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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Unterschiede in Transistorgrundschaltungen NPN und PNP


Autor: Thorsten (Gast)
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Hi,

mit geht es um die Grundschaltungen des Transitors. Ich frage mich was 
genau der Unterschied von Bild 2 zu 3 ist, ausser der Invertierung...

Habe ich bei 3 nicht u.u. das Problem das der Transistor nicht richitg 
abschaltet, das die Spannun an der Basis dazu nicht hoch genug ist.

Bei Schaltung 2 interessiert diese Spannung weniger oder? Wo genau 
liegen die Vorteile?

Bei Schaltung 2 muss ich nur die Basis gegen etwas positives legen, 
oder? Wo habe ich bei Schaltung 2 das Problem zu erwarten?

Gruß,
Thorsten

Autor: Joachim K. (minifloat)
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Dass (1) dir bei Durchschalten einen Kurzschluss schenkt, ist dir 
bewusst...

(2) wirst du am Emitteranschluss eine immer Spannung feststellen, die 
ca. 0,5-0,7V unter der Spannung am Eingang liegt(wenn man den Basisstrom 
mal als vernachlässigbar klein annimmt). Unter 0,7V wirst du 0V am 
Emitter Messen.
Bei 5V Logikspannung kommen also maximal 4,3V raus

(3) Ist ein Inverter in Emitterschaltung, sieht bloß wegen PNP etwas 
komisch aus.

mfg mf

Autor: Thorsten (Gast)
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Bild 1, hatte ich übersehen...

Autor: Joachim K. (minifloat)
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Schaltung 3 mal nach NPN umgezeichnet, nun vergleiche mal(Logikpegel 
sind jetzt vertauscht). mf

PS: 3 und 1 sind im Prinzip das gleiche, wie du nun feststellen wirst :D
Die PNP-Welt steht nur "auf dem Kopf", mehr steckt da nicht dahinter.

Autor: Thorsten (Gast)
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Bild2) für mich zum Verständnis, Bild 2 schaltet bei einem positiven 
Signal an der Basis, im gegensatz zu Bild 1 muss diese Spannung größer 
sein, oder?

Bild 2) Deine Info ist klar, also ist es egal welche Last daran hängt, 
sobald ich über 0,7V an der Basis bin, wird durchgeschaltet!? WIe in 
Bild 1)?

bei Bild 3 wird durchgeschaltet wenn die Basis gegen Masse gelegt wird, 
oder?und ab wann wird ausgeschaltet? wie groß muss die Spannung sein?

Ich komme auf diese Fragen, weil ich mal eine H Brücke bauen wollte, und 
dafür benötigte man immer ein spezieles IC, ich habe mir das immer 
einfach vorgestellt, 2 Transistoren NPN und PNP für eine Halbbrücke und 
mit Logikgattern ran (siehe Bild) doch das geht so nicht, oder?

Danke bis hierher.

Autor: Thorsten (Gast)
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Hallo Jo,

zu deiner 3a Schaltung, das mit den Logikpegeln war mir schon klar, mir 
geht es hier eher um die Spannungen und das grundsätzliche Verständnis 
zum Transistor...

Thorsten

Autor: Joachim K. (minifloat)
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Thorsten schrieb:
> och das geht so nicht, oder?

Doch, statt der Widerstände würde ich dieselbe Schaltung nochmal auf die 
andere Seite "werfen" und dort a und b vertauschen aber gleich wie links 
ansteuern. You're done!
Wichtig ist nur, eine Totzeit einzubauen, dass beide 
Brückenteile(Signale a und b) nie gleichzeitig aktiv sind, sonst gibts 
u.U. Pyroeffekte.

Wenn du einen Motor dran hast, kann es auch nützlich sein, mit FETs zu 
arbeiten und 4 einzelne Schaltsignale aus z.B. einem µC zu verwenden. 
Die beiden Low-Side Schalter(hier die NPNs) können dann den Motor auch 
Bremsen, wenn man sie gleichzeitig aktiviert. Mit Bipolartransen geht 
das nicht.

mfg mf

Autor: Thorsten (Gast)
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ok, bitte greif mir noch mal bei dieser Sache unter die Arme:

A) Bild2) für mich zum Verständnis, Bild 2 schaltet bei einem positiven
Signal an der Basis, im gegensatz zu Bild 1 muss diese Spannung größer
sein, oder?

