Hallo Leute,
Ich habe eine super einfache Transistorschaltung (LED mit Logiklevel
schalten) ausgelegt. Da es das erste mal war bin ich mir nicht ganz
sicher ob das so passt. Ich wäre froh, wenn jemand meine Berechnung
nachvollziehen könnte.
1. LED 2.1 V / 20 mA
2. Infineon Technologies Transistor (BJT) - diskret BC847B SOT-23-3 1
NPN
Alle Potentiale zwischen 0-5V.
Zuerst berechnete ich den LED Vorwiderstand und berücksichtigte 0.1 V
Vorwärtsspannung am Transistor.
R_LED = (5-0.1-2.1)/0.02 =140 Ohm
Als verstärkungsfaktor wählte ich etwas konservativ beta=200
Das würde dann 100 uA Basisstrom entsprechen.
Ich wählte V_BE = 0.7 V und komme damit auf einen Basiswiderstand von
R_B = 4.3/100e-6 = 43 kOhm.
Ist das so ok? Würded Ihr den R_B höher wählen?
Vielen Dank für Rückmeldungen.
Cheers,
Sämi
Willst du die LED wirklich mit 20mA betreiben oder ist das der max.Strom
der LED? Wahrscheinlich sind 5mA mehr als genug.
Ein konservativer B wäre 50.
Für reine Schaltzwecke übersteuert man den Transistor.
Mal angenommen, der Transistor hat zufälligerweise einen
Verstärkungsfaktor von genau 200, dann kann er bei dem berechneten
Basis-Strom (und Widerstand) die 20mA fließen lassen.
Das sagt aber noch nichts darüber aus, wie viel Spannung dann an der C-E
Strecke abfällt. Da kannst von bis zu mehreren Volt ausgehen.
Wenn man den Transistor jedoch 3x bis 5x übersteuert, wird die
Verlustspannung an der C-E Strecke auf unter 1V fallen - bei so kleinen
Strömen typischerweise sogar unter 0,3V.
Also: Verdreifache den Basis-Strom (mindestens), dann passt alles.
Stefanus F. schrieb:> Da kannst von bis zu mehreren Volt ausgehen.
Unsinn! Nicht bei Stromverstärkung von 200.
Stefanus F. schrieb:> Also: Verdreifache den Basis-Strom (mindestens), dann passt alles.
Ja, ungefähr.
Bei 5V als Daumenwert 4,7K.
michael_ schrieb:> Stefanus F. schrieb:>> Da kannst von bis zu mehreren Volt ausgehen.>> Unsinn! Nicht bei Stromverstärkung von 200.
Das war etwas hoch angesetzt, ja... geringe Ströme kann
man durchaus gut mit solchen Transistoren schalten.
Hubert G. schrieb:> Ein konservativer B wäre 50.
Gilt jedoch nur für Kleinsignal-Ts. Dicke BJTs verlangen oft
stärkere Übersteuerung (B = 20, 10 oder 5) für volle Sättigung.
Zum Glück findet man da auch Typen mit mehr Infos im DatenBlatt.
http://www.onsemi.com/pub/Collateral/MJE18008-D.PDF
Siehe "ON Characteristics".
Hi Leute,
Vielen Dank für die sehr guten Antworten.
Hubert G. schrieb:> Willst du die LED wirklich mit 20mA betreiben oder ist das der max.Strom> der LED? Wahrscheinlich sind 5mA mehr als genug.
Stimmt, die 20 mA sind absolute maximum ratings -.- Daher sind 5 mA viel
gesünder. Thnx!
frc schrieb:> Hubert G. schrieb:>> Ein konservativer B wäre 50.>> Gilt jedoch nur für Kleinsignal-Ts. Dicke BJTs verlangen oft> stärkere Übersteuerung (B = 20, 10 oder 5) für volle Sättigung.
Ich bin immer unsicher wenn ich diese Diagramme lese, da sie „nur“ zu
gewissen Referenzgrössen (I_c, V_CE, ...) angegeben werden.
