Basisvorwiderstand berechnen - Frage zu Datenblatt

Karl schrieb:
> 1. hFE(Sat) gibt es in dem Datenblatt nicht direkt. Auf Seite 1 sind
> Kollektorsättigungspannungen erwähnt. Kann ich aus denen schließen, dass
> hFE(Sat) = 10 ist? Weil das Verhältnis zwischen Ic zu Ib = 10 für die
> dort angegebenen Werte ist?

nein viel zu niedrig, und im DB stehen doch für verschiedene Vce, Ic die 
hFE drin, also warumm willst du hier rumfantasieren?

Karl schrieb:
> 2. Wie kann Uce(Sat) bei einem größeren Basisstrom (Ib = 50mA) größer
> sein als bei einem kleineren Basisstrom (Ib=15mA). Die Spannung müsste
> doch "zusammebrechen".

also, zusammen brechen kann auch alles bei z.B. 1mA, das hängt nur von 
deiner Stromversorgung ab!
also eher bricht da nichts zusammen, weil die 100mA und hoffentlich mehr 
bereit stellt.

Ib gross bedeutet Ic gross und auch Richtung Sättigung.
Ic gross bedeutet auch grösser Spannungsabfall an der Strecke Vce.

HutaufHutab schrieb:
> Karl schrieb:
>> 1. hFE(Sat) gibt es in dem Datenblatt nicht direkt. Auf Seite 1 sind
>> Kollektorsättigungspannungen erwähnt. Kann ich aus denen schließen, dass
>> hFE(Sat) = 10 ist? Weil das Verhältnis zwischen Ic zu Ib = 10 für die
>> dort angegebenen Werte ist?
>
> nein viel zu niedrig, und im DB stehen doch für verschiedene Vce, Ic die
> hFE drin, also warumm willst du hier rumfantasieren?
Weil ich nicht hFE sondern hFE(sat) suche. Wenn ich hFE nehmen würde, 
würde mir obiger Link 
(https://www.mikrocontroller.net/articles/Basiswiderstand) raten, den 
kleinsten Wert, also 35 zu nehmen. Leider ist der Text dann relativ 
schwammig, weil er mir vorschlägt den durch 2-10 zu teilen. Nehme ich 
dann 2 oder 10? Du verstehst mein Problem :)



> Karl schrieb:
>> 2. Wie kann Uce(Sat) bei einem größeren Basisstrom (Ib = 50mA) größer
>> sein als bei einem kleineren Basisstrom (Ib=15mA). Die Spannung müsste
>> doch "zusammebrechen".
>
> also, zusammen brechen kann auch alles bei z.B. 1mA, das hängt nur von
> deiner Stromversorgung ab!
> also eher bricht da nichts zusammen, weil die 100mA und hoffentlich mehr
> bereit stellt.
>
> Ib gross bedeutet Ic gross und auch Richtung Sättigung.
> Ic gross bedeutet auch grösser Spannungsabfall an der Strecke Vce.
Mit Spannung zusammenbrechen, meinte ich die Spannung Uce. Aber du hast 
Recht und ich hatte einen Denkfehler, die Spannung muss bei höherem 
Strom ja streigen, zumindest wenn ich ein festes R annehme.

Karl schrieb:
> Aber du hast
> Recht und ich hatte einen Denkfehler, die Spannung muss bei höherem
> Strom ja streigen, zumindest wenn ich ein festes R annehme.
Mit R meine ich hier die Strecke CE.

Karl schrieb:

> ich möchte den Basiswiderstand für einen Diotec 2N2222A
> berechnen. Das Datenblatt findet man hier:
> 
https://www.distrelec.de/Web/Downloads/_p/df/Diotec-2N2222A_eng_ger_tds.pdf?pid=30146492
>
> Ich habe so etwas noch nie gemacht, also erschießt mich
> bitte nicht gleich.
> Ic soll 50mA sein. Ich habe 3,3V oder 5V Versorgungsspannung zur
> Verfügung.
>
> Dazu habe ich mir folgenden Link durchgelesen:
> https://www.mikrocontroller.net/articles/Basiswiderstand

Erstmal: Glückwunsch bis hierhin.
Du hast deutlich mehr richtig gemacht als viele andere
Fragesteller.


