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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Transistor Schaltung berechnen


Autor: Jens (Gast)
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Hallo,

ich habe zum ersten Mal eine Transistor-Schaltung (Emitterschaltung) 
berechnet.
Vielleicht könnte jemand so freundlich sein und meine Rechnung 
überprüfen. Da ich diese Schaltung zur Steuerung der 
Hintergrundbeleuchtung des LCDs verwenden möchte, wäre ein Fehler ein 
teures Vergnügen.

Hier die Daten:
Flussspannung der Hintergundbel.
bis 4,2V bei einem
Ich habe hier noch einen BC337-40 (NPN) liegen. Dessen Daten:
Mit der Stromverstärkung habe ich mir etwas schwer getan. Im 
[[http://www.reichelt.de/?;ACTION=7;LA=6;OPEN=0;INDE...]] 
habe ich mehrere hFE-Werte zwischen 100 und 400 gefunden. Nach einem 
Wiki-Artikel zu Basiswiderständen aus dem hiesigen Forum habe ich mir 
noch die abgebildeten Diagramme angesehen. Beim Diagramm V_CESat 
aufgetragen über Ic habe ich die Angabe I_C/I_B = 10 gefunden. Daher 
habe ich mit einer Verstärkung von 10 gerechnet. Daraus errechnet ist 
I_B zu 150mA/10 = 15mA.
Der Basiswiderstand R_B ergibt sich aus (U_E-0,7V)/I_B. Für U_E habe ich 
mit 4,5V gerechnet. Der Atmega32 liefert zwar 5V, aber mit Toleranz und 
unter Last sinkt doch die Spannung, oder?
Die 0,7V habe ich aus dem Datenblatt entnommen (Collector Saturation 
Voltage), richtig?
R_B ist somit 253,33 Ohm. Der nächst kleinere wäre der 240 Ohm. Wäre 
auch ein etwas kleinerer Widerstand möglich? Ist ein 1/4W Widerstand 
hier überhaupt ausreichend?
Jetzt fehlt doch nur noch der Vorwiderstand zwischen LCD_VCC und 
Kollektor-Pin. Dieser ergibt sich durch die Rechnung Versorgungsspannung 
durch den LED-Strom. Also 5V/150mA=33,3 Ohm.

Ich hoffe, dass man meine Ausführung verstehen kann und danke für Eure 
Kontrolle!! Hoffentlich habe ich nicht zu viel falsch gemacht.

Gruß
Jens

: Verschoben durch Admin
Autor: Georg (Gast)
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Ach Du liebe Zeit!
Du machst aus einer Mücke einen Elefanten.

Basiswiderstand = 2k

Die Verstärkung des BC337-40 beträgt minimal 250.

>Da ich diese Schaltung zur Steuerung der
>Hintergrundbeleuchtung des LCDs verwenden möchte, wäre ein Fehler ein
>teures Vergnügen.

Außer dem Weglassen des Vorwiderstandes kannst Du ja nichts falsch 
machen.

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

>Ich hoffe, dass man meine Ausführung verstehen kann und danke
>für Eure Kontrolle!!

Du hast zwar vieles beschrieben, aber etwas wirr. Also nochmal ganz 
langsam...

Ist bei deinem Display (hab selbst noch eines ohne Daten zur LED) eine 
Spannung_ oder ein _Strom für die Hintergrund-LED vorgegeben? Aber wir 
sollten das hin bekommen... Der BC337 ist mir ebenfalls bekannt.

Autor: Plapperer (Gast)
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Hilfeeeeeeeeeeeeeee, wieder mal einer, der mit der 
Hintergrundbeleuchtung den Raum bei Tageslicht ausleuchten will. 
Probier's mal mit 10mA, das genuegt zum Anschauen. Alles mehr ist 
uebertrieben.

Autor: Georg (Gast)
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>Ist bei deinem Display (hab selbst noch eines ohne Daten zur LED) eine
>Spannung_ oder ein _Strom für die Hintergrund-LED vorgegeben?