Aus der Diskussion wird mir klar, dass in meinem Fall dieser B-Wert
nicht aus dem Datenblatt bestimmt werden kann. Man muss wohl ein Gefühl
dafür entwickeln und ggf. den Widerstand nachträglich anpassen.
Für welche Anwendung kann man diese Diagramme (z.B. Datenblatt anbei, S.
5, DC-Current-Gain) benutzen? Gilt das nur für V_CE = 5V bei I_B = 0A?
Dann bräuchte ich eigentlich das Diagramm mit V_CE = 5V - 2.1V= 2.9V,
oder?
Ich wähle nun I_C = 5 mA, R_LED = 560 Ohm, B=20, R_B = 17 kOhm.
Samuel schrieb:> Ich wähle nun I_C = 5 mA, R_LED = 560 Ohm, B=20, R_B = 17 kOhm.
Bei einem BC547B mit B=20 zu rechnen, ist schon
Gürtel+Hosenträger+Gummizug.
Aber funktionieren wird das damit natürlich perfekt, keine Frage.
Man hat dir ja schon mal B=50 als 'konserativen' Wert vorgeschlagen.
Auch 80-100 werden genauso funktionieren.
Wenn du jetzt 5mA verwendest: das kann u.U. dein Logikausgang direkt
treiben.
Nachteil: Empfindlich gegen statische Ladung, insbesondere vor und nach
dem Einbau. Zum Basteln nutze ich daher immer noch bevorzugt BJT, wenn
es um geringe Ströme (<500mA) geht.
Stefanus F. schrieb:> Empfindlich gegen statische Ladung
Mit entsprechender Sorgfalt auch für den Bastler kein Problem.
Ich habe bisher keinen einzigen Ausfall, obwohl ich diesen FET in allen
meinen Schaltungen einsetze.
Aufpassen muss man beim Layout wegen der Flankensteilheit des
Ausgangssignales. Aber auch das ist schaffbar.
GEKU schrieb:> Warum kein FET (z.B. ZXM61N02FTA)?
Danke für den Hinweis. Wenn ich mal mehr Strom benötige werde ich darauf
zurückgreifen. Das Teil ist jedoch relativ teuer (0.5 CHF). Mit 0.12 CHF
sind der BJT und Widerstand deutlich günstiger.
Aus der Diskussion wird mir klar, dass in meinem Fall dieser B-Wert
nicht aus dem Datenblatt bestimmt werden kann. Man muss wohl ein Gefühl
dafür entwickeln und ggf. den Widerstand nachträglich anpassen.
Für welche Anwendung kann man diese Diagramme (z.B. Datenblatt anbei, S.
5, DC-Current-Gain) benutzen? Gilt das nur für V_CE = 5V bei I_B = 0A?
Dann bräuchte ich eigentlich das Diagramm mit V_CE = 5V - 2.1V= 2.9V,
oder?
Samuel schrieb:> Als verstärkungsfaktor wählte ich etwas konservativ beta=200
Wie kommt man auf die skurrile Idee, eine Stromverstärkung hFE
anzusetzen, bei der 5V am Transistor abfallen
(siehe VCE bei hFE Spezifikation im Datenblatt:
DC current gain hFE IC = ..., VCE = 5 V)
wenn man doch nur ambitionierte 0.1V für VCE im durchgeschalteten
Zustand veranschlagt ?
Du musst schon genug Basisstrom für Sättigung (UCE<UBE) zulassen, also
ca. 1 mA, Stromverstärkung 20, wie im Dazenblatt erwähnt:
Base emitter saturation voltage bei:
IC = 10 mA, IB = 0.5 mA
IC = 100 mA, IB = 5 mA
Habt ihr alle eine Leseschwäche ?
Warum braucht man Überhaupt einen Transistor um eine LED aus einem
Logikausgang anzusteuern, ein 74HCxx oder AVR liefert 20mA, selbst ein
rPi 8mA, das sollte doch reichen für Leuchten.
