Hallo zusammen :)
Ich versuche grade eine Transistorschaltung zu berechnen, was aber nicht
klappt. Das Ziel ist ein Leistungstransistor mit eingestelltem
Arbeitspunkt.
Ich benutze den BD329. Datenblatt findet sich hier:
http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/B/D/3/2/BD329.shtml
Ich habe für I_c = 2A aus dem Datenblatt I_b und U_BE bestimmt:
I_b = I_c / h_FE = 2A/110 = 18,18 mA
U_BE = 1,05 V
Weiter ist gegeben: U_B = 12V; U_e = 3,6V; U_CE = 1,9V
Nun habe ich die Widerstände berechnet:
Rc = (U_B - U_CE) / I_c = 5,05 Ohm
R1 = (U_B - U_BE) / (2*I_b) = 301,155 Ohm
R2 = U_BE / I_b = 57,76 Ohm
Jetzt hab ich die Schaltung in Multisim aufgebaut (siehe Anhang) und mal
I_c und U_CE gemessen. Aber die Werte stimmen überhaupt nicht....
Bitte um Hilfe. Was mache ich falsch? :)
viele Grüße
BL
BL schrieb:> Das Ziel ist ein Leistungstransistor> mit eingestelltem Arbeitspunkt.
Ohne Gegenkopplung (z.B. Stromgegenkopplung
mit Emitterwiderstand wird das auch nichts.
> I_b = I_c / h_FE
h_FE hat große Exemplarstreuung
und ist auch noch temperaturabhängig.
Daher ist eine Gegenkopplung unbedingt nötig.
hfe liegt meiner Ansicht nach bei 150 wenn ich in Diagramm 2 schaue. Hab
das Datenblatt von Philips genommen.
Demnach ist Ib=13,333mA
Da ja dein IC zu hoch ist in der Simulation musst du den Basisstrom
runter drehen. Emitterwiderstand zur Stromgegenkopplung wäre zur
Arbeitspunktstabilisierung natürlich nicht verkehrt.
Vielen Dank!
Ich habe das Datenblatt von Siemens benutzt und da ist hfe= 110.
Folgende Fragen sind bei mir noch offen:
1)
Das hfe weicht von den Datenblättern bei Siemens und Philipps
beträchtlich voneinander ab und scheint überhaupt ein sehr unsicherer
Faktor zu sein. Geht man dann so vor, dass man einfach bischen mit dem
Spannungsteiler (R1,R2) rumspielt bis man das gewünschte Ic eingestellt
hat?
2)
Welchen Emitterwiderstand zur Stromgegenkopplung hab ich zu nehmen??
Soweit ich weiß gilt Re ist ca. rbe. Aber ich finde in keinem der
Datenblätter eine Angabe für rbe. Wie mach ich das nun? ^^
grüßle
BL
BL schrieb:> 1)> Das hfe weicht von den Datenblättern bei Siemens und Philipps> beträchtlich voneinander ab und scheint überhaupt ein sehr unsicherer> Faktor zu sein. Geht man dann so vor, dass man einfach bischen mit dem> Spannungsteiler (R1,R2) rumspielt bis man das gewünschte Ic eingestellt> hat?>
Deshalb nimmt man auch nur den mindest Faktor für hfe und legt die
Schaltung so aus das Exemplarstreuungen keine Rolle spielen. Das bei
deiner Schaltung nicht gegeben.
> 2)> Welchen Emitterwiderstand zur Stromgegenkopplung hab ich zu nehmen??
Am Emitterwiderstand soll eine grössere Spannung abfallen als die UBE
Spannung schwankt (Exemplar und Temperatur)
> Soweit ich weiß gilt Re ist ca. rbe. Aber ich finde in keinem der> Datenblätter eine Angabe für rbe. Wie mach ich das nun? ^^
rbe ist der Dynamische Widerstand und der ist Stromabhängig.
re = Ut/Ic (Ut = 25mV bei Raumtemperatur)
Diese Beziehung kann man aus der Shockly Gleichung ableiten.
und
rbe = re * hfe.
Helmut Lenzen schrieb:> Deshalb nimmt man auch nur den mindest Faktor für hfe und legt die> Schaltung so aus das Exemplarstreuungen keine Rolle spielen. Das bei> deiner Schaltung nicht gegeben.
Hmmm. Der Mindestfaktor für hfe wäre dann 110. Damit Exemplarstreuungen
und Temperatur keine Rolle spielen setzt man den Emitterwiderstand ein,
richtig?
