Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Frage zur Transistor und LED


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von Simon G. (f0rest)


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Hallo,
ich habe eine ganz grundlegene Frage zur Elektronik:

es ist theoretisch ja möglich, eine LED über einen Transistor und nur 
einen Widerstand, den Basiswiderstand des Transistors, anzusteuern? Der 
Basisstrom regelt ja den Kollektorstrom, sodass man keinen Vorwiderstand 
an der LED braucht?

Vielen Dank im Voraus

: Verschoben durch Moderator
von Elliot (Gast)


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Simon G. schrieb:
> es ist theoretisch ja möglich, eine LED über einen Transistor und nur
> einen Widerstand, den Basiswiderstand des Transistors, anzusteuern?

Natürlich kannst du das machen, aber natürlich musst du dann auch mit 
den Folgen leben.

Simon G. schrieb:
> Der
> Basisstrom regelt ja den Kollektorstrom, sodass man keinen Vorwiderstand
> an der LED braucht?

Der Basisstrom Ib "regelt" gar nichts, der Kollektorstrom Ic ist 
lediglich etwa proportional zum Basisstrom. Allerdings ist das 
Verhältnis Ic/Ib nicht besonders genau bekannt und außerdem stark 
temperaturabhängig. Da auch Ube in die gleiche Richtung 
temperaturabhängig ist wie die Stromverstärkung, ergibt sich eine noch 
verstärkte Stromzunahme mit der Temperatur. Der LED-Strom wird also 
nicht genau vorherbestimmbar und auch nicht konstant sein.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Simon G. schrieb:
> Der Basisstrom regelt ja den Kollektorstrom
Da wird nix geregelt. Probiers mal aus und halte Kältespray und Föhn 
bereit.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Simon G. schrieb:
> es ist theoretisch ja möglich, eine LED über einen Transistor und nur
> einen Widerstand, den Basiswiderstand des Transistors, anzusteuern?

Ja. Praktisch weißt du aber vor dem Kauf nicht, welchen 
Verstärkungsfaktor der Transistor haben wird. Also ist auch unklar, wie 
hell die LED dann leuchten wird.

von Wolfgang (Gast)


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Simon G. schrieb:
> Der Basisstrom regelt ja den Kollektorstrom, sodass man keinen
> Vorwiderstand an der LED braucht?

Er steuert ihn und das auch noch mit großen Toleranzen und 
Temperaturabhängigkeit der Verstärkung. Vernünftige Schaltungen werden 
so aufgebaut, dass sie von Bauteiltoleranzen unabhängig mit allen 
Bauteilen des gleichen oder ähnlichen Typs funktionieren.

von Wolfgang (Gast)


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Simon G. schrieb:
> es ist theoretisch ja möglich, eine LED über einen Transistor und nur
> einen Widerstand, den Basiswiderstand des Transistors, anzusteuern?

p.s.
Wesentlich stabiler arbeitet die Schaltung, wenn der Widerstand in der 
Emitterleitung des Transistor liegt.

von M.A. S. (mse2)


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Simon G. schrieb:
> es ist theoretisch ja möglich, eine LED über einen Transistor und nur
> einen Widerstand, den Basiswiderstand des Transistors, anzusteuern?
Aber sowas von theoretisch.

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Also ist auch unklar, wie
> hell die LED dann leuchten wird.
...und wie lange.  :)

von TZMan (Gast)


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Sicher reicht ein Widerstand (siehe Wolfgang). Der Strom durch den 
Widerstand ist recht stabil. Lediglich der Basisstrom verändert sich je 
nach Verstärkungsfaktor des Transistors.

von Dieter (Gast)


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Simon G. schrieb:
> es ist theoretisch ja möglich, eine LED über einen Transistor und nur
> einen Widerstand

Wenn die Schaltung nur bei Raumtemperatur betrieben wuerde und am 
Transistor weniger als 5% der zulaessigen Verlustleistung abfallen, 
waere das moeglich. Passende Widerstaende sind zuverlassiger und 
guenstiger.

von MaWin (Gast)


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Simon G. schrieb:
> es ist theoretisch ja möglich, eine LED über einen Transistor und nur
> einen Widerstand, den Basiswiderstand des Transistors, anzusteuern? Der
> Basisstrom regelt ja den Kollektorstrom, sodass man keinen Vorwiderstand
> an der LED braucht?

