Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Transistorberechnung für Lichtinstallation


von Florian R. (seanlabor)



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Hallo,

ich möchte mir eine Lichtinstallation basteln, wie auf folgendem Foto zu 
sehen ist. Die einzelnen Platten sind drehbar und sollen bei kippen aus 
der vertikalen eine Hintergrundbeleuchtung aktivieren.

Dazu habe ich mir folgenden Schaltplan erstellt. Die Neigungssensoren 
sind zwei SW520D die jeweils max 20 mA vertragen. Nur an der Wahl des 
Transistors bin ich gescheitert. Könnte mir da jemand helfen, wie ich da 
den passenden Transistor finde? Soweit ich das verstanden habe, muss ich 
nach der Stromverstärkung gucken, aber wenn ich mir so ein Datenblatt 
angucke, bin ich da etwas verloren.

von Udo S. (urschmitt)


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Was sollen das für Leds sein die angeblich 6V haben?
Leds werden normalerweise mit einem konstanten Strom angesteuert, nicht 
mit einer konstantsn Spannung, ausser es sind komplette Module incl. 
einer (eingebauten) Stromquelle.
Ein BC 337 oder 338 würde es tun Basisvorwiderstand 180 Ohm.
Es fehlt ein Widerstand von 2k2 - 10k von der Basis zum Emitter um den 
Transistor sicher zu sperren.
Noch zwei kleine Hinweise:
1. man zeichnet Schaltungen normalerweise so, daß oben plus und unten 
Minus oder Masse ist. Und so dass die Eingänge links und die Ausgänge 
rechts sind.
2. Der Transistor wird hier zum Schalten benutzt und dazu in der 
sogenannten "Sättigung" betrieben. Da nimmt man einen mind. 3-10 mal 
höheren Basisstrom, als man gemäß Verstärkung brauchen würde. Ich habe 
hier einfach Pi mal Auge einen Basisstrom vonb 6-8mA (11,3V/180 Ohm) 
angenommen, weil da der Transistor sicher für die 1W / 6V = ca. 180mA 
Emitterstrom durchschaltet.

: Bearbeitet durch User
von Günter Lenz (Gast)


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Nimm eine Emitterschaltung, keine Kollektorschaltung.

https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0208031.htm

von Jack V. (jackv)


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Udo S. schrieb:
> Was sollen das für Leds sein die angeblich 6V haben?

Der Zeichnung nach sind das solche „DC-LEDs ohne Polung“: 
Beitrag "Krippenbeleuchtung - DC-LEDs ohne Polung?"

[scnr – passte gerade zu gut]

von Michel M. (elec-deniel)


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Ein Fall für LTspice mit Arduio oder Raspi ;-)
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/powsw1.htm
https://www.electroschematics.com/arduino-tilt-sensor-experiment/
https://components101.com/sensors/sw-520d-tilt-sensor-module

Kann einfach berechnet werden.
Durch Rechtscklick auf den Transistor können in der Bibliothek 
verschiedene Transistoren ausgewählt werden... :-)

Kostenfreies Progamm von Analog  LTspice
https://www.analog.com/en/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html

Weiterführende Erklärungen
http://www.gunthard-kraus.de/LTSwitcherCAD/LTSpice%20XVII%20_Tutorial_korr.pdf

Nach der Installation des Programmes Datei laden,
anpassen und ausführen.
Have Fun :-)

: Bearbeitet durch User
von Andi M. (andi6510) Benutzerseite


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Deine Neigungssensoren SW520D sind aber keine einfachen Schalter, so wie 
von Dir gezeichnet. Das sind Module, die 5V brauchen und einen 
Digitalausgang haben...

von Udo S. (urschmitt)


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Günter Lenz schrieb:
> Nimm eine Emitterschaltung, keine Kollektorschaltung.
>
> https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0208031.htm

ups, jetzt bin ich tatsächlich reingefallen.
Günter hat natürlich recht. Deine Schaltung ist so falsch, nimm die 
Emitterschaltung. Der NPN Transistor kommt zwischen Masse(negtiver Pol 
der Versorgung) und Last, mit Emitter an Masse.
Aber zusätzlich den von mir genannten Widerstand von 2,2k bis 10K von 
Basis zu Masse.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Florian R. schrieb:
> ich möchte mir eine Lichtinstallation basteln, wie auf folgendem Foto zu
> sehen ist.
Warum fällt mir, wenn ich das Bild so mit der Dame so betrachte, auf 
Anhieb "Reedkontakt" ein?

