Hallo Gesellen,
ich habe eine einfache Frage, worauf ich biher keine Antwort gefunden
habe.
Um einen klaren Zustand bei Transistoren, die als Schalter genutzt
werden, zu erhalten platziert man einen Widerstand von ~100k am Basis
vom Transistor (hier NPN) nach GND.
Welchen Unterschied macht es, ob man den Widerstand zwischen dem
Basisvorwiderstand und der Basis oder vor dem Basisvorwiderstand
platziert?
Gibt es Vorteile einer Variante gegenüber der anderen?
VG JP
Jim M. schrieb:> jp schrieb:>> Gibt es Vorteile einer Variante gegenüber der anderen?>> Ja.>> Hint: Überlege mal welche Spannung am Pulldown jeweils anliegt.
Noch besser, überleg dir das für folgende 3 Fälle:
* Controller-Ausgang ist high
* Controller-Ausgang ist low
* Controller-Ausgang ist abgeschaltet / hochohmig
jp schrieb:> Welchen Unterschied macht es, ob man den Widerstand zwischen dem> Basisvorwiderstand und der Basis oder vor dem Basisvorwiderstand> platziert?
Wenn der Ableitwiderstand direkt an der Basis ist, dann klaut er dem
Transistor ~0.7V/100KΩ = 7µA Basisstrom. Ob das relevant ist, hängt
davon ab, wieviel Basisstrom du dem Transistor zugedacht hast.
Tilo R. schrieb:> Bei Bipolartransistoren (NPN und PNP) braucht man den Widerstand gar> nicht.
Falsch. Es gibt etliche µCs die im RESET oder unprogrammierten Zustand
die Ausgangspins "hoch" ziehen.
Blöderweise oft auch noch mit vergleisweise wenig Strom, so das der T im
linearen Bereich arbeitet und relativ viel Verlustleisung fährt.
Jim M. schrieb:> Falsch. Es gibt etliche µCs die im RESET oder unprogrammierten Zustand> die Ausgangspins "hoch" ziehen.
Welche - da nenn mal Namen?
Das würde bedeuten, dass man an einen solchen µC-Pin kein Digitalsignal
direkt anschließen dürfte.
Tilo R. schrieb:> Bei Bipolartransistoren (NPN und PNP) braucht man den Widerstand gar> nicht.
Wenn Du sicherstellen kannst, dass im Aus-Zustand stets aktiv nach Low
getrieben wird, dann kann der Pulldown entfallen. Viele Controller
stellen aber ihre Ports auf hochohmig wenn sie sich im Reset befinden
oder gerade ein Firmware-Update erfahren. Daher wird man aus Gründen der
Funktionalen Sicherheit den Widerstand meist vorsehen.
Axel S. schrieb:> jp schrieb:>> Welchen Unterschied macht es, ob man den Widerstand zwischen dem>> Basisvorwiderstand und der Basis oder vor dem Basisvorwiderstand>> platziert?>> Wenn der Ableitwiderstand direkt an der Basis ist, dann klaut er dem> Transistor ~0.7V/100KΩ = 7µA Basisstrom. Ob das relevant ist, hängt> davon ab, wieviel Basisstrom du dem Transistor zugedacht hast.
klingt nach der ersten vernünftigen Aussage hier. Bedeutet: ich
schlussfolgere daraus, dass es besser ist, wenn es links vom
Basisvorwidertand platziert wird, weil so der parallel abfließende Strom
über den Ableitwiderstand den Basisstrom nicht "verfälscht".
Wolfgang schrieb:> Welche - da nenn mal Namen?SAM4E und SAME70 von Atmel, vermutlich auch alle anderen ähnlich
gelagerten (SAM3xxx SAMx70 etc.).
> Das würde bedeuten, dass man an einen solchen µC-Pin kein Digitalsignal> direkt anschließen dürfte.
Warum nicht? Es bekommt dann halt ein "high".
Nach GND angeschlossene LEDs glimmen an diesen Controllern leicht im
unprogrammierten / Reset-Zustand.
Jörg W. schrieb:> Warum nicht? Es bekommt dann halt ein "high".
Ein Digitalausgang mag das aber nicht, jedenfalls nicht, solange der
Strom nicht vernünftig begrenzt ist.
