Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Problem bei der Ansteuerung eines Transistor als Schalter mit PWM Signal


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von André (trustme)


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Hallo zusammen,

ich möchte eine Rückfahrkamera am Rückfahrlicht betreiben. Das Problem 
ist, das wohl zur Regulierung einer gleichmäßigen Hellichkeit ein PWM 
Signal eingesetzt wird. Das konnte ich mit meinem Oszi bestätigen. Das 
Signal hat 100Hz, wenn der Motor läuft.
Im ersten Versuch habe ich dieses Signal gleichgerichtet mit einer 
Diode, einem Widerstand und einem Elko, was im Wesentlichen auch 
funktioniert hat. Die Kamera scheint aber sehr empfindlich, so dass das 
Bild Streifen hat.
Meine Überlegung ist nun, ein Dauerplus anzuzapfen und über einen 
Transistor als Schalter mit dem Rückfahrscheinwerfer an der Basis zu 
schalten.
Damit das klappt, muss ich das Signal ja auch glätten, da ich ja das 
Dauerplus stabil schalten möchte. Dazu habe ich auch einen Elko 
eingesetzt, siehe angehängte Schaltung.
Der Transistor hat laut Datenblatt eine Verstärkung von ca. 250..600. 
Gehe ich davon aus, dass die Kamera nicht mehr als 300mA braucht und ich 
eine Verstärkung von 300 annehme, sollte ein I BE von 1mA eigentlich 
genügen, entsprechend habe ich den R dimensioniert.

Scheinbar habe ich irgendwo aber noch einen Denkfehler. Denn obwohl ca. 
10,5V über der Kamera anliegen, funktioniert diese nicht.
Und, wenn ich das Rückfahrlicht ausschalte, sehe ich, wie sich der 
Transistor nur sehr sehr langsam entläd.

Habt ihr dazu eine Idee? Hab ich ein grundsätzliches Problem oder falsch 
dimensioniert?
Danke euch!

MfG,
TrustMe

: Verschoben durch Moderator
von Sherlock 🕵🏽‍♂️ (rubbel-die-katz)


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Du benutzt den Transistor falsch. Am Emitter kommen immer 0,7 weniger 
heraus, als an der Basis hinein gehen.

Um mit einem positiven Steuersignal den Plus-Pol zu schalten, brauchst 
du zwei Transistoren (einen NPN und einen PNP). Du brauchst aber auch 
einen Schmitt-Trigger, damit die Transistoren wirklich Schalten. 
Ansonsten hast du ein analoges Konstrukt, welche die 
Versorgungs-Spannung der Kamera in mehreren Schritten hoch fährt, und 
kontinuierlich wieder absinken lässt. Damit wird die Kamera nicht gut 
zurecht kommen. Du riskierst damit, Fehlfunktionen auszulösen, wobei sie 
eventuell sogar ihre Firmware verliert. Außerdem wird der Transistor 
heiß.

Außerdem riskierst du, den PWM Ausgang deines Steuergerätes vom Auto zu 
überlasten. Bei 12 Volt und 1 Ohm fließen immerhin satte 12 Ampere 
zusätzlich zu dem normalen Strom, für den das Gerät gebaut wurde.

Ich rate zu einem NE555 als retriggerbares Monoflop beschaltet. An 
dessen Ausgang hängst du ein robustes KFZ Relais, das die 
Stromversorgung der Kamera schaltet. Das wird den Einschaltstrom der 
Kamera problemlos vertragen.

> Der Transistor hat laut Datenblatt eine Verstärkung von ca. 250..600.

Bei 300 mA verstärkt er nur ungefähr um Faktor 120 bis 350.

Zum Verständnis von Transistorschaltungen empfehle ich den Artikel 
http://stefanfrings.de/transistoren/

: Bearbeitet durch User
von André (trustme)


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Hallo,
danke für die Antwort.
Leider übersteigt das wohl meine dürftigen Grundkenntnisse in der 
Richtung und meine Bauteilekrabbelkiste ist beschränkt.
Was ich aber nicht verstehe, in allen Schaltungsbeispielen, die ich zum 
Thema Transistor als Schalter gesehen habe, ist die Schaltung ziemlich 
genau so aufgebaut. Wo ist da mein Denkfehler?
Bspw. hier ist das zumindest nach meinem Verständnis genau so 
beschrieben, nur das ich noch das Problem mit dem PWM Signal habe.
https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0208031.htm

Oder auch hier: 
https://elektronikbasteln.pl7.de/berechnung-transistor-als-schalter

Wäre es eine Verbesserung, wenn ich die Kamera in die 
12V-Collector-Strecke baue, statt in die Emitter-GND-Strecke?