Steht doch da: 5V

> Dieser ergibt sich durch die Rechnung Versorgungsspannung
>durch den LED-Strom. Also 5V/150mA=33,3 Ohm

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

>Hilfeeeeeeeeeeeeeee, wieder mal einer, der mit der
>Hintergrundbeleuchtung den Raum bei Tageslicht ausleuchten will.

Nee, die LCDs mit Background-Beleuchtung sind dunkler als die mit 
Reflektor. Das sollte man schon ordentlich machen.

Also eventuell sogar mit vom Umgebungslicht abhängiger Hinterleuchtung.

Autor: Plapperer (Gast)
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Ja. Ich kenn die. Probiert's mal mit 10mA. Ein Versuch kostet ja nichts.

Autor: Jens (Gast)
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Vielen Dank für Eure Antworten.

Leider bin ich jetzt noch mehr verunsichert als zuvor.

Nach meiner obigen Rechnung hätte ich einen Basiswiderstand von ca. 250 
Ohm verwendet. Nun schlägt Georg einen Widerstand von 2k Ohm vor. Das 
ist doch ein beträchtlicher Unterschied.

Ist meine Rechnung so falsch? Oder wie kommt man auf einen solch großen 
Widerstand?
Ebenso mit dem Verstärkungsfaktor. Der unterscheidet sich auch erheblich 
von meinem.

Nochmals zum Verständnis: Wenn an der Basis des Transistors ein Spannung 
bzw. ein Strom anliegt, schaltet er durch. Aber woher weiß ich, wie groß 
die Spannung zwischen Kollektor und Masse ist, um den Vorwiderstand der 
LCD-Beleuchtung dimensionieren zu können?
Oder kann es sein, dass eine gewisse Spannung am Transistor abfällt und 
somit kein Vorwiderstand am LCD bzw. Kollektor notwendig ist?

Ich möchte nur nicht, dass ich mir das LCD zerschieße, daher die 
möglicherweise etwas banal anmutenden Fragen. :-)

Gruß
Jens

Autor: Plapperer (Gast)
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Die Rechnungen mit der Stromverstaerkeung sind nicht gut, da die 
verstaerkung vom Strom abhaengt. Probiers doch ohne Transistor, mit 500 
Ohm.

Autor: Michael U. (amiga)
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Hallo,

oben war schon die Mücke mit dem Elefanten erwähnt...

Erstmal Vorwiderstand für das Display:

(Ub - Ulcd - UCEsat) / Ilcd

5V - 3,4V - 0,15V =  1,45V / 0,15A = 9,666 -> 10 Ohm.
Das wäre also das Minimum. Oben wurde schon erwähnt, daß wesentlich 
weniger meist ausreicht, also mal 50mA angenommen -> 33 Ohm

33 Ohm mal an das Display, 5V (ohne Transistor ran und anschauen.
Die Toleranzen sind  so groß, daß es hier (bei einer Displaybeleuchtung 
mit LED) wenig Sinn macht, genauer zu rechnen.

Wenn das so passt -> ok.
Basisstrom: praktischen Verstärkungswerte wurden ja schon angegeben, ich 
rechne bei ca. 100mA Kollektorstrom meist mit hfe 100, bei 100mA also 
1mA an der Basis. Rb = (Uhigh-Ube)/Ib
Also 5V - 0,7V = 4,3V / 0,001A = 4,3k.
Die können wir jetzt beruhigt durch 3 teilen, ann haben wir auch soviel 
Übersteuerungsfaktor, das der Transistor auch mit ungünstigsten 
Toleranzen sicher in der Sättigung ist. 1,5k oder auch die oben 
vorgeschlagenen 2k passen also in jedem Fall.

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Volker Schulz (volkerschulz)
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An angegebenen Verstaerkunswerte fuer den BC337 variieren anscheinend 
ganz schoen. Im Datenblatt von Vishay werden sogar 3 moegliche Gruppen 
angegeben, das absolute Minimum (bei VCE = 1 V, IC = 100 mA) liegt aber 
tatsaechlich bei hFE = 100. Damit hat Michael U. Dir eigentlich schon 
die perfekte Anleitung gegeben und alles wesentliche geschrieben.