B) Bild 2) Deine Info ist klar, also ist es egal welche Last daran 
hängt,
sobald ich über 0,7V an der Basis bin, wird durchgeschaltet!? WIe in
Bild 1)?

C) bei Bild 3 wird durchgeschaltet wenn die Basis gegen Masse gelegt 
wird,
oder?und ab wann wird ausgeschaltet? wie groß muss die Spannung sein?

Gruß,
Thorsten

Autor: Joachim K. (minifloat)
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Thorsten schrieb:
> um die Spannungen und das grundsätzliche Verständnis
> zum Transistor

Spannungen...
also um dich mal abzuschrecken: ein Bipolartransistor ist eine 
Stromgesteuerte Stromquelle. Man kann sich das so vorstellen:
[code]
Das hier:

              o  Kollektor
              |
           | /
Basis o----|<
           | \
             _V
              |
              o Emitter

Ist dem hier äquivalent:

            o Kollektor
            |
Basis o     |
     _|_    | |
   D _V_   (-)| I_q
      |     | V
      +--+--+
         |
         o Emitter
[code]

Der Strom durch die Diode D bestimmt den Strom der Stromquelle I_q.
Im einfachen Modell, und wenn mans mit Basisstrom nicht übertreibt, kann 
man annehmen, dass I_q = I_D * B ist. B ist die DC-Stromverstärkung 
deines Transistors.
Über der Diode kann man einen Spannungsabfall von 0,5 bis 0,7V annehmen.

In der Praxis mit Feld-Wald-Wiesen-Kleinsignaltransen kann man B = 200 
annehmen(Sperr- und Normalbetrieb).


Sollte bei deiner Berechnung ein Strom rauskommen, der dank Widerstand 
vor dem Kollektor nicht größer sein kann, dann nimm an dass über den 
Transistor eine Spannung von kleiner 0,1V ist und gut.

Inversbetrieb (Kollektor und Emitter Vertauscht) ist dank der Symmetrie 
möglich, B wird miserabel(>20).

Mit dem Ersatzschaltbild oben kannst du 90% aller 
Bipolartransistorschaltungen DC-Mäßig analysieren.

mf

Autor: Joachim K. (minifloat)
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Thorsten schrieb:
> A) Bild2) für mich zum Verständnis, Bild 2 schaltet bei einem positiven
> Signal an der Basis, im gegensatz zu Bild 1 muss diese Spannung größer
> sein, oder?

Ja, muss größer sein. Schaltung 2 verwendet die sogenannte 
Stromgegenkopplung.

Ich gehe mal zunächst von keiner Spannung an der Basis aus. Der 
Widerstand nach GND zieht den Ausgang nach GND. Der Transistor Sperrt.

Nun lege ich mal 2,5V an den Basiswiderstand an. Der Transistor "merkt 
dass da ein Strom fließt" und versucht ihn, um Faktor 200 verstärkt, 
auch einzustellen. Das Klappt aber nur soweit, bis die Spannung am 
Emitter auf 2V angestiegen ist. Damit bleibt der Transistor an der 
Grenze hängen, an der er sich selbst den Basisstrom klauen würde. Die 
Basis-Emitter-Diode braucht "ja mindestens 0,5V um zu leiten"*. Also 
wird am Ausgang eine Spannung abgebildet, die um 0,5 bis 0,7V unter der 
Spannung an der Basis liegt.

mfg mf

PS: *stimmt so nicht ganz, siehe Diodengleichung. Aber näherungsweise 
kann man mit sowas schon rechnen.

Autor: Joachim K. (minifloat)
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Thorsten schrieb:
> B) Bild 2) Deine Info ist klar, also ist es egal welche Last daran
> hängt,
> sobald ich über 0,7V an der Basis bin, wird durchgeschaltet!? WIe in
> Bild 1)?

Nein. Außerdem kommt es bei Bild 1 auf den Basis-Vorwiderstand an (und 
was du als "durchschalten" bezeichnest).