Ich würde da aber sogar noch eins weitergehen und die Stange, an der die 
Tafeln montiert sind, so als "Stromschiene" gestalten, dass einfaches 
Drehen der aufgeschobenen Tafeln einen Stromkreis schließt und die LED 
anschaltet.

Mit einer "Plusleitung" oben und einer "Minusleitung" unten an der 
"Stromschienenstange" lässt sich da ganz einfach was ausdenken...

: Bearbeitet durch Moderator
von Udo S. (urschmitt)


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Andi M. schrieb:
> Deine Neigungssensoren SW520D sind aber keine einfachen Schalter, so wie
> von Dir gezeichnet. Das sind Module, die 5V brauchen und einen
> Digitalausgang haben...

Sicher?
https://www.sunrom.com/p/sw520d-sw-520d-tilt-sensor

von Ich (Gast)


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Muss da wirklich hinter jedes Täfelchen ein Neigungssensor? Sollen die 
LEDs je nach Neigung gedimmt werden?
Ansonsten würde ich auf die Sensoren verzichten und lieber mit 
Schleifkontakten, o.ä. arbeiten.

von Andi M. (andi6510) Benutzerseite


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> Sicher?
> https://www.sunrom.com/p/sw520d-sw-520d-tilt-sensor
OK, ich nehms zurueck - ich war bei einer duckduckgo-Suche nur bei 
Modulen gelandet, die auf Basis dieses Sensors mit extra Auswertung 
funktionieren. Natuelich heissen die Module genau so, wie das einzelne 
Bauteil.


Neulich habe ich aus einem alten Tuergong ein Quecksilberschalter 
extrahiert. Das waere natuerlich auch noch was. Der kann sicher auch den 
vollen Strom schalten. Und der Reiz des Verbotenem haengt ihm auch noch 
an!
;-)

von Florian R. (seanlabor)


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Udo S. schrieb:
> Günter Lenz schrieb:
>> Nimm eine Emitterschaltung, keine Kollektorschaltung.
>>
>> https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0208031.htm
>
> ups, jetzt bin ich tatsächlich reingefallen.
> Günter hat natürlich recht. Deine Schaltung ist so falsch, nimm die
> Emitterschaltung. Der NPN Transistor kommt zwischen Masse(negtiver Pol
> der Versorgung) und Last, mit Emitter an Masse.
> Aber zusätzlich den von mir genannten Widerstand von 2,2k bis 10K von
> Basis zu Masse.

Ich hab ne neue Zeichnung gemacht, passt das so? Kann ich dann immer 
noch einen BC 337 oder 338 Transistor benutzen?
R2 dann mit 180 Ohm und R1 mit 2,2-10k Ohm?

>Was sollen das für Leds sein die angeblich 6V haben?

Habe mehrere bestellt, das muss ich nochmal ausprobieren.

2835 SMD LED haben 6V, könnte aber etwas fummelig mit dem löten werden.
https://de.aliexpress.com/item/4000131054698.html?spm=a2g0s.9042311.0.0.c9364c4dsIv6Je
Oder sowas mit 12V
https://de.aliexpress.com/item/32990613126.html?spm=a2g0s.9042311.0.0.c9364c4dsIv6Je

: Bearbeitet durch User
von Jack V. (jackv)


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Florian R. schrieb:
> Ich hab ne neue Zeichnung gemacht, passt das so?

Nein, sind immer noch die Symbole für Glühlampen, statt für LEDs. Siehe 
auch: 
https://de.wikipedia.org/wiki/Liste_der_Schaltzeichen_(Elektrik/Elektronik)#Lichtquellen

von Michel M. (elec-deniel)


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... gingen nicht auch so etwas ... ?
auf jeden Fall preiswerter
Bei höherer Umdrehungszahl kommt der Sensor wahrscheinlich sowieso nicht 
mehr mit :-)

https://www.banggood.com/de/30Pcs-KW12-3-Micro-Limit-Switch-With-Roller-Lever-5A-125V-OpenClose-Switch-p-1122538.html

Andi M. schrieb:
> die auf Basis dieses Sensors mit extra Auswertung
> funktionieren.

