Transistor basiswiderstand

Hi,

Der Rechenweg ist ein bisschen... esoterisch.

Kurze Version: Der Transistor BC847 ist zu knapp. Besser wäre ein BC817, 
dieser hat auch bei hohen Kollektorströmen eine signifikante 
Stromverstärkung bei niedriger Sättigungsspannung und das über den 
kompletten Temperaturbereich: 
https://www.digchip.com/datasheets/download_datasheet.php?id=183045&part-number=BC817

Lange Version
Schauen wir doch mal in die Datenblätter.
Das Relais zieht bei 89,3 mA an, sagen wir 100 mA und damit gerade das, 
was man dem kleinen Transistörchen zumuten darf.

Datenblatt BC847: 
https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/BC847_SER.pdf

Bei 100 mA Kollektorstrom im Sättigungsbetrieb sinkt die 
Stromverstärkung auf 20 und man braucht 5 mA Basisstrom (Table 8). Rein 
faktisch darf der Transistor in diesem Betriebszustand nur im 
Pulsbetrieb gem. Fußnote betrieben werden. Aber wir haben ja 10 % 
Reserve für den Kollektorstrom ;-)

Arduino Versorgungsspannung aus USB-Port kann bis 4,4 V absinken.[1]
So ein ATMega328 "verliert" an seinem Port bis zu  0,9 V bei 20 mA über 
den gesamten Temperaturbereich.[2] Wir dürfen linear interpolieren und 
bekommen einen Spannungsverlust von 0,225  V bei 5 mA. Die minimale 
High-Spannung am Ausgang des Arduinos kann also im Wurst-Case nur 4,175 
V betragen.
Die V_BEsat des BC847 kann bei diesen hohen Basisströmen bis 950 mV 
betragen über den gesamten Temperaturbereich.
Bleiben für den Basiswiderstand 4,175 V - 0,95 V = 3,225 V.
Dividiert durch 5 mA sind das 645 Ohm.

Und die Moral von der Geschicht: Die Schanzen stehen nicht schlecht, 
dass es mit dem BC847 meist funktioniert. Sie stehen aber auch gut, dass 
es eines Tages Zicken gibt und man sich wundert, wieso?

Du darfst entscheiden: Ist es eine Bastelei für Jugend Forscht, ein 
Panzer für die Irakische Wüste oder eine interplanetare Raumsonde? ;-)


[1] 
https://de.wikipedia.org/wiki/Universal_Serial_Bus#Spannungsversorgung
[2] 
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/ATmega48A-PA-88A-PA-168A-PA-328-P-DS-DS40002061A.pdf

Timo N. schrieb:
> Laut Datenblatt Seite 9 Figure 8 liegt der hFE bei I_c von 100mA so bei
> 120-130.
> https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/BC847_SER.pdf

Ja bei V_CE = 5 V
5 V * 100 mA = 500 mW = Transistor kaputt.

Immer wieder die gleiche Leier! :-(

Marek N. schrieb:
> Rein faktisch darf der Transistor in diesem Betriebszustand nur im
> Pulsbetrieb gem. Fußnote betrieben werden.

Rein faktisch benötigt das Relais die 90mA nur, um anzuziehen. Wenn es 
das getan hat, kann der Strom auf einen Bruchteil reduziert werden.

Marek N. schrieb:
> a bei V_CE = 5 V
> 5 V * 100 mA = 500 mW = Transistor kaputt.
>
> Immer wieder die gleiche Leier! :-(

Wenn die 5V über dem der CE-Strecke des Transistors liegen, fließen 
keine 100mA, wenn die 100 mA fließen, liegen keine 5V über der 
CE-Strecke, weil sie am Relais abfallen.
Das mit der Serienschaltung solltest du dir noch mal genau ansehen.

Und das Datenblatt weiß natürlich, dass dort ein Relais angesteuert 
wird.

Hört mal auf, die Jugend zu verderben!
Ich hab ihm geschrieben, warum er den Transistor verwenden kann, und 
warum er einen besseren nehmen sollte.
Nur weil es "mal" funktioniert, heißt es nicht, dass die Schaltung 
richtig dimensioniert wurde...

