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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Anfaengerfragen: Basiswiderstand


Autor: huibu (Gast)
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Hallo,

ich moechte ein paar LEDs mit einem ATTiny steuern. Jede einzelne LED 
soll ueber einen Bipolar-Transistor geschaltet werden (Typ BC546B), 
dessen Basis an einem PIN des Mikrocontrollers haengt.

Frage 1:

Im Artikel ueber den Basiswiderstand hier auf mikrocontroller.net steht:

>Der Mikrocontroller sei vom Typ ATmega oder ATtiny und liefert bei einer 
>Versorgungsspannung von 5V abzüglich 5% Toleranz mindestens 4,5 Volt bei 2 mA. 
Etwa 0,780 V fallen an der BE-Strecke ab (Datenblatt des BC547B, aus Kennlinie 
geschätzt), also bleiben ca. 3,75 V.


Wie kommt man darauf? Ich hab mich in den Datenblaettern dumm und 
dusselig gesucht und weiss immer noch nicht, wo ich die entsprechenden 
Werte rauslesen kann. Kann mir das jemand anhand des ATTiny2313 
Datasheets bitte erklaeren?

Frage 2:

Brauche ich, wenn die LED im Kollektorkreis des Transistors haengt, der 
maximal 20mA schaltet, ueberhaupt noch einen Vorwiderstand bei 
Betriebsspannung von 5V? Wenn ich noch einen Widerstand davor klemme, 
fliessen dann immer noch 20mA und nur die Spannung faellt ab? Wovon 
haengt es bei Widerstaenden ab, ob sie die Spannung senken oder die 
Stromstaerke. R ist proportional zu U / I??! Ja wie pendeln sich die 
Werte denn fuer ein spezifisches R ein? Das check ich einfach immer noch 
nicht :(

Danke fuer jedwede Hilfe!

: Verschoben durch Admin
Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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huibu schrieb:

>>Der Mikrocontroller sei vom Typ ATmega oder ATtiny und liefert bei einer
>>Versorgungsspannung von 5V abzüglich 5% Toleranz mindestens 4,5 Volt bei 2 mA.
> Etwa 0,780 V fallen an der BE-Strecke ab (Datenblatt des BC547B, aus Kennlinie
> geschätzt), also bleiben ca. 3,75 V.
>
>
> Wie kommt man darauf?

Worauf?
Auf die 0.78V von der BE-Strecke?

Das ist die Diode des Transistors zwischen Basis und Emitter.

> Ich hab mich in den Datenblaettern dumm und
> dusselig gesucht und weiss immer noch nicht, wo ich die entsprechenden
> Werte rauslesen kann. Kann mir das jemand anhand des ATTiny2313
> Datasheets bitte erklaeren?

Transistor - nicht Tiny

Die Dioden von Transistoren liegen alle so in dem Bereich. Als Schätzung 
kann man mit 0.7V rechnen ohne groß daneben zu liegen.

> Brauche ich, wenn die LED im Kollektorkreis des Transistors haengt, der
> maximal 20mA schaltet,

Du dimensionierst ja einen Schalttransistor nicht so, dass er lediglich 
20mA auf der CE Strecke fliessen läst.
Das Ding nennt sich Schalttransistor, weil es (fast) wie ein Schalter 
funktioniert: Die C-E Strecke lässt jeglichen Strom ungehindert durch 
(na, ja)

> ueberhaupt noch einen Vorwiderstand bei
> Betriebsspannung von 5V?

Ja

> Wenn ich noch einen Widerstand davor klemme,
> fliessen dann immer noch 20mA

Der Widerstand wird so dimensioniert, dass 20 mA fliessen.

> und nur die Spannung faellt ab? Wovon
> haengt es bei Widerstaenden ab, ob sie die Spannung senken oder die
> Stromstaerke.

Sie tun immer beides gleichzeitig.
Nur dadurch, dass über den Widerstand überhaupt eine Spannung abfällt, 
lässt sich mit ihm ein Strom einstellen. Würde über einem Widerstand 
keine Spannung abfallen, ist er auch kein Hindernis für den Strom, bze. 
dann fliesst auch kein Strom mehr

            Ohmsches Gesetz:   U = R * I

Spannungsabfall, Strom und Widerstandswert hängen zusammen.