> Nun meine Fragen zum Datenblatt, mich verwirren dort ein
> paar Sachen.
>
> 1. hFE(Sat) gibt es in dem Datenblatt nicht direkt.

Ich werde den Artikel doch mal ändern müssen. "hFE(sat)"
ist nämlich logischer Unsinn; "hFE" bezieht sich auf den
LINEARBETRIEB, während die Sättigungspannung beschreibt,
wie sich der Transistor verhält, wenn der Linearbetrieb
VERLASSEN wird. Es kann also rein logisch kein "hFE(sat)"
geben.


> Auf Seite 1 sind Kollektorsättigungspannungen erwähnt.
> Kann ich aus denen schließen, dass hFE(Sat) = 10 ist?

Unsinn.

Im Datenblatt steht völlig korrekt: "Ib = 15mA; Ic = 150mA".

Das sind MESSBEDINGUNGEN, die von außen "mit Gewalt"
eingestellt werden -- keine Eigenschaft des Transistors!


> Weil das Verhältnis zwischen Ic zu Ib = 10 für die
> dort angegebenen Werte ist?

Vergiss' die "Sättigungsverstärkung"; die gibt es nicht.
(Widersacher zeigen mir bitte Seite im Tietze/Schenk,
auf der sie erklärt wird.)

Man misst das Schaltverhalten von Transistoren bei
relativ starker Übersteuerung, weil das den realen
Betriebsbedingungen nahekommt. Transistoren in
Schaltanwendungen WERDEN übersteuert.


> 2. Wie kann Uce(Sat) bei einem größeren Basisstrom
> (Ib = 50mA) größer sein als bei einem kleineren
> Basisstrom (Ib=15mA). Die Spannung müsste doch
> "zusammebrechen".

???

Dass auch der Laststrom entsprechend größer ist, das
hast Du bemerkt?!

Bei Ic = 150mA ist Uce_sat <= 0.3V,
bei Ic = 500mA ist Uce_sat <= 1.0V.


> 3. Falls 1. stimmen sollte,

Stimmt nicht, ist aber erstmal egal:

> würde ich den Widerstand wie folgt berechnen:
> Ic = 50mA
> hFE = 10
>
> Ib = 50mA/10 = 5mA
>
> Mit R = U/I = (3,3V-0,7V)/50*10^-3 = 520 Ohm?

Abgesehen von dem Tippfehler (es muss 5*10^-3 heißen)
rechnerisch korrekt.

Allerdings ist das Übertreibung; das DaBla garantiert
bei Ic = 150mA eine Stromverstärkung von 100 und bei
10mA eine Stromverstärkung von 75.

Da das eine MINDESTVERSTÄRKUNG (und keine "typische")
ist, wäre ich mit einem Übersteuerungsfaktor von 3
zufrieden. Man dürfte also mit einer Stromverstärkung
von 75/3 = 25fach rechnen.

Als Basisstrom ergibt sich dann Ib = 2mA; der
Vorwiderstand wäre dann 1.3kOhm.

Das heißt nicht, dass Dein Wert von 520 Ohm "falsch"
ist; es ist m.E. lediglich etwas sehr Gürtel-und-
Hosenträger-Prinzip (für die Schweiz: übertrieben).

Karl schrieb:

> Weil ich nicht hFE sondern hFE(sat) suche.

Es gibt kein hfe(sat).


> Wenn ich hFE nehmen würde, würde mir obiger Link
> (https://www.mikrocontroller.net/articles/Basiswiderstand)
> raten, den kleinsten Wert, also 35 zu nehmen.

Unsinn.
Du nimmst den Wert, der Deinen Betriebsbedingungen am
nächsten kommt.

Das ist entweder hfe = 75 bei Ic = 10mA oder hfe = 100
bei Ic = 150mA.


> Leider ist der Text dann relativ schwammig, weil er mir
> vorschlägt den durch 2-10 zu teilen. Nehme ich
> dann 2 oder 10? Du verstehst mein Problem :)

Das ist nicht kritisch; ich würde irgendwas zwischen
3 und 5 wählen.

Begründung:

1. Der von Dir gewünschte Kollektorstrom (50mA) ist
   nicht sehr hoch und der Transistor ausreichend kräftig;
   es ist also nicht notwendig, den Transistor wie ein
   Irrer zu übersteuern.