Der ist ungeeignet. Ist ein Vorstufentransi.

NPN  General  Purpose  AmplifierThis device is designed for low noise, 
high gain, general purposeamplifier applications at collector currents 
from 1.0 μA to 50 mA.

Fairchild.

Marek N. schrieb:
> Immer wieder die gleiche Leier! :-(

In der Tat, dazu gab es doch erst vor kurzem einen eeeeewiiiiig langen 
Thread.

Egal: Mit 1k5 an 5V fliessen rund 2,8mA in die Basis. Das Relais will 
90mA, also muß der Transistor etwa Faktor 30 verstärken.

Kurz: Die Dimensionierung passt!

Christian L. schrieb:
> Manfred meint vielleicht diesen hier:
> https://www.mikrocontroller.net/topic/goto_post/5867554

Danke, dass Du nachgesucht hast, genau den!

Timo N. schrieb:
> Naja, der TO lag mit seiner Rechnung aber eben auch komplett daneben.

Wo?

Timo N. schrieb:
> Danke!
>
> Naja, der TO lag mit seiner Rechnung aber eben auch komplett daneben.

Nö, er liegt genau richtig. Zwischen 1k5 und 2k7 kann er alles 
einsetzen. Ein BC 817 ist natürlich vorzuziehen.

Ach Du grüne Neune schrieb:
> Ein BC 817 ist natürlich vorzuziehen.

Zwingend!

Marek N. schrieb:
> Datenblatt BC847:
> https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/BC847_SER.pdf
>
> Bei 100 mA Kollektorstrom im Sättigungsbetrieb sinkt die
> Stromverstärkung auf 20 und man braucht 5 mA Basisstrom (Table 8).

Wenn ich mir unter Table 8 die hFE / IC Grafik anschaue, so lese ich 
aber heraus, dass bei 100mA (10^2mA) aber etwa 75 beträgt. Wie kommst du 
auf die 20?


Wenn ich den  BC817 nehme, so habe ich bei 90mA einen hFE von 230 (Seite 
6, Fig 2)
https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A200/BC817_ENG_TDS.pdf

hFE = 230 / 3 = 76.7
IC = 90mA

RB = (4.1V-0.7V)/(0.09A)*76.7hFE = 2897Ω

Könnte ich einen 2k7 Widerstand nehmen, ist das richtig?

Thomas schrieb:
> Basiswiderstand 1k5 wäre hier korrekt?

Nein.

Du rechnest RB mit UBE von 0.7V, dabei sind schon 900mV typisch, der 
Strom über 1k5 liegt also eher bei 2.7mA

Du findest im Datenblatt des BC847 (von Infineon):

Collector-emitter saturation voltage IC = 100 mA, IB = 5 mA: 200mV typ 
600mV max.

Für einen doppelt so hohen Basisstrom wie du ihn berechnet hast, sagt 
also das Datenblatt, das am Transistor bis 0.6V verloren gehen.

Das Datenblatt des Relais sagt: pull in voltage 75% der 5V, also 3.75V.

Jetzt ist die Frage, ob bei deinem zu geringen Basisstrom nicht 
eventuell 1.2V am Transistor hängen bleiben. Er ist nur halb so gross 
wie für 0.6V nötig.

Bei hFE laut Datenblatt würden die ganzen 5V zwischen C und E entstehen. 
Ob da 1/3 von reicht um 1/3 der 5V zu unterschreiten ?

Für eine seriöse Schaltung, die im ganzen Temperaturbereich mit allen 
Exemplaren vom BC847 funktioniert, ist also eine Stromverstärkung von 37 
nicht ausreichend, die 5mA für hFE von 20 wird dein Steuereingang auch 
bringen, 750 Ohm also treiben können.

Für unsere viele Hobbypfuscher hier reicht natürlich auch 2k7, die 
Fehlersuche dauert dann halt länger.

Manfred schrieb:
> In der Tat, dazu gab es doch erst vor kurzem einen eeeeewiiiiig langen
> Thread

Richtig, gelernt hat offenbar niemand aus ihm.