Samuel schrieb:> Aus der Diskussion wird mir klar, dass in meinem Fall dieser B-Wert> nicht aus dem Datenblatt bestimmt werden kann. Man muss wohl ein Gefühl> dafür entwickeln
Der Wert unterliegt starken Materialstreuungen. Er sinkt mit steigenden
Strom (was oft übersehen wird) und außerdem will man die C-E
Verlustspannung meisten niedriger haben, als sich bei exakt passendem
Steuerstrom ergeben würde.
Deswegen gilt die Faustregel, den Basis-Strom um Faktor 3 bis 5 zu
erhöhen. Das reicht als "Gefühl".
Samuel schrieb:> Mit 0.12 CHF> sind der BJT und Widerstand deutlich günstiger.
Die Frage ist, was kostet das System. Wenn die Schaltung mit Batterien
betrieben werden, dann sind diese bei BJT wesentlich öfter zu tauschen
und die Mehrkosten von 0,38 CHF schnell hereingebracht. Selbst wenn der
Basisstrom nur um einen Faktor 10 größer ist! Wesentlich ist der
Ruhestrom (geschossener Reedkontakt). BJT 0,5mA Ib zu 0,005mA für FET
MaWin schrieb:> Samuel schrieb:>> Als verstärkungsfaktor wählte ich etwas konservativ beta=200>> Wie kommt man auf die skurrile Idee, eine Stromverstärkung hFE> anzusetzen, bei der 5V am Transistor abfallen> (siehe VCE bei hFE Spezifikation im Datenblatt:> DC current gain hFE IC = ..., VCE = 5 V)> wenn man doch nur ambitionierte 0.1V für VCE im durchgeschalteten> Zustand veranschlagt ?
Du bist doch sonst so schlau, oder aber der Trittbrettfahrer, der das
sowieso nicht wissen kann.
Die 5V sind die Prüfbedingung für die Kurzschlußstromverstärkung H21e.
Da gibt es keinen Kollektorwiderstand!
Samuel schrieb:> Aus der Diskussion wird mir klar, dass in meinem Fall> dieser B-Wert nicht aus dem Datenblatt bestimmt werden> kann.
Quark.
Das Datenblatt ist das einzig Belastbare, was Du hast,
und die dort gewählten 2mA sind von den 5mA im realen
Betrieb auch nicht zu weit entfernt.
Schau das Diagramm auf Seite 5 an und achte nicht auf
die Absolutwerte, sondern auf den Verlauf: Zwischen
2mA und 5mA ist fast kein Unterschied bei der Strom-
verstärkung.
> Für welche Anwendung kann man diese Diagramme (z.B.> Datenblatt anbei, S. 5, DC-Current-Gain) benutzen? Gilt> das nur für V_CE = 5V bei I_B = 0A? Dann bräuchte ich> eigentlich das Diagramm mit V_CE = 5V - 2.1V= 2.9V,> oder?
Grundgütiger Heiland.
Wer interessiert sich bei Bipolartransistoren für exakte
Stromverstärkungswerte? Niemand. Mit 30% Exemplarstreuungen
muss man sowieso rechnen.
Die Frage lautet nur: Sind die Messbedingungen im DaBla
den realen Betriebsbedingungen ähnlich genug, so dass man
die DaBla-Werte verwenden kann, oder muss man schätzen,
interpolieren oder extrapolieren?
In Deinem Fall ist die klare Antwort: Ob 2mA oder 5mA ist
wumpe; die Datenblattwerte sind direkt verwendbar.
Bedeutet: Für einen BC847B wird hfe_min = 200 garantiert;
mit einem Übersteuerungsfaktor von 4...5 ergibt sich ein
Ic/Ib-Verhältnis von 50...40. Aus 5mA Kollektorstrom wird
so 100µA...125µA Basisstrom. Mit R_b = 33kOhm bist Du also
gut dabei. Wer mehr Sicherheit will, wählt 22kOhm; wer
Strom sparen muss, wählt 47kOhm.
GEKU schrieb:> Wenn die Schaltung mit Batterien betrieben werden,> dann sind diese bei BJT wesentlich öfter zu tauschen> [...]
Das ist Quark.
