Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Basiswiderstand berechnen


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von Daniel (Gast)


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Hallo,

ich habe mir die Basiswiderstandseite auf dieser Seite hier durchgelesen 
und meine soweit auch alles verstanden zu haben.
Könntet ihr mir trotzdem die Rechnung verifizieren?

Hier meine Rechnung:

Ich möchte mit einem Transistor BC637 einen 5V 195mA Lüfter schalten. 
Mein GPIO Pin liefert 3.3V.

Bei hFE stehen im Datenblatt mehrere Werte. Ich habe 40 genommen.
hFE = 40 / 3.3 = 12.12

Ib = 195mA / 12.12 = 16,09 mA

Rb = (3.3V - 0.7V) / 0,01609 A = 161,62 Ohm

Ist das soweit korrekt?
Also sollte ich einen Basiswiderstand von 150 Ohm verwenden?

Vielen Dank

: Verschoben durch Moderator
von Bert 0. (maschinist)


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... und Du willst den GPIO wirklich mit den 16mA belasten?


Gruß... Bert

: Bearbeitet durch User
von Simon G. (Gast)


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Hallo Daniel,

kann Dein GPIO-Pin überhaupt die von Dir errechneten 16 mA treiben?
Wenn nicht muss da erstmal eine Treiberstufe dazwischen oder Du nimmst 
einen Logic Level MOSFET, welcher Deinen GPIO nicht so belastet.

von Bert 0. (maschinist)


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Um mal konstruktiver zu sein:
Schau Dir mal im Onsemi-Datenblatt zum BC637 auf S.3 das zweite Diagramm 
an: Bei 150mA Kollektorstrom kannst Du demnach mit einem hfe von mind. 
100 rechnen, also wird weniger Basisstrom benötigt und Dein Widerstand 
kann entsprechend größer werden.

Besser wäre es vielleicht, eine Darlington-Stufe zu wählen oder gleich 
mit einem MOSFET leistungslos schalten.


Gruß... Bert

von Max M. (jens2001)


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Daniel schrieb:
> hFE = 40 / 3.3 = 12.12
>
> Ib = 195mA / 12.12 = 16,09 mA

??????
Versteh ich nicht.

von Jim M. (turboj)


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Max M. schrieb:
>> hFE = 40 / 3.3 = 12.12
> [...]
> Versteh ich nicht.

Stimmt, das ist kompletter Blödsinn. Wo soll die 3,3 herkommen?

Ich komme auf ~490 Ohm bei hFe von 40, und weil der ja eher hFE >= 100 
hat kannste da einfach einen 1k Widerstand nehmen, den hat man 
eigentlich immer irgendwo rumfliegen.

von Michael U. (amiga)


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Haloo,

bei mir wäre:

Ic 195mA / hFE 40 = Ib 4,875mA
Rb = (Uio 3,3V - Ube 0,7V) / Ib 4,875 = 533,3Ohm -> 560 Ohm (Normwert).

Seine Rechnung verstehe ich nicht so ganz.

Gruß aus Berlin
Michael

von Possetitjel (Gast)


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Jim M. schrieb:

> Max M. schrieb:
>>> hFE = 40 / 3.3 = 12.12
>> [...]
>> Versteh ich nicht.
>
> Stimmt, das ist kompletter Blödsinn. Wo soll die 3,3
> herkommen?

Und täglich grüßt das Murmeltier...

von Markus E. (markus_e176)


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Das hFE musst du nicht durch 3.3 teilen.
Und wieso nimmst du genau 40?
Die Verstärkung hängt vom Ausgangsstrom ab, entsprechend diesem solltest 
du den Wert wählen.

Oder wirklich gleich Mosfet...

von Possetitjel (Gast)


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Michael U. schrieb:

> Seine Rechnung verstehe ich nicht so ganz.

Seit 10 Jahren hier angemeldet, und noch nie die
Seite "Bipolartransistor / Basiswiderstand berechnen"
hier im Wiki besucht?

Der TO hat (korrekt) die garantierte Mindestverstärkung
von 40 aus dem DaBla ermittelt und (korrekt) durch einen
Übersteuerungsfaktor (hier: 3.3) für den Schaltbetrieb
dividiert.

von John D. (drake)


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Michael U. schrieb:
> Seine Rechnung verstehe ich nicht so ganz.

Max M. schrieb:
> Versteh ich nicht.

Jim M. schrieb:
> Stimmt, das ist kompletter Blödsinn. Wo soll die 3,3 herkommen?

Annahme der Sättigung im Schaltbetrieb. Ob 3, 5, 10 oder eben 3.3 ist 
relativ nebensächlich.

Sein Fehler war nur die Annahme eines zu geringen hfe-Werts.

von Possetitjel (Gast)


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Markus E. schrieb:

> Das hFE musst du nicht durch 3.3 teilen.

Nein, muss er nicht.

Es ist aber sinnvoll, den Schalterbetrieb mit einem
passenden Übersteuerungsfaktor zu dimensionieren.
(Man könnte den Faktor allerdings im konkreten Falle
niedriger wählen.)

> Und wieso nimmst du genau 40?

Weil das als garantierter Mindestwert für hfe (bei
Ic = 150mA) im DaBla steht.

Ist das WIRKLICH so kompliziert?

von Possetitjel (Gast)


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John D. schrieb:

> Sein Fehler war nur die Annahme eines zu geringen hfe-Werts.

Kannst Du das genauer erklären?

Seit wann ist es ein Fehler, mit dem Wert als garantiertem
Mindestwert zu rechnen, der als garantierter Mindestwert
im DaBla steht?

