mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Korrekte Belegung der Anschlüsse eines npn-Bipolartransistors


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
Autor: Tim H. (idlmn)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

eigentlich handelt es sich um ein sehr grundsätzliches Thema, aber ich 
hoffe, dass ihr mir helfen könnt/wollt.
Ich möchte mit einem Raspberry Pi über einen GPIO-Pin einen 
npn-Transistor schalten, welcher dann eine 5V Spannungsversorgung für 
eine LED schaltet.
Leider scheine ich ein paar grundsätzliche Verständnisprobleme zu haben, 
was die Funktionsweise eines npn-Transistors anbelangt.
Wenn es um das physikalische Prinzip eines solchen Transistors geht, 
wird gesagt, dass ein Elektronenfluss vom Emitter zur Basis einen 
größeren Elektronenfluss vom Emitter zum Collector steuert. Nach diesem 
Prinzip müsste ich den 5V-Pin an den Emitter und den GND-Pin an den 
Collector anschließen. Um den Transistor dann zu sperren, müsste nach 
meinem Verständnis dann jedoch ebenfalls ein 5V-Potential am 
Basis-Anschluss anliegen. Nur würde in diesem Zustand nicht ein Strom 
von der Basis zu Collector fließen? Auch würde die Steuerung über einen 
GPIO-Pin (max 3,3V) dann nicht funktionieren.
Wenn ich mir nun Lösungen im Internet anschaue, ist die Beschaltung 
meines Erachtens jedoch völlig entgegengesetzt zur physikalischen 
Erklärung.
Am Collector ist der 5V-Pin angeschlossen und am Emitter der GND-Pin. Im 
gesperrten Zustand liegen an der Basis über den GPIO-Pin 0V an, im 
durchgeschaltet Zustand 3,3V.

Ich hoffe ich konnte euch auch nur annähernd meine Verwirrung 
vermitteln. Bitte kreuzigt mich nicht, wenn ich Vieles falsch erklärt 
oder verstanden habe. Ich beschäftige mich erst seit kurzem mit der 
Materie.

: Verschoben durch Moderator
Autor: Wolfgang (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Tim H. schrieb:
> Nach diesem Prinzip müsste ich den 5V-Pin an den Emitter und den
> GND-Pin an den Collector anschließen.

Zu dumm nur, dass die Elektronen aus GND raus kommen und nicht aus +5V.

Autor: Arduino Fanboy D. (ufuf)
Datum:

Bewertung
2 lesenswert
nicht lesenswert
Tim H. schrieb:
> Elektronenfluss
Möchtest du Teilchenphysik o.ä. betreiben?
Dann nutze/denke die physikalische Stromrichtung, bzw. diese Sicht 
darauf.


Möchtest du technische Probleme bewältigen, dann nutze/denke die 
Technische Stromrichtung, bzw. diese Sicht darauf.

https://de.wikipedia.org/wiki/Transistorgrundschaltungen

: Bearbeitet durch User
Autor: npn (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Tim H. schrieb:
> Am Collector ist der 5V-Pin angeschlossen und am Emitter der GND-Pin.

Und wenn die Basis durchgesteuert wird, tritt magischer Rauch aus dem 
Transistor aus (oder aus dem Netzteil oder was die schwächste Stelle 
ist).
Denn mit dem Ansteuern der Basis verbindet der Transistor +5V mit GND 
(laut deiner Beschreibung).

Autor: Kai S. (kai1986)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

dein Verständnisproblem ist nur ein Begriffsproblem. Die physikalische 
Erklärung verwendet die physikalische Stromrichtung (von Minus zu Plus). 
In der Schaltungstechnik wird aber die technische Stromrichtung (von 
Plus zu Minus) verwendet.
Konkret wird daraus Kollektor 5V, Emitter GND und an die Basis die 3,3V 
oder 0V vom Ausgangspin.

Gruß Kai

PS: Die Frage ist anständig formuliert und zeigt, dass du dich damit 
beschäftigt hast. Dafür wurden die Leute im Mittelalter gekreuzigt, 
heute aber nicht mehr. Einzig Trolle zieht es etwas an, die kann man 
aber ruhig ignorieren.

