Bipolartransistor nie tun da er vom Strom gesteuert wird
und nicht, wie Mosfets, von der Spannung. Da kannst du dir dann den R2
auch sparen. Die Spannung Ube ist quasi nur eine parasitäre
Nebenerscheinung.
Ich hatte sowas mal hier irgendwo im Forum gelesen, wo es um eine
H-Brücke ging. Eine H-Brücke will ich nicht machen, aber trozdem wird da
später ein kleiner Motor dran hängen.
Da wurde das beschrieben, dass der Pin vom Microcontroller anfangs dazu
neigt, gegen Vsupply zu gehen, bevor er richtig initialisiert ist. Und
daher stand die Basis kurz unter Spannung und der Transistor schaltete
durch. Das will ich halt unter allen Umständen vermeiden. Und da wurde
angeraten, ein Widerstand zwischen Basis und Masse zu schalten, damit
die Basis auf Masse-Pegel liegt. Nur dann kommt halt dieser
Spannungsteiler zustande.
Sicher, dass es dabei nicht um eine H-Brücke mit Mosfets ging? Die
können nämlich nicht so ohne weiteres ihre Ladungsträger auf dem Gate
runterwerfen, da muss man schon aktiv nach Masse schalten und da (also
bei Mosfets) macht dann ein Widerstand von Gate gen Masse schon sinn.
Damals ging es um diese H-Brücke, hatte mir das Bild da mal
runtergeladen.
Auf jeden Fall war da das Problem, dass beim Einschalten der Versorgung
wohl immer kurz ein Impuls in die Brücke ging und der Motor zuckte.
Deshalb wurde vorgeschlagen, an die Basen der NPNs einen R nach Masse zu
legen.
Ich finde den Beitrag leider nicht mehr. Bei undefiniertem Schalten
könnte man halt auch ein Kurzschluss in der Brücke beim "Hochfahren"
nicht zuverlässig vermeiden.
>Da wurde das beschrieben, dass der Pin vom Microcontroller anfangs dazu>neigt, gegen Vsupply zu gehen, bevor er richtig initialisiert ist.
Na ja, die Pins des Microcontrollers sind nach dem RESET einfach als
Eingänge geschaltet. Deshalb "floaten" die Pins. Da aber nur ein
minimaler (Eingangs-)Strom fließen kann (Bei ATMegas liegt der
Eiongangsstrom bei ca. 1uA), wird der Transistor auch nur minimal mit
einem Basisstrom beaufschlagt. Aber der R2 wäre auf jeden Fall nicht
schädlich. Den Wert würde ich ungefähr bei 47k ansetzen. R1 je nach
benötigtem Basisstrom.
Also geht das in Ordnung, wenn ich den R1 mit mit den ca. 2k lasse,
wegen ca. 1mA Basisstrom und dann einfach 47k nach Masse? Hatte halt
Probleme mit dem resultierenden Spannungsteiler.
Ich denke, du kannst dir R2 auch ganz sparen. Wie High Performer schon
sagte, es wird ein minimaler Strom nur fließen können wenn die Pins
floaten. Der Transistor wird da nennenswert nicht schalten. Ich seh auch
nicht, wie da oben bei der H-Brücke was schalten sollte wenn die Pins
des uC floaten. Durch die PN-Übergänge werden statische Aufladungen der
Eingangskapazitäten im Nu abgebaut.
Was ich noch nicht so recht verstehe ist, warum hattest du mit dem
Basisspannungsteiler Probleme? Du brauchst also einen Basisstrom von
1mA, 3V3 hast du anliegen. Beherzigst du nun noch, dass etwa das 5*IB
bis 10*IB im Spannungsteiler fließen soll ist der doch kein Problem
auszurechnen. Ube in vernüftigen Sphären wurde auch schon genannt, sind
so 0.6-0.7V. Da mit kann man schon ganz gut schätzen (wers genau haben
will Simuliert oder misst im Laborversuch nach).