Das ist nicht nur kein Fehler, das ist sogar die einzig
korrekte Art, die Stufe zu dimensionieren.

von John D. (drake)


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Possetitjel schrieb:
> John D. schrieb:
>
>> Sein Fehler war nur die Annahme eines zu geringen hfe-Werts.
>
> Kannst Du das genauer erklären?

OK, ich gebe zu, ich hatte nicht ins DB geschaut und höhere Min.-Werte 
im konkreten Anwendungsfall erwartet.
Der TO hat aber tatsächlich den korrekten Wert bei Ic=150mA 
herausgesucht und damit stimmt seine Rechnung komplett.

von Michael U. (amiga)


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Hallo,

Possetitjel schrieb:
> Der TO hat (korrekt) die garantierte Mindestverstärkung
> von 40 aus dem DaBla ermittelt und (korrekt) durch einen
> Übersteuerungsfaktor (hier: 3.3) für den Schaltbetrieb
> dividiert.

ich sollte so nebenbei eben nicht posten...
Andererseits sind mir wohl schon zu lange keine 
Kleinleistungstransistoren mit hFE 40 in meinen Vorräten begegnet und 
"gefühlt" hätte ich ohne zu rechnen 470Ohm genommen, damit wäre der 
Strom ca. 5mA und hätte im Datenblatt des treibenden IC noch geschaut, 
ob der bei H den Strom treibt und wie dessen Spannung da wäre.

So war mein Post wirklich nicht so sonderlich zielführend.

Gruß aus Berlin
Michael

von Possetitjel (Gast)


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Daniel schrieb:

> [...]
> Ist das soweit korrekt?

Soweit ich auf die Schnelle sehe: Ja.


> Also sollte ich einen Basiswiderstand von 150 Ohm
> verwenden?

Naja, es wurde schon gesagt: Möglicherweise liefert
Dein I/O-Pin keine 16mA.

Du siehst hier den Hauptnachteil der Bipolartransistoren:
Im schlechtesten Fall braucht man ziemlich viel Basis-
strom.

Mögliche Abhilfen:
1. Falls es um ein Einzelstück geht: Verwendetes Exemplar
   vorher ausmessen und Basiswiderstand anpassen (machbar,
   aber bei fälligen Reparaturen unschön).
2. Höhere Stromverstärkungsgruppe wählen -- da stellt
   sich aber das Beschaffungsproblem.
3. Treiberstufe einsetzen (würde ich vermutlich machen)
4. Besseren Bipolartransistor wählen (Zetex baut sehr
   gute Schalttransistoren --> Beschaffbarkeit fraglich).
5. FET einsetzen.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Simon G. schrieb:
> kann Dein GPIO-Pin überhaupt die von Dir errechneten 16 mA treiben?
Und wenn er es kann: erreicht er dann noch die angenommenen 3,3V?

Man sieht: das Thema ist beliebig komplex. Dagegen wurden Mosfet 
erfunden... ;-)

von Ralph S. (jjflash)


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Bert 0. schrieb:
> Besser wäre es vielleicht, eine Darlington-Stufe zu wählen

Würde theoretisch funktionieren, aber Leistungsbetrachtung nicht 
vergessen:

Lt. Diagramm Datenblatt bleibt bei einem Strom von ca. 200mA eine 
Uc_rest von 3V stehen !!! (plus das, was der treibende Transistor 
benötigt).

Erstens fehlen diese 3V dem Lüfter und zweitens hätte der BC637 bei Ic = 
195mA eine Verlustleistung von:

P= Uce_rest * Ic = 3V * 0,195A = 0,585W

Das ist für ein TO220 Gehäuse schon nicht nur etwas, sondern eine Menge.

Thermischer Widerstand des BC637 sind 200 Kelvin/Watt

Das heißt, hier würde sich der Transistor um ca. 117 Grad erwärmen, bei 
einer angenommenen Umgebungstemperatur von 25 Grad ist der Transistor 
dann 142 Grad heiß.

Da allerdings hier die Uce_rest nicht zu vernachlässigen ist und die 
reduzierte Spannung am Lüfter einen kleineren Strom zur Folge hat 
(insbesondere weil es wie angegeben ein 5V Lüfter ist) ist die 
Verlustleistung auch nicht so hoch wie errechnet.

Welche Spannung am Lüfter sich einstellen wird und welcher Ic sich 
daraus ergibt, hängt vom Lüfter ab. In jedem Fall aber wird der Lüfter 
sich NICHT mit voller Leistung drehen.

JJ

PS: im Übrigen Freilaufdiode über dem Lüfter nicht vergessen.

PS_PS:

Elektronik geschieht frei nach dem Motto: I wanna have maximum smoke

von Possetitjel (Gast)


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Ralph S. schrieb:

> Lt. Diagramm Datenblatt bleibt bei einem Strom von
> ca. 200mA eine Uc_rest von 3V stehen !!!

Leute...

Das ist das falsche Diagramm. Im SOAR-Diagramm kannst
Du die Restspannung nicht erkennen, sondern nur die
zulässige Verlustleistung. Die ist offensichtlich
3V * 200mA = 600mW, was für TO-92 ungefähr hinkommt.

Die Restspannung liegt lt. Fairchild-DaBla bei 0.5V,
gemessen bei 500mA. Bei 200mA wird das deutlich
weniger sein; vielleicht 0.35V.

von HildeK (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> Man sieht: das Thema ist beliebig komplex.

Ja, ich habe mich auch gewundert ...
Ohne Possetitjel wäre das sogar löschreif geworden, weil einfach zu viel 
falsches drin steht.

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