Autor: karadur (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Da fehlen aber noch Widerstände.

Autor: npn (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
karadur schrieb:
> Da fehlen aber noch Widerstände.

...und die LED, von der er oben sprach.

Autor: Maxim B. (max182)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Tim H. schrieb:
> Am Collector ist der 5V-Pin angeschlossen und am Emitter der GND-Pin. Im
> gesperrten Zustand liegen an der Basis über den GPIO-Pin 0V an, im
> durchgeschaltet Zustand 3,3V.

Vergiß auch Widerstand für Basis nicht. So etwa, daß Basis ~ 1/20 von 
Collectorstrom bekommt.

Autor: Wolfgang (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Kai S. schrieb:
> Konkret wird daraus Kollektor 5V, Emitter GND und an die Basis die 3,3V
> oder 0V vom Ausgangspin.

Das wird die BE-Diode gar nicht mögen. Wesentlich mehr als 0.7V sind da 
nicht wirklich gut.

Autor: Werner (Gast)
Datum:

Bewertung
2 lesenswert
nicht lesenswert
Ich glaube Tim sucht nur das Gespräch hier im Forum.

Die Zeit, die er zur Formulierung und Niederschrift seiner Frage 
benötigt hat, hätte ausgereicht um mit ein paar Clicks die Antwort 
selbst zu finden.

Sonst noch Fragen Tim?

Autor: Michael B. (laberkopp)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Tim H. schrieb:
> Ich möchte mit einem Raspberry Pi über einen GPIO-Pin einen
> npn-Transistor schalten, welcher dann eine 5V Spannungsversorgung für
> eine LED schaltet.

Tja, es gibt 2 prinzipielle Schaltungen.

Plus schalten kann nur der Emitterfolger
     +5V
      |
uC --|< NPN
      |E    LED
      +--R--|>|--+
                 |
                GND
Vorteil: Hohe Stromverstärkung, macht aus 20mA des uC Pin glatt 2A (bei 
ausreichendem Transistor wie BD237). Nachteil: Führt zu hohem 
Spannungbedarf von 1V unter der Spanung die der uC liefert, bleiben also 
nur 2.3V für LED und Vorwiderstand. Die restlichen (5V-3.3V)-1V = 2.7V 
bleiben im Transistor.

Die üblichere Schaltung ist die Emitterschaltung, die schaltet aber 
Masse (GND):
            +--R--|<|-- +5V
            |     LED
uC --130R--|< NPN
            |E
           GND
Trotzdem geht die LED natürlich aus, wenn der Transistor ausschaltet. 
Stromvertsärkung eher gering (20, die 20mA des uC reichen also für 400mA 
bei geeignetem Transistor wie BC337), dafür kann er mehr als 3.3V 
schalten und von der 5V Spannung bleibt auch fast alles für die LED und 
ihren Vorwiderstand übrig.

Das sind die Grundlagen. Man kann sich in der Elektronik nicht was 
wünschen sondern muss sich der Physik unterwerfen. Wir sind hier ja 
nicht bei MineCraft.

Tim H. schrieb:
> Am Collector ist der 5V-Pin angeschlossen und am Emitter der GND-Pin.

Never, dann würde der einschaltende Transistor ja 5V kurzschliessen. 
Irgendwo muss die LED schon hin.

Autor: npn (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Michael B. schrieb:
> Tim H. schrieb:
>> Am Collector ist der 5V-Pin angeschlossen und am Emitter der GND-Pin.
>
> Never, dann würde der einschaltende Transistor ja 5V kurzschliessen.
> Irgendwo muss die LED schon hin.

Genau das gleiche sagte ich auch schon paarmal.
Null Reaktion darauf...

Autor: Sonnenstraße (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vielleicht war Tim schon so geschockt darüber, daß "technisch" 
betrachtet alles anders ist, daß der 2. Schock mit dem Kurzschluß 
einfach zu viel war?

Autor: nachtmix (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Tim H. schrieb:
> Ich möchte mit einem Raspberry Pi über einen GPIO-Pin einen
> npn-Transistor schalten, welcher dann eine 5V Spannungsversorgung für
> eine LED schaltet.

Vermutlich, weil du es nicht besser weisst.