Der Strom fuer die LCD-Beleuchtung ist ja durch dessen Vorwiderstand 
ohnehin begrenzt und Du kannst sie auch durch falsche Wahlt des 
Transistor-Vorwiderstands nicht gefaehrden. Im schlimmsten Falle stirbt 
der Transistor den Hitzetod...

Volker
(auch aus Berlin) ;)

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Jens schrieb:
> Vielen Dank für Eure Antworten.
>
> Leider bin ich jetzt noch mehr verunsichert als zuvor.

musst du nicht.
Das einzig kritische ist der Vorwiderstand für die LED-Beleuchtung.
Der bestimmt den Strom und damit die Helligkeit.

Wenn du die zu klein wählst UND gleichzeitig eine Stromversorgung mit 
Power hast, geht das Ding hops.
Nur zur Anschauung: Zu klein ist ein Widerstand bei ungefähr 10 Ohm.
Setzt du einen größeren Widerstand ein, ist der Strom kleiner und das 
Display wird nicht gefährdet.
Aber auch hier wieder: Ehe du in den Bereich kommst, an dem es kritisch 
wird, leuchtet die Hintergrundbeleuchtung schon so hell, dess es dir den 
Sehpurpur von der Retina runterholt.

> Ist meine Rechnung so falsch? Oder wie kommt man auf einen solch großen
> Widerstand?
> Ebenso mit dem Verstärkungsfaktor. Der unterscheidet sich auch erheblich
> von meinem.

Du treibst dich hier selbst in den Wahsinn.
Der Transistor wird als Schalter benutzt. Alles was wichtig ist: dass er 
auf jeden Fall voll durchgesteuert ist (man sagt: in die Sättigung 
geht). Wenn dieses Durchsteuern mit einem Basiswiderstand von 4k schon 
erreicht wird, dann wird er auch mir einem kleineren Widerstand in die 
Sättigung gehen.
In Analogie: Wenn bei deinem Wasserhahn schon die volle Wassermenge bei 
halb aufgedrehtem Hahn rauskommt (weil die Leitung nicht mehr lieferen 
kann), dann spielt es keine Rolle, wenn du noch mehr aufdrehst, deswegen 
kommt auch nicht mehr Wasser.

> Nochmals zum Verständnis: Wenn an der Basis des Transistors ein Spannung
> bzw. ein Strom anliegt, schaltet er durch. Aber woher weiß ich, wie groß
> die Spannung zwischen Kollektor und Masse ist,

Die ist ziemlich konstant.
Und da du den Vorwiderstand sowieso so dimensionierst, dass du noch ohne 
Sonnenbrillen aufs Display schauen kannst, spielt der Wert auch nicht so 
die grosse Rolle. Schlimmstenfalls zwackt dir ja der Transistor etwas 
weg, die Beleuchtung wird daher schlimmstenfalls dunkler.

> Ich möchte nur nicht, dass ich mir das LCD zerschieße, daher die
> möglicherweise etwas banal anmutenden Fragen. :-)

Solange sich dein Vorwiderstand in einem Bereich größer als ~10Ohm 
bewegt, wirst du dir damit ganz sicher das LCD nicht zerschiessen.

Also: kein Grund verunsichert zu sein. Das ganze ist alles weit weniger 
schlimm als du denkst. Bei einem 08/15 Transistor als Schalter wird 
meistens gar nicht lange rumgerechnet. 1k oder 2k in die Basis und dann 
passt das meistens schon.

Autor: Jens (Gast)
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So, ich habe nun folgende Schaltung aufgebaut (siehe Anhang).

Aber leider funktioniert die Hintergrundbeleuchtung nicht.

Wenn ich jedoch eine einfache LED anstelle des LCD-Beleuchtung 
anschließe, brennt die LED, obwohl ich noch keine 5V an die Basis 
angelegt habe. Wie ist das möglich?
Sonst arbeitet der µC wie erwartet. Es werden auch Daten auf dem LCD 
angezeigt.

