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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Stromverstärkungsfrage beim NPN-Transistor


Autor: Hans Joachim Kempf (Gast)
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Hallo,

ich wollte mit einem PNP (BC548) 3 LED'S mit je 20mA schalten.
Die Basis geht über 1K auf den Atmel. Am Collector liegt Masse an
und am Emitter über LED's und Widerstand 5V.
Jetzt ist mir aufgefallen, daß die LED's nur schwach leuchten. Der 
Widerstand wurde aber an den Spannungsabfall des Transistors angepasst.

Wenn ich den Basiswiderstand auf 200 Ohm von den 1K reduziere, dann 
fließen genug mA, daß die LED's leuchten (ca 60mA). Allerdings wird der 
Port dann mit ca 17mA belastet. Das ist mir aber zuviel, da ich ja 5 
Pins benutzen will. Das wären ca 100mA am Prozessor-Port und eigentlich 
nich ganz der Sinn einer Verstärkerschaltung.

Mache ich irgendwas falsch beim Grundprinzip oder nutze ich nur einen 
falsch NPN?
Vielen Dank

Autor: Bernhard (Gast)
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BC548 ist NPN

Autor: Otto (Gast)
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Hallo Hans,

wie groß ist denn der LED - Vorwiderstand?

Otto

Autor: Michael U. (Gast)
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Hallo,

Du solltest ihn vielleicht nur richtig rum einbauen...
Der Emitter gehört an Masse und die LEDs über Vorwiderstände an +5V.

Falschrum betrieben hat jeder Transistor nur eine sehr geringe 
Stromverstärkung, außerdem ist die B-E-Sperrspannnung nur wenige Volt.

http://www.mikrocontroller.net/articles/Transistor

PS: jede LED braucht einen eigenen Vorwiderstand, sonst fließt duch die 
LED mit der geringsten Flußspannung ein größerer Strom.
Mag die dann nicht und ungleichmäßig hell sind sie dann auch noch.

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Hans Joachim Kempf (Gast)
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Also Emitter an Masse und vom Collector zu den LED's?

Jede LED hat einen Vorwiderstand.

Autor: Hans Joachim Kempf (Gast)
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Okay Nachtrag: Es istein NPN BC548 und Emitter liegt an Masse, Collector 
an LED mit Widerstand auf 5V. Somit also alles richtig wie mir scheint.
Aber dennoch habe ich 17mA am Port bei gerade mal 60mA an den LEDs bei 
200 Ohm Basiswiderstand. Da stimmt doch etwas nicht..

Autor: Michael U. (Gast)
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Hallo.

das Datenblatt sagt bei 1mA Basisstrom ist er auch bei 50mA 
Kollektorstrom bereits in der Sättigung, Uce rund 0,2V.

Du bist Dir sicher, daß E und C nicht vertauscht sind?

Allerdings ist ein BC548 mit 60mA schon ziemlich am Limit, die 
Sättigungsspannung steicgt da schon merklich an.
Ein BC338 wäre da günstiger.

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Winfried (Gast)
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BC548 halte ich für völlig problemlos, schätze mal Sättigungsspannung 
deutlich unter 0.2 Volt bei 60 mA. 1-5 mA Basisstrom sollten reichen, um 
60mA Collectorstrom gesättigt fließen zu lassen. Wenn nicht, ist 
irgendwas verkehrt.

Autor: Hegy (Gast)
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Warum die LED's nicht per MOSFET ansteuern. Für unser Projekt in der Fa. 
haben wir dazu BSS138 benutzt (oder wars ein BSS38?). Das gate per 51k 
an +Ub gelegt, damit das Gate einen definierten Pegel hat, wenn nicht 
verbunden und gleichzeitig dient der 51k als Pull-Up für den Portpin. 
Somit wird die Strombelastung aller Portpins sehr klein gehalten.


Autor: Michael U. (Gast)
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Hallo,

@Winfried:
naja, ich habe die Sättigungsspannung nicht geschätzt, sondern im 
Diagramm des Datenblattes nachgeschaut...
Das sagt eben nicht "deutlich unter 0,2V bei 60mA" sondern 0,2V oder 
knapp drüber. ;)
Naja, spielt im konkreten Fall auch keine wirkliche Rolle, es muß in 
jedem Fall gehen.

Ansonsten stimme ich (und das Datenblatt) voll mit Dir überein.

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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> Collector an LED mit Widerstand auf 5V.

Wie gross ist der Widerstand?

Autor: Hans Joachim Kempf (Gast)
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3,4V brauchen die Dioden. Dann kommen noch 0,7V vom Transistor hinzu. 
Macht also 4,1V. Dazu die 20mA machen ca 205 Ohm.Und davon hängen auch 3 
Stück an jeweils 3 Anoden der Dioden. An der Kathode der Collector vom 
BC548. Und bei 200 Ohm Basiswiderstand mit 17mA Portbelastung werden 
auch die anvisierten 60mA vom BC548 bereit gestellt. Aber das ist mir 
eindeutig zuviel Portbelastung mit 17mA. Das sehe ich doch richtig, 
oder?