Bei niedrigen Spannungen, kleinen zu schaltenden Strömen
und hochverstärkenden Bipolartransistoren macht der
Basisstrom nur einen Zusatzverbrauch von 2%...5% aus.
Probleme gibt es immer nur dann, wenn etwas höhere
Spannungen (einige Dutzend Volt) UND höhere Ströme
beteiligt sind. Dann sind nämlich ganz schnell
einige 100mA Basisstrom notwendig, und zusammen mit
der relativ hohen Spannung werden in den Treibern
bzw. Basisvorwiderständen einige Watt verbraten, was
sehr lästig ist, weil die Wärme ja auch abgeführt werden
muss. Hier sind FETs tatsächlich überlegen.
michael_ schrieb:> Die 5V sind die Prüfbedingung für die Kurzschlußstromverstärkung H21e.
Und daher ist es völlig falsch, die so ermittelte und als hFE ins
Datenblatt geschriebene Verstärkung als Verstärkungsfaktor für
sättigenden Schaltbetrieb herzunehmen.
Doch, in der Praxis reicht das als Vorgabe vollkommen aus.
Wenn man keine Raketentechnik baut.
Vollkommene Sättigung braucht es auch nicht.
Es ist wurscht, ob die Leistung am Transistor oder Vorwiderstand
abfällt.
michael_ schrieb:> Doch, in der Praxis reicht das als Vorgabe vollkommen aus.
Die Verwendung von hFE als Grundlage des benötigten Basisstroms im
Schaltbetrieb ist IMMER falsch.
hFE ist für verhungernden Linearbetrieb.
Die Grundlagen für Schaltbetrieb stehen bei Sättigung.
> Vollkommene Sättigung braucht es auch nicht.
Der TO möchte ambitionierte 0.1V erreichen:
Samuel schrieb:> und berücksichtigte 0.1 V Vorwärtsspannung am Transistor.
@michael: Meintest Du vielleicht, das als "Vorgabe" für die
noch zu erfolgen habende Multiplikation mit einem (bzw. "dem")
Sicherheitsfaktor zu benutzen? Oder was genau meintest Du?
michael_ schrieb:> Vollkommene Sättigung braucht es auch nicht.> Es ist wurscht, ob die Leistung am Transistor oder Vorwiderstand> abfällt.
Je weniger der Transistor gesättigt ist, desto weniger Spannung liegt an
der LED an.
rhf
MaWin schrieb:> Der TO möchte ambitionierte 0.1V erreichen:
Dann sollte er auch als Schalttransistor optimierte bipolare
Transistoren nehmen. Bei denen steht auch im Datenblatt, welche
Basisströme da nötig sind. Typisch für Kollektortröme von ca.
10...100mA ist eine Stromverstärkung von 30.
michael_ schrieb:> Wenn man es ganz genau will, dann muß man einzeln in einer Testschaltung> ausmessen.
Das heißt dann "basteln". Profis kennen dafür den Begriff
"Worst-Case-Design". Nur dann kann man die Schaltung problemlos
nachbauen.
Roland F. schrieb:> e weniger der Transistor gesättigt ist, desto weniger Spannung liegt an> der LED an.
Wenn schon, ist der Strom maßgeblich.
Hoffentlich hat der Vorwiderstand 0,1% und die Spannung kommt auch aus
einer Präzisionsspannungsquelle!
Und die Schaltung wird auf genau 20°C klimatisiert.
michael_ schrieb:> Und die Schaltung wird auf genau 20°C klimatisiert.
Ja, am besten klebt man an den Schaltransistor ein Peltierelement
samt Regelung.
Ok, dann werde ich den SMD Widerstand noch mit einem Temperatursensor
und Peltier-Element versehen. Die Kühlung des Widerstands habe ich total
vernachlässigt. Brauche ich ein FPGA um die Temperaturregelung zu
implementieren?
— :-)
Danke, für die lebendige Diskussion, habe das Gefühl was gelernt zu
haben. Wenn ich das Teil realisiert habe gebe ich Rückmeldung.