MaWin schrieb:
> Du rechnest RB mit UBE von 0.7V, dabei sind schon 900mV typisch, der
> Strom über 1k5 liegt also eher bei 2.7mA
>
> Du findest im Datenblatt des BC847 (von Infineon):
>
> Collector-emitter saturation voltage IC = 100 mA, IB = 5 mA: 200mV typ
> 600mV max.
>
> Für einen doppelt so hohen Basisstrom wie du ihn berechnet hast, sagt
> also das Datenblatt, das am Transistor bis 0.6V verloren gehen.
>
> Das Datenblatt des Relais sagt: pull in voltage 75% der 5V, also 3.75V.
>
> Jetzt ist die Frage, ob bei deinem zu geringen Basisstrom nicht
> eventuell 1.2V am Transistor hängen bleiben. Er ist nur halb so gross
> wie für 0.6V nötig.
>
> Bei hFE laut Datenblatt würden die ganzen 5V zwischen C und E entstehen.
> Ob da 1/3 von reicht um 1/3 der 5V zu unterschreiten ?
>
> Für eine seriöse Schaltung, die im ganzen Temperaturbereich mit allen
> Exemplaren vom BC847 funktioniert, ist also eine Stromverstärkung von 37
> nicht ausreichend, die 5mA für hFE von 20 wird dein Steuereingang auch
> bringen, 750 Ohm also treiben können.
>
> Für unsere viele Hobbypfuscher hier reicht natürlich auch 2k7, die
> Fehlersuche dauert dann halt länger.

Hallo,

du schreibst vom  BC847 oder? Mein letzter Beitrag bezieht sich auf den 
BC817 :-)

lG

Thomas schrieb:
> Wenn ich mir unter Table 8 die hFE / IC Grafik anschaue, so lese ich
> aber heraus, dass bei 100mA (10^2mA) aber etwa 75 beträgt. Wie kommst du
> auf die 20?

Du meinst sicher das Diagramm Figure 8?
Das ist die Kleinsignalverstärkung h_FE. Dort beträgt die 
Stromverstärkung tatsächlich mindestens 75, aber da ist der Transistor 
aber auch voll im Linearbereich bei einer V_CE von 5 V.
Bei 5 V und 100 mA verheizt er aber auch schon 500 mW, was dauerhaft zu 
viel ist für das SOT-Gehäuse. Eigentlich fehlt diesem Diagramm auch die 
Fußnote "Pulsed Operation only..." oder so. Dieses Diagramm deckt sich 
aber mit der Table 6 (Limitting Values): Dort ist ein Peak Collector 
Current von 200 mA für max. 1 ms zulässig. Bis zu diesem Kollektorstrom 
ist auch die Kurve eingetragen. Mit diesen Werten und der thermischen 
Impedanz aus Figure 1 ist es dem geneigten Leser sogar möglich, das 
zulässige Duty Cycle auszurechnen...

Ist für den TO aber alles ohne weiteren Belang, weil ihn nicht das 
Transientenverhalten interessiert, sondern das statische im 
Schaltbetrieb, also bei Sättigung. Aus Table 8 geht dafür aus der Spalte 
V_CEsat bei 100 mA Kollektorstrom eine Stromverstärkung von 20 hervor - 
wiederrum mit der Einschränkung, dass dies nur gepulst zulässig ist!
Es hilft alles nichts, der Transistor ist nicht für einen ernsten 
Einsatz geeignet.

Ich mache dem TO keinen Vorwurf, ich finde es gut, dass er nachfragt und 
gewillt ist, zu verstehen, warum es (nicht) funktioniert.

Es stören mich die unbelehrbaren so genannten "Experten", die nach dem 
Gießkannen-Prinzip "1000 µF pro Ampere", "20 mA für ne LED" und "100 mA 
kann der BC547" rumplärren, ohne überhaupt die Aufgabe vollständig 
erfasst zu haben und Newbees falsche Tipps geben.

Wer womöglich auch noch beruflich so Entfrickelt, brauch sich über 
"geplante Obsoleszenz" nicht wundern...

