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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Uce über Basisstrom einstellen


Autor: Chris (Gast)
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Hallo,

ich möchte mit einem NPN (2N2222) ein Signal auf Masse schalten. Dazu 
habe ich eine normale Emitterschaltung mit einem 5.6k Widerstand am 
Kollektor als Pull up auf 5V liegen. Der Emitter liegt an Masse. Die 
Basis wird über den Ausgang eines FlipFlops über einen 100ohm 
Serienwiderstand angesteuert.
das Problem ist, das über Uce immer noch ca. 0.7V abfallen.
In einem Dokument zu dimensionierung einer solchen Schaltung habe ich 
folgendes gefunden:

"Der Basisvorwiderstand wird so gewählt, dass sich ein Basisstrom 
einstellt, bei dem UCE möglichst unter 0.5 V fällt. Dies kann aus einem 
Kennlinienfeld des Datenbuches abgelesen oder ..."

Ich kenne nur das typsche 4-Quadranten Kennlinienfeld für Transistoren 
und da gibt es keine Kennlinie welche Uce in Abhängigkeit von Ub 
darstellt.

Was kann ich machen um Uce kleiner zu bekommen?

Autor: Peter (Gast)
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Wenn die Schaltung so ist, wie Du beschreibst, solltest Du locker ein 
U_CE <0.5V erreichen, hast Du eventuell C und E verwechselt?

Ansonsten:

Basisstrom: FlipFlop Ausgang: 5V => (5V - 0.7V)/100Ohm => 43mA
Kollektorstrom: 5V / 5.6k => 0.9 mA

Deine Schaltung ist viel zu stark übersteuert!

Nimm ca 20k zwischen FlipFlop und Basis und dann noch ca 10k zwischen 
Basis und GND

Autor: Chris (Gast)
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>hast Du eventuell C und E verwechselt?


muss ich am Montag nochmal prüfen. Auf jeden Fall erst mal danke für die 
Antwort. Ist es denn schlimm, wenn die Schaltung wie du schreibst "viel 
zu stark" übersteuer ist?

Autor: HildeK (Gast)
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Chris schrieb:
> Ist es denn schlimm, wenn die Schaltung wie du schreibst "viel
> zu stark" übersteuer ist?

Wenn die Grenzwerte des Transistors und der Quelle nicht überschritten 
werden, dann nicht. Es kann höchstens sein, dass der Übergang vom 
leitenden Transistor in den Sperrzustand etwas langsamer wird.
Trotzdem: bei knapp 1mA Kollektorstrom reichen bei hfe_min=35 locker 
auch 1mA Basisstrom für ein absolut sicheres Durchsteuern des 
Transistors. Es reichen auch noch 100µA! Wozu soviel Strom verschwenden?
Dabei schonst du ganz bestimmt den Quell-IC, den der dürfte am ehesten 
die 43mA übel nehmen (ok, du hast nichts Weiteres über den genannt).

Also: ersetze den 100-Ohm-Basiswiderstand durch 4k7 und fertig.

Dein Problem mit dem zu großen UCE liegt auf jeden Fall nicht am 
Basisvorwiderstand, denn auch mit den 4k7 solltest du < 0.5V erreichen, 
typ. eher so 0.3V. Messe vielleicht auch mal den 5k6 nach, nicht das 
dies nur 5,6 Ohm sind :-)

Autor: Wilhelm (Gast)
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Chris schrieb:

>Ist es denn schlimm, wenn die Schaltung wie du schreibst
>"viel zu stark" übersteuer ist?

Ja, der Transistor ist bei maßloser Übersteuerung restlos übersättigt, 
und erreicht extrem langsame Schaltzeiten. Also das Gegenteil von dem, 
was man erreichen möchte. Viel, hilft hier nicht immer viel.

Für eine vernünftige Ansteuerung im Schaltbetrieb, wählt man bei 
Transistoren einen sinnvollen Übersteuerungsfaktor von etwa 3, und nicht 
mehr und nicht weniger.

Dazu wählt man aus dem Datenblatt den minimal garantierten 
Verstärkungsfaktor, und teilt diesen nochmals durch den 
Übersteuerungsfaktor. Da liegt man auf der sicheren Seite.