.... Schaltung angehängt, häufig wird der LM393 verwendet.:-)

: Bearbeitet durch User
von Michel M. (elec-deniel)


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von Florian R. (seanlabor)


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Lothar M. schrieb:
> Florian R. schrieb:
>> ich möchte mir eine Lichtinstallation basteln, wie auf folgendem Foto zu
>> sehen ist.
> Warum fällt mir, wenn ich das Bild so mit der Dame so betrachte, auf
> Anhieb "Reedkontakt" ein?
>
> Ich würde da aber sogar noch eins weitergehen und die Stange, an der die
> Tafeln montiert sind, so als "Stromschiene" gestalten, dass einfaches
> Drehen der aufgeschobenen Tafeln einen Stromkreis schließt und die LED
> anschaltet.
>
> Mit einer "Plusleitung" oben und einer "Minusleitung" unten an der
> "Stromschienenstange" lässt sich da ganz einfach was ausdenken...

>Muss da wirklich hinter jedes Täfelchen ein Neigungssensor? Sollen die
>LEDs je nach Neigung gedimmt werden?
>Ansonsten würde ich auf die Sensoren verzichten und lieber mit
>Schleifkontakten, o.ä. arbeiten.

Die Platten sollen in vertikaler Stellung unbeleuchtet und bei Neigung 
beleuchtet sein.
Ich hab mal eine Zeichnung angehängt. Der Vorteil des Neigungssensor 
wäre, dass die ganze Konstruktion simpler gehalten wird. Ich muss keinen 
Kontakt mit einem statischen Bauelement herstellen muss, z.B. Rückwand 
und die Kabel werden einfach durch das Rohr geführt.


>Neulich habe ich aus einem alten Tuergong ein Quecksilberschalter
>extrahiert. Das waere natuerlich auch noch was. Der kann sicher auch den
>vollen Strom schalten. Und der Reiz des Verbotenem haengt ihm auch noch
>an!

Ja die würden wahrscheinlich zuverlässiger als die SWD520 schalten, aber 
find ich vom Umweltaspekt her nicht so toll.

: Bearbeitet durch User
von Michel M. (elec-deniel)


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schöne Idee, ginge aber auch mit einem kurzen Kontakt und nachgelegtem 
FlipFlop,
preiswerter, umweltfreundlicher und leichter zu installieren ... :-)

von Florian R. (seanlabor)


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Michel M. schrieb:
> schöne Idee, ginge aber auch mit einem kurzen Kontakt und nachgelegtem
> FlipFlop,
> preiswerter, umweltfreundlicher und leichter zu installieren ... :-)

Verstehe nicht ganz wie du das meinst. Kannst du das bitte nochmal 
ausführen?

>.... Schaltung angehängt, häufig wird der LM393 verwendet.:-)

Versteh ich leider auch nicht ganz, will ja keine Arduino Steuerung oder 
ähnliches einbauen.

Hab nochmal ein paar Berechnungen angestellt. Macht das Sinn?:

Um einen Vorwiderstand einbauen zu können benutze ich einen 
Spannungsquelle mit 15V.
Bei 1,5W und 12V laufen die LEDs mit 125mA. Bei einer 
Versorgungsspannung von 15V benötige ich einen Vorwiderstand für die 
LEDs (R1, R2) von jeweils (15-12V)/0,125A=24 Ohm.

Bei 2x 1,5W 12V Leds fließen 250mA. Um den Transistor voll 
durchzuschalten nehme ich den Kollektor/Basis Faktor 10. Dazu muss ich 
die Transistorbasis mit 25mA ansteuern.

Bei 15V ergibt das einen Widerstand von 600 Ohm für R3.
15V/0,025A=600 Ohm

Bei 15V und 250mA für die LEDs brauche ich einen Widerstand zum 
Kollektor von 15V/0,25A=60 Ohm. R1 und R2 ergeben einen Gesamtwiderstand 
von 24*24/24+24=12 Ohm. Ergibt 60-12=48 Ohm für R4.

Dazu einen Widerstand von 10k Ohm in R5 um den Transistor zu sperren.

Da die LEDs einen Verbrauch von 3W haben nehme ich einen Transistor mit 
5W:
SC 2314 Bipolartransistor, NPN, 45V, 1A, 5W, TO-126

: Bearbeitet durch User
von mIstA (Gast)


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Florian R. schrieb:
> Bei 15V und 250mA für die LEDs brauche ich einen Widerstand zum
> Kollektor von 15V/0,25A=60 Ohm.

Okay, wenn durch diesen 60 Ohm Widerstand 250mA fließen, dann fallen an 
ihm also 15V ab; dann bleiben Dir für die Vf der LEDs und die Uce des 
Transistors noch genau wieviel Volt?