Soul E. schrieb:> Wenn Du sicherstellen kannst, dass im Aus-Zustand stets aktiv nach Low> getrieben wird, dann kann der Pulldown entfallen.
Ein BJT ist stromgesteuert. Woher soll ein Steuerstrom kommen, wenn die
Basis in der Luft hängt?
Verwechselst du das vielleicht mit dem Gate eines MOSFETs?
Wolfgang schrieb:>> Warum nicht? Es bekommt dann halt ein "high".>> Ein Digitalausgang mag das aber nicht, jedenfalls nicht, solange der> Strom nicht vernünftig begrenzt ist.
Das sind weak pullups. Da fließen paar µA.
Hi,
warum nicht so.
Dann kann Basis nie negativ oder höher als Vcc Potenzial werden.
Ist bei den entsprechenden 4000-er CMOS sogar mit oder ohne Rs Gang und
Gäbe.
R an Basis gegen GND (Vss)(bei "mir" ca. 10k) nur, wenn mehrere Ausgänge
(über Entkoppel-Dioden) auf eine Transistor-Basis.
Um dann definiert "Low" zu bekommen.
Direkt am µC-Port verschalte ich es nicht. Ich will ja nicht den Port
belasten.
ciao
gustav
jp schrieb:> Axel S. schrieb:>> jp schrieb:>>> Welchen Unterschied macht es, ob man den Widerstand zwischen dem>>> Basisvorwiderstand und der Basis oder vor dem Basisvorwiderstand>>> platziert?>>>> Wenn der Ableitwiderstand direkt an der Basis ist, dann klaut er dem>> Transistor ~0.7V/100KΩ = 7µA Basisstrom. Ob das relevant ist, hängt>> davon ab, wieviel Basisstrom du dem Transistor zugedacht hast.>> klingt nach der ersten vernünftigen Aussage hier. Bedeutet: ich> schlussfolgere daraus, dass es besser ist, wenn es links vom> Basisvorwidertand platziert wird, weil so der parallel abfließende Strom> über den Ableitwiderstand den Basisstrom nicht "verfälscht".
Naja. Wesentlich weniger als 1mA wird man dem Transistor nicht anbieten.
Im Schaltbetrieb will man den Transistor ja ordentlich übersteuern
(Datenblätter geben U_ce_sat meist für I_b = I_c/20 an). Und wenn man
nur kleine Ströme schalten will, braucht man den Transistor gar nicht.
Aber selbst wenn nur für I_b = 100µA gerechnet ist, machen die 7µA kaum
was aus. Ein Basisvorwiderstand mit 5% Toleranz macht fast genau so viel
Abweichung. Dito 5% Toleranz bei der Betriebsspannung.
Ein 100K Pulldown vor dem Basiswiderstand führt zu 50µA mehr
Stromverbrauch, wenn der Ausgang auf H ist. Auch irrelevant, schließlich
fließen gleichzeitig ja 1mA+ Basisstrom. Und der Laststrom.
Bedenkenswert wäre allenfalls der Wert von 100K. Wenn man mit dem
Pulldown verhindern will, daß ein nicht korrekt konfigurierter GPIO
(bspw. als Eingang mit aktivem Pullup) den Transistor unbeabsichtigt
durchsteuert, dann sind 100K nämlich zu viel.
Kann mir irgendjemand der Leute, die glauben, man bräuchte diesen
Widerstand bei Bipolartransistoren erklären oder sogar vorrechnen, wofür
der gut sein soll?
Bipolartransistoren enthalten zwischen Basis und Emitter die
Basis-Emitter-Diode, die das Potential an der Basis zwangsläufig auf
etwa 0,7V runterzieht.
Wolfgang schrieb:> Ein BJT ist stromgesteuert. Woher soll ein Steuerstrom kommen, wenn die> Basis in der Luft hängt?
Und er hat damit völlig recht. Wenn der Controllerausgang hochohmig ist,
dann kann auch kein Strom in die Basis fließen, der Transistor sperrt
und an der Basis stellt sich eine Spannung von 0V ein. (Siehe
Diodenkennlinie bei Strom=0)
So, jetzt nehmen wir an, wir haben so einen Controller, mit Pullup,
sagen wir in der Größenordnung 100kOhm bei einer Betriebsspannung von
3,3V
Welche Spannung stellt sich an der Basis ein? ca. 0,7V. Praktisch eher
weniger.