Ja, aber der Stromverstärkungsfaktor ist nicht besonders genau 
definiert, schwankt locker um 1:2 selbst bei 
Stromverstärkungsgruppierung Transistoren (BC547A, BC547B, BC547C) und 
auch dann nur bei bekannten Rahmenbedingungen (immer ähnliche Spannung 
und Strom)

Du könntest also einen Transistor nehmen und den für ihn passenden 
Basiswiderstand ausmessen. Dann wird der Strom bei Spannungsschwankungen 
immer noch schwanken, aber zwischen 10mA und 30mA, oder zwischen 120mA 
und 350mA wird er sich eingrenzen lassen also eine LED die leuchtet aber 
nicht kaputt geht. Geht der Transistor kaputt, darfst du nicht einfach 
einen neuen mit derselben Typennummer einbauen, sondern musst den 
Basiswiderstand erneut ausmessen.

Da ist es schlauer, Stromregler wie BCR430U oder CN5711 aus 
https://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.8  einzusetzen

von Simon G. (f0rest)


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Okay, vielen Dank an alle. Ich hab gedacht, die Verstärkung wäre 
ziemlich stabil, weil wir Aufgaben mit konstantem 
Stromverstärkungsfaktor in der Hochschule gerechnet haben. Jetzt bin ich 
schlauer :)

von Egon D. (egon_d)


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Simon G. schrieb:

> Okay, vielen Dank an alle. Ich hab gedacht, die Verstärkung
> wäre ziemlich stabil, weil wir Aufgaben mit konstantem
> Stromverstärkungsfaktor in der Hochschule gerechnet haben.

Es gehört zu den unbegreiflichen Mysterien des Lebens, dass
alle Welt mit der STROMVERSTÄRKUNG rechnet, die stark typ-,
exemplar- und temperaturabhängig ist, während die STEILHEIT,
die fast universell für alle Bipolartransistoren gilt, ein
Schattendasein in der Lehre fristet.


> Jetzt bin ich schlauer :)

Ich aber sage Dir: Lies den Tietze/Schenk.

von TZMan (Gast)


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MaWin schrieb:
> Simon G. schrieb:
>> es ist theoretisch ja möglich, eine LED über einen Transistor und nur
>> einen Widerstand, den Basiswiderstand des Transistors, anzusteuern? Der
>> Basisstrom regelt ja den Kollektorstrom, sodass man keinen Vorwiderstand
>> an der LED braucht?
>
> Ja, aber der Stromverstärkungsfaktor ist nicht besonders genau
> definiert, schwankt locker um 1:2 ...

Das kompensiert die einfach Schaltung von oben. Hier drei wahllos 
herausgegriffene Transistoren aus drei Verstärkungsgruppen:
1
U = 12 V
2
3
        IC[mA] IB[µ]
4
BC547A   8      47
5
BC547B   8      27 
6
BC547C   8      18

Es kommt auf den Einsatz der Schaltung an. Z. B. an einem µC, der 
lediglich Ströme von ein paar 100 µA liefert.

von Wolfgang (Gast)


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Egon D. schrieb:
> Ich aber sage Dir: Lies den Tietze/Schenk.

Oder für die Praxis oft besser noch Horowitz/Hill ...

von MaWin (Gast)


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TZMan schrieb:
> Das kompensiert die einfach Schaltung von oben.

Die Unsinnsschaltung von dir kompensiert gar nichts, sondern 
funktioniert wie ein einfacher Vorwiderstand.
So lange die Betriebsspannung konstant ist, bleibt es auch der LED 
Strom.

