Hallo! Mal wieder ne Frage zum Basiswiderstand eines NPN-Transistors. Hab zwar mit der Forumssuche schon ein wenig was gefunden, aber so richtig konnte ich meine Frage damit nicht beantworten... Also, mit meinen Mega8535 möchte ich gerne einen Strom von ca. 100mA schalten. Verwenden möchte ich dabei gerne (wenn möglich) den BSR14 NPN-Transistor, davon hab ich nämlich noch einige rumliegen. Emitter gegen Masse, Last an Kollektor, Basis an den uC, soweit ists klar. Der NPN soll jetzt aber möglichst schnell schalten, also nicht übermäßig stark in die Sättigung reinkommen, aber trotzdem zuverlässig komplett durchsteuern, also den Rce möglichst niederohmig. Wie groß sollte ich den Vorwiderstand nehmen? Aber jetzt bitte nicht einfach nur nimm xxOhm, sondern, wie berechne ich das, bzw. wie kann ich das aus dem Datenblatt entnehmen? Mir sind da einfach zu viele unterschiedliche Werte angegeben, auf welche kommt es an? hfe-Wert ist angegeben von 35 bis 300..., Kennlinien sind nicht abgebildet und bei vbe(sat) stehen auch verschiedene Werte... Och je, es ist einfach schon zu lange her. In der Schule zwar mal gehabt, aber seither nie wieder gebraucht und irgendwie verdrängt. Vielleicht könnt ihr mir ja auf die Sprünge helfen? :-) Gruß, Andy
Also: hFe ist der Verstärkungsfaktor (weißt du ja sicher). Wenn du 1Ampere Strom durch CE fließen lassen willst, dann müssen 1/hFe Ampere in die Basis fließen. Ist klar oder? Ab hier sollte alles ziemlich einfach gehen. Du musst nur für die passenden Ströme den passenden Widerstand ausrechnen. Dass der hFe in einem so großen Bereich liegt ist normal. Du gehst einfach vom schlechtesten hFe aus. (So würde ich es machen)
> Der NPN soll jetzt aber möglichst schnell schalten, also nicht > übermäßig stark in die Sättigung reinkommen, aber trotzdem zuverlässig > komplett durchsteuern, also den Rce möglichst niederohmig. Wie schnell ist denn schnell? Also Butter bei die Fische: Welche Ausschaltzeit brauchst du? Rce ist beim Bipolar-Transistor Quatsch. Sowas gibt es nicht. Vce(sat) und Ic sind die Parameter mit denen man rechnen muss.
Hallo! Erstmal Danke für Eure Antworten. Wie schnell ist schnell... Gute Frage, genau kann ich das noch nicht beantworten. Da ich das aber für eine Multiplexansteuerung benötige, wobei die Anzeigen auch noch dimmbar sein sollen, wird es etwa auf 50 bis 100 KILO-Herz hinauslaufen. Rechnen wir also mal mit bis zu 100KHz. Und: Sehrwohl gibt es bei bipolaren T ein Rce: Der (Ersatz-)Widerstand der Kollektor-Emitter-Strecke. Ist doch ganz einfach: Habe ich vom Kollektor gegen den Emitter gemessen eine Spannung von 2,5V bei einem Strom von 100mA, dann habe ich (in diesem Moment) einen Rce von 25Ohm. Rce ändert sich natürlich bei geänderter Basisspannung. Den kleinsten Rce erhalte ich natürlich in der Sättigung, aber dabei soll es ja wohl zu Schwierigkeiten kommen, wenn ich mit hohen Frequenzen arbeite, weil der Transistor dann nicht schnell genug wieder aus der Sättigung herauskommt. So zumindest hab ich das irgendwo gelesen... Was ich leider auch nicht im Datenblatt des BSR14 finden konnte, ist der absolut maximal zulässige Basisstrom... (?) Wieviel könnte er denn theoretisch noch ab, ohne Schaden zu nehmen? Ist doch eigentlich ein wichtiger Parameter oder? Wieso sthet der nicht im Datenblatt? Oder find ichs nur nicht? ;-) Gruß, Andy
> Wie schnell ist schnell... Gute Frage, genau kann ich das noch nicht > beantworten. Da ich das aber für eine Multiplexansteuerung benötige, > wobei die Anzeigen auch noch dimmbar sein sollen, wird es etwa auf 50 > bis 100 KILO-Herz hinauslaufen. Rechnen wir also mal mit bis zu > 100KHz. Naja. Wirklich hoch ist die Frequenz aber nicht. Da kannst du den Transistor locker in die Sättigung fahren. > Und: Sehrwohl gibt es bei bipolaren T ein Rce: Der (Ersatz-)Widerstand Natürlich kann man jeden Spannungsabfall in einen Widerstand umrechnen. Aber wozu? Das was hier interessiert ist Vce(sat) und Ic. Ein Rce findet sich in keinem Datenblatt. Was sich aber im Datenblatt findet ist die maximal zulässige Leistung Ptot. Die in deinem Transistor verheizte Leistung ist eben P=Vce(sat)*Ic. Wenn's dir Spass macht kannst du natürlich gerne zuerst Rce=Vce(sat)/Ic ausrechnen und dann P=Ic^2*Rce rechnen ;-)