> R ist proportional zu U / I??! Ja wie pendeln sich die
> Werte denn fuer ein spezifisches R ein? Das check ich einfach immer noch
> nicht :(

Die pendeln sich gar nicht ein.
Aus den WIderständen ergibt sich, wie sich die Gesamtspannung auf die 
einzelnen Teile aufteilt (sofern nicht, wie im Falle von Dioden oder 
Transistoren mit einem konstanten Spannungsabfall gerechnet werden 
muss). Aus dem Spannungsabfall und dem Widerstandswert ergibt sich dann 
der Strom der durch den Widerstand fliesst (und alle Bauteile die mit 
dem Widerstand in Serie liegen)

Autor: huibu (Gast)
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Danke fuer deine erhellende Erklaerungen, das hat mir schon sehr 
geholfen!

Ich wollte bzgl des Controllers wissen, wo ich ablesen kann, dass bei 5V 
Betriebsspannung mindestens 4,5 Volt bei 2 mA am Pin rauskommen?

Ich moechte naemlich eine Schaltung mit 2.4V aufbauen und dafuer muesste 
ich erstmal die entsprechenden Werte fuer den Controller in Erfahrung 
bringen.

Autor: huibu (Gast)
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Wegen den Widerstaenden noch:

Kann ich mir das also als U-I-Kennlinie (Ursprungsgerade beim ohmschen 
Widerstand) vorstellen, aus der ich dann mein R gemaess dem gewuenschten 
Spannungs- oder Stromstaerkewert raussuche?

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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huibu schrieb:
> Danke fuer deine erhellende Erklaerungen, das hat mir schon sehr
> geholfen!
>
> Ich wollte bzgl des Controllers wissen, wo ich ablesen kann, dass bei 5V
> Betriebsspannung mindestens 4,5 Volt bei 2 mA am Pin rauskommen?

Wenns irgendwo steht, dann in den 'electrical Characteristics'

> Ich moechte naemlich eine Schaltung mit 2.4V aufbauen und dafuer muesste
> ich erstmal die entsprechenden Werte fuer den Controller in Erfahrung
> bringen.

Zieh von den 2.4V noch ein paar Prozent ab, 5% klingt nicht schlecht, 
dann wird das schon stimmen.

Du brauchst dir bei Schalttransistoren da jetzt nicht ins H... machen. 
Das wird alles weit weniger heiß gegessen als es gekocht wird. Wenn du 
dir den Artikel noch einmal ansiehst, dann findest du zb. sowas "Im 
Datenblatt steht eine Stromverstärkung von 80, wir rechnen mit 30 um auf 
der sicheren Seite zu sein" ... "heraus kommt ein Widerstandswert von 
2kOhm, wir nehmen 1kOhm damit der Transistor auch sicher durchschaltet" 
... etc.

-> das wird alles so dimensioniert, dass die Fehlermarge sehr hoch liegt 
und der Transistor auch unter den allerungünstigsten Umständen und bei 
Vollmond und Hochwasser noch durchschaltet.

Autor: huibu (Gast)
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Und was mich dann wieder verwirrt:

Bei entsprechendem Basisstrom, Fliesst dann auf der Kollektor-Emitter 
Strecke maximal I oder konstant I, wenn der Transistor nicht in 
Saettigung ist?

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

>Ich moechte naemlich eine Schaltung mit 2.4V aufbauen und dafuer muesste
>ich erstmal die entsprechenden Werte fuer den Controller in Erfahrung
>bringen.

Beim ATTiny2313 z.B. Datenblatt ab S.194 Figure 105...110. Bei anderen 
AVRs an analoger Stelle.

MfG Spess

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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huibu schrieb:
> Wegen den Widerstaenden noch:
>
> Kann ich mir das also als U-I-Kennlinie (Ursprungsgerade beim ohmschen
> Widerstand) vorstellen, aus der ich dann mein R gemaess dem gewuenschten
> Spannungs- oder Stromstaerkewert raussuche?

Im Prinzip, denke ich, ist dein Gedankengang nicht so schlecht. In der 
Praxis wird das aber keiner so machen. So schnell hast du deine 
Diagramme gar nicht bei der Hand, wie ich im Taschenrechner über das 
Ohmsche Gesetz den Widerstandswert ausgerechnet habe.

Und nein:
Der normale Weg geht so:
  Aus der Betrachtung des Schaltbilds weißt du, welchen Spannungsabfall
  du überbrücken musst. Einfach von der Versorgungsspannung alle
  konstanten Spannungsabfälle abziehen (zb die von LED, Transistoren
  etc.)

  Damit weißt du, welcher Spannungsabfall über dem Widerstand herrscht.
  Weiters weißt du, welchen Strom du da durchschicken möchtest (weil
  du zb durch die LED 20mA haben möchtest). Aus R = U / I errechnet
  sich dann sofort der Widerstand.