2. Im Datenblatt steht eine MINDESTVERSTÄRKUNG, kein
   TYPISCHER Wert. Man kann sich daher einigermaßen
   darauf verlassen, dass jeder Transistor 75fach
   oder höher verstärkt. Stünde dort ein typischer Wert,
   würde ich den Übersteuerungsfaktor etwas höher wählen.


> Mit Spannung zusammenbrechen, meinte ich die Spannung Uce.
> Aber du hast Recht und ich hatte einen Denkfehler, die
> Spannung muss bei höherem Strom ja streigen, zumindest
> wenn ich ein festes R annehme.

Genau.
Die Kollektor-Emitter-Strecke ist zwar kein normaler
Widerstand, aber im Kern ist Deine Überlegung trotzdem
richtig.

Danke Egon, deine Ausführungen helfen mir sehr.

Ich würde das gern an einem Beispiel nochmal zusammenfassen.

Sagen wir, ich brauch nur Ic=10mA. Ich nehme wieder hFA=75.
Im Datenblatt ist eine Mindestverstärkung angegeben. Das heißt, auf die 
75 kann ich mich verlassen (eher höher). Jetzt möchte ich den Transistor 
ja übersteuern, weshalb ich durch einen Übersteuerungsfaktor teile und 
damit impliziert den Bassistrom um diesen Faktor erhöhe. Nehme ich 
wieder Faktor 3, so erhalte ich:

Ib = Ic/(hFE/3) = 10mA/25 = 0,4 mA

Wäre nun statt einer Mindestverstärkung ein typischer Wert angegeben, so 
kann es sein, dass die Verstärkung unter diesem Wert liegt. Deshalb 
nehme ich einen höheren Übersteuerungsfaktor von z.B. 7.

Damit ergäbe sich:

Ib = Ic/(hFE/7) = 10mA/(75/7) = 0,93 mA

--> Der Basisstrom wäre also höher womit ich den Transistor weiter 
"aussteuern" würde.

Die jeweiligen Widerstände ergäben sich dann wieder aus dem ohmschen 
Gesetz.

Korrekt bis hierher?

Dann habe ich noch eine Frage, die mich bei Transistoren (BJT) generell 
vewirrt:

Im Prinzip erzwingt der Transistor ja einen bestimmten Strom. Wenn ich 
nun ein Bauteil schalte, braucht es dann wahrscheinlihc immer noch einen 
Kollektorwiderstand zur Strombegrenzung, oder? Denn letztendlich ist die 
Rechnung oben ja nur eine Schätzung (ich kenne ja die tatsächliche 
Verstärkung nicht, das heißt - für das Bauteil was ich schalten möchte, 
könnte der Kollektorstrom also zu hoch sein und das Bauteil Schaden 
nehmen?).

Karl schrieb:
> das heißt - für das Bauteil was ich schalten möchte,
> könnte der Kollektorstrom also zu hoch sein und das Bauteil Schaden
> nehmen?).

Nein - der Satz ist jetzt falsch.
Stell dir einfach vor, die CE-Strecke sei ein mechanischer Kontakt. Wenn 
der schließt, dann liegt besagtes Bauteil einfach an der 
Versorgungsspannung. Es fließt soviel Strom, wie das Bauteil (= der 
Kollektorwiderstand) zulässt bzw. benötigt.
Mit dem Transistor machst du nichts anderes, nur dass du dafür sogen 
musst, dass der Strom, den das Bauteil benötigt, auch fließen kann. Wenn 
du den Transistor um einen Faktor übersteuerst, könnte zwar noch mehr 
fließen, aber das Bauteil nimmt sich nur soviel, wie es braucht.

Klaus R. schrieb:
> Karl schrieb:
>> Wenn ich
>> nun ein Bauteil schalte, braucht es dann wahrscheinlihc immer noch einen
>> Kollektorwiderstand zur Strombegrenzung, oder?
>
> Um eine Spannung zu schalten brauchst Du natürlich den
> Kollektorwiderstand.
> http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0204302.htm
Ich frage mal anders. Sagen wir, ich habe 3.3V am Kollektor als 
Versorgungsspannung. Nun habe ich ein Bauteil, was genau 3,3V bräuchte 
und 10mA "zieht". Wenn nun die Verstärkung höher ist, als theoretisch 
berechnet, so dass mein Transistor beim Durchschalten 15mA liefern 
würde. Zerstört das, das Bauteil oder "zieht" das dennoch nur 10mA?

