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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Transistor als Schalter (BD139) richtig auslegen


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von Johannes S. (gnubert)


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Möchte gerne mit einem ATmega32 (VCC=5V, PORT Pin max. 20mA) 9 IR LEds 
(LD274-3) schalten.

Schaltung ist wie im Anhang zu sehen aufgebaut.

Jede LED soll 100mA bekommen.

Sehe ich das richtig, dass die Spannung über den Transistor 2V beträgt?


Vorwiderstand Diode:

5V - 1.3V (Diode) - 2V Transistor = 1.7V die über dem Vorwiderstand 
abfallen müssen. 1.7V / 100mA = 17 OHM

Bei hfe stehen wieder mal ganz viele Werte? Welchen nimmt man hier?

Habe einfach mal mit 100 gerechnet, also bei 900mA benötigten Strom, 
muss Ib = 9mA sein, damit er voll durchsteuert Faktor 2, also 18mA 
(gerade so noch im grünen Bereich für den Atmega32!?!)
Also (5V-2V) / 18mA = 166Ohm Basiswiderstand?!

Zusammengefasst R1-R9 = 17 Ohm
RB = 166Ohm

Ich werde nicht so richtig schlau aus den ganzen verschiedenen Weten im 
Datenblatt.
Kann jemand kurz sagen ob die Rechnung so aufgeht.

Danke

von Michael (Gast)


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Nimm lieber eine MOSFET, z.B. den IRLZ34

von Johannes S. (gnubert)


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Ok, Gründe dafür?

von Uwe .. (uwegw)


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* Leistungslose Ansteuerung
* kleinerer Spannungsabfall

Übrigens würde ich immer zwei Dioden in Reihe schalten, dann hast du 
weniger Verluste in den Vorwiderständen.

von Wilhelm F. (Gast)


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Auf Seite 4 im Datenblatt siehst du:

Fig.2 DC current gain; typical values.

Bei 900mA hängt dein Transistor schon ziemlich in den Seilen. Besser 
wäre der nächst größere Transistor.

Die Verstärkung für 900mA liegt bei etwa 10, und für Schaltbetrieb muß 
man die noch mal etwa durch 3 dividieren. Du brauchst also schon einen 
Basisstrom, der ein Drittel des Laststromes ist. Das macht so keinen 
großen Sinn.

von Johannes S. (gnubert)


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@Wilhelm Ferkes
Ok, Fig.2 macht es klar. Danke!

Hast du evtl. gerade eine Bezeichnung für einen etwas kräftigeren 
Transistor?

>>Nimm lieber eine MOSFET, z.B. den IRLZ34
Danke hierfür, habe noch nie was mit MOSFETS gemacht, wollte wenn 
möglich bei einem NPN Trans. bleiben...

von Wilhelm F. (Gast)


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Johannes S. schrieb:

> Hast du evtl. gerade eine Bezeichnung für einen etwas kräftigeren
> Transistor?

Aus dem Stehgreif fällt mir noch der N-Darlington BD675 ein. Denn auch 
mit dem größeren Transistor wirst du es unter Umständen nicht direkt bis 
zu kleinen Basisströmen schaffen, die der µC-Pin noch gut verkraftet.

Die Darlingtons haben wegen der höheren UCE eine etwas höhere 
Verlustleistung, und müssen besser gekühlt werden. Aber vielleicht baut 
man ja einen diskreten Darlington aus 2 Transistoren selbst. Z.B. aus 
einem PNP-Kleintransistor am µC-Pin, der den Leistungstransistor 
ansteuert.

OK, ich wälze mal das Transistordatenbuch, das dauert ein Weilchen.

Ein MOSFET, wie es schon genannt wurde, wird sicher auch eine gute Wahl 
sein. Es muß aber einer sein, der bei 5V auch ziemlich gut durchsteuert.

Oder hast du selbst noch was brauchbares in deiner Sammlung, wo man 
ansetzen könnte?

von Matthias (Gast)


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Wilhelm Ferkes schrieb:
> Ein MOSFET, wie es schon genannt wurde, wird sicher auch eine gute Wahl
> sein. Es muß aber einer sein, der bei 5V auch ziemlich gut durchsteuert.

Da empfiehlt sich z.B. der o.g. IRLZ34
;-)

von Johannes S. (gnubert)


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Also,  meine Sammlung gibt genau noch 2 bc337-40 und einen bd139 her ;)

von Falk B. (falk)


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Dann bau einen Darlington draus. Fettig.

MfG
Falk

von Wilhelm F. (Gast)


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Johannes S. schrieb:

> Also,  meine Sammlung gibt genau noch 2 bc337-40 und einen bd139 her ;)

Passt doch, wie auch Falk schon schreibt.