Thorsten schrieb:
> C) bei Bild 3 wird durchgeschaltet wenn die Basis gegen Masse gelegt
> wird,
> oder?und ab wann wird ausgeschaltet? wie groß muss die Spannung sein?

Antwort wie oben, nur "1" gegen "3" vertauschen. :D Wir haben doch 
bemerkt, dass 1 und 3 sich nur durch Spannungs- und Stromrichtungen 
unterscheiden.

mf

Autor: Joachim K. (minifloat)
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Jo K. schrieb:
> Inversbetrieb (Kollektor und Emitter Vertauscht) ist dank der Symmetrie
> möglich, B wird miserabel(>20).

Ich meinte natürlich kleiner als 20.
mf

Autor: oszi40 (Gast)
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Autor: Thorsten (Gast)
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Thema 2,5 V ist sehr verständlich, so kann ich mir das auch gut 
vorstellen...

Gehen wir mal davon aus das ich den Transistor nur als Schalter 
einsetze, mir gehts um die Spannungen...

>>Nein. Außerdem kommt es bei Bild 1 auf den Basis-Vorwiderstand an (und
was du als "durchschalten" bezeichnest).<<

Also wenn er als Schalter genutzt wird, wie groß muss die Spannung den 
mindestens sein?

>>Antwort wie oben, nur "1" gegen "3" vertauschen. :D Wir haben doch
bemerkt, dass 1 und 3 sich nur durch Spannungs- und Stromrichtungen
unterscheiden.<<

oben, wo genau? Ich wollte nur wissen wie ich auf die zu 
berücksichtigenden Spannungen komme.

Gruß,
Thorsten

Autor: Thorsten (Gast)
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ich fahre mir gerad mal wikipedia rein...

jetzt ist mir wieder eingefallen was genau ich beim PNP für ein Problem 
hatte, wenn man eine größere Spannung als die Steuerpannung schalten 
will, dann bekommt man den Transistor nicht mehr unleitend, oder?

Aber könnten man das dann nicht wie rechts nebenstehend umgehen?

Vielen dank für die Geduld, aber für mich ist das extrem wichtig...

Thorsten

Autor: Joachim K. (minifloat)
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Thorsten schrieb:
> Also wenn er als Schalter genutzt wird, wie groß muss die Spannung den
> mindestens sein?

Kommt auf den Transistortyp, vielmehr noch auf die Verwendeten 
Widerstände an. Gib mir mal ein paar Hausnummern in Ω, und die 
Schwellspannungen deiner Logik.


Thorsten schrieb:
> wenn man eine größere Spannung als die Steuerpannung schalten
> will, dann bekommt man den Transistor nicht mehr unleitend, oder?
>
> Aber könnten man das dann nicht wie rechts nebenstehend umgehen?

Ja so kannst du das Problem lösen.

Autor: oszi40 (Gast)
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Kurz: Ein Transistor wird immer dann leitend, wenn die Basisspannung 
größer als die Emitterspannung ist.

Emitterschaltung dreht Signal, Kollektorschaltung nicht.

Autor: Thorsten (Gast)
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ich nehme meist 1K oder 10K, scheint kaum einen Unterschied zu machen. 
Die Logik betreibe ich bei 5V. Meist Kontroller usw... Mir geht es vor 
allem darum Last damit zu schalten, und meist bei 12V oder 24V...

Gruß,
Thorsten

Autor: Joachim K. (minifloat)
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Hier noch ne Idee, siehe Anhang. Wenn die Last eine Induktivität 
ist(Relais, Elektromagnet, Motor usw.) noch eine Freilaufdiode rein 
werfen. mfg mf

Autor: Thorsten (Gast)
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>>Kurz: Ein Transistor wird immer dann leitend, wenn die Basisspannung
größer als die Emitterspannung ist.<<

das bekomme ich in Bild 3 nicht auf den Schirm...

Autor: Thorsten (Gast)
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@ Jo,

ja so mache ich das auch, wenn ich kann, aber (siehe Bild)...

Thorsten

Autor: Thorsten (Gast)
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@ Jo, für deinen Fall den du "eingeworfen" hast, nehme ich meist den 
ULN2804...

