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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Basisstrom zu klein? Bitte Hilfe


Autor: Luke (Gast)
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Guten Tag.
Tue mir grad schwer mit der Basisstromberechnung, kann mir jemand sagen 
ob es richtig oder falsch ist?

Will ein Relais mit dem Mikrocontroller ansteuern. Spulenspannung 5V und 
R-Spule 125, d.h. 40mA damit die Spule schaltet.
Hab hier nen BC337/40, einer vom großen C, hab jetzt einfach mal ins 
Phillips Datenblatt geschaut, die sind doch von Hersteller zu Hersteller 
identisch oder? (C hat dazu kein Datenblatt, weiß den Hersteller nicht).
Nun das Problem, welche Verstärkung soll ich nehmen? In der Tabelle 
steht min 250, in der Kurve würde ich eher 350 ablesen bei 40mA, sogar 
mehr. Da steht aber immer Vce = 1V.
Also wenn ich einen drittel, wie auf den meisten Seiten empfohlen, von 
350 nehme, lande ich gerundet bei 120. Demnach wäre Ib 40mA/120 = 
0,33mA. Ist das nicht zu klein? Mein Mikrocontroller liefert ne Spannung 
von 3,3V zur Ansteuerung. Abzug von 0,7V macht für Basiswiderstand 
2,6V/0,3mA = 7,8k.

Stimmt die Rechnung soweit? Wenn ja, welchen Widerstand nehme ich dann 
am besten?

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Stimmt die Rechnung soweit?

Naja, formal schon. Aber bei solchen (langsamen) Schaltanwendungen, 
sollte der Basisstrom überdimensioniert werden.
Da du wohl mindestens
>0,33mA
brauchst, um das Relais geradeso zu schalten, erhöhe ihn einfach auf zB
1mA.

Somit kann der Verstärkungsfaktor auf 40 fallen, damit das Relais noch 
sicher arbeitet. (Übersteuerngsfaktor. CE-Strecke wird übersättigt)

>3,3V zur Ansteuerung
(3,3V-0,7V)/1mA = 2k6
Also nimmst du einen Widerstand in der Größenordnung 2k2 oder 3k3 und 
das passt.

PS: Freilaufdiode nicht vergessen!

Autor: Luke (Gast)
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Danke.

Aber dann mal ne Frage zu den Angaben.
Wenn der Verstärkungsfaktor 40 sein kann, was bedeutet dann die Angabe 
bei Hfe_min von 250? Dachte das bedeutet der Verstärkungsfaktor muss 
mindestens 250 sein?

Diode in Sperrrichtung zur Betriebsspannung parallel zum Relais ist 
dran. (1N4148) Dank des Tutorials auf dieser Seite nicht vergessen. :)

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Ja, Rechnung ist OK.
Nimm 4,7kOhm, der hat schon immer gepasst.

Eine gob überschlägige Rechnung ist  Rbasis =ca. Rlast * B / 10
125 * 300 / 10 = 3,7kOhm.  So falsch liegen wir doch gar nicht.

Der Widerstand darf nur nicht sooo klein werden, dass die Basis 
durchbrennt.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Dachte das bedeutet der Verstärkungsfaktor muss
>mindestens 250 sein?

Nein. Das ist eine Datenblattangabe. In der garantiert dir der 
Hersteller des Transistores ein hfe von mindestens 250.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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>Wenn der Verstärkungsfaktor 40 sein kann, was bedeutet dann die Angabe
>bei Hfe_min von 250? Dachte das bedeutet der Verstärkungsfaktor muss
>mindestens 250 sein?
Du arbeitest im Schaltbetrieb, da sind die Kennlinien immer etwas 
grenzwertig. Will heissen, du bist irgendwo am Rand der Kennfelder, 
nicht in der Mitte...

Das Stichwort zu dem Verhältnis 250/40 heisst Übersteuerung.

Autor: Michael (Gast)
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Hallo,

ich nehme an, Du willst eine Schaltung ähnlich wie im beigefügten 
Prinzipbild verwenden, bloß daß U1=3.3V ist und U2=5V.