Natürlich gibt es sinnvoll stromregelnde Schaltungen auch für 
schwankende Betriebsspannung (Akku direkt an LED, uC an 
Spannungsregler), aber die baut man anders.
1
                9..40V
2
                    |
3
                   LED 
4
                    |
5
uC-Ausgang(0V/5V) --|< NPN wie BC547
6
                     |E
7
                    220 Ohm für 20mA
8
                     |
9
                    GND

von HildeK (Gast)


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MaWin schrieb:
> TZMan schrieb:
>> Das kompensiert die einfach Schaltung von oben.
>
> Die Unsinnsschaltung von dir kompensiert gar nichts, sondern
> funktioniert wie ein einfacher Vorwiderstand.

Genau.
Der Transistor kann für das selbe Ergebnis einfach durch eine Diode 
ersetzt werden. Nötig ist das nicht, man kann ihn auch einfach 
weglassen, der Unterschied ist minimal.

TZMan schrieb:
> Es kommt auf den Einsatz der Schaltung an. Z. B. an einem µC, der
> lediglich Ströme von ein paar 100 µA liefert.

Ja, wenn du die Basis mit dem µC ansteuerst. Dann ist der Strom 
tatsächlich nur abhängig von der Spannung an der Basis und man braucht 
nur sehr wenig Basisstrom. Aber die Verbindung zwischen B und C am 
Transistor ist Quatsch.

MaWin schrieb:
> aber die baut man anders.
Üblicherweise und sinnvollerweise ja.
Man könnte sie auch so bauen, wie TZMan postete, aber eben mit 
Ansteuerung der Basis vom µC und solange der HIGH-Pegel groß genug ist 
für die eingesetzte LED.

von Elliot (Gast)


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Egon D. schrieb:
> Es gehört zu den unbegreiflichen Mysterien des Lebens, dass
> alle Welt mit der STROMVERSTÄRKUNG rechnet, die stark typ-,
> exemplar- und temperaturabhängig ist, während die STEILHEIT,
> die fast universell für alle Bipolartransistoren gilt, ein
> Schattendasein in der Lehre fristet.

Meine Erfahrung dazu ist, daß es den Leuten schwerfällt mit einer 
differentiellen Größe zu denken, die vom momentanen Arbeitspunkt 
anhängt. Es reicht meist nur für die als konstant angenommene 
"Stromverstärkung".

Vermutlich ist das auch einer der Gründe für den Glaubenskrieg im 
Parallelthread über Stromsteuerung/Spannungssteuerung.

von TZMan (Gast)


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MaWin schrieb:
> TZMan schrieb:
>> Das kompensiert die einfach Schaltung von oben.
>
> Die Unsinnsschaltung von dir kompensiert gar nichts, ...

Doch, das tut sie. Sie kompensiert z. B. die unterschiedlichen 
Verstärkungen. Versuche einfach meinen Beitrag vollständig durchzulesen 
und zu verstehen. Der Beitrag zeigt die Kompensation der Verstärkungen 
und zeigt eine Einsatzmöglichkeit.

Deine Einlassungen sind nur unbrauchbares Gerede.

@ HildeK

Mitdenken ist angesagt. Wenn man meinen Beitrag durchliest und versteht, 
dann sollte es für den geneigten Leser klar sein, dass die Basis des 
Transistors angesteuert wird und die obige Schaltung der Verdeutlichung 
von Basisstrom und dem Strom durch die LED verdeutlicht.

Abschließend: Das Problem in diesem und vielen anderen Threads ist, dass 
Beiträge nicht durchgelesen werden und in der Regel nur - nicht 
zielführende . Meinungen geäußert werden und das von den immer gleichen 
"Fachleuten".

von Ach Du grüne Neune (Gast)


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TZMan schrieb:
> dass die Basis des Transistors angesteuert wird und die obige Schaltung
> der Verdeutlichung von Basisstrom und dem Strom durch die LED
> verdeutlicht.

Richtig. Die Basis sollte dann mit der höchst möglichen Spannung 
angesteuert werden, genau so wie du es gezeichnet hast. In diesem Fall 
VCC mit 12 Volt.