Wegen der ungenauen Kollektorspannung des Darlington, und weil sie im 
Vergleich zur Betriebsspannung schon hoch ist, ist jetzt die Frage, was 
mit den LED-Strömen genau passiert.

Ich würde es auf den Versuch ankommen lassen.

Und den BD139 etwas kühlen, der bekommt da etwa 1..2 Watt 
Verlustleistung.

Die Spannung über dem Transistor (Kollektor) wird ca. um 1..1,5V 
betragen, könnte auch auf 2V gehen. Mangels Kennlinien im Datenblatt 
kann man das erst mal nur grob schätzen.

Der BD675 liegt auch haarscharf an der Grenze, benötigt für gute 
Sättigung bei 1,5A schon 30mA vom µC-Pin laut Datenblatt. Obwohl es ein 
Darlington ist. Das ist zu viel. In der Regel wird er zwar besser sein, 
aber man muß ja mit den extremsten Daten rechnen, damit es garantiert 
funktioniert.

Das Tabellenbuch hat leider viel zu viele exotische Typen, da ist mir im 
Augenblick nicht so bekannt, was preiswert und erhältlich ist. Außer das 
alte Schlachtschiff 2N3055. Wenn du jetzt immer noch Ersatz suchst, 
schau am besten, was die Händler anbieten, und dann ins Datenblatt.

Und nächstes mal einen größeren Transistor wählen, der beim gewünschten 
Kollektorstrom die besseren Verstärkungswerte hat, die nicht schon stark 
abknicken. Mit einem Einzeltransistor wird solch eine Verstärkung auf 
jeden Fall nicht klappen.

von Johannes S. (gnubert)


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Danke erstmal für die netten und schnellen Antworten!

Darlingtonschaltung ist für mich was neues. Anhand von Beispielen aus 
dem Forum müsste meine Schaltung, wie im Anhang gezeichnet, aufgebaut 
werden, oder?

Wie berechne ich jetzt R10 und R11?

Kühlkörper für den BD139 ist vorhanden...

von Sven Z. (treito)


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Das wird so nicht funktionieren, der BD139 braucht einen 
Basiswiderstand.

von Johannes S. (gnubert)


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Ok , hat er bekommen.
Warum eigentlich nur T2 und nicht T1?

von Sven Z. (treito)


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Ich kann Dir allerdings nicht sagen, ob das so richtig ist und wie man 
das genau berechnet, aber ohne den Widerstand hättest Du den BD139 
gegrillt.

von Johannes S. (gnubert)


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Wie sieht das eigentlich bei der Darlingtonschaltung mit Frequenzen im 
Bereich von 38kHz aus. Lese immer das die Schaltung für hochfrequente 
Anwednungen oder schnelle Schaltflanken nicht geeiignet sei, was 
versteht man denn unter hochfrequent ? ;)

von mhh (Gast)


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Sven Z. schrieb:
> Das wird so nicht funktionieren, der BD139 braucht einen
> Basiswiderstand.

Braucht er nicht, sondern der BC337 braucht den.

von Sven Z. (treito)


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Und wenn der BC337 aufmacht und der Strom durch dessen Emitter in die 
Basis des BD139 fließt, wird dieser nicht gegrillt? Sicher?!

von Dietrich L. (dietrichl)


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Sven Z. schrieb:
> Und wenn der BC337 aufmacht und der Strom durch dessen Emitter in die
> Basis des BD139 fließt,

... schaltet der BD139 durch. Damit geht auch die Spannung am Kollektor 
des BC337 runter, womit der Basisstrom begrenzt wird.

von Sven Z. (treito)


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Okay, man lernt nie aus. Ich hatte die Darlington-Schaltung zuletzt vor 
14 Jahren oder so...

von mhh (Gast)


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Sven Z. schrieb:
> Und wenn der BC337 aufmacht und der Strom durch dessen Emitter in die
> Basis des BD139 fließt, wird dieser nicht gegrillt? Sicher?!

Sicher.

Der BD öffnet - sein Uce sinkt und damit auch sein Basisstrom. Es stellt 
sich sozusagen ein Gleichgewicht ein.

von Helmut L. (helmi1)


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Sven Z. schrieb:
> Und wenn der BC337 aufmacht und der Strom durch dessen Emitter in die
> Basis des BD139 fließt, wird dieser nicht gegrillt? Sicher?!

Ganz sicher. Kannst ja mal ein Datenblatt zu einem fertigen Darlington 
dir ansehen.

http://www.fairchildsemi.com/ds/TI/TIP120.pdf

Weit und breit kein Vorwiderstand. Nur ein Widerstand zwischen Basis und 
Emitter damit er schneller sperrt.

von Wilhelm F. (Gast)


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@Johannes:

Die beiden Transistoren kann man als Darlington direkt und ohne 
Widerstände dazwischen zusammen schalten.