Ist die Schaltung falsch? Wie kann ich die Schaltung überprüfen? Sind 
die Widerstände doch zu groß?

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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>Ist die Schaltung falsch? Wie kann ich die Schaltung überprüfen?
>Sind die Widerstände doch zu groß?

Nö, sieht gut aus, alles andere wurde oben schon geschrieben.

Warum 2 Basisvorwiderstände?

Der 30-Ohm-Widerstand sollte wenigstens etwa 0,5 Watt Leistung vertragen 
können (bitte nochmal nachrechnen).

>Wenn ich jedoch eine einfache LED anstelle des LCD-Beleuchtung
>anschließe, brennt die LED, obwohl ich noch keine 5V an die Basis
>angelegt habe. Wie ist das möglich?

Hoffentlich hast du den Transistor nicht zu lange zu heiß gelötet!

Ansonsten: Ist der Basis-Eingang offen, und berührst du den mit der 
Hand? Da ja der BC337-40 doch schon mit einer maximalen Stromverstärkung 
von 630 angegeben ist, kann es durchaus passieren, daß da ein sehr 
geringer Basisstrom von z.B. 0,1µA fließt, was die LED schon zum Glimmen 
bringt.

Autor: Volker Schulz (volkerschulz)
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Jens schrieb:
> So, ich habe nun folgende Schaltung aufgebaut (siehe Anhang).
>
> Aber leider funktioniert die Hintergrundbeleuchtung nicht.
>
> Wenn ich jedoch eine einfache LED anstelle des LCD-Beleuchtung
> anschließe, brennt die LED, obwohl ich noch keine 5V an die Basis
> angelegt habe. Wie ist das möglich?

Bei einem Vorwiderstand von 30 Ohm und einer Standard-LED faengt die 
vermutlich wirklich an zu brennen! ;) Sicher dass der Vorwiderstand 
richtig gewaehlt ist?

Wenn der µC laeuft, darf die LED bei einem LOW Signal nicht leuchten, 
die Basis wird ja auf Masse gezogen. Laeuft der µC jedoch nicht, ist ein 
Durchsteuern durch parasitaere Stroeme durchaus moeglich. Um dies zu 
verhindern, noch einen 100K Pull-Down zwischen Basis und Gnd setzen.


Volker

Autor: Jens (Gast)
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Ich hatte mir auch schon gedacht, dass der Transistor beim Löten 
vielleicht kaputt gegangen ist. Daraufhin habe ich ihn gegen einen neuen 
ausgetauscht.

Aber leider funktioniert die Schaltung immer noch nicht. :-(

Vielleicht habe ich Kollektor und Emitter miteinander vertauscht. Könnte 
das sein? Oder würde das einen Kurzschluss geben? Wie gesagt, der µC 
arbeitet ganz normal.

Ich habe mal die Spannung an den Pins der LED gemessen: 4,65V

Wenn ich den Transistor herauslöte, ist erwartungsgemäß die LED aus. 
Also keine ungewollte Lötbrücke vorhanden.

Gibt es sonst noch Möglichkeiten, den Fehler zu finden?

Gruß
Jens

Autor: Jens (Gast)
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Zur Frage: Warum 2 Basiswiderstände?
Ich hatte keinen 2k Ohm-Widerstand hier. Daher habe ich dann zwei 1k 
genommen. Daran dürfte es wohl nicht liegen.

Autor: Jens (Gast)
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So, ich habe jetzt noch ein bisschen herum getüftelt und siehe da, die 
Hintergrundbeleuchtung kann ich jetzt mittels der Basis an- und 
ausschalten.

Ich habe den ursprünglichen BC337-40 gegen einen BC337-16 getauscht.

Also habe jetzt einen Transistor der eine kleinere Stromverstärkung 
besitzt.

Aber warum funktioniert jetzt das Ein- und Ausschalten?