Helmut Lenzen schrieb:> Am Emitterwiderstand soll eine grössere Spannung abfallen als die UBE> Spannung schwankt (Exemplar und Temperatur)
Es würde also folgendes gelten:
re = Ut/Ic = 26mV / 2A = 0,013 Ohm
rbe = re * hfe = 0,013 Ohm * 110 = 1,43 Ohm
=> Re = rbe = 1,43 Ohm ???
Wird Re wirklich so berechnet?
> Ich versuche grade eine Transistorschaltung zu berechnen
Diese Schaltung funktioniert so nicht,
das hat schon Reinhard versucht dir zu erklären.
Du brauchst einen Widerstand in der Leitung vom Emitter nach Masse,
wenn du einen halbwegs linearen Verstärker hinbekommen willst.
Hfe im Datenblatt ist ein Schätzwert, der durchaus auch nur halb
so gross sein kann oder doppelt so gross und dann muss deine
Schaltung immer noch funktionieren.
Auch Re, der interne Emitterwiderstand, unterliegt solchen
Schwankungen und ist sowieso recht kleim, kann also auch nicht
stabilisierend in die Berechnungen einfliessen.
Hallo MaWin,
genau das was Reinhard mir gesagt hat versuch ich auch zu realisieren.
Der Emitterwiderstand ist doch schon längst eingebaut (siehe Bild im
Anhang).
Jetzt geht es nur noch darum, wie der Wert von Re zu berechnen ist. Und
das habe ich in Anlehnung an Helmut Lenzen so versucht:
re = Ut/Ic = 26mV / 2A = 0,013 Ohm
rbe = re * hfe = 0,013 Ohm * 110 = 1,43 Ohm
=> Re = rbe = 1,43 Ohm
Oder wie soll ich ihn sonst berechnen?
BL schrieb:> Hmmm. Der Mindestfaktor für hfe wäre dann 110. Damit Exemplarstreuungen> und Temperatur keine Rolle spielen setzt man den Emitterwiderstand ein,> richtig?
Richtig. Oder du machst eine Spannunggegenkopplung.
BL schrieb:> Helmut Lenzen schrieb:>> Am Emitterwiderstand soll eine grössere Spannung abfallen als die UBE>> Spannung schwankt (Exemplar und Temperatur)>> Es würde also folgendes gelten:>> re = Ut/Ic = 26mV / 2A = 0,013 Ohm>> rbe = re * hfe = 0,013 Ohm * 110 = 1,43 Ohm>> => Re = rbe = 1,43 Ohm ???>> Wird Re wirklich so berechnet?
Ich glaube du verwechselst hier etwas. Das ich rbe klein geschrieben
habe hat schon seinen Grund. Das ist der Dynamische Eingangswiderstanmd
des Transistors. Also die Impedanz ander Basis die ein Signalgenerator
als Last sehen würde.
Was du suchst ist der Widerstand den du im Emitterkreis einbauen must um
die Sache stabil zu bekommen.
Zu dimensionierung kann man folgende Überlegung anstellen:
Die Basis-Emitterspannung sinkt mit 2mV/Grad. Nehmen wir einen
Temperaturbereich an von 60 Grad dann sind das 120mV.
Damit sich diese Spannung nicht auf den Arbeitspunkt auswirkt sollte der
Spannungsabfall am Emitterwiderstand der ja mit dieser Spannung in Reihe
liegt wesentlich grösser sein. Deshalb legen wir die Spannung am
Emitterwiderstand auf ca. 10x dieser 120mV fest. Also sollte die
Spannung am Re ca. 1 .. 1.2V betragen. Durch diese Massnahme geht der
Einfluss der UBE abnahme auf 10% vom Ursprünglichen Wert zurück. Bei
deinem Ic von 2A kämmen dann rund 0.6 Ohm raus. Allerdings werden dann
dort auch 2.4W verheizt.
Deshalb wären an dieser Stelle andere Kompensations / Arbeitspunkt
Stabilisierungsmassnahmen vorzuziehen.
> Oder wie soll ich ihn sonst berechnen?
So jedenfalls nicht. Die Schaltung hat doch eine ganz bestimmte Aufgabe
(z.B. ein Signal definiert zu verstärken) und danach muss die
dimensioniert werden. Es gibt nicht "den" richtigen RE für alle
möglichen Fälle. Du musst also genau die "Umgebungsbedingungen"
festlegen und dann gehts weiter.