HildeK schrieb:
> Aber die Verbindung zwischen B und C am Transistor ist Quatsch.

Im Prinzip ist der ganze Transistor, so wie er hier eingesetzt wird, 
Quatsch. Aber für die Verdeutlichung gut geeignet, weil man ihn jetzt 
direkt mit einem 12 Volt Digitalsignal ohne Basisvorwiderstand ansteuern 
könnte.

Man könnte ihn sogar direkt über ein Spannungsteilerpoti ansteuern um 
stufenlos die Helligkeit der LED einzustellen. Aber das nur am Rande.

von batman (Gast)


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Man könnte theoretisch auch gleich die Kollektorschaltung zeigen, 
anstatt seitenlangem theoretischen Gedöns.

von HildeK (Gast)


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Ach Du grüne Neune schrieb:
> Im Prinzip ist der ganze Transistor, so wie er hier eingesetzt wird,
> Quatsch. Aber für die Verdeutlichung gut geeignet, weil man ihn jetzt
> direkt mit einem 12 Volt Digitalsignal ohne Basisvorwiderstand ansteuern
> könnte.
>
> Man könnte ihn sogar direkt über ein Spannungsteilerpoti ansteuern um
> stufenlos die Helligkeit der LED einzustellen. Aber das nur am Rande.

Ja, aber richtig macht man es so, wie MaWin es gezeichnet hat.
- Da kannst du genauso mit dem Poti den Strom einstellen.
- Da kannst du mit 3.3V ansteuern und auch mit 5V, den üblichen 
Logikpegeln.
- an 12V sind dann auch 2 oder 3 LEDs in Reihe betreibbar, je nach 
LED-Typ und Logikspannung.
Man muss nur den Emitterwiderstand entsprechend dem gewünschten 
LED-Strom richtig wählen.

von MaWin (Gast)


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TZMan schrieb:
> Doch, das tut sie. Sie kompensiert z. B. die unterschiedlichen
> Verstärkungen

Da der Transistor in deiner Schaltung überflüssig ist, ist auch seine 
Verstärkung irrelevant, genau.
Bliss ist deine Schaltung nicht mehr, als eine LED mit Vorwiderstand und 
überflüssigen Transistor. Sie dient nicht der Stromregelung durch die 
LED.

Wenn überhaupt, kommt der Widerstand an dem Emitter und die LED an den 
Kollektor und die Basis an eine nicht schwankende Spannung.

von bena (Gast)


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Welchen Sinn macht es eine LED ohne Widerstand zu betreiben? Der 
einzige, der mir einfällt ist bei schwankender Betriebsspannung bzw. um 
eine Batterie ganz aus zu lutschen. Also kommt nur eine Konstant 
Stromquelle in Frage. Dazu kann man z.B. einen FET benutzen, dessen 0 
Strom bei ca. 20 mA beträgt.
Eine andere einfache Möglichkeit einen z.B. 7805 Spannungsregler mit 
einem Widerstand belasten entsprechend dem gewünschten Strom (20mA) und 
die LED in Reihe zur Eingangsspannung. Größerer Aufwand bringt mit 2 
Transistoren die klassische Konstantstromquelle.

von Manfred (Gast)


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bena schrieb:
> Welchen Sinn macht
... Dein Beitrag hier?

Die Zeiten, wo kleine LEDs mit 20mA betrieben werden mussten, sind lange 
vorbei.

Einen 7805 als Stromregler - selten so einen Unfug gelesen. Wenn es denn 
unbedingt sein soll, LM317 - aber nicht für eine kleine LED.

> GrößereN Aufwand bringt mit 2 Transistoren die klassische Konstantstromquelle.

Es gibt bessere Schaltungen, einen Transistor, zwei Widerstände und eine 
Diode. Die Zweitransistorgebilde haben einen recht geringen 
Arbeitsbereich.

Also:
Eine LED kommt im Regelfall an der Kollektor eines NPN, Vorwiderstand 
dran und fertig.

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