Wie viel Strom kommt aus dem Portpin? (3,3V - 0,7V) / 110kOhm = 26uA
(100k Pullup, 10kOhm Basiswiderstand)
Wie sieht es jetzt aus mit/ohne Pull-Down-Widerstand (100kOhm)
* Ohne Pulldown-Widerstand fließen diese 26uA in die Basis.
* Mit Pulldown-Widerstand fliesen 7uA in den Widerstand (siehe Post von
Axel S.) 19uA fließen trotzdem in die Basis.
Ok, der Widerstand bringt was, er reduziert den Basisstrom von 26uA auf
19uA. Habt ihr euch das so vorgestellt?
Brauchen tut man den Widerstand also eher nicht.
Bzw. wenn er merklich was bringen soll, dann muss er ein bis zwei
Größenordnungen kleiner sein.
(Die Geschichte sieht natürlich ganz anders aus bei FETs. Aber hier
geht es um Bipolartransistoren)
Tilo R. schrieb:> Bzw. wenn er merklich was bringen soll, dann muss er ein bis zwei> Größenordnungen kleiner sein.
Nein, wenn er in diesem Szenario (interner Pullup) was bringen soll,
muss er "links" sitzen. Dort kann er das Potenzial des Pullups nämlich
auch unter die besagten 0,7 V herunter ziehen: 10 kΩ bei einem internen
Pullup von 100 kΩ teilen die Spannung auf 1/11 oder 0,3 V (bei 3,3 V
Versorgung).
Für Schaltungen, die nicht mit derartigen Pullups rechnen müssen, ist es
aber eher ein "Angst-Widerstand": "Es könnte ja mal durch irgendwas eine
Spannung von draußen eingekoppelt werden, die den Transistor
durchschaltet." ;-)
Jörg W. schrieb:> Tilo R. schrieb:>> Bzw. wenn er merklich was bringen soll, dann muss er ein bis zwei>> Größenordnungen kleiner sein.>> Nein, wenn er in diesem Szenario (interner Pullup) was bringen soll,> muss er "links" sitzen. Dort kann er das Potenzial des Pullups nämlich> auch unter die besagten 0,7 V herunter ziehen: 10 kΩ bei einem internen> Pullup von 100 kΩ teilen die Spannung auf 1/11 oder 0,3 V (bei 3,3 V> Versorgung).
OK, du würdest den Pull-Down auch eine Größenordnung kleiner machen, auf
10k, damit er was bringt. Da sind wir derselben Meinung.
Trotzdem wäre er auch dann "rechts" besser (zugegeben nur geringfügig).
jp schrieb:> Bedeutet: ich> schlussfolgere daraus, dass es besser ist, wenn es links vom> Basisvorwidertand platziert wird, weil so der parallel abfließende Strom> über den Ableitwiderstand den Basisstrom nicht "verfälscht".
Das ist zwar richtig und auch die vielen anderen Aussagen.
Trotzdem:
- eine offen Basis kann man mit dem Finger berühren und an einem
hochohmigen Kollektorwiderstand darf man dann gerne mal messen ...
- Obwohl erfahrungsgemäß die LOW-Pegel von µC-Asugängen sehr klein sind
(<100mV), ist deren Spezifikation für die max. LOW-Spannung im Bereich
der Transistor-UBE. Das kann dann auftreten, wenn weiteres an den
Ausgang angeschlossen ist (z.B. 20mA LED gegen VCC).
- Da der Transistor schon bei 600-700mV zu leiten beginnt, ist der
LOW-Störabstand wesentlich kleiner als der Abstand bei HIGH am Treiber.
Aus all den Gründen würde ich immer den PD auf der Basisseite anbringen.
Und zwar so niederohmig, dass auf die 0.7V etwa beim halben HIGH-Pegel
des Treibers erreicht werden.
HildeK schrieb:> - Obwohl erfahrungsgemäß die LOW-Pegel von µC-Asugängen sehr klein sind> (<100mV), ist deren Spezifikation für die max. LOW-Spannung im Bereich> der Transistor-UBE. Das kann dann auftreten, wenn weiteres an den> Ausgang angeschlossen ist (z.B. 20mA LED gegen VCC).