On Topic:
Wir haben sogar einen Artikel darüber: 
https://www.mikrocontroller.net/articles/Basiswiderstand
Auch dort steht:
> Drandenken: Je höher der Kollektor-Strom, um so geringer wird die 
Stromverstärkung. Diesen Wert zur Abschätzung des Wertes in Sättigung durch 2 bis 
10 teilen. Bei Kleinsignaltransistoren kann man meist ersatzweise mit einer 
Stromverstärkung von 20-50 rechnen, bei Leistungstransistoren eher mit 10.

Dietrich L. schrieb:
> Darf ich dich korrigieren? => Tabelle (Figure) 10.

Stimmt! Noch besser, danke :-)
Da ist die Sättigungsspannung über alle Kollektorströme für alle 
Temperaturen angegeben, so wie man es sich wünscht.

Aber nicht immer hat man so detailierte Datenblätter. Da ist man froh, 
wenn man ne Faust- denn Daumenregel hat.

Also Thomas, lass dich nicht verwirren. Ich hoffe, ich konnte halbwegs 
zeigen, worauf es ankommt und wie man die Datenblätter zu interpretieren 
hat und worauf man noch alles achten muss (schwankende 
Versorgungspannung, Spannungsabfall am Port des Mikrocontrollers, 
Temperatur...)
Dein BC847 wird wahrscheinlich irgendwie funktionieren. Wenn du aber 
die Möglichkeit hast, solltest du ihn z.B. durch den BC817 oder einen 
äquivalenten tauschen.

Und ja, ich war auch mal jung und unerfahren und habe gepfuscht ;-)
Es ist noch keine 20 Jahre her, da dachte ich mir auch so: Och, der 
MOSFET hat eine Thresholdspannung von 4 V, dann kann ich ihn ja mit 5 V 
ansteuern. Hab mich nur gewundert, warum der Transistor heiß und die 
Halogenlampe kalt blieb.

Thomas schrieb:
> Basiswiderstand 1k5 wäre hier korrekt?

Passt!

Marek N. schrieb:
> Die Schanzen stehen nicht schlecht

...in Oberhof?!


Marek N. schrieb:
> Es stören mich die unbelehrbaren so genannten "Experten", die nach dem
> Gießkannen-Prinzip "1000 µF pro Ampere"

Ok. Dann sag du mir als wahrer Experte doch mal bitte, welche Kapazität 
folgender Siebelko haben müsste, um ein gleichwertiges Netzteil 
darzustellen:

gegeben: Netzteil 1: 12V  12W  1000µF

gesucht: Netzteil 2: 48V  12W  ????µF

Welche Kapazität muss der Elko des 48W-Netzteils haben, damit dieses NT 
der Qualität des 12V-NTs entspricht? Ich höre!


An alle anderen: bitte nicht vorsagen, ich möchte nur offenlegen, daß er 
genau so ein Halbwissender ist.

Dann bis heute Abend, hoffentlich nicht erst dann mit der Auflösung...

48V-Netzteil, nicht 48W...

Ich bin nun erfolgreich verwirrt was dem Basiswiderstand für meinen 
Transistor angeht.

Kann mir jemand verraten, wie die Rechnung bei einem BC817-25 die 
Rechnung korrekt aussehen würde?

Paule, Bademeister schrieb:
> gegeben: Netzteil 1: 12V  12W  1000µF

Ich nehme an: Brückengleichrichter an 50 Hz, also mit 100 Hz 
pulsierender AC-Anteil auf der DC. Ferner "dreieckiger" Spannungsverlauf 
der AC mit einer Entladezeit des Elkos von 5 ms.

DGL am Kondensator:
I = C dU/dt
I = ca. const = 12 W / 12 V = 1 A

Rippelspannung
Delata_U = I / C * Delta_t = 1 A / 1000 µF * 5 ms = 5 Vpp *)
Das macht über 40 % der Nennspannung!


Paule, Bademeister schrieb:
> gesucht: Netzteil 2: 48V  12W  ????µF
>
> Welche Kapazität muss der Elko des 48W-Netzteils haben, damit dieses NT
> der Qualität des 12V-NTs entspricht? Ich höre!