Besten Dank,
TrustMe

von Thomas (werists)


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André schrieb:
> Oder auch hier:

Da hängt die Last aber nicht am Emitter, sondern am Kollektor.
Die Schaltvariante invertiert halt, deshalb der Hinweis von Sherlock auf 
die Notwendigkeit von zwei Transistoren.

von André (trustme)


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Verstehe ich also richtig, dass es auch eine Lösung sein kann, die 
Kamera einfach zwischen Dauerplus und Kollektor zu hängen?
Das wäre ja kein Problem.

Danke,
TrustMe

von Jens G. (jensig)


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André schrieb:
> Verstehe ich also richtig, dass es auch eine Lösung sein kann, die
> Kamera einfach zwischen Dauerplus und Kollektor zu hängen?
> Das wäre ja kein Problem.
>
> Danke,
> TrustMe

Ja, wenn die Kamera keine sonstige Verbindungen zu anderen Teilen im 
Stromnetz hat. Die Notwendigkeit, den Basisstrom zu erhöhen, bleibt aber 
nach wie vor.

: Bearbeitet durch User
von Sherlock 🕵🏽‍♂️ (rubbel-die-katz)


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André schrieb:
> Wo ist da mein Denkfehler?

Du benutzt den Emitter als Ausgang. Wie gesagt ist die Spannung am 
Emitter immer 0,7V niedriger, als an der Basis. In der Anwendung als 
Schalter muss man den Kollektor als Ausgang verwenden. Lies die 
empfohlene Webseite, die habe ich extra für Fälle wie diesen 
geschrieben. Die Frage kommt alle par Wochen von wechselnden Personen.

André schrieb:
> Wäre es eine Verbesserung, wenn ich die Kamera in die
> 12V-Collector-Strecke baue, statt in die Emitter-GND-Strecke?

Ganz schlechte Idee, denn damit trennst du nicht ihre Stromversorgung 
sondern GND. Das kann fatale Folgen für die Kamera und den Monitor 
haben. Unterbreche niemals GND von Teilen, die noch am Strom hängen. 
Niemals! Es sei denn, du weisst 100% genau, welche Folgen das für alle 
beteiligten Komponenten hat, und dass diese dafür ausgelegt sind.

: Bearbeitet durch User
von André (trustme)


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OK, schau ich mir an.
Danke!

MfG,
TrustMe

von Rolf (rolf22)


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André schrieb:
> Was ich aber nicht verstehe, in allen Schaltungsbeispielen, die ich zum
> Thema Transistor als Schalter gesehen habe, ist die Schaltung ziemlich
> genau so aufgebaut. Wo ist da mein Denkfehler?

Ziemlich ganz anders, würde ich sagen.
Wenn du den Transistor korrekt gezeichnet hättest, nämlich mit dem 
Emitterpfeil, dann hättest du gesehen, dass die BE-Diode des Transistors 
und die Diode am PWM-Eingang bei dir gegensätzlich gepolt sind. Der BC 
328 ist ja ein PNP-Transistor. So kann gar kein Basisstrom fließen.

> wenn ich das Rückfahrlicht ausschalte, sehe ich, wie sich der
> Transistor nur sehr sehr langsam entläd.

Transistoren laden/entladen sich nicht. Was sich entlädt, das ist der 
670-µF-Kondensator. Die Zeitkonstante dabei wäre 670 µF * 7,7 kOhm = 5 
Sekunden; tatsächlich ist sie noch seeehr viel länger, weil der 
Entladestrom über den Transistor und die Kamera fließen muss.

> Oder auch hier:
> https://elektronikbasteln.pl7.de/berechnung-transistor-als-schalter

Genau hinsehen: Dort wird ein NPN-Transistor verwendet und die 
geschaltete Last liegt am Kollektor. Beides ist bei dir nicht so.

Sieh dir mal diese Bilder an:
https://www.mikrocontroller.net/attachment/129056/transistor-verstehen.png

von Sherlock 🕵🏽‍♂️ (rubbel-die-katz)


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Rolf schrieb:
> Der BC 328 ist ja ein PNP-Transistor.