Wenn man am selben Pin eine LED gegen VCC hat hilft auch kein Pulldown.
Vor allem wenn man sich dann wieder den hochohmigen Reset-Fall anschaut.
HildeK schrieb:> Richtig für den hochohmigen Fall.> Ich meinte aber, dass es dann auch im normalen Betrieb grenzwertig wird,> den Transistor abzuschalten.
Gemessen, simuliert, nachgerechnet, oder nur gefühlt?
Ich bleibe dabei: wenn man es nachrechnet, lohnt sich der Pulldown nur
in den allerseltensten Fällen.
Wenn Du einen Automobilkunden beliefern willst ist es nicht zulässig,
sich zum Abschalten eines Bipolartransistors auf die Leckströme zu
verlassen. Das wird in den Design Reviews der OEMs explizit abgeprüft.
Bei Jubelelektronik kannst (und wirst) Du den Dezicent für den Pulldown
einsparen.
Soul E. schrieb:> Wenn Du einen Automobilkunden beliefern willst ist es nicht zulässig,> sich zum Abschalten eines Bipolartransistors auf die Leckströme zu> verlassen.
Wenn du einen Ausgang aktiv low treibst, verlässt du dich aber auf
keinen Leckstrom. Der räumt auch noch Ladungsträger aus der Basis aus.
Soul E. schrieb:> Bei Jubelelektronik kannst (und wirst) Du den Dezicent für den Pulldown> einsparen.
Wenn da überhaupt so viel einzusparen ist, wenn man Digitaltransistoren
mit integriertem Basisvorwiderstand und Basis-Emitter-Widerstand
einsetzt.
Jörg W. schrieb:> Wenn du einen Ausgang aktiv low treibst, verlässt du dich aber auf> keinen Leckstrom. Der räumt auch noch Ladungsträger aus der Basis aus.
So ist es. Hatte ich in
Beitrag "Re: Widerstand links oder rechter?"
bereits erwähnt. Es bleibt nur der kurze Moment im Reset oder beim
Flashen, wenn der Controller seine Pins auf Eingang oder noch schlimmer,
auf Eingang mit Pullup, schaltet.
Jörg W. schrieb:> Nein, wenn er in diesem Szenario (interner Pullup) was bringen soll,> muss er "links" sitzen. Dort kann er das Potenzial des Pullups nämlich> auch unter die besagten 0,7 V herunter ziehen:
Tja, leider falsch, oder?
Wenn der Pulldown rechts sitzt, zieht er "mehr" runter. Denn dann ist
der "weak" (interne) Pullup um den Längswiderstand größer, da er mit
selbigen eine Reihenschaltung bildet.
D.h. ist der Pulldown-Widerstand direkt an der Basis, ist die
Leerlaufspannung an der Basis kleiner als im Fall der Pulldown direkt am
Ausgang wäre.
Also Punktgewinn für die rechte Variante.
Aber das ist noch nicht alles, denn der Strom der in die
Basis-Emitter-Diode fließt, hängt natürlich auch vom effektiven
Innenwiderstand der Basis-Ersatzspannungsquelle ab.
Wenn man von den Größenverhältnissen 100 : 10 : 1 für Pullup-, Pulldown-
und Längswidertand ausgeht, ist im Fall "Pulldown links", der
Innenwiderstand der Ersatzspannungsquelle an der Basis in etwa gleich
dem Pulldown-Widerstand.
Im Fall "Pulldown rechts", ist der Innenwiderstand der
Ersatzspannungsquelle fast ausschließlich aus der Parallelschaltung von
Pullup und Pulldown bestimmt, da der Längswiderstand klein im Verlgeich
zum Pullup ist, und somit kleiner. Bei den hier angenommen typischen
Größenverhältnissen um etwa 10%.
D.h. so gesehen erst mal ein Punkt für "Pulldown links", da hier der
Innenwiderstand der Ersatzquelle höher ist.