Anwendung dieser Rippelspannung (5 Vpp) auf das 48 V-NT:
I_48 = 12 W / 48 V = 0,25 A
C_48 = I_48 * Delta_t / Delta_U = 0,25 A * 5 ms / 5 V = 250 µF

Toll, damit hast du nur bewiesen, dass du
a) Den Dreisatz verstanden hast,
b) die DGL am Kondensator nicht verstanden hast,
c) die Faustregel "1000 µF pro Ampere" für die Tonne ist, weil sie noch 
aus Zeiten stammt, als man bei 250 V Anodenspannung und Lastströmen von 
einigen  10 mA arbeitete

N.B.: Wenn du wirklich ein vollständig äquivalentes NT bauen willst, 
muss das natürlich den gleichen relativen Rippel haben, also 20 Vpp auf 
den 48 V. Damit sparst du an der Kapazität (63 µF reichen), aber ob dir 
dieses NT noch jemand abkauft? :-p

*) In der Praxis eher sogar noch mehr durch Spannungsabfall an den 
Dioden und verzerrten Stromflusswinkel!

Thomas schrieb:
> Ich bin nun erfolgreich verwirrt was dem Basiswiderstand für meinen
> Transistor angeht.

Warum? Es wurden doch mehrfach korrekte Berechnungen vorgeführt.

Du brauchst maximal 5mA Basisstrom. Das korrekte B im Sättigungsbetrieb 
ist an der Stelle immer der Hauptdiskussionspunkt. Nimm also für B die 
mehrfach genannten 20 (worst case) für den Schaltbetrieb. Das ist 
jedenfalls die sichere Seite!
Von einem 5V Ausgangssignal ziehst du rund 1V für UBE ab (worst case) 
und teilst die 4V durch diesen Strom. Gibt max. 800Ω (worst case).
Ob du jetzt 750Ω, 820Ω oder 1kΩ verwendest: der Unterschied wird nur 
gering sein.
Aber mit der Simulation von GEKU solltest du vorsichtig sein. Die 
Modelle beinhalten üblicherweise typische Werte, die ein Großteil der BE 
auch erfüllen - aber bei 25°C, garantiert nicht jeder und damit nicht in 
der Serienfertigung brauchbar. Nicht mal als Vorschlag für den 
unbedarften Nachbaubastler.

Und wenn dir die ganze Basiswiderstandsrechnerei zum Halse heraus hängt, 
dann nimm einen kleinen MOSFET, bei dem bei 4.5V noch ein RDS_on 
spezifiziert ist, das nicht als "Vorwiderstand" für dein Relais zu groß 
ist. Also z.B. <1Ω.
Und dann muss dein Logikausgang auch keine 5mA dauerhaft liefern.

So, Simulation bestätigt das.
Die Rippelspannung ist bei 12 V sogar 6 V und beim 48 V-NT sogar 7,8 V! 
Bei einer im Mittel konstant entommenen Last von 12 W.
Optimale Rahmenbedingungen: Idealer Trafo und 10 A-Schottkys.

In der Praxis an nem weichen Trafo und ollen Silizium-1N400x gibt es 
sicher mehr Verluste

D.h. nicht mal die Dreisatz-Regel gilt hier.

Thomas schrieb:

> Marek N. schrieb:
>> Datenblatt BC847:
>> https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/BC847_SER.pdf
>>
>> Bei 100 mA Kollektorstrom im Sättigungsbetrieb sinkt die
>> Stromverstärkung auf 20 und man braucht 5 mA Basisstrom
>> (Table 8).
>
> Wenn ich mir unter Table 8 die hFE / IC Grafik anschaue, so
> lese ich aber heraus, dass bei 100mA (10^2mA) aber etwa 75
> beträgt. Wie kommst du auf die 20?

Weil Marek (immer noch) einen rein sprachlichen Fehler begeht:
Es gibt keine STROMVERSTÄRKUNG IM SÄTTIGUNGSBETRIEB !!!

Es gibt entweder die STROMVERSTÄRKUNG , das ist eine Kennzahl
des Transistors; sie kommt dann zum Tragen, wenn der TRANSISTOR
den fließenden Kollektorstrom diktiert. Das ist in Linearverstärkern
der Fall.