> Oder wie soll ich ihn sonst berechnen?
Na ja, es fehlt dir noch eine Zahl, nach was du ihn auslegen sollst.
Ausgangswiderstand des Verstärkers, also Stromlieferfähigkeit ?
Kollektrostrom für Rauschminimum des Transistors ?
Eingangswiderstand des Verstärkers ?
Insgesamt betrachtet ist deine aktuelle Schaltung etwas niederohmig.
http://horst-lehner.mausnet.de/efaq/efaq.pdf Seite 18
Erstmals vielen Dank für eure Hilfe :)
Ich mag es strukturiert und habe deshalb im Anhang eine schöne
Berechnung für die Emitterschaltung gepostet. Würde euch bitten, da kurz
reinzuschauen, ob das nun so alles richtig ist :)
(Da ich Gleichspannungsquellen habe interessieren die Kondensatoren
nicht)
Folgendes versteh ich noch nicht:
1) Woher weiß man, dass die Basis-Emitterspannung um 2mV/Grad sinkt?
Habe im Datenblatt von Siemens nichts finden können.
2) Ich habe jetzt angenommen Iq = Ib. Aber das wieso und warum und ob
es noch andere, bessere Möglichkeiten gibt, kann ich nicht beantworten.
3) Am Re Widerstand fallen 2,54W Leistung ab, was sehr viel ist. Was
kann ich hier machen? Welche Stabilisierungsmaßnahmen sind noch möglich?
Spannungsgegenkopplung?
BL schrieb:> 1) Woher weiß man, dass die Basis-Emitterspannung um 2mV/Grad sinkt?> Habe im Datenblatt von Siemens nichts finden können.>
Das steht auch in keinem Datenblatt drin, das weiss man halt.
Im Ernst, in jedem Buch über Halbleiter ist das erklärt. Das ist das was
man rausbekommt wenn man die Shockly-Gleichung analysiert. Dort ist
nämlich der zusammenhang zwischen Temperatur , Strom und Spannung an
einem PN Übergang angegeben.
> 2) Ich habe jetzt angenommen Iq = Ib. Aber das wieso und warum und ob> es noch andere, bessere Möglichkeiten gibt, kann ich nicht beantworten.>
Iq ist im allgemeinen ca. 5 .. 10 mal den Basisstrom damit
unterschiedliche Basisströme nicht zu einer Verschiebung des
Arbeitspunktes beitragen. Deine annahme Iq = Ib ist schlecht gewählt.
>> 3) Am Re Widerstand fallen 2,54W Leistung ab, was sehr viel ist. Was> kann ich hier machen? Welche Stabilisierungsmaßnahmen sind noch möglich?> Spannungsgegenkopplung?
Du siehst jetzt selber das ein Kollektorstrom von 2A für eine
Verstärkerstufe eine schlechte Wahl ist. Dein Transistor muss wenn er
auf 1/2 Betriebsspannung eingestellt ist z.B. 6V rund 12W verbraten.
Auch sind die Eingangswiderstände dabei sehr niederohmig.
Die Frage ist jetzt an dich was willst du mit dieser Stufe erreichen?
[ ] Signalverstärkung
[ ] leistungsverstärkung
120mV über 60°C Temperaturbereich
ist die "Schwankung" der Ube in diesem Bereich.
Der Spannungsabfall am Emitterwiderstand
sollte grösser sein als diese Schwankung.
Praxisnah wäre ein Wert von zB 0,15Ohm
Bei 2A fallen dann 0,3V ab.
Verlustleistng dann 0,6W
BL schrieb:> Welche Stabilisierungsmaßnahmen sind noch möglich?> Spannungsgegenkopplung?
Genau, das machst du noch zusätzlich.
Ich will über einen µC ein Peltier-Element ansteuern.
µC Pin: 3,6V und ich will max 20mA Strom ziehen
Peltier-Element Daten: 1,7V, 3A max (möchte es mit 2A betreiben)
BL schrieb:> Ich will über einen µC ein Peltier-Element ansteuern.>> µC Pin: 3,6V und ich will max 20mA Strom ziehen>> Peltier-Element Daten: 1,7V, 3A max (möchte es mit 2A betreiben)
Boohhr eh. Nach 15 Postings kommt nun raus was das soll.
Du hast dir den denkbar schlechtesten Ansatz dafür ausgewählt.