Hallo nochmal. Ja, natürlich ist der Rce für die Berechnung nicht interessant, aber das schrieb ich doch auch gar nicht. Sorry, wenn ich mich etwas mißverständlich ausgedrückt haben sollte. Ich wollte damit nur sagen, daß der Transistor so weit wie möglich "auf" machen soll, Vce und damit auch Rce eben so klein wie möglich, somit also eine möglichst kleine Verlustleistung. Der eine Wert hängt halt immer mit dem anderen zusammen. :-) Nun gut, zurück zum Thema. Die "Höhe" der Frequenz ist natürlich relativ, leider hab ich halt auch keine maximale Schaltfrequenz im Datenblatt gefunden. Woraus kann ich denn erkennen, wie schnell (m)ein Transistor schalten kann? Was ist denn "hoch"? Das Nächste ist: bei Vce stehen im Datenblatt auch wieder zwei verschiedene Werte, woher weiß ich denn jetzt, welchen Wert ICH nehmen muß? Da steht lediglich was von: Ic=150mA, Ib=15mA, Vce(sat)=0,3V Ic=500mA, Ib=50mA, Vce(sat)=1,0V Und was ist mit meinen Werten? Muß ich mir die erst selber ausmessen? Da bin ich ja mit ausprobieren 1000mal schneller als mit rechnen und messen ;-) Ganz nach dem Motto "Try&Error"... Hat denn mal jemand die Ahnung und Lust, mir das ganze vorzurechnen? Mit welchen Werten, woher ich die nehme, etc... Es KANN doch nicht so kompliziert sein!?!?! Das nächste Problem ist jetzt ja noch, daß der ATmega8535 insgesamt für alle 8 Portpins maximal 100mA liefern kann, mach also gute 12mA pro Ausgang. Reichen denn diese 12mA, um den BSR14 für einen Kollektorstrom von 50-100mA in die Sättigung zu bekommen? Ich meine bei 12mA Basisstrom bräuchte ich doch lediglich nen hfe von etwa 8, um auf 100mA zu kommen, oder sehe ich das falsch? Also müßte doch noch wesentlich weniger Basisstrom ausreichen... Aber wieviel? Welchen hfe-Wert muß ich denn zur Berechnung nehmen? Worst Case ist klar... Aber: angegeben ist er für verschiedene Ic, und für 100mA ists nicht dabei. 150mA käme da am Nächsten, aber da gibt es auch schon wieder 2 Werte, einmal mit Vce=10V und einmal mit Vce=1,0V. Welchen nehme ich, wenn ich 5V habe? Welchen Vce meinen die, im "geöffneten" oder "geschlossenen" Schaltzustand? (Wenn ich mich mal eben so ausdrücken darf, gefragt ist also mit oder ohne Basisstrom) Wieso nur gibts keine Kennlinien, die hab ich 1000mal lieber als blöde Tabellen. ;-) Gruß, Andy
Hallo, habe hier jetzt nur diagonal gelesen... >Das Nächste ist: bei Vce stehen im Datenblatt auch wieder zwei >verschiedene Werte, woher weiß ich denn jetzt, welchen Wert ICH >nehmen muß? Da steht lediglich was von: >Ic=150mA, Ib=15mA, Vce(sat)=0,3V >Ic=500mA, Ib=50mA, Vce(sat)=1,0V Oben stand was von ca. 100mA, die Du benötigst. Damit bleibst Du also unter den Wertend er ersten Zeile. Da die Stromverstärkung mit steigendem Ic sinkt, ist sie bei 100mA mit Sicherheit nicht kleiner als bei 150mA. Wenn Du also Ib bei 100mA mit 10mA ansetzt, ist der Transistor mindestens genausoweit in der Sättigung wie mit obigen Werten, eher etwas weiter, weil die Stromverstärkung etwas höher ist. Absolute Werte wirst Du schon deshalb nicht finden, weil die Stromverstärkung eines Typs Exemplarabhängig z.B. zwischen 30 und 120 liegen kann. Wenn Du die nicht einzeln ausmessen willst, muß es also mit 30 passen, bei 120 ist dann die Übersteuerung eben höher. 100kHz sind für heutige Transistoren eigentlich noch keine Frequenz, bei einem 2N3055 war das anders. ;) Dein Beispieltransistor wäre in meinen Augen also für 150mA geeignet, für höhere Strüme würde ich was anderes suchen, Vce(sat) mit 1V ist schon zu hoch. Eigentlich sind bei 100mA so um 0,15V für Vce(sat) gut möglich, bei Verstärkung 30 wären das dann 3,3mA, mit 3-facher Übersteuerung eben 10mA Basisstrom. Gruß aus Berlin Michael