HildeK schrieb:
> Nein - der Satz ist jetzt falsch.
> Stell dir einfach vor, die CE-Strecke sei ein mechanischer Kontakt. Wenn
> der schließt, dann liegt besagtes Bauteil einfach an der
> Versorgungsspannung. Es fließt soviel Strom, wie das Bauteil (= der
> Kollektorwiderstand) zulässt bzw. benötigt.
> Mit dem Transistor machst du nichts anderes, nur dass du dafür sogen
> musst, dass der Strom, den das Bauteil benötigt, auch fließen kann. Wenn
> du den Transistor um einen Faktor übersteuerst, könnte zwar noch mehr
> fließen, aber das Bauteil nimmt sich nur soviel, wie es braucht.
Danke! Genau das wollte ich wissen. Dann bräuchte ich in meinem Fall 
aber keinen Vorwiderstand. Denn ich will ja keinen zusätzlichen 
Spannungsabfall.

Eine Frage an Karl:

Was willst du eigentlich machen?  Die Anwendung ist da nicht ganz 
unwichtig...

Karl schrieb:
> Dann bräuchte ich in meinem Fall
> aber keinen Vorwiderstand.

Auf der Lastseite, also am Kollektor, brauchst du keinen extra 
Vorwiderstand (nur wenn es eine LED sein sollte).
Nur an der Basis, um den Basisstrom einzustellen.

Udo K. schrieb:
> Eine Frage an Karl:
>
> Was willst du eigentlich machen?  Die Anwendung ist da nicht ganz
> unwichtig...
Ich frage eigentlich generell. Ich will die Prinzipien gern verstehen, 
nicht einen speziellen Fall erklärt haben. Wobei mir bewusst ist, dass 
ich z.B. bei einer LED einen Vorwiderstand bräuchte. Da sie den Strom 
nicht selbst begrenzt.

Im aktuellen Fall, möchte ich einen Piezo mit einem Mikrocontroller 
schalten, wobei ich den I/O Pin nur mit maximal 2mA belasten will. Daher 
der Transistor zum schalten des Piezo.

Danke nochmal Hilde! Ich denke, ich hab's verstanden. Der 
Basiswiderstand ist klar, den hatten wir ja schon behandelt. :)

Karl schrieb:

> Ich frage mal anders. Sagen wir, ich habe 3.3V am
> Kollektor als Versorgungsspannung. Nun habe ich ein
> Bauteil, was genau 3,3V bräuchte und 10mA "zieht".

Okay.


> Wenn nun die Verstärkung höher ist, als theoretisch
> berechnet, so dass mein Transistor beim Durchschalten
> 15mA liefern würde.

Okay.


> Zerstört das, das Bauteil

Nein.


> oder "zieht" das dennoch nur 10mA?

Ja.


Zur Erklärung: Genau das ist der Unterschied zwischen dem
Linearbetrieb und dem Schalterbetrieb des Transistors.

Im Linearbetrieb bestimmt der TRANSISTOR die genaue Höhe
des fließenden Laststromes. Wenn die Basisspannung ein
paar Millivolt ansteigt, steigt auch der Basisstrom --
und als Folge dessen der Kollektorstrom. Der Spannungs-
abfall am Kollektorwiderstand wird größer. Sinkt die
Basisspannung etwas ab, sinken auch Basisstrom und
Kollektorstrom, und die Spannung am Lastwiderstand sinkt
auch. Das ist der lineare Verstärkerbetrieb.
Im Linearbetrieb wirkt der Transistor als steuerbare
Stromquelle.

Dagegen bestimmt im Schalterbetrieb die LAST die genaue
Höhe des Stromes -- der Transistor ist entweder komplett
gesperrt (kein Basisstrom) oder komplett leitend (so
hoher Basisstrom, dass der Transistor übersteuert).
Wenn die Last bei 3.3V nur 10mA benötigt, fließen auch
nur 10mA -- egal, ob der Transistor 20, 50 oder 100mA
liefern könnte.
Das ist ja bei einem normalen mechanischen Schalter auch
nicht anders -- die Glühbirnge zieht soviel Strom, wie
sie eben braucht, und nicht so viel, wie der Schalter
schalten könnte.

Ich wollte mich nochmal bei allen bedanken. Ich denk ich hab's 
verstanden. :)