Für sowas nimmt man einen Schaltregler. Der µc gibt den Strom vor als
Sollwert für den Schaltregler und der setzt das ganze dann in Leistung
um. Alles andere ist reine Energieverschwendung.
UC3842 mit Leistungsmosfet wäre z.B. schon mal ein Ansatz dafür.
Das ist ein Currentmode Controller. Der misst den fliesenden Strom und
regelt ihn danach.
BL schrieb:> µC Pin: 3,6V und ich will max 20mA Strom ziehen
Ist sehr knapp, damit direkt den Leistungstransistor zu steuern.
Setze noch einen Emitterfolger dazwischen.
Das ganze gibts dann auch integriert, nennt sich Darlington.
Helmut Lenzen schrieb:> Für sowas nimmt man einen Schaltregler.
Das kannst du auch mit dem µC machen,
du schaltest ein-aus und durch das Verhältnis von ein zu aus
steuerst du.
Rolf Schneider schrieb:> Das kannst du auch mit dem µC machen,> du schaltest ein-aus und durch das Verhältnis von ein zu aus> steuerst du.
Nicht ganz. Die Betonung liegt auf Regler. Die Spannung-Strom Kennlinie
eines Peltier-Elements ist nicht linear. Wenn du da einen bestimmten
Strom durch haben willst wirst du ihn schon messen müssen. Und dafür
bieted sich ein Curremt Mode Schaltregler nahezu an. Und jetzt bitte
nicht sagen das der µC den Strom ja ebenfalls messen kann. Dann macht
der nix anders mehr.
Uff....
Dachte ein bipolarer Leistungstransistor wäre hier genau das richtige.
Wollte nur den Strom etwas verstärken und fertig. Es müssen nicht genau
2A fließen. Zwischen 1,5-2,5 A wäre alles ok.
Brauche ich trotzdem einen Current Mode Schaltregler?
BL schrieb:> Peltier-Element Daten: 1,7V, 3A max (möchte es mit 2A betreiben)
Deine Ub ist, wie von dir angegeben, 12V
Du müsstest also mehr als 10V x 2A = 20W sinnlos im Transistor verheizen
Helmut Lenzen schrieb:> Ok, dann sind wir schon zwei. Wir sollten einen Fanclub gründen :=)
War ja mal ein echter Geheimtip, als es auf den Markt kam.
Da das Teil jetzt nur noch ca. 30 cent kostet,
nehm ich doch mal an, dass es nicht nur für uns beide hergestellt wird.
:-)
> Brauche ich trotzdem einen Current Mode Schaltregler?
Auf jeden Fall ist die Schaltung weitestgehend Unsinn
um einen Peltier zu regeln.
+12V
|
Peltier
|
3.3 OHm/35 Watt
|
100Hz PWM uC --|I IRLZ34
|S
GND
wäre einfacher, und 3.3V und 0.5 Ohm/5 Watt wäre effektiver.
Noch effektiver ist der ungeregelte Schaltwandler
+12V +12V +12V
| | |
Peltier | |
| | |
330uH/3A | |
| |´ |
+--|>|--+ SB320 |
| |
100kHz PWM uC --|I IRLZ34 47uF/LowESR
|S |
GND GND
allerdings muß man bei ihm aufpassen, daß der Strom nicht
zu weit steigt, die PWM darf nicht über 20% an-Zeit gehen.
Immerhin zieht die Schaltung dann nur ca. 550mA aus den 12V
und nichts wird heiss.
Rolf Schneider schrieb:> Da das Teil jetzt nur noch ca. 30 cent kostet,> nehm ich doch mal an, dass es nicht nur für uns beide hergestellt wird.> :-)
Glaube ich auch nicht. Dafür sind unsere Abnahmmengen zu klein.
BL schrieb:> Brauche ich trotzdem einen Current Mode Schaltregler?
Was du brauchst ist ein sogenannter Step-Down Regulator
(ist auch ein Schaltregler) mit Stromregelung.
Am Besten macht du mal Recherche, wie damit ein Peltier geregelt wird.
Naja mit dem Leistungstransistor hätte ich ein Ic= 2A und UCE= 1,9V
eingestellt. (Siehe oben Berechnung.png) Aber ihr habt ja recht, an dem
Rc widerstand fallen dann 20W ab. -.-
Ich könnte eine Spannungsquelle von 5V nehmen. Dann wären wir bei
3V*2A=6W Verlust am Rc widerstand.