Um einen Transistor in den sicheren Schaltbetrieb zu zwingen, ohne ihn zu übersättigen, nehme man den gewünschten Kollektorstrom, teile diesen durch den schlechtestmöglichen Verstärkungsfaktor des Transistortyps, dann hat man den Basisstrom. Diesen multipliziere man mit dem Faktor 3, nennt sich Übersteuerungsfaktor für Schaltbetrieb, um ein sicheres Durchschalten bei geringster Sättigungsspannung UCE_sat zu gewährleisten. Gruß Dietmar
Also dann mal etwas ausführlicher... Erstmal zur Sättigung. Was passiert denn in der Sättigung? Die Basis des Transistors ist mit Ladungsträgern überschwemmt und steuert, wie es sein soll, den Transistor durch. Beim Abschalten des Basisstroms dauert es nun länger bis alle Ladungsträger aus Basis ausgeräumt sind und der Transistor wirklich sperrt. Für dich heisst das also der Transistor genehmigt sich noch etwas mehr Zeit, wenn der Basisstrom schon lange abgeschaltet ist. Man muss sich jetzt überlegen welche Konsequenzen das hat: Die Einschaltzeit deines Rechtecksignals, was ja am Kollektor entsteht, wird länger. D.h. die Frequenz wird etwas niedriger und das Tastverhältnis ändert sich. Die Schwierigkeit besteht nun darin, dass man nicht wirklich sagen kann wie lange der Transistor braucht um aus der Sättigung rauszukommen. Einen Anhaltspunkt kann man aus dem Datenblatt (ich benutzt jetzt mal das von Philips) erhalten. Auf S.4 sind "Switching times" angegeben. Da gibt es eine turn-off time von 250ns. Mit den angegeben Daten sieht man, dass der Transistor in die Sättigung getrieben wird. Was man aber beachten muss ist, dass zum Ausschalten die Basis negativ wird (Ib=-15mA) und somit die Ladungsträger schneller aus der Basis geräumt werden. (Das ist übrigens ein Trick den man anwenden kann um einen Transistor schneller abzuschalten; man braucht dazu aber eine negative Spannung). Da du die Basis aber nur auf Masse ziehen kannst dauert das Abschalten länger als angegeben. Ich würde mal im worst-case von 1us zum Abschalten ausgehen. Du rechnest jetzt mal nach wie sich das veränderte Tastverhältnis und die niedrigere Frequenz auswirken. Weshalb will man einen Transistor überhaupt in die Sättigung bringen? Die Verlustleistung am Transistor ist hauptsächlich P=Vce*Ic. (Eigentlich kommt noch Vbe*Ib hinzu, das kann man aber vernachlässigen) Je kleiner also Vce ist, desto weniger Verlustleistung entsteht im Transistor. Der BSR14 im SOT23 ist mit Ptot=250mW angegeben. Bei Ic=100mA wären das also max. Vce=2,5V. Man sollte aber vermeiden einen Transistor an der Grenze zu betreiben, das verkürzt ungemein die Lebenserwartung. Die kleinste Verlustleistung ergibt sich also bei der kleinst möglichen Kollektor-Emitter-Spannung und das ist die Sättigungsspannung Vcesat. Wie rechnet man nun? Vorgaben sind Ic=100mA; Vbe=0,7V; 5V zum Schalten an der Basis. Im Datenblatt findet man beta (oder hfe), was sich im Bereich von 30 bis 300 bewegt. Die Stromverstärkung hängt nämlich vom Kollektorstrom ab. Zusätzlich gibt's eine enorme Streuung zwischen einzelnen Transistoren. Auf gut Deutsch gesagt: Das wackelt wie ein Kuhschwanz. Man muss sich also einen Wert suchen, den man noch einigermassen vertreten kann. Ich würd hier vielleicht 50 annehmen. Ergibt also Ib=Ic/beta=2mA. Der Spannungsabfall über dem Basiswiderstand muss also 5V (von AVR-Pin) - Vbe = 4,3V sein. Bei 2mA Basisstrom macht das also einen Basiswiderstand von 2,2k. Man könnte jetzt noch eine Sicherheit einrechnen und den Basisstrom mit 2 oder 3 multiplizieren, das ist aber nicht nötig, da wir bei der Annahme von beta schon sehr niedrig angesetzt haben. Der Transitor sollte damit sicher in der Sättigung sein. Noch ein Wort zur Sättigungsspannung Vcesat. Wie man im Datenblatt sieht steigt Vcesat mit dem Kollektorstrom. Man kann die Sättigungsspannung nicht so genau angeben. Man sucht sich also einen Wert, der in der Nähe des Kollektorstroms liegt, den man verwenden will. Ich würd hier mit Vcesat=0,3-0,4V rechnen.