Autor: Joachim K. (minifloat)
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Thorsten schrieb:
> ich nehme meist 1K oder 10K

Ja, das is immer gut wenn man 'ne Stange von denen da hat.
10k vor die Basis, 1k als Kollektorwiderstand mach ich bei billigen 
Schaltaufgaben immer so.

Wenn der Strom durch die Last sagen wir mal 5mA betragen kann, dann muss 
man der Basis nur ein 200stel des Stromes anbieten, dass der Transen 
noch durchschaltet. Wenn du 10k vor die Basis tust, sind es 0,5mA und es 
gilt die Annahme von oszi, weil du den Transistor in die Sättigung 
fährst. Das Passiert dann so ca. ab 1,5V.(Kurz nachrechnen: (1,5V-0,7V) 
/ 10kΩ = 8µA; 8µA * 200 = 1,6mA ja stimmt so ungefähr :D)
mf

Autor: Joachim K. (minifloat)
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Thorsten schrieb:
>>>Kurz: Ein Transistor wird immer dann leitend, wenn die Basisspannung
> größer als die Emitterspannung ist.<<
>
> das bekomme ich in Bild 3 nicht auf den Schirm...

naja hier muss es "kleiner" heißen. ich sag ja, die PNP-Welt steht auf 
dem Kopf, wenn man sie mit NPN vergleicht.

Stell dir das dann so vor:
# Masse heißt jetzt -5V
# 5V heißt jetzt Masse
# Spannung größer heißt jetzt Spannung kleiner
# Emitterdiode ist andersrum
# usw...
mfg mf

Autor: Thorsten (Gast)
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ok, das klingt schon besser...

das würde heißen das im Bild 3 das ganze ungefähr bei 4,3V an der Basis 
leitend wird? also wenn es kleiner 4,3V wird.. so ungefähr, ist schon 
klar, es wird warscheintlich schon bei 4,5 leitend...

Zur Brüke, könnte man das so machen (siehe Bild)..

Wenn das so einfach ist, dann verstehe ich nicht, warum man für die 
Transistoren in Leistungsbrücken spezielle ICs benötigt um das ganze zu 
lösen...

Thorsten

Autor: oszi40 (Gast)
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Thorsten schrieb:
> Transistoren in Leistungsbrücken spezielle ICs benötigt um das ganze zu
> lösen...

Weil es schlecht wäre, wenn bei der Brücke zu viele Transistoren zur 
gleichen Zeit leitend wären. Schau Dir mal die Impulsdiagramme etwas 
genauer an beim Umschalten.

Autor: Michael (Gast)
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Thorsten schrieb:
> Wenn das so einfach ist, dann verstehe ich nicht, warum man für die
> Transistoren in Leistungsbrücken spezielle ICs benötigt um das ganze zu
> lösen...

1. Ein IC benötigt häufig weniger Platz als 4 Transistoren samt 
Ansteuerung
2. Was oszi40 schon andeutete: Beim Umschalten musst du warten bis die 
ehemals leitenden Transistoren sperren, erst dann kann/soltest du die 
ehemals sperrenden Transistoren leitend schalten. Man kann einfach nicht 
von jetzt auf gleich von Maximum auf Minimum umschalten. Unstetigkeit 
gibts halt nur in der Mathematik, im realen hat jedes Signal eine 
endliche Steigung, auch ein Rechteck.

Autor: oszi40 (Gast)
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>Ein IC benötigt häufig weniger Platz als 4 Transistoren
H-Brücke siehe auch Beitrag "H-Brücke"

Es bleibt noch die Frage, was sich im Störfall besser austauschen lässt.

Autor: Michael (Gast)
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oszi40 schrieb:
> Es bleibt noch die Frage, was sich im Störfall besser austauschen lässt.

Beides gleich gut/schlecht. Die interessantere Frage im Störfall ist 
aber nicht die Austauschbarkeit sondern was zum Störfall geführt hat. 
Meiner Erfahrung nacht wird allzuoft nur die Auswirkung bekämpft und nur 
selten nach der Ursache geforscht.

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