Florian R. schrieb:
> Da die LEDs einen Verbrauch von 3W haben nehme ich einen Transistor mit
> 5W

Du mußt neben dem LED-Verbrauch auch den Verbrauch der Vorwiderstände 
mitberücksichtigen, das sind immerhin 3V * 250mA, also 750mW; dein 5W 
Transistor reicht dafür zwar, aber einkalkulieren muß man diese 
Verlustleistung schon.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Florian R. schrieb:
> Da die LEDs einen Verbrauch von 3W haben nehme ich einen Transistor mit
> 5W
Es bringt nichts, einen Transistor mit 5W zu "nehmen", denn wenn der 
Transistor tatsächlich 5W verheizt, dann musst du ihn unbedingt mit 
einem Kühlkörper kühlen. Mit 5W kann man nämlich schon löten...

Aber zum Glück werden am Transistor nie 5W anfallen, wenn/weil der im 
Schalterbetrieb arbeitet und dann die anfallenden 200mA zusammen mit 
geschätzten 0,5V UCEsat grade mal 100mW ergeben.

mIstA schrieb:
> Du mußt neben dem LED-Verbrauch auch den Verbrauch der Vorwiderstände
> mitberücksichtigen, das sind immerhin 3V * 250mA, also 750mW;
Von den verbleibenden 3V fällt am Transistor auch noch ein halbes Volt 
ab.

Florian R. schrieb:
> Die Platten sollen in vertikaler Stellung unbeleuchtet und bei Neigung
> beleuchtet sein.

> und die Kabel werden einfach durch das Rohr geführt.
Du stellt dir das "Kabel durch das Rohr führen" evtl. ein wenig 
romantisch vor. Denn das Rohr ist ja zuerst einmal "dicht", da schiebt 
man kein Kabel durch. Also muss da ein Loch rein. Und weil da durch ein 
Kabel muss, muss dieses Loch entgratet werden, denn sonst scheuert das 
Kabel nach ein paar Bewegungen durch.
Und wenn das Ding endlich mal läuft, und du 20x20 = 400 Kabel durch das 
Rohr gefrickelt hast, dann geht das Gelecke los: wie kannst du das Ganze 
reparieren?
Denn so eine Reparatur musst du bei etwas, wo unbedarfte Leute dran 
dürfen, zwingend einkalkulieren!

> Der Vorteil des Neigungssensor
> wäre, dass die ganze Konstruktion simpler gehalten wird.
Hast du mal ausprobiert, wie "gut" und "genau" diese Schalter schalten? 
Du wirst überrascht sein.
Und diese "max. 20mA" der Schalter sind nicht für "Dauerbetrieb" 
geeignet. Wenn du damit tatsächlich immer 20mA schaltest, dann verbrennt 
dir die hauchdünne Vergoldung der mickrigen Kugel da drin ratzfatz und 
du hast nur noch unzuverlässig Kontakt.

> Ich hab mal eine Zeichnung angehängt.
Und ich würde da jetzt "einfach" ein Rohr der Länge nach durchtrennen 
und die beiden Hälften auf einen isolierenden Rundstab kleben. Dann oben 
plus und unten minus anschließen, und ich könnte die LED Elemente 
beliebig auf diesen Stab auffädeln und auch beliebig positionieren.
Und durch das Auffädeln können defekte Panels ganz leicht ausgetauscht 
werden.

Zudem dürfen sich die Panels ja gar nicht so leicht drehen, weil sie 
sonst "wegkippen". Durch die Schleifkontakte ließe sich die Haltekraft 
leicht einstellen. Und wenn Nuten ins Rohr gefräst werden, könnten sogar 
"Rastungen" helfen, die Panels auszurichten.

Und du könntest so wie es in dem Foto ganz oben auch aussieht, die 
"untere" bzw. "obere" LED ganz einfach "getrennt" einschalten, je 
nachdem, wie herum das Panel gekippt wurde (siehe Skizze).

Für die Schleifkontakte mal nach "Pogo-Pins" suchen. Dann lassen sich 
sogar die Schleifkontakte (=Verschleißteile) leicht austauschen.

: Bearbeitet durch Moderator
von Erklärbär (Gast)


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Florian R. schrieb:
> Habe mehrere bestellt, das muss ich nochmal ausprobieren.
>
> 2835 SMD LED haben 6V, könnte aber etwas fummelig mit dem löten werden.
> 
https://de.aliexpress.com/item/4000131054698.html?spm=a2g0s.9042311.0.0.c9364c4dsIv6Je
> Oder sowas mit 12V
> 
https://de.aliexpress.com/item/32990613126.html?spm=a2g0s.9042311.0.0.c9364c4dsIv6Je

Das sind grundsätzlich verschiedene Teile, die Du da verlinkt hast.