Das ist von mir oft erprobt, und wird von den üblichen Simulatoren 
(PSPICE, LTspice) ebenfalls gut bestätigt.

Der effektive Verstärkungsfaktor B_min/3, ist für den Schaltbetrieb ein 
üblicher guter Kompromiß.

Daß UCEsat bei dir so hoch ist, da stimmt möglicherweise igendwas mit 
der Schaltung nicht.

Autor: Jens G. (jensig)
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Aaaaalsoooo - lt. DB hat der Transistor bei Ibe=50mA (was ja unser 
Bereich ist) eine Ubesat (B-E Saturationspannung) von max. 2,6V !!!! Was 
bedeutet das evtl ? Die Diode B-C könnte leitend werden, und damit zieht 
die Basis den Collector wieder deutlich hoch. Was lernen wir daraus? 
Viel hilft nicht immer viel - wie oben schon gesagt ....
Ich habe es zwar nicht ausgetestet, aber eine mögliche Ubesat von bis zu 
2,6V ist schon recht beachtlich.

Autor: Wilhelm (Gast)
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Jens G. schrieb:

>Aaaaalsoooo - lt. DB hat der Transistor bei Ibe=50mA (was ja
>unser Bereich ist) eine Ubesat (B-E Saturationspannung) von
>max. 2,6V !!!!

Ja, Jens, dazu hatte ich gerade schon mal den Simulator mit dem 2N2222 
an, um die UBE aufzunehmen. Bei brutaler Vergewaltigung des Transistors, 
geht der bei IB=50mA auf ein UBE von 1,3V. Da wird die Strecke UBC 
wieder leitend. Dann ist es Essig mit UCEsat.

>Was bedeutet das evtl ? Die Diode B-C könnte leitend werden, und
>damit zieht die Basis den Collector wieder deutlich hoch. Was
>lernen wir daraus?

Richtig.

>Viel hilft nicht immer viel - wie oben schon gesagt ....

Wie schon oben geschrieben...

Autor: Jens G. (jensig)
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Dein Simulator ist aber noch sehr gnädig mit den 1,3V. Was soll nur 
werden, wenn ein Exemplar wirklich das erlaubte Doppelte ausnutzt?
Der A-Typ ist da mit max 2,0V etwas besser.

Autor: Wilhelm (Gast)
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So, ich hab nochmal eigene Messungen angestellt, da ich 2N2222 im Hause 
habe.

Jedoch verfüge ich nur über einen RL von 2,2k anstatt 5,6k, aber das 
spielt angesichts der geringen Kollektorströme (IC=2,3mA bei 5V 
Betriebsspannung) keine große Rolle. Die Größenordnung stimmt ja in 
etwa.

Bei IB=2,3mA wird eine minimale Uce von 15mV erreicht. Dort ist 
IB=IC=2,3mA, also B=1, und Ube=730mV. Ube ist also weit von 2,6V 
entfernt, und befindet sich in gesunden Regionen.

Erhöhe ich nun den Basisstrom, beginnt sich Uce ebenfalls zu erhöhen. 
Wobei wir bei oben genannter Feststellung sind, daß Uce_sat wieder 
ansteigt, allerdings nicht besonders dramatisch.

Nun ja, mit B<1 ist das Gebilde auch kein Verstärker mehr, sondern ein 
Abschwächer. Da muß man sich mal Gedanken um den Sinn der Schaltung 
machen.

Die Simulation mit PSPICE bestätigt die Messungen recht gut. Sogar der 
Anstieg von Uce_sat bei zunehmender Übersteuerung wird richtig 
dargestellt. Auffällig ist jedoch die Bauteilstreuung, der von mir 
verwendete Transistor ist etwas schlechter als der in der Simulation 
verwendete, was die Ursache im etwas geringeren B hat.

Bei einem Uce_sat von 0,7V, ist irgendwas an der Schaltung falsch. Den 
Inversbetrieb mit vertauschtem C und E hab ich jedoch (noch) nicht 
getestet. Es gab hier aber kürzlich Beiträge, wonach Uce_sat bei 
Inversbetrieb nochmal um den Faktor 10 niedriger wird. An der 
Vertauschung von C und E wird es bei 5V Betriebsspannung dann wohl auch 
nicht liegen.

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