Es steht 1:1. Aber wir brauchen eine Entscheidung:
Da die Basis-Emitterdiode keine lineare U/I-Kennlinien hat, sie ist
nämlich exponentiell, ist der Gewinner "Pulldown rechts", da eine (etwa)
10% kleinere Leerlaufspannung einen deutlich kleineren Basisstrom
verursachen wird anstatt ein 10% größerer Innenwiderstand der
Ersatzquelle.
Bei allen Digitaltransistoren, die Du fertig kaufen kannst, sitzt der
Widerstand rechts, also direkt an B-E. Das Verhältnis Reihenwiderstand
zu Pulldown liegt zwischen 1:1 und 1:10.
Hatten wir so einen eigentlich schon bei Richard zum Fotografieren?
Tilo R. schrieb:> Gemessen, simuliert, nachgerechnet, oder nur gefühlt?> Ich bleibe dabei: wenn man es nachrechnet, lohnt sich der Pulldown nur> in den allerseltensten Fällen.
Im Datenblatt geschaut.
Beispiel Tinyx5:
VOL Output Low-voltage, Port B, IOL=10 mA, VCC=5V: 0.6V
Ich hatte ja auch die Randbedingung genannt, dass evtl. eine LED mit
10mA gegen VCC noch an dem Pin hängt. Dann sind wir bei 'grenzwertig',
eigentlich schon drüber: mit einem Kollektorwiderstand, der etwas
hochohmiger ist, wird sich der Kollektor schon bewegen.
Aber das war nicht der einzige Grund: selbst wenn V_OL=0V idealerweise
erreicht, der Störabstand beträgt dann nur 0.7V, bei HIGH beträgt er
(VCC=5V) immerhin 4.3V. Ziemlich unsymmetrisch, nicht?
jp schrieb:> Gibt es Vorteile einer Variante gegenüber der anderen?
Links ist beim MOSFET richtiger denn er soll bei offenem Ausgang an dem
der waagerechte Widerstand links hängt verhindern, dass am Ausgang und
damit Gate eine positivere Spannung entsteht. Manchmal ist der
waagerechte Widerstand aber auch 0 Ohm und da er mindestens um Faktor
100 niederohmiger ist, ist es sowieso egal.
Bei Bipolartransistoren findet man ihn oft rechts, denn er soll
bewirken, dass Leckströme die durch den waagerechten Widerstand
fliessen, in die Basis vom Transistor fliessen und dann, womöglich um
Faktor 1000 verstärkt, einen noch höheren Leckstrom des eigentlich
ausgeschalteten Transistors bewirken.
Obwohl eigentlich auch in dem Fall links richtiger wäre.
MaWin schrieb:> Bei Bipolartransistoren findet man ihn oft rechts, denn er soll> bewirken, dass Leckströme die durch den waagerechten Widerstand> fliessen, in die Basis vom Transistor fliessen und dann, womöglich um> Faktor 1000 verstärkt, einen noch höheren Leckstrom des eigentlich> ausgeschalteten Transistors bewirken.> Obwohl eigentlich auch in dem Fall links richtiger wäre.
Es gibt aber auch den Kollektor-Basis-Reststrom. Den sollte man nicht
ganz vergessen.
Dafür wäre der Widerstand rechts wieder besser...
Also insgesamt würde ich mich den den Fall "rechts" entscheiden,
besonders auch wegen dem von HildeK erwähnten besseren Low-Störabstand.
https://elektroniktutor.de/analogverstaerker/schalttr.html
die Ausräumgeschwindigkeit wurde noch nicht genannt. Wenn ein
Schalttransistor schnell abschalten soll, kann ein Widerstand diese Zeit
verkürzen. Der sollte aber deutlich unter 100 kOhm liegen.
Da wird sogar ein Widerstand von der Basis zu einer negativen Spannung
empfohlen.
Ich denke z.B. an den Fall, in der ein 2N2222 Schalttransistor eine
gesättigte 100 kHz Rechteckschwingung abgeben soll. Vielleicht auch noch
1 MHz, jedenfalls weit unter der Transitfrequenz von 300 MHz laut
Datenblatt.
Beide Widerstände als Spannungsteiler haben den Vorteil, dass man den
Triggerpegel wählen kann, beispielsweise auf die CMOS-üblichen 40...60%
der Betriebsspannung, für 5V also 2...3V.
Skizze.PNG
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