Ich würde dir zu einem N-Kanal Logik-Level-MOSFET anstelle des 
npn-Transistors raten.
Weil die MOSFETs praktisch keinen Steuerstrom brauchen, kann der Raspi 
damit sogar ein paar Ampere schalten.

"Logik-Level-"Typen deswegen, weil die mit den 3V Steuerspannung vom 
Raspi auskommen.
"Normale" MOSFETs ohne diese Qualifikation werden eher mit 5V bis 10V 
angesteuert und leiten mit 3,3V evtl noch nicht.
Ggfs. schaut man ins Datenblatt: Dort sollte ein Wert für R_DS(on) bei 
einer geringeren U_GS angegeben sein (z.B. 2,5V) als sie ein GPIO 
liefern kann.
Z.B.
https://www.conrad.de/de/mosfet-infineon-technologies-irlml6346trpbf-1-n-kanal-13-w-sot-23-161193.html 
Hier: typisch 59mOhm bei 2,5V Steuerspannung.

Autor: P.Loetmichel (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Strom fliesst immer von oben nach unten!

Auch in einem Bipolartransistor!

Autor: HildeK (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Tim H. schrieb:
> Ich möchte mit einem Raspberry Pi über einen GPIO-Pin einen
> npn-Transistor schalten, welcher dann eine 5V Spannungsversorgung für
> eine LED schaltet.

Wenn du unbedingt die 5V schalten willst (High-Side), dann braucht man 
zwei Transistoren, einen pnp und einen npn. Wird so manchmal benötigt, 
für eine LED aber meist nicht: Man kann die Last auch fest an der 
Versorgungsspannung hängen und nur der GND-Anschluss wird geschaltet. 
Das geht dann mit nur einem npn Transistor.

Siehe hier: 
https://www.mikrocontroller.net/articles/Transistor#Wie_kann_ich_mit_5V_vom_Mikrocontroller_12V_und_mehr_schalten.3F

Das Beispiel dort ist für einen 5V-Prozessorausgang und einen 
12V-Verbraucher angegeben, das Prinzip gilt natürlich auch für einen 
3.3V-Ausgang und einen 5V-Verbraucher.
Die Transistoren können auch MOSFETs sein unter Berücksichtigung der 
schon genannten notwendigen Eigenschaften (Logic Level) für die 
kleineren Spannungen.

Autor: Wolfgang (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
P.Loetmichel schrieb:
> Strom fliesst immer von oben nach unten!
>
> Auch in einem Bipolartransistor!

Aber nur, wenn der Schaltplan nicht chaotisch gezeichnet ist und die 
technische Stromrichtung gemeint ist. Im Schaltsymbol eines Transistors 
ist extra ein Pfeil enthalten, der diese Richtung zeigt.

Dem Elektronenstrom mit seinen negativen Ladungsträgern wird man nicht 
abgewöhnen können, sich vom positiveren Potential angezogen zu fühlen.

Autor: HildeK (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Wolfgang schrieb:
> P.Loetmichel schrieb:
>> Strom fliesst immer von oben nach unten!
>>
>> Auch in einem Bipolartransistor!
>
> Aber nur, wenn der Schaltplan nicht chaotisch gezeichnet ist und die
> technische Stromrichtung gemeint ist. Im Schaltsymbol eines Transistors
> ist extra ein Pfeil enthalten, der diese Richtung zeigt.

Selbst wenn nicht chaotisch gezeichnet wird:
Man hat früher (zu Zeiten der Germaniumtransitoren) Schaltungen in PNP 
ausgeführt und dann wurde GND mit dem positiven Spannungsanschluss auch 
unten gezeichnet. Und schon stimmt die Aussage
>> Strom fliesst immer von oben nach unten!
nicht mehr.

Autor: Achim B. (bobdylan)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Kai S. schrieb:
> PS: Die Frage ist anständig formuliert und zeigt, dass du dich damit
> beschäftigt hast. Dafür wurden die Leute im Mittelalter gekreuzigt,
> heute aber nicht mehr. Einzig Trolle zieht es etwas an, die kann man
> aber ruhig ignorieren.

Da reiche ich dir völlig Meinungskonform das Händchen.

Autor: max (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.