Die "6Volt"-LED, das sind Teile, wo sich eine oder mehrere LEDs im 
Gehäuse befinden. Die angegebene Spannung stellt sich ungefähr(!) beim 
Nennstrom ein. Du könntest die 6Volt-LED mit einem Vorwiderstand an 
12Volt betreiben. Die gewünschte Helligkeit kannst Du über den Strom 
(nicht die Spannung) einstellen. Wärmeableitung nicht vergessen. Die 
Teile haben keine Linse, und daher eine gute Lichtstreuung.

Die "12-Volt"-LED ist bereits mit Vorwiderstand verkabelt, und kann ohne 
weiteres an der angegebenen Spannung angeschlossen werden. Hier hat eine 
weiße LED max. 60 mW, und steckt in einem Gehäuse, das wie eine Linse 
wirkt. Das ergibt nur einen rel. kleinen Lichtpunkt.

von HildeK (Gast)


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Florian R. schrieb:
> Um einen Vorwiderstand einbauen zu können benutze ich einen
> Spannungsquelle mit 15V.
Ok.
> Bei 1,5W und 12V laufen die LEDs mit 125mA. Bei einer
> Versorgungsspannung von 15V benötige ich einen Vorwiderstand für die
> LEDs (R1, R2) von jeweils (15-12V)/0,125A=24 Ohm.
Ich kenne die LEDs nicht. Wenn die tatsächlich mit 12V betrieben werden, 
dann ist das so richtig. Hilfreich wäre ein Link auf das Datenblatt.

> Bei 2x 1,5W 12V Leds fließen 250mA. Um den Transistor voll
> durchzuschalten nehme ich den Kollektor/Basis Faktor 10. Dazu muss ich
> die Transistorbasis mit 25mA ansteuern.
Das hängt stark vom Stromverstärkungsfaktor des Transistors ab (Link auf 
Datenblatt? - ich habe nicht danach gesucht), ob du mit dem Faktor 10 
rechnen musst oder ob es auch mehr sein kann mit der Folge, dass weniger 
Basisstrom auch genügt. Z.B. mit einem BC337-40 könnte man durchaus mit 
dem Faktor 20 oder 30 rechnen, also IB=10mA und damit R3 = 1.2kΩ ... 
1.5kΩ.
Aber im Prinzip stimmt das.

> Bei 15V ergibt das einen Widerstand von 600 Ohm für R3.
> 15V/0,025A=600 Ohm
Um genau zu sein: (15-0.7V)/25mA = 570Ω, aber so genau ist das nicht. 
Normreihe 560Ω oder 620Ω, eher die 620Ω.
>
> Bei 15V und 250mA für die LEDs brauche ich einen Widerstand zum
> Kollektor von 15V/0,25A=60 Ohm. R1 und R2 ergeben einen Gesamtwiderstand
> von 24*24/24+24=12 Ohm. Ergibt 60-12=48 Ohm für R4.
Nein, das ist falsch.
Du hast doch oben schon richtig erkannt, dass 3V (bzw. 2V bis 2.5V, 
siehe unten) an einem Widerstand abfallen müssen und hast auch richtig 
R1 und R2 zu je 24Ω berechnet. Aber dann ist doch schon alles gut, die 
LEDs haben ihre 12V: du brauchst R4 nicht mehr! Also: R4=0.
Alternativ: du kannst auch R1 und R2 weglassen und dann R4 zu 3V/0.25A = 
12Ω nehmen.
Nicht berücksichtigt wurde bisher, dass am Transistor auch noch etwa 
0.5V bis 1V zwischen C und E abfallen werden, also eher 2.3V/0.25A = 9Ω 
bis 10Ω nehmen (oder für R1 und R2 dann halt je 18Ω bis 20Ω).
Allerdings: mit den Werten R4=12Ω oder R1 = R2 = 24Ω liegt man auch 
nicht so falsch, es gibt halt etwas weniger durch die LEDs; du wirst es 
kaum bemerken.

von M.A. S. (mse2)


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Günter Lenz schrieb:
> Nimm eine Emitterschaltung, keine Kollektorschaltung.
Ack!

Das Verwenden der falschen Transistorgrundschaltung (Kollektor- statt 
Emitter-...) scheint ein weiter verbreiteterer Fehler zu sein als die 
Schreibweise "Wiederstand".

von Michel M. (elec-deniel)


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: Bearbeitet durch User
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