Ich würde es gerne verstehen, um für spätere Schaltung gleich den 
richtigen Transistor auswählen zu können.

Ich danke Euch für die Hilfe.

Gruß
Jens

Autor: Volker Schulz (volkerschulz)
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Ja, vielleicht waren Kollektor und Emitter tatsaechlich vertauscht. Ich 
selbst habe vor ein paar Wochen 50 Stueck BC517 bei Reichelt bestellt, 
bei einigen waren die Kollektor- und Emitter-Pins vertauscht. Im 
Downloadbereich finden sich auch zwei Datenblaetter, mit jeweils 
unterschiedlicher Beschaltung. Was man genau bekommt, weiss man 
anscheinend nicht. Und natuerlich merkt man sowas erst nach Stunden des 
Herumprobierens und auch generell erst im eingeloeteten Zustand.. 
Murphy's Law.. grummel

Volker

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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Volker Schulz schrieb:

>Ich selbst habe vor ein paar Wochen 50 Stueck BC517 bei Reichelt
>bestellt, bei einigen waren die Kollektor- und Emitter-Pins
>vertauscht.

Vorsicht bei der Ansicht im Datenblatt. Bei bedrahteten Transistoren war 
es durchaus üblich, die Untenansicht darzustellen, während bei 
SMD-Bauteilen die Draufsicht gewählt wird. Da sind dann die Pins 
natürlich vertauscht. Schlimm wird das dann, wenn die Basis nicht 
zufällig der mittlere Pin ist.

Notfalls kann man sich mit dem Ohmmeter etwas Gewißheit verschaffen. Der 
Bahnwiderstand BC ist einen ganz kleinen Tick kleiner als der von BE. 
Sollte auch heute noch gehen.


Jens schrieb:

>Ich habe den ursprünglichen BC337-40 gegen einen BC337-16 getauscht.

>Also habe jetzt einen Transistor der eine kleinere Stromverstärkung
>besitzt.

>Aber warum funktioniert jetzt das Ein- und Ausschalten?

Das sollte eigentlich nicht sein. Hast du ein Ohmmeter, welches auch zum 
Durchmessen von Transistoren geeignet ist? Da solltest du die 
verwendeten Transistoren mal durchchecken.

>Ich würde es gerne verstehen, um für spätere Schaltung gleich den
>richtigen Transistor auswählen zu können.

Boooaah, ich befürchte, daß dies hier den Rahmen erheblich sprengt. Da 
gibt es ganze Bücherserien an Literatur nur für Transistorschaltungen. 
Was es aber gibt, sind Tutorials im Internet. Wenn man nach Transistor 
und Schaltung googelt, sollte sich da bald was finden lassen.

Autor: Georg (Gast)
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>Notfalls kann man sich mit dem Ohmmeter etwas Gewißheit verschaffen. Der
>Bahnwiderstand BC ist einen ganz kleinen Tick kleiner als der von BE.

Na, na. Die altbewährte Diodenmessung ist doch erheblich eindeutiger.

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

>>Notfalls kann man sich mit dem Ohmmeter etwas Gewißheit verschaffen.
>>Der Bahnwiderstand BC ist einen ganz kleinen Tick kleiner als der
>>von BE.

>Na, na. Die altbewährte Diodenmessung ist doch erheblich eindeutiger.

Das ist eine Diodenmessung, und zwar beider Strecken im 
Vorwärtsbetrieb.

Autor: Georg (Gast)
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>>Notfalls kann man sich mit dem Ohmmeter etwas Gewißheit verschaffen. Der
>>Bahnwiderstand BC ist einen ganz kleinen Tick kleiner als der von BE.

>Na, na. Die altbewährte Diodenmessung ist doch erheblich eindeutiger.

Nehme alles zurück. Es geht ja um die Unterscheidung NPN-PNP.

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

>Nehme alles zurück. Es geht ja um die Unterscheidung NPN-PNP.

Kein Problem. Ich dachte schon, ich hätte was verpaßt, was ich noch 
nicht kenne. Wäre ja auch interessant gewesen.

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