Hallo zusammen, ich habe seit Jahren eine Emitterschaltung in Betrieb und mach jetzt sozusagen Vergangenheitsbewältigung ;) Die zentrale Frage: Wie berechnet man den Widerstand zwischen Basis und Masse? Ich beziehe mich mal auf folgenden Artikel Abschnitt 2: https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/powsw1.htm Ich habe im Prinzip eine Schaltung nach Bild 1.1 mit folgenden Parametern: Ue = 12 V Ub = 5 V R1 = 100 kOhm R2 = 22 kOhm R3 = 10 kOhm Transistor BC547B R1 hab ich gewählt damit der Basisstrom niedrig ist und das Signal Ue nicht beeinflusst. R3 hab ich berechnet, damit der Transistor in Sättigung ist. Aber der R2 macht mir Kopfzerbrechen.... Also mit R2 kann ich die Schaltschwelle vom Transistor einstellen und er zieht die Basis auf Masse wenn der Eingang undefiniert wäre. Laut dem Artikel soll der Querstrom durch R1 und R2 gut dreimal so hoch sein wie der Basisstrom. Der Querstrom Iq dürfte meiner Meinung nach nur durch R2 gehen. Durch R1 geht doch I = Ib+Iq, oder nicht? Wenn ich meinen Messungen glauben darf zumindest schon. Mit dieser Annahme und der Forderung Iq = 3*Ib kann ich R2 berechnen: R2 = U_BE/(3/4 *I) In diesem Beispiel wäre R2 = 7,788 kOhm also müsste man einen 10 kOhm Widerstand nehmen. Mit R2 = 10 kOhm berechnet sich das Verhältnis (ich erspar euch die einzelnen Rechenschritte) Iq/Ib = 1,4. Und das is kleiner als die geforderten 3. Um das Verhältnis zu erhöhen müsste R2 kleiner werden (bei gesetztem R1). R2 = 4,7 kOhm geht aber auch nicht denn die Schaltschwelle des Transistors wird dann nicht erreicht. Mit Umformen der Gleichung aus dem Artikel berechnet man R2_min so: R2_min = (R1*U_BE)/(Ue-U_BE) = 5820 Ohm Man könnte R1 erhöhen auf 220 kOhm, dann muss R2_min aber 12804 Ohm bzw. 22 kOhm betragen. Dann liegt das Verhältnis Iq/Ib aber wieder bei 1,36. Egal wie ich rechne ich komme nie auf einen Wert >3. Also was mache ich falsch? Ich hab mir die Schaltung aufgebaut und mit verschiedenen R2 Messungen gemacht: ================================== R2 = 10 kOhm: I = 0,111 mA Ib = 0,045 mA Iq = 0,064 mA U_Schaltgrenze = 7,26 V -> Schaltung funktioniert ================================== R2 = 22 kOhm: I = 0,110 mA Ib = 0,081 mA Iq = 0,028 mA U_Schaltgrenze = 3,66 V -> Schaltung funktioniert ================================== R2 = 47 kOhm: I = 0,118 mA Ib = 0 mA Iq = 0,118 mA U_Schaltgrenze = 2,01 V (berechnet) -> Transistor schaltet nicht??? Warum kein Basisstrom? ================================== Also I = Ib+Iq dürfte stimmen. Iq sinkt prinzipiell auch mit steigendem R2. Außer bei R2 = 47 kOhm. Was passiert da mit dem Basisstrom? Die Messung passt nicht ins Bild. Das führt mich auch zu der Frage, was ist der kleinste Ib? Ein gewisser Basisstrom muss gewähleistet sein, oder? Ich hab jetz ein Gefühl für die Sache und kann R2 schätzen, aber wie berechnet man den jetzt korrekt? Vielen Dank schon mal für eure Hilfe! schönen Abend noch...
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Gucks'tu Kennlinie Stichwort: Einstellung Arbeitspunkt: https://sick-fm.de/e/transistor-52.jpg
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Sebastian schrieb: > R1 hab ich gewählt damit der Basisstrom niedrig Eigentlich der falsche Ansatz. Man fängt mit R3 an, was muss der Transistor schalten. 10k sind ja gerade mal 1.2mA, meistens ist es mehr, z.B. 20mA einer LED oder 1A eines Motors (was der BC547 nicht schafft). Aus den geschalteten 1.2mA geht man ins Sättigungsdiagramm im Datenblatt des Transistors https://www.alldatasheet.net/datasheet-pdf/marking/546585/NXP/BC547.html Die schlagen IC/IBx20 vor, also 60uA Basisstrom. Extrem wenig und wohl kaum eine Belastung für dein Ub, üblicherweise hat man Milliampere. Damit aus 5V 60uA auf 0.8V an der Basis fliessen reicht ein R1 von 70k (68k). Der R3 ist NUR nötig wenn der Ub Eingang offen sein könnte. Dann soll er Leckströme ableiten damit der Transistor aus bleibt. Bei den Leckströmen geht es auch um uA, 100k reichen also, leitet 8uA ab die eingeschaltet zusätzlich über R1 fliessen müssen, also 68uA bei 4.2V macht 61k. Die 8uA Leckstrom sind geraten. Der Leckstrom von C an 12V und B offen ist viel kleiner, das Datenblatt sagt 15nA. Aber wer weiss von woher Strom in die nicht angeschlossene Basiszuleitung fliessen könnte. Es ist also nicht verkehrt, mehr anzunehmen.