Es braucht nur noch den Basisvorwiderstand zum µC-Pin.

Den kann man jetzt so berechnen, daß der Pin nicht gerade den 
Maximalstrom liefert, sondern geringfügig darunter bleibt. Mit Rücksicht 
auf den µC.

Was der Pin maximal treiben kann, steht im Datenblatt des µC. Auch die 
dazu gehörende Spannung. Die UBE am neuen Darlington liegt bei etwa grob 
1,4V.

R10 und R11 können ganz raus, die braucht man gar nicht.

Keine Panik, man grillt da nichts. Die Transistoren nehmen sich das, was 
sie brauchen. Und der Laststrom ist ja durch LED und Vorwiderstand 
ohnehin begrenzt. Fertige Darlingtons sind auch so geschaltet.

Also die vorletzte Schaltung ohne R10 und R11, dafür aber mit 
Basisvorwiderstand.

Wenn du mit höheren Schaltfrequenzen arbeitest, ist vielleicht noch ein 
Basiswiderstand am BD139 gegen Masse erforderlich, um bei Abschaltung 
die Basisladung zu entfernen. Aber das sollte jetzt erst mal 
nebensächlich sein.

von Johannes S. (gnubert)


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Ok Danke, das ist mal eine Ansage!

µC liefert max 20mA, bei 5V. Rechne hier jetzt mit 18mA.

RB= (5V-1,4V)/18mA = 200 Ohm

Vorwiderstand LED = 5V-1,3V(LED)-1,4V / 100mA = 23 Ohm
Kann ich hier auch die 1.4V annehmen?

von Wilhelm F. (Gast)


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Johannes S. schrieb:

> µC liefert max 20mA, bei 5V. Rechne hier jetzt mit 18mA.

Fast richtig. Aber der µC-Pin hat eine Ausgangsimpedanz, da fällt ganz 
sicher intern Spannung gegenüber VCC ab.

Sollte im Datenblatt stehen: Die Pinspannung bei dieser Belastung.

Ansonsten schaut es gut aus, Plan OK.

> Kann ich hier auch die 1.4V annehmen?

Grob: Ja. Tatsächlich mußt du sie aber in einer Testschaltung mal 
messen.

Wie schon gesagt, es ist so auf dem Papier nicht exakt leicht zu 
bestimmen. Vielleicht kannst du mit 10% Schwankung an den LEDs aber gut 
leben.

Man macht ja auch mal Testaufbauten, und Messungen, und schaut, wie es 
wirklich klappt. Die Transistoren haben einfach hohe Bauteilstreuungen.

In industriellen Geräten und Spielzeugen sah ich Darlingtons und 
Bipolartransistoren oft in gemultiplexten Siebensegment-Displays, es 
kommt da nicht immer auf 1% Genauigkeit des LED-Stromes an. Vielleicht 
reichen sogar oft 20% Toleranz.

Also: Bau das Ding einfach mal so auf dem Steckbrett auf.

von Helmut L. (helmi1)


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Leute die Teile haben auch eine Stromverstaerkung. Da braucht man keine 
18mA Basisstrom um 900mA zu schalten.

BC337-16  = hfemin 100
BD137     = hfemin 40

hfe = 100 * 40 = 4000

900mA / 4000 = 225uA

das mal 3 zur Sicherheit = 675uA

Ube = 1.7V  (1V fuer BD137 UBEon und 0.7V Ube fuer BC337)
Uoutuc = 4.5V

Bleibt fuer den Basisvorwiderstand 4.5V - 1.7V = 2.8V

Rvor = 2.8V / 675uA = 4148 Ohm naechster Normwert = 3.9KOhm.

Spannung am Kollektor BD137

1V UBEon fuer BD137 und 0.5V fuer BC337 UCEsat = 1.5V

von Ich (Gast)


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würde 3 LEDS in Serie schalten und das 3 x parallel; spart jede Menge 
Strom und Leistung und überhaupt !

von Dietrich L. (dietrichl)


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3 ist zuviel bei 5V!

von O.k. (Gast)


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dann wenigstens 2 !

von Johannes S. (gnubert)


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Hallo,
danke für die weiteren Infos. Es funktionieren beide Varianten sehr gut. 
Arbeite jetzt erstmal mit der 3,9k Variante, macht für mich mehr Sinn 
den  µC etwas weniger zu beanspruchen...

Wobei man sagen muss, das auch schon die Schaltung ohne Darlington 
Transistor funktioniert hat... (einfach nur BD139) Aber wohl eher sehr 
glücklich und mit wenig Luft nach oben...