Ach, das auch noch. Habe ich übersehen. Ich habe mich auf die 
Beschriftung von B C und E verlassen.

von André (trustme)


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Ah, mit entladen meine ich natürlich den Kondensator und nicht den 
Transistor.
Den Rest guck ich mir nochmal an.

MfG,
TrustMe

von André (trustme)


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Es ist ein BC 338-40, den ich genutzt habe. Von NPN oder PNP kann ich im 
Datenblatt nichts lesen. Ich weiß nicht, was dann "das auch noch" 
bedeutet.
Danke vielmals, dass ihr mir gezeigt habt, wie viel ihr wisst und wie 
wenig ich weiß. Sicherlich ein erhebendes Gefühl.
Ich werde das dann wohl einfach bleiben lassen.
Beste Grüße!

TrustMe

von Sherlock 🕵🏽‍♂️ (rubbel-die-katz)


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André schrieb:
> Von NPN oder PNP kann ich im Datenblatt nichts lesen.

Zweite Zeile links oben
https://www.mouser.com/datasheet/2/149/BC337-193546.pdf

> Ich weiß nicht, was dann "das auch noch" bedeutet.

Es bedeutet, dass NPN versus PNP auch nich wichtig ist.

: Bearbeitet durch User
von Re (r42)


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André schrieb:
> Leider übersteigt das wohl meine dürftigen Grundkenntnisse in der
> Richtung und meine Bauteilekrabbelkiste ist beschränkt.

Spricht eigentlich irgendwas dagegen, hier ein ganz ordinäres Relais zum 
Schalten einzusetzen?

Dann könnte man potentialfrei Schalten, der Schaltvorgang ist eindeutig 
und ohne Spannungsverluste und die Schaltung würde die 
selbsteingeschätzten Grundkenntnisse nicht übersteigen. Freilaufdiode an 
der Relaisspule könnte man ja gesondert ansagen.

Mit PWM müsste das Relais bei defensiver Auslegung auch zurechtkommen.


my2¢ (re)

von André (trustme)


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Nein, grundsätzlich spricht da nichts dagegen. Hab ich nur nicht hier. 
Ein paar Kisten Transistoren, Widerstände und sonstige Sachen habe ich.
Ich dachte nur, es wäre auch einfach möglich, dafür einen Transistor 
einzusetzen, das scheint ja aber nicht der Fall zu sein.

MfG,
TrustMe

von Georg M. (g_m)


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LTspice

von André (trustme)


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Ich glaube, jetzt habe ich das grundsätzliche Problem verstanden. Der 
Strom fließt nicht in die Basis rein, sondern aus der Basis raus, was in 
Anbetracht der Diode schwierig ist. 🤔

MfG,
André

von Carypt C. (carypt)


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Transistoren verwendet man meistens in der Emitter-schaltung.
Michael B emppfiehlt hier meistens einen High-Side-Switch für den 
Automotive-Bereich ((das wäre also ein PNP-Mosfet)), ist wohl so üblich. 
https://www.elektormagazine.com/articles/high-side-low-side-switching

Über die grünen Doppelpfeile navigieren 
(service-anhang-halbleitertechnik) 
https://www.radartutorial.eu/21.semiconductors/hl23.de.html

: Bearbeitet durch User
von Thomas S. (Firma: Chipwerkstatt) (tom_63)


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Warum schaltet man sowas - im Auto - nicht mit einem Relais?

von Thomas S. (Firma: Chipwerkstatt) (tom_63)


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Ah, das mit dem Relais hatte vor auch schon einer erwähnt. Hae ich erst 
hier gesehen.

von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


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von André schrieb:
>Scheinbar habe ich irgendwo aber noch einen Denkfehler.

Ja, daß ist eine Kollektorschaltung, und die hat eine
Gegenkopplung. Du kannst den 7,7kOhm weglassen, die
Gegenkopplung begrenzt den Basisstrom.

https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0204133.htm

von André (trustme)


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Tatsächlich klappt es jetzt mit meiner Schaltung. Das Problem war, dass 
der Pluspol, den ich für ein Dauerplus gehalten habe, auch ein PWM-Plus 
war. Hätte ich wohl doch Mal das Oszi dran halten sollen.
Hab ich aber erst rausgefunden, nachdem ich schon Relais bestellt habe. 
Naja, ich werde wohl trotzdem ein Relais verbauen jetzt.

MfG,
TrustMe

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