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Hallo, danke für die Tipps, aber ich werde daraus nicht schlau. Bradward B. schrieb: > https://sick-fm.de/e/transistor-52.jpg Wie liest sich das Kennfeld jetzt richtig? Fange ich mit U_B an? Das müsste in dem Fall U_BE sein? Wenn ich dann nach links schaue und hoch gehe, bin ich mit I_B = 0,0113 mA nicht ganz daneben. Das Kennfeld ist ohnehin von einem anderen Tranisitor, aber nur dass ich das Vorgehen verstehe. Wenn ich dann über die Strom- Steuerkennlinie nach rechts gehe bin ich bein einem I_C von ca 90 mA. Da bin ich weit daneben. Und dann weiter? Michael B. schrieb: > Man fängt mit R3 an, was muss der Transistor schalten. Da hast du recht, das macht natürlich Sinn. Ich schalte aber keine Last mit dem Transistor, ich zähle die Flanken mit Arduino oder Raspi. Also ich brauch keinen großen Kollektorstrom. Von welcher Seite man jetzt auch anfängt, im Endeffekt müssen R1 und R3 im richtigen Verhältnis stehen und das kann ich mit der Stromverstärkung berechnen. Michael B. schrieb: > Damit aus 5V 60uA auf 0.8V an der Basis fliessen reicht ein R1 von 70k > (68k). Du meinst 12V oder? Aber im Endeffekt betrachte ich in weiterer Folge auch unterschiedliche Eingangsspannungen. Michael B. schrieb: > Der R3 ist NUR nötig wenn der Ub Eingang offen sein könnte. Du meinst R2, oder? Ja, und man kann die Schaltschwelle damit erhöhen. Aber wie man jetzt R2 genau bestimmt, lese ich aus euren Antworten leider nicht raus. Danke und LG
Sebastian schrieb: > ich werde daraus nicht schlau. merke ich auch, gehe noch mal zurück zum Anfang! 1. du willst schalten, warum also Spannungsteiler und wo? das liest sich eher wie Verstärker mit Arbeitspunkteinstellung. 2. du beziehst dich auf ein Bild: Sebastian schrieb: > nach Bild 1.1 die sind aber nicht beschriftet und einen Link aufs Bild konntest du nicht setzen? Trollst du oder hast du das falsche Hobby?
Sebastian schrieb: > > Du meinst 12V oder? Aber im Endeffekt betrachte ich in weiterer Folge > auch unterschiedliche Eingangsspannungen. > Du hast von Anfang an UB und UE verwechselt. Natürlich wird mit 5V geschaltet (und UB=12V)
Sebastian schrieb: > Ich schalte aber keine Last mit dem Transistor, ich zähle die Flanken > mit Arduino oder Raspi. Also ich brauch keinen großen Kollektorstrom. Also brauchst du überhaupt keinen verstärkenden Transistor.
1 | 12VSignal---100k--Arduinoeingang |
Fertig.
Sebastian schrieb: > ich habe seit Jahren eine Emitterschaltung in Betrieb > Die zentrale Frage: Wie berechnet man den Widerstand zwischen Basis und > Masse? Deine erste Frage sollte sein: Was ist die Aufgabe deiner Transistorschaltung: Soll sie linear oder als Schalter arbeiten? Hast Du eine nieder- oder hochohmige Quelle? Wie stark wird Dein Ausgang belastet? Benötigst Du eine besonders niedrige EC-Schwellspannung? Danach richtet sich dann die gesamte Dimensionierung. Wobei ich den Wert für R2 nicht grossartig berechnen würde, sondern ihn einfach über den Daumen peilen würde.
