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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik geschaltete konstantstromquelle


Autor: Philipp Looser (Gast)
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Hallo zusammen,
ich möchte mit einem pin des mikrocontrollers die
hintergrundbeleuchtung eines lcd ein- und ausschalten. Nun habe ich im
Internet 2 Varianten gesehen, aber leider nicht genau herausgefunden
worin der unterschied besteht und wie man die werte der widerstände
berechnet. Ic sollte 25mA betragen.
Stimmen meine überlegungen zu variante 1?
U(basis-gnd) wird durch die led auf 2v eingestellt. minus Ube ergibt
1.4V über R2.
um nun einen konstantstrom von 25mA zu erhalten, muss R2=56Ohm betragen
(1.4V/25mA). wenn man einen verstärkungsfaktor von 25 will (nicht zu
hoch, damit der tranistor sicher in die sättigung geht) muss R1=3kOhm
(5V-Uled)/1mA betragen. Stimmt das?
irgendwo habe ich gelesen dass Iled wegen der stabilität etwa 10*Ib
sein sollte.
doch wie berechnet man Ib und Iled? der transistor und die led haben ja
keinen definierten widerstand. muss man den differentiellen widerstand
ermitteln???
variante 2 scheint einiges einfacher zu berechnen sein. R1 so wählen,
dass Ib den transistor schnell in die Sättigung treibt und R4=480Ohm
(12V/25mA). aber warum sieht man fast nur die variante 1?
danke bereits im voraus für eure hilfe.
philipp

Autor: Vierpol (Gast)
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@Philipp

Die Berechnung des Stroms aus der über dem Widerstand liegenden
Spannung und dem resultiernenden Strom hast Du richtig gemacht! R = U /
I.
Bei der ersten Schaltung legt in erster Linie die LED die Spannungshöhe
an der Basis (und vermindert um U_BE) die Spannung an R2 fest. Die
Berechnung hast Du richtig durchgeführt.
Die Frage nach dem Verstärkungsfaktor ist hier nicht relevant. Es ist
nicht das Ziel, eine verstärkte Spannung abzunehmen. Desweiteren ist
eine Sättigung des Transistors nicht erwünscht. Bei einer Sättigung
hätte der Transistor keine "Luft" mehr (die verbleibende Spannung
U_CE), und wirkt bei einem Wert R_Backlight > 425 Ohm als Schalter,
nicht als Stromquelle.
Unterstellen wir dem Transistor eine Stromverstärkung von 100, dann
fließt in die Basis ein Prozent des Emitterstroms von 25 mA. Dieser
Strom wird an der *Spannungsquelle LED* abgeholt und fließt weniger
durch die LED. Sofern Du etwa 2 mA durch die LED fließen lässt, dann
passt das zu Deinen Vorstellungen ("wegen der stabilität etwa
10*Ib"). Die Berechnung von R1 fällt Dir dann leicht (R1 = (U_uC_Pin -
U_LED) / 2 mA). Differenzielle Widerstände mußt Du nicht betrachten, die
Schaltung "spielt" statisch.
Abgesehen davon, dass Du bei der Variante 2 keine "visuelle
Kontrolle" über den Schaltzustand hast, hängt der Strom proportional
von der bekannten Spannung U_uC_Pin ab, sofern der Transistor nicht
sättigt. Lasse einmal R3 für Deine weiteren Betrachtungen weg (er wirkt
hier nur als Schutzwiderstand) und berechne alles wie oben.

Viel Spaß!

Gruß, Vierpol

Autor: Philipp Looser (Gast)
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Danke für deine schnelle Antwort, Vierpol.
Deine Berechnung scheint mir auf den ersten Bick verständlich.
Nun happert es noch bei den Grundüberlegungen.
Der Transistor sollte doch als Stromquelle dienen. Dazu muss er im
Verstärkungsbereich sein. Andererseits ist er ja auch ein Schalter, und
kein Verstärker, wonach er meiner Meinung zwischen Sperr- und
Sättigungsbereich hin und her wechseln müsste. Aber er kann ja nicht
beides, hmmm! Kannst du mir sagen, wo ich den Überlegungsfehler mache?
2. Meinst du mit "visuelle Kontrolle über den Schaltzustand" die
led?
Die leuchtet bei Variante 1 doch auch nicht, oder nur GANZ schwach
(2mA), nicht?
3.Und du sagst dass der Strom proportional von U_uC_Pin (also Ib???)
abhängt, wenn sich der Transistor nicht im Sättigungsbereich befindet.
Da stimme ich mit Dir überein, nur muss er das doch gar nicht, Ic muss
doch nur 0mA oder 25mA sein. Also nicht proportional verstärkt, sondern
bloss ON oder OFF?
Bin Dir dankbar wenn du mir da auf die Sprünge helfen kannst.

lg philipp

Autor: karadur (Gast)
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Hallo

der Transisitor leitet bei ca. 0,65V Basis-Emitterspannung.
Die LED arbeitet wie eine Zenerdiode mit einer vom verwendeten Material
abhängigen Spannung. z.B. ca. 2V
Das heißt an der Basis liegen 2V. An der Basis-Emitterdiode fallen
jetzt 0,65V ab. -> Der Emitter hat jetzt 1,35V. Diese Spannung liegt am
Widerstand. Nehmen wir mal einen Widerstand von 135R, dann fließt ein
Strom von 10mA. Da der Emitterstrom gleich dem Kollektorstrom (+
Basisstrom den wir jetzt mal vernachlässigen da er wegen der
Verstärkung des Transistors erheblich kleiner ist) haben wir im
Kollektorkreis einen konstanten Strom von 10mA.

Der Strom für die Stromquelle ist also (Basisspannung-0,65V
)/Emitterwiderstand.

Autor: Vierpol (Gast)
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Versuch's doch mit folgender Erklärung: In dieser Schaltung fließt
durch den Kollektor IMMER eine stärkerer Strom als durch die Basis
hereinkommt.
Wenn die Spannung U_uC_Pin Null Volt ist, dann fließt auch nichts in
die Basis und Deine LCD-Beleuchtung ist dunkel.
Hast Du beispielsweise eine U_uC_Pin von 3,3 Volt und einen
Emitterwiderstand von 100 Ohm, dann fließen grob 25 mA.
Hättest Du eine U_uC_Pin von 5,0 Volt, dann würden bei gleicher
Dimensionierung etwas mehr als 40 mA fließen.
Das meine ich mit "proportional zur Eingangsspannung". Wie Du siehst,
habe ich die Begriffe "Sperr- und Sättigungsbereich" nicht verwenden
müssen.

2a)  Ja.
2b)  Doch. Du könntest bei Reichelt nach "LED 3MM 2MA" suchen und
dort das Datenblatt herunterladen. In den Diagrammen auf den Seiten 3
und 4 findest Du Informationen über Helligkeit und Flußspannung.

Vielleicht kannst Du die Schaltung auch auf einem Steckbrett aufbauen
sowie in der Transistor-Wikipedia nach "Bipolarer Transistor" und mit
Google nach "Versuche mit Transistoren" suchen. Du findest tonnenweise
Information. Relevante Versuche gibt's bei

http://www.uni-koeln.de/ew-fak/physik/Fortgeschrit...
http://www.uni-koeln.de/ew-fak/physik/Fortgeschrit...
http://e-praktikum.physik.hu-berlin.de/Versuche/ve...

Viel Spaß!

Gruß, Vierpol

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