Bei Reichelt habe ich nach "PWM Controller DIP-8" gesucht. Allerdings
können die alle nur 1A Ausgangsstrom.
BL schrieb:> Allerdings> können die alle nur 1A Ausgangsstrom.
Damit wird ein MOSFET angesteuert.
Es lohnt sich, mal ins Datenblatt eines UC3843 oder UC3845
reinzuschauen.
BL schrieb:> Dann wären wir bei> 3V*2A=6W Verlust am Rc widerstand.
Immerhin schon eine deutliche Verbesserung.
Kannst es ja erst mal so aufbauen, damit es schnell geht.
(Dicken Kühlkörper nicht vergessen)
Und dann mal schlau machen, was die Vorteile eines Schaltreglers sind.
BL schrieb:> Bei Reichelt habe ich nach "PWM Controller DIP-8" gesucht. Allerdings> können die alle nur 1A Ausgangsstrom.
Es gibt nicht direkt für alles das IC schlechthin. Man muss aus den zu
verfügung stehenden Teilen das bauen was man braucht.
Also:
Du nimmst das Teil von MaWin:
+12V +12V +12V
| | |
Peltier | |
| | |
330uH/3A | |
| |´ |
+--|>|--+ SB320 |
| |
100kHz PWM uC --|I IRLZ34 47uF/LowESR
|S |
GND GND
Jetzt fügst du in der Sourceleitung vom Mosfet einen kleinen Widerstand
ein. ca. 0.27Ohm. (Strommessung)
Am Drain schliesst du den UA3842 an (jibbed bei Reichelt). Die
Strommessung führst du auf den Strommesseingang von UA3842. Noch etwas
Hühnerfutter um den UA3842 (steht im Datenblatt beschrieben) und vola
fertig ist dein Stromregler. An den einen Eingang des UA3842 gibst du
nun deinen Sollwert vor.
Na, da haben dir MaWin und Helmut
doch einen prima einfach zu bauenden
Step-Down Regulator mit Stromregelung hingezaubert.
Da kannst du sehen, was man mit dem UC384x so alles machen kann.
Du musst allerdings den UC3843 oder UC3845 nehmen
wegen der under-voltage lockout thresholds.
der UC3842 braucht 16V zum Anlaufen,
UC3843 / UC3845 ca 8,5V.
Rolf Schneider schrieb:> Du musst allerdings den UC3843 oder UC3845 nehmen> wegen der under-voltage lockout thresholds.> der UC3842 braucht 16V zum Anlaufen,> UC3843 / UC3845 ca 8,5V.
Stimmt, daran hatte ich jetzt nicht mehr gedacht.
Hallo zusammen!
Ich freue mich, dass ihr euch so rege beteiligt, aber ich bin etwas
überfordert, da ich noch nie eine Platine aufgebaut habe. ^^
Hier noch mal der Aufbau:
+12V +12V +12V
| | |
Peltier | |
| | |
330uH/3A | |
| |´ |
+--|>|--+ SB320 |
| |
100kHz PWM uC --|I IRLZ34 47uF/LowESR
|S |
GND GND
1) 330 uH/3A <-- was ist das? Ein 330 Ohm Widerstand?
2) +--|>|--+ SB320 <-- Die Schottky Diode brauche ich nicht weil
ich hier UC3842 einbaue??
3) 47uF/LowESR <-- Wieso brauche ich einen Elektrolydkondensator und
wie ist er mit der übrigen Schaltung verbunden?
Sind wohl Anfängerfragen, aber ich bin ja auch einer ;) :)
BL schrieb:> 1) 330 uH/3A <-- was ist das? Ein 330 Ohm Widerstand?
Das ist eine Speicherdrossel.
> 2) +--|>|--+ SB320 <-- Die Schottky Diode brauche ich nicht weil> ich hier UC3842 einbaue??
Nein, der UC3843 kommt vor das Gate.
> 3) 47uF/LowESR <-- Wieso brauche ich einen Elektrolydkondensator und> wie ist er mit der übrigen Schaltung verbunden?>
Der Stützt die Versorgungsspannung.
> Sind wohl Anfängerfragen, aber ich bin ja auch einer ;) :)
Der Trend geht zum guten Fachbuch. (weiteren Kommentar erspare ich mir
dazu)
Im Anhang die Schaltung wie das verbunden werden soll.
PS: Hast du schon mal in Datenblatt vom UC38xx geschaut?
Transistorschaltung.png
(6,7 KB)