R2=Ube/(5*IB)=0.7V/5mA=140 Ohm -> 150 Ohm gewählt
R1=(UuC-Ube)/(6*IB)=(3.3V-0.7V)/6mA=433 Ohm-> 470 Ohm gewählt
So sollte es funktionieren...sofern du 1mA Basisstrom benötigst.
Michael schrieb:> R2=Ube/(5*IB)=0.7V/5mA=140 Ohm -> 150 Ohm gewählt> R1=(UuC-Ube)/(6*IB)=(3.3V-0.7V)/6mA=433 Ohm-> 470 Ohm gewählt
Aber wenn ich das so rechne, dann bin ich ja wesentlich über der
maximalen Belastung von 2mA des Pins vom Microcontroller
Richtig horst, ich habs ja auch nur auf die Regel 5*Ib...10*Ib
gerechnet. Aber ich bin auch immer noch der Meinung, dass man R2 absolut
nicht benötigt und einfach R1 drin lässt, dann gern auch mit 2k.
>R2=Ube/(5*IB)=0.7V/5mA=140 Ohm -> 150 Ohm gewählt>R1=(UuC-Ube)/(6*IB)=(3.3V-0.7V)/6mA=433 Ohm-> 470 Ohm gewählt
Hallo Michael, wir sind im Schaltbetrieb. Da wählt man R1 i.A. so, dass
der Transistor sicher ganz durchgesteuert ist (also abhängig von der
Stromversorgung und prinzipiell vom Laststrom). Den Wert für R1 hatte
ich schon genannt (im kOhm-Bereich). Aber so lange wir den Transistortyp
und die Last nicht kennen, kann da natürlich keine präzise Angabe
gemacht werden.
Der R2 kann sehr groß werden. Soll ja nur verhindern, dass der 1uA-Strom
der Eingangsstufen des uC den Transistor leicht ansteuert. Und wie Du
selbst bereits festgestellt hast, kann dieser "Angstwiderstand" auch
ganz entfallen.
Kommt halt drauf an, ob der Transistor eine einfach LED ansteuert oder
eine riesige Maschine, deren unkontrolliertes Verhalten vielleicht
gleich einen Millionenschaden verursacht. ;-)
High Performer schrieb:> Der R2 kann sehr groß werden. Soll ja nur verhindern, dass der 1uA-Strom> der Eingangsstufen des uC den Transistor leicht ansteuert. Und wie Du> selbst bereits festgestellt hast, kann dieser "Angstwiderstand" auch> ganz entfallen.> Kommt halt drauf an, ob der Transistor eine einfach LED ansteuert oder> eine riesige Maschine, deren unkontrolliertes Verhalten vielleicht> gleich einen Millionenschaden verursacht. ;-)
Dieser Widerstand kann eigentlich von daher ganz entfallen weil schon
ein enormer parasitärer Effekt notwendig ist, um einen Bipolartransistor
anzusteuern. Warum floatet denn der Pin eines uCs? Doch nur, weil aus
irgendwelchen Gründen es ein paar Ladungsträger auf die
Ausgangskapazität (die gewöhnlich im pF-Bereich liegt) des Pins schaffen
und dann dort verweilen. Hier wäre dann aber da ein Bibolartransistor
(über R1) angeschlossen, also im Prinzip eine Diode nach Masse. Und die
ist genausogut wie ein Widerstand um die Basis auf Masse zu halten. Wenn
aber der Pin des uC aktiv auf High geht, warum auch immer, dann hilft
hier auch R2 nicht, dann wird der Bipolartransistor so oder so
aufgemacht. R2 macht nur bei einem Mosfet Sinn denn so ein Mosfet hat ja
"nur" eine Kapazität zwischen Gate und Spource und die kann genauso gut
durch parasitäre Effekte floaten wie der Pin des uCs.
tt.JPG
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