2 Dioden in Reihe macht sicher Sinn, habe aber gerade 27 Ohm Widerstände 
hier, da kann ich jeder Diode einen eigenen verpassen. Wenns dann auf 
eine Platine kommt wird das optimiert :) Danke!

von Johannes S. (gnubert)


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Helmut Lenzen schrieb:
> Ube = 1.7V  (1V fuer BD137 UBEon und 0.7V Ube fuer BC337)
> Uoutuc = 4.5V
>
> Bleibt fuer den Basisvorwiderstand 4.5V - 1.7V = 2.8V
>
> Rvor = 2.8V / 675uA = 4148 Ohm naechster Normwert = 3.9KOhm.

Irre ich mich, oder müsste es nicht wie folgt sein:

Ube = 2.2V (1.2V für BC337 und 1V für BD139)
Demnach, 4.5V - 2.2V = 2.3V
Rvor = 2.3 / 675uA = 3.407k Ohm -> Macht jetzt nicht den großen 
Unterschied, aber fürs Protokoll ;)


Bei
>
> Spannung am Kollektor BD137
>
> 1V UBEon fuer BD137 und 0.5V fuer BC337 UCEsat = 1.5V

verstehe ich die Rechnung nicht. Laut Datenblatt UBEon für BD139 = 1V. 
Rechne ich hier nicht mit UCEsat ( bei BD139 = 0.5V) ??

BC337 hat ein UBEon von 1.2V. Aber warum UBEon, müsste ich hier nicht 
auch mit UCEsat (Collector – Emitter Saturation Voltage = 0.7 V) 
rechnen?
Wie ihr seht, ich bin verwirrt! :)

von Helmut L. (helmi1)


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Johannes S. schrieb:
> Irre ich mich, oder müsste es nicht wie folgt sein:
>
> Ube = 2.2V (1.2V für BC337 und 1V für BD139)

Du hast die 1.2V aus dem Datenblatt fuer Ube genommen fuer einen 
Kollektorstrom von 500mA. Die fliessen hier aber nicht durch den BC337.
Da fliessen so rund 20mA. Dafuer reicht dann eine Ube von rund 0.7V.

Johannes S. schrieb:
> verstehe ich die Rechnung nicht. Laut Datenblatt UBEon für BD139 = 1V.
> Rechne ich hier nicht mit UCEsat ( bei BD139 = 0.5V) ??

Nein. Den der BC337 will auch noch was haben. Am Kollektor des BD137 
liegt eine Spannung die sich aus der Ube Spannung des BD137 + der Ucesat 
Spannung des BC337 zusammensetzt. An die UCESat Grenze des BD137 kommst 
du gar nicht dran. Das ist ja das Problem des Darlingtons das der eine 
ziemlich hohe Spannung zwischen Kollektor und Emitter hat.

Johannes S. schrieb:
> BC337 hat ein UBEon von 1.2V. Aber warum UBEon, müsste ich hier nicht
> auch mit UCEsat (Collector – Emitter Saturation Voltage = 0.7 V)
> rechnen?

Wo rauf bezieht sich diese Frage?

von Johannes S. (gnubert)


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Helmut Lenzen schrieb:
> Du hast die 1.2V aus dem Datenblatt fuer Ube genommen fuer einen
> Kollektorstrom von 500mA. Die fliessen hier aber nicht durch den BC337.
> Da fliessen so rund 20mA. Dafuer reicht dann eine Ube von rund 0.7V.

Ok das verstehe ich.

>Nein. Den der BC337 will auch noch was haben. Am Kollektor des BD137
>liegt eine Spannung die sich aus der Ube Spannung des BD137 + der Ucesat
>Spannung des BC337 zusammensetzt. An die UCESat Grenze des BD137 kommst
>du gar nicht dran. Das ist ja das Problem des Darlingtons das der eine
>ziemlich hohe Spannung zwischen Kollektor und Emitter hat.

Verstehe ich jetzt auch, aber wie du ja schreibst, setzt es sich aus Ube 
(BD139) und Ucesat (BC337) zusammen. Darauf bezog sich dann ja auch 
meine letzte Frage

> BC337 hat ein UBEon von 1.2V. Aber warum UBEon, müsste ich hier nicht
> auch mit UCEsat (Collector – Emitter Saturation Voltage = 0.7 V)
> rechnen?

Wobei die 0.7V Ucesat (BC337) wieder für Ic=500mA sind, bei 20-30mA 
daher wohl dann die erwähnten 0.5V!?

von Helmut L. (helmi1)


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Johannes S. schrieb:
> Wobei die 0.7V Ucesat (BC337) wieder für Ic=500mA sind, bei 20-30mA
> daher wohl dann die erwähnten 0.5V!?

Ja fuer den schlechtesten Fall. Gemessen habe ich eben bei 25mA rund 
50mV.
Also liegt man mit dieser Rechnung immer richtig.

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