Für den Kollektorstrom gibt es zwei Zustände:
a) IC=0
b) IC=maximal

IC=maximal steuerst Du aber nicht über den Basisstrom des Transistors, 
sondern über einen Widerstand, den Du in Serie mit dem Relais ansetzt 
(hier: 50 Ohm).
Wenn der Transistor schaltet, gilt ungefähr UCE=0,3V. Den Widerstand des 
Relais (bzw. des zusätzlichen ohmschen Widerstandes) berechnest Du über 
die folgende Gleichung:

UCC - 0,3V
----------- =  ICmax   (der maximale Kollektorstrom, der fließen soll)
R(Relais)

wobei UCC die Versorgungsspannung des Relais (hier: 12V) ist.

Ich empfehle Dir, den Basisstrom höher zu wählen als unbedingt 
notwendig, damit der Transistor in allen Fällen schaltet. Das kannst Du 
machen, indem Du eine zu kleine Stromverstärkung annimmst (z. B. B=100) 
und dann rechnest:


IB = ICmax/B



Gruß,
  Michael

Autor: Luke (Gast)
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Danke für die vielen Hinweise.
Aber bei dem letzten Bild stellt sich mir grad noch eine Frage auf.
Muss die Masse des Mikrocontrollers und die Masse der Schaltung mit 
Transistor und Relais die selbe sein? Weil mein kleines 
Mikrocntrollerboard und die Schaltung für den Transistor mit Relais 
werden von zwei getrennten Netzteilen versorgt, die auch mit 
unterschiedlichen Spannungen arbeite.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Muss die Masse des Mikrocontrollers und die Masse der Schaltung mit
>Transistor und Relais die selbe sein?
Ja.
Der Basisstrom (aus dem µC) muss ja zu selbigem zurück. Sonst entstehtt 
nie ein geschlossener Stromkreis.

>zwei getrennten Netzteilen versorgt,...
Massen verbinden!

Autor: Luke (Gast)
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Gut dass ich nochmal gefragt habe, da stand ich aber grad mächtig auf 
dem Schlauch.
Gibt es da was beim Masseverbinden zu beachten? Werde beide Platinen in 
verschiedenen Gehäusen unterbringen, Abstand der Gehäuse maximal ein 
Meter, wohl aber eher 20cm oder sowas. Direkt Leitung zwischen den 
Massen an den Netzteilanschlüssen und gut ist?

Autor: Unbekannter (Gast)
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Hier steht vieles, das meiste ein bischen richtig, hin und wieder etwas 
falsch, der Entscheidende Punkt wurde aber noch nicht dargestellt:

  Du willst SCHALTEN, und NICHT VERSTÄRKEN!

Damit ein Transistor (sinnvoll) verstärken kann, benötigt er eine 
ausreichende große Kollektor-Emitter-Spannung. Das willst Du aber nicht. 
Denn diese Spannung würde über dem Relais fehlen und das Relais würde 
unter Umständen nicht mehr zuverlässig anziehen.

Du möchtest also schalten. Beim Schalten soll die 
Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors möglichst KLEIN werden. Je 
kleiner, desto besser. Um eine kleine Kollektor-Emitter-Spannung zu 
erreichen, muß man den Transitor übersteuern. Ein Transistor wird mit 
einem relativ hohen Basisstrom übersteuert. Bei kleinen Leistung (wie 
bei Dir), kann man von etwa 1/20 des Kollektor-Stroms ausgehen. Bei 
größeren Lasten eher 1/10 und bei sehr großen Lasten (zweistellige 
Amperes) auch mal von 1/5.

Konkret: Dein Relais benötigt 40 mA, dann brauchst Du einen Basisstrom 
von etwa 2 mA. D.h. ein 1,2 kOhm Widerstand passt recht gut. Dann wird 
der Transistor immer schön sauber schalten, auch bei niedrigen und hohen 
Temperaturen und auch wenn er 20 Jahre alt ist; er wird nicht warm und 
das Relais wird immer sauber anziehen.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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@  Luke
>Abstand der Gehäuse maximal ein Meter, wohl aber eher 20cm...
Dann lass den Transistor beim uC und lege die Leitungen zum Relais nach 
aussen. Denn mit einem Störimpuls kannst du leicht die Basis 
beeinflussen (weil relativ hochohmig 2k2 - 10k Ohm). Ein Relais bekommst 
du aber mit einem Störimpuls kaum zum Schalten (125 Ohm).