Um die Sättigung des Transistors wirksam zu verhindern, kann man eine Schottkydiode zwischen Kollektor und Basis schalten: Anode an Basis, Kathode an den Kollektor. Der Transistor schaltet dann bis auf ca. 0,4V durch (0,7V Vbe - 0,3V Vdiode); die Freiwerdezeit ist dadurch sehr kurz.
Moin Leude! :-) Ihr habt mir sehr geholfen, das bringt mich schon ne ganze Menge weiter. Inzwischen hab ich meine Platine (übrignes meine erste doppelseitige SMD-Platine :-D ) fertig bestückt, als Basiswiderstände verwende ich momentan 680 Ohm. Was mich nur ein wenig wundert, ist, daß am Portpin des Mega8535 bei High-Pegel nur etwa 3,9 V anliegen, laut Datenblatt sollten es mindestens 4,2V sein (bei 5V Vcc) (???) Jedenfalls hab ich es nachgemessen: Am Portpin = 3,9V, minus der Basisspannung von (gemessen)0,75V, ergibt einen Spannungsabfall von 3,15V am Widerstand, was wiederum einen Stromfluß von 3,15V/680Ohm = 4,6mA ausmacht. Bei einem worst case hfe von nur 30 würde das immer noch einen Kollektorstrom von knapp 140mA ergeben, wahrscheinlich wird der hfe noch deutlich größer sein, somit müßte ich also weit in der Sättigung sein. Soweit richtig?? Ich denke mal, daß die Schaltzeit von bis zu 1µs, wie vom netten Herrn "unbekannt" ;-) beschrieben, locker ausreichen sollte, um ein wirksames "übersprechen" zu verhindern. Ich werd es später sehen, wenn die Software fertig ist. Sonst kann ich ja noch versuchen, mit ein paar "nops" in der Software ein paar 100ns Pause einzulegen, ich hoffe das es damit noch nicht Zeitkritisch wird. Ansonsten probier ich es eben mit etwas hochohmigeren Vorwiderständen, diese lassen sich ja recht einfach auch noch bei 0805er smd-Teilen tauschen. So, geh ich mal ans coden :-) Bis dann! Gruß, Andy
Nicht so ausführlich wie "Unbekannter"s Ausführung. aber im üblichen Anwendungsfall ganz brauchbar: http://www.mikrocontroller.net/articles/Basiswiderstand
hi rechne den UB-Ube/(Ic/hfe*3) Ube ist normalerweise 0.7v bei nem silizium transistor. UB ist die spannung die du auf die basis gibst. Der widerstand Rce ist Ibe*Usat Usat ist ca. 0.2 volt. gruss florian
man kann zusätzlich einen kleinen SMD-Kondensator über den 0805er Basiswiderstand löten. Dieser erzeugt beim abschalten einen negativen Basistromimpuls. 470pF bis 1nF kann man mal probieren. Mit einem Oszi am Kollektor kann man sich von der Wirkung überzeugen.
@Lachmann: So sind auch Schottky TTL konstruiert, denn TTL hatte lange Zeit ebenfalls das Problem mit der Sättigung und damit der Schaltgeschwindigkeit. Gruß Dietmar
Da bin ich ja nun fasziniert von - der kleine Kondensator paqrallel zum Basiswiderstand wie von Axel Rühl beschrieben wirkt echt Wunder!!! Meine Schaltung ist fertig aufgebaut, Softwareversion 0.9 Beta läuft auch ;-) Aber die BSR 14 sind doch nicht schnell genug. Wenn ich LEDs anschließe, so leuchten sie, wenn auch nur ganz schwach, im "falschen" Moment. (BSR14=NPN wird abgeschaltet und kurz danach die LED an der Highside mittels BSR15=PNP eingeschaltet) Alles Mögliche hab ich probiert, nichts half. Das Timing der Software müßte soweit verändert werden, daß es in späteren Softwareversionen kritisch werden könnte. Also dachte ich mal, ich probiers mit nem 1,4nF Kondensator (den hatte ich gerade da). Auch wenn er größer ist als von Axel "empfohlen", er funktioniert BESTENS! Danke für den Tip, Axel! :-) Gruß, Andy
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