Oder es gibt SÄTTIGUNGSBETRIEB . Im Sättigungsbetrieb wird die
genaue Höhe des fließenden Stromes von der AUSSENBESCHALTUNG
diktiert; der Transistor ist nur entweder "leitend" oder "gesperrt"
und bestimmt, ob überhaupt Strom fließt oder nicht. Das ist genau
im Schalterbetrieb der Fall.

Um von den Transistordaten, die i.d.R. für den Linearbetrieb
gelten, zu einer Dimensionierung für den Schalterbetrieb zu
kommen, wählt man einen Übersteuerungsfaktor , der lt. Konvention
im Bereich 3...5 liegt.

Man steuert also einen Transistor, der real eine Stromverstärkung
von 75 hat, so an, als ob er eine Stromverstärkung von nur 20 hätte ,
und ist aufgrund dieser Übersteuerung sicher, dass er zuverlässig
im Schalterbetrieb arbeitet.


> Wenn ich den  BC817 nehme, so habe ich bei 90mA einen hFE von
> 230 (Seite 6, Fig 2)

Ja -- aber:

1. Das sind typische Werte, keine Garantiewerte.
2. Das gilt bei 25°C.


> hFE = 230 / 3 = 76.7
> IC = 90mA
>
> RB = (4.1V-0.7V)/(0.09A)*76.7hFE = 2897Ω
>
> Könnte ich einen 2k7 Widerstand nehmen, ist das richtig?

Rechnerisch richtig.
In der Praxis würde ich den Basisstrom deutlich größer wählen,
eben wegen meiner Einwände 1. und 2.

Thomas schrieb:
> Ich bin nun erfolgreich verwirrt was dem Basiswiderstand für meinen
> Transistor angeht.

Das dachte ich mir schon vor Stunden.Ich wollte und moechte mich aber 
selbst nicht in die Diskussion einmischen.
Noch ein zusaetzlicher Koch wie ich und der Braten duerfte voellig 
verschmort sein.

==============================
Dennoch ein vom Thema abschweifender Hinweis bezueglich des Relais:
Vergiss die Freilaufdiode nicht.....

==============================
Falls du ganz ohne Berechnungen auskommen willst und du dir auch noch 
Sorgen um die Freilaudiode machen musst,dann kannst du z.B. sowas 
ordern:

https://www.ebay.de/itm/5V-1-2-4-6-8-Channel-Relay-Board-Module-Optocoupler-LED-for-Arduino-PiC-ARM-AVR/401237960337?hash=item5d6ba56691:m:mmtiAe5QzpPOrQ4I1AfbutQ

Da kann man allerhand auswaehlen.Auch ein Einzelrelais mit 
Transistor,Widerstaenden,Freilaufdiode und Leds ist da mit dabei.
Solltest du damit 230V schalten wollen,muss man ein bischen vorsichtig 
sein:
Die Chinesen halten oftmals nicht viel von Sicherheitsabstaenden 
bezueglich der Leiterbahnen....

Marek N. schrieb:
> Ich nehme an: Brückengleichrichter an 50 Hz, also mit 100 Hz
> pulsierender AC-Anteil auf der DC. Ferner "dreieckiger" Spannungsverlauf
> der AC mit einer Entladezeit des Elkos von 5 ms.

...ist doch egal nur für den Vergleich der beiden Netzteile. Beide 
sollen natürlich vollkommen identisch sein, bis eben auf die Spannung.

Marek N. schrieb:
> (63 µF reichen), aber ob dir
> dieses NT noch jemand abkauft? :-p

Richtig! Und natürlich kann man dieses NT genau so gut oder schlecht 
verkaufen, wie das mit 12V /1000µF. Unter Fachleuten versteht sich, hier 
also eher weniger...;-)

Für die Lösung hast du wohl lange simuliert? ;-)
Nee, im Ernst, bin echt erstaunt, daß hier jemand sowas weiß...

Paule, Bademeister schrieb:
> Für die Lösung hast du wohl lange simuliert? ;-)
> Nee, im Ernst, bin echt erstaunt, daß hier jemand sowas weiß...

Ne, Mittagspause gemacht ;-)