Joachim B. schrieb: > 1. du willst schalten, warum also Spannungsteiler und wo? das liest sich > eher wie Verstärker mit Arbeitspunkteinstellung. Der zusätzliche R2 in der Basisschaltung ergibt einen Spannungsteiler mit R1. Sinn von R2 ist weniger Störanfälligkeit. Es geht um Abschnitt 2 des verlinkten Artikels, in dem die Bilder sehrwohl beschriftet sind. Die dort beschriebene Berechnung von R2 ergibt für mich keinen Sinn, darum gehts. Iq = 3*Ib kann nicht erreicht werden nach meinen Berechnungen/Messungen. Ich brauch keine Verstärkung, ich will nur pegelwandeln. Ein Rechtecksignal wird in ein kleineres invertiertes Rechtecksignal gewandelt. Und das funktioniert auch alles, mit oder ohne R2. Harald W. schrieb: > Wobei ich den Wert für R2 nicht grossartig berechnen würde, > sondern ihn einfach über den Daumen peilen würde. So habe ich es bis jetzt gemacht, ich möchts nur besser verstehen. Joachim B. schrieb: > Trollst du oder hast du das falsche Hobby? und ich bleib bei meinen Hobbys, danke. LG
Sebastian schrieb: > aber ich werde daraus nicht schlau. Ich auch nicht. Prosa ist der denkbar schlechteste Weg für einen Schaltplan. Zeichne ihn eben mit der Hand. Und es ist wenig anschaulich, eine Stufe für sich losgelöst im leeren Raum zu betrachten. Beschreibe, was treibt den Eingang und was ist die Last. Vielleicht brauchst Du ja gar keine Verstärkung. Z.B. eine Anzeige-LED kann ein µC (ATmega8) direkt treiben. Nur der Widerstand zur Stromeinstellung ist zu berechnen. µCs ist es auch in der Regel vollkommen schnurz, ob Du eine 0 oder eine 1 als "Eingeschaltet" vereinbarst. Man macht es daher oft so, daß sich der geringste Schaltungsaufwand ergibt. Heutzutage bevorzugt man MOSFETs als Schalter, die brauchen keinen Basiswiderstand. Und außerdem können sie besser leiten, d.h. auch für große Ströme wird viel weniger Leistung verheizt. Gerade im industriellen Umfeld spart das enorm an Kosten und erhöht die Zuverlässigkeit. Gehen Leitungen nach außen, schaltet man Kontakte, Sensoren und Lasten gerne gegen GND. Man muß dann keine VCC nach außen führen, d.h. bei einem Kurzschluß bricht nicht die Versorgung ein. Der µC kann also noch eine Störung melden.
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Also ist wohl keine Auslegung auf unverzerrten NF-Betrieb nötig ?! Sondern es braucht eine (selten) schaltende Endstufe? Eine solche hat natürlich zwei "Arbeitspunkte" oder Zustände, die man unter Berücksichtigung der Verlustleistungshyperbel im Kennlenienfeld wählt. Wobei man für Schaltfunktion besser FET nimmt (wie hier bereits erwähnt). Anbei ein paar Lehrbuchseiten zum Thema, Schalten mit BiPo.
Sebastian schrieb: > ich habe seit Jahren eine Emitterschaltung in Betrieb > und mach jetzt sozusagen Vergangenheitsbewältigung ;) > > Die zentrale Frage: Wie berechnet man den Widerstand > zwischen Basis und Masse? > > Ich beziehe mich mal auf folgenden Artikel Abschnitt 2: > > https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/powsw1.htm Erstmal vorab: Lob und Anerkennung dafür, dass Du nicht nur "im Internet" irgendwelche Informationen suchst, sondern danach strebst, das Gefundene auch zu verstehen. Und weiter: Glückwunsch! Du hast eine Inkonsistenz -- manche würden auch sagen: einen Fehler -- auf der Seite von Thomas Schaerer entdeckt! Zunächst mal ist die Formulierung "...dann bilden R1 [der Längswiderstand im Basiszweig] und R2 [der Querwiderstand parallel zur Basis-Emitter-Strecke] einen Spannungsteiler", die man unter dem oben genannten Link finden kann, grenzwertig bis irreführend: Da die Basis-Emitter-Strecke zum unteren Widerstand parallelgeschaltet ist, handelt es sich um einen nichtlinear belasteten Spannungsteiler. Das hat Konsequenzen: Unterhalb von ca. 0.6V am Mittelabgriff bilden R1 und R2 in guter Näherung einen UNBELASTETEN Spannungsteiler, auf den die übliche Spannungsteilerregel angewendet werden darf. Oberhalb von ca. 0.6V am Mittelabgriff beginnt in einem solchen Maße Basisstrom zu fließen, dass die Spannung am Abgriff kaum mehr steigt (Prinzip der Spannungsstabilisierung mittels nichtliearem Element, z.B. Z-Diode). Durch die nahezu konstante Spannung über R2 ist auch der Strom durch R2 fast konstant (--> Ohmsches Gesetz). Steigt die Eingangs- spannung weiter an, muss der überschüssige Strom somit fast vollständig in die Basis fließen. Das bedeutet: 1. Durch das Verhältnis der Teilwiderstände zueinander legt man die Schaltschwelle fest. 2. Durch die Absolutwerte der Widerstände wird der Absolutwert des Basisstromes festgelegt, der bei maximaler Eingangsspannung fließt. Eine weitere frei wählbare Größe gibt es in der Schaltung nicht. Der Querstrom kann nicht unabhängig von der (relativen) Schaltschwelle gewählt werden. Die von Thomas Schaerer formulierte Forderung an den Querstrom kann im Allgemeinen bei der vorliegenden Anwendung des Transistors als Schalter nicht erfüllt werden. Anders ist es bei der Dimensionierung linearer Verstärker mit Bipolartransistoren; dort ist die Forderung üblich und sinnvoll. HTH
Hippelhaxe schrieb: > Und weiter: Glückwunsch! Du hast eine Inkonsistenz -- manche > würden auch sagen: einen Fehler -- auf der Seite von Thomas > Schaerer entdeckt! Ich denke, diese Diskussion solltest Du oder Sebastian im Forum vom elektronikkompendium wweiterführen. Wenn der Thomas da wirklich einen Fehler gemacht hat, wird er den sicherlich auch korrigieren.