  Den Schritt wirst du noch länger nicht brauchen: Da über dem R eine
  Spannung abfällt und ein Strom durchrinnt, wirkt er auch als Heizung.
  In ihm wird elektrische Leistung verheizt. Nämlich wieviel?
  P = U * I
  Diese Zahl muss jetzt noch mit der maximal zulässigen Leistung für
  den Widerstand verglichen werden.


Bsp:
Du willst diese Schaltung bauen

    230V
     o--------------------+
                          |
                         +-+
                         | |  R
                         +-+
                          |
                         ---
                         \ /  LED
                        -----
                          |
     o--------------------+


(JA, ich hab absichtlich 230V genommen)

Versorgungsspannung sind 230V. Diese müssen über die komplette Schaltung 
abfallen. An der LED fallen ca 1.7V davon ab (ist für eine LED eine 
konstante Zahl. Bei roten LED sind es etwa 1.7V). D.h. über den 
Widerstand müssen 230 - 1.7 = 228.3 V abfallen.

Weiters willst du den Strom durch R und LED so einstellen, dass 20mA 
fliessen.

Daraus folgt: Der Widerstand muss einen Wert von
    R = U / I = 228.3 / 0.02 = 11415 Ohm
haben.

Welche Leistung wird in diesem Widerstand umgesetzt?

  P = U * I = 228.3 * 0.02 = 4.5 Watt

Ein normaler 1/4 Watt Widerstand wird das nicht lange mitmachen. Er wird 
heiß werden und in Rauch aufgehen. Das muss schon ein 5W Widerstand sein 
und selbst der wird an seiner Leistungsgrenze betrieben.

(Aber bei den normalen Spannungen und Strömen, mit denen du es zunächst 
zu tun haben wirst, ist das kein Thema. Mit handelsüblichen 1/4 Watt 
Widerständen passiert dir da nichts)

Autor: huibu (Gast)
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Ja, da findet sich die Kurve:


Pin Source Current vs. Output Voltage.

Wie ist das zu lesen? Bei 5V Spannung am Pin fliesst nur noch sehr 
kleiner Strom? Gemaess dieser Kurven dann den Widerstand zwischen Basis 
und Pin fuer eine bestimmte Spannung errechnen?

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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huibu schrieb:
> Und was mich dann wieder verwirrt:
>
> Bei entsprechendem Basisstrom, Fliesst dann auf der Kollektor-Emitter
> Strecke maximal I oder konstant I,

Es flieest das I, welches sich durch die Widerstandsbeschaltung im 
Kollektor bzw. Emitter ergibt.

Nochmal: Ein Schalttransistor wird so angesteuert, dass er
a) sicher durchschaltet
b) der Basisstrom hoch genug ist, dass sich seine exakte Höhe
   nicht auf den C-E Strom auswirkt.

Autor: huibu (Gast)
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Danke Herr Buchegger fuer Ihre Muehe! Sie haben mir sehr geholfen!

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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huibu schrieb:
> Ja, da findet sich die Kurve:
>
>
> Pin Source Current vs. Output Voltage.
>
> Wie ist das zu lesen? Bei 5V Spannung am Pin fliesst nur noch sehr
> kleiner Strom? Gemaess dieser Kurven dann den Widerstand zwischen Basis
> und Pin fuer eine bestimmte Spannung errechnen?

Nein.
Der Widerstand errechnet sich aus den Transistordaten.

Aber: Bei deiner Rechnerei hast du angenommen, dass du einen bestimmten 
Strom in die Basis des Transistors reinschicken kannst.
Nur muss dieser Strom auch irgendwo herkommen!
Und da kommt die Pin Source Current ins Spiel.
Bei einer bestimmten Volt Zahl, kann der Pin von dem Tiny nur noch einen 
bestimmte Strommenge liefern. Wieviel ergibt sich aus diesem Diagramm.

D.h. du musst bei deiner Transistorrechnerei auch berücksichtigen, dass 
du den Basisstrom den du benötigst auch irgendwo her bekommst. Wenn dir 
bei deiner Berechnung des Basiswiderstands heraus kommt, dass du 
eigentlich einen Strom von 5mA in die Basis brauchen würdest (damit der 
Transistor schaltet), der Tiny aber nur 1mA liefern kann, dann hast du 
ein Problem.

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

>Wie ist das zu lesen? Bei 5V Spannung am Pin fliesst nur noch sehr
>kleiner Strom?

Anders herum. Wenn der Strom sehr klein ist hast du fast 5V.

MfG Spess

Autor: huibu (Gast)
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Also ich kann mich nur nochmal bei Herrn Buchegger bedanken!

Jetzt habe ich das sogar grundlegend kapiert! Hat mich sehr viel weiter 
gebracht!

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