@ Unbekannter (Gast)
>Du willst SCHALTEN, und NICHT VERSTÄRKEN!
Hatte ich doch schon gesagt, oder nicht?   :-O
>>Du arbeitest im Schaltbetrieb...

Autor: HildeK (Gast)
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>Da du wohl mindestens
>>0,33mA
>brauchst, um das Relais geradeso zu schalten, erhöhe ihn einfach auf zB
>1mA.

@ Matthias Lipinsky (lippy)
Er hatte bei der Berechnung ja schon mal einen Faktor 3 zur 
Übersteuerung angesetzt. OK, doppelt hält besser? :-)

Alle Werte, die in den Posts genannt wurden, werden zu einer 
funktionierenden Schaltung führen - selbst die 7,8k, denn erst ab ca. 
15k würde der Transistor aus der schlechtesten Charge nicht mehr unter 
1V Uce kommen.

Luke, deine Rechnung ist richtig, nur solltest du den minimalen Wert für 
hfe nehmen. Ob du Faktor 3, 5 oder 10 als Übersteuerung einplanst, 
darfst du selber entscheiden. Der berechnete Wert von 7,8k wird dann 
(mit hfe=250) zu 5,4k und die Wahl eines etwas kleineren Normwerts, hier 
z.B. 4,7k, ist dann das Ergebnis.

>Wenn der Verstärkungsfaktor 40 sein kann, was bedeutet dann die Angabe
>bei Hfe_min von 250? Dachte das bedeutet der Verstärkungsfaktor muss
>mindestens 250 sein?
Er ist, vom Hersteller garantiert, mindestens 250 im linearen Betrieb, 
d.h. wenn Uce noch mindestens ca. 1V beträgt. Er kann aber tatsächlich 
viel höher sein, z.B. 400, z.B bei hohen Temperaturen und sogar deutlich 
kleiner bei tiefen Temperaturen oder großen Kollektroströmen.  Im 
Übersteuerungsfall wird der Kollektorstrom ja durch die Last begrenzt 
und dann kann auch bei zehnfachem Basisstrom der Kollektorstrom nicht 
mehr weiter steigen. Das Verhältnis Ic/Ib wird aber dann nur noch ein 
Zehntel sein. Das ist einfach der Anschlag.

Autor: Luke (Gast)
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Gut wenn man mit seinen Berechnungen nicht zu sehr falsch lag. :)
Mit dem Verstärkungsfaktor war mein Denkfehler das Verständnis von dem 
"minimal". Dachte halt ist ein Wert der nicht unterstritten werden 
sollte. Naja, dass das ein Wert ist, bei dem der Hersteller garantiert 
dass der nicht unterschritten wird macht aber auch Sinn. ;) Wieder was 
gelernt zum Thema Datenblätter lesen. Man bräuchte ja fast, wenn man 
damit kaum Erfahrung hat, für jede Art von Datenblatt ne Erklärung. g 
Die Erfahrung kommt dann wohl mit dem Benutzer dieser.

Sobald ich Zeit habe, was wohl in den nächsten 2-3 Wochen der Fall sein 
sollte, schnappe ich mir mal Bücher zu dem Thema Transistoren, 
interessiert mich jetzt mehr zu wissen als ne abgelesene Formel. :) Aber 
erstmal kann ich die Schaltung schon aufbauen.

Tolles Forum, danke für die Hilfe.

Autor: Guest (Gast)
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Würde aber nicht ne 1N4148 nehmen sonder was grösseres --> 
Spannungsspitzen

Autor: Luke (Gast)
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Reicht die Diode nicht aus? Was soll ich stattdessen nehmen?

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Reicht die Diode nicht aus? Was soll ich stattdessen nehmen?

Eine 1N4148 ist ausreichend.

>Spannungsspitzen
Die muss nur die Betriebsspannung des Relais abkönnen. Mehr nicht!

Autor: Andreas K. (a-k)
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Autor: Luke (Gast)
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@ Andreas Kaiser
Was soll mir das grade sagen? Kenne die Seite, habe meine oben 
aufgeführte Berechnung ja anhand der dort angegebenen Formeln gemacht. 
:)
Ging ja jetzt nur noch um die Diode, weil mich Guest (Gast) mit seiner 
Aussage verunsichert hat.

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