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Hallo zusammen! Endlich mal jemand der sich die Mühe macht und den verlinkten Artikel auch liest, bevor er irgendwas Antwortet - vielen Dank Hippelhaxe! Hippelhaxe schrieb: > Erstmal vorab: Lob und Anerkennung dafür, dass Du nicht > nur "im Internet" irgendwelche Informationen suchst, > sondern danach strebst, das Gefundene auch zu verstehen. Danke auch dafür, aber das ist auch notwendig wenn man seine Schaltung an sich ändernde Randbedingungen anpassen will. Ich habe inzwischen weitere Messungen durchgeführt und komme im wesentlichen zu den selben Schlussfolgerungen. Ich fasse nochmal zusammen: Anbei habe ich die Schaltung nochmal aufgezeichnet (die Basis dafür stammt vom Elektronikkompendium). Es gelten dafür folgende Randbedingungen: • Am Eingang liegt ein Rechtecksignal (Pegel 5V, 12V oder was dazwischen) von z.B. einem Hallgeber, Iduktiven Sensor oder einem µC-Ausgang. • Am µC-Pin wollen wir die Flanken des pegelgewandelten Rechtecksignals zählen (mit Arduino oder Raspi, daher kann Ua 5V oder 3,3 V sein). Ich habe noch einige Messungen gemacht mit der Kombination aus verschiedenen Widerständen. Daraus ziehe ich folgende Schlüsse: • Die Bedingung I_2 / I_B >= 3 kann nicht erreicht werden. Scheinbar müsste das Verhältnis eher < 3 sein. • I ist die Summe aus I_2 + I_B wie erwartet • I_2 sinkt mit steigendem R_2 (ausgenommen bei U_S > U_e), passt auch • Es reichen Ströme im einstelligen µA-Bereich um den Transistor zu schalten, die Wiederstände können relativ hochohmig gewählt werden. • I_C ist unabhängig von den eingangsseitigen Strömen (ausgenommen bei U_S > U_e). Somit ist der Transistor in Sättigung, was auch durch das berechnete Verhältnis I_C / I_B bestätigt wird. • I_C, U_µC_High und U_µC_Low bleiben auch gleich wenn R_2 entfernt wird (ausgenommen bei U_S > U_e), wie erwartet. • R2 darf bei gegebendem R_1 sein Minimum nicht unterschreiten, da sonst die Schaltgrenze U_S über der Signaleingangsspannung U_e liegt. • Eine Obergrenze für R_2 gibt es nicht, wenn R_2 = unendlich hätte man wieder die "normale" Emitterschaltung (ohne Spannungsteiler am Eingang). Somit kann es aus mathematischer Sicht auch keine Untergrenze für das Verhältnis I_2 / I_B geben. • Bei einem sehr großen R_2 liegt die Schaltgrenze allerdings nur gering über U_BE und R_2 dient nur mehr als Pull-Down-Wiederstand für die Basis (nur sinnvoll bei undefiniertem Eingangssignal). Ich werde mal das Elektronikkompendium kontaktieren und darauf Aufmerksam machen. Falls sich daraus neue Infos ergeben, halte ich euch am laufenden. Vielen Dank und LG
Sebastian schrieb: > Ich werde mal das Elektronikkompendium kontaktieren und darauf > Aufmerksam machen. Am besten schickst Du dem Thomas direkt eine email.
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