Autor: Michael U. (Gast)
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Hallo,

UCEsat ist rund 0,2V, nicht 0,7V.
Unabhängig davon sind auch mit Deiner Rechnung:
3,4V + 0,7V = 4,1V
5V - 4,1V = 0,9V
0,9V / 20mA = 45 Ohm
Wo hast Du 205 Ohm her?

Mit 3x ca. 205 Ohm parallel rund 68 Ohm würden selbst ohne LED und 
Transistor mur 70mA fließen können.
Mit Dioden, also 5V - (3,4V + 0,2V) = 1,4V / 68 Ohm = 20mA gesamt oder 
rund 7mA pro Diode.

Keine Ahnung, wo Du also 60mA gemessen haben willst...

Mach Deinen 1k wieder in die Basis, hänge statt der Dioden einen 1k 
zwischen C und plus und messe mal Uce. Die sollte dann auf jeden Fall 
unter 0,2V liegen. Dann hänge einer Deiner Dioden + Vorwiderstand rein 
und messe Uce. Die darf nicht über 0,2V sein. Wenn doch -> Transistor 
wechseln.

Gruß aus Berlin
Michael


Autor: Hans Joachim Kempf (Gast)
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>0,9V / 20mA = 45 Ohm
>Wo hast Du 205 Ohm her?

schneller geschrieben als gedacht: ich habe mit 4,1V, nicht 0,9V 
gerechnet.

Bei 1k Basiswiderstand sind es 4mA Belastung aber es werden nur 9mA 
durchgelassen. Switche ich um auf 200 Ohm sind es 17mA bei ca 60mA...

Ich versuche mal den Transistor zu tauschen...

Autor: Hans Joachim Kempf (Gast)
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so, habe jetzt einen BC327 genommen. Bei 200 Ohm Basis habe ich 0,5mA 
Belastung bei und 7mA Verstärkung. Bei 1k Basis habe ich 1,5mA und 12mA 
Verstärkung. Fantastisch..

Autor: Hans Joachim Kempf (Gast)
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bin jetzt mit dem BC327 auf 8 Ohm Basiswiderstand runter. Die Belastung 
bleibt bei 2,2mA hängen (seit 30 Ohm) und die Verstärkung bei ca 20mA.
Also weniger also ein BC548 bei 200 Ohm Basis (ca 60mA Verstärkung)

Auch wenn die Basis direkt auf GND gelegt wird, bleibt es bei 2,2mA mit 
20mA. deprimierend.
Hab nun zum 32. Mal kontrolliert. Emitter an Masse und Collector zu den 
LED'S. Habe sie nun einfach zusammen an einem Widerstand (16 Ohm) 
angelötet, daß da ein paar mA mehr fließen können.

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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...
>ich wollte mit einem PNP (BC548) 3 LED'S mit je 20mA schalten.
Die Basis geht über 1K auf den Atmel. Am Collector liegt Masse an
und am Emitter über LED's und Widerstand 5V.
...

Hallo,
auch wenn es jetzt mit einem anderen Transistor funktioniert, sollte man 
mal die Aussage aus dem Eröffnungspost bildlich festhalten und evtl. 
analysieren, was hier schief gelaufen ist, oder?


        VCC                    VCC VCC VCC
         +                      +   +   +
         |                      |   |   |
         |                      |   |   |
         |                      V ->V ->V ->

         |                      -   -   -
         |                      |   |   |
         |                      |   |   |
         |                      |   |   |
         |                     .-. .-. .-.
         |                     | | | | | |
         |                     | | | | | |
         |                     '-' '-' '-'
         |                      |   |   |
         |                      o---o---'
     o---'                      |
                      _     |<
     o---------------|___|----|
                              |\
     o---.                      |
         |                      |
         |                      |
         |                      |
        ===                    ===
        GND                    GND
(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

Bei LOW Pegel am Eingang werden die LEDs leuchten. Die Frage ist nur, 
wieviel Strom tatsächlich durch die LEDs fliesst, bzw. wie hell diese 
leuchten werden.
pro LED sollen es 20mA sein. Nehmen wir den Transistor als idealen 
Schalter an. die drei Vorwiderstände sollten in etwa ((5-1.8)/0.02) = 
160 Ohm betragen.
Nehmen wir 180 oder 220, was gerade da ist.

Mögen jetzt 60mA fliessen. Bei einer Stromverstärkung von 150 fliesst 
also ein Basistrom von 0.06/150 = 400µA.

Bei 1K Basiswiderstand und 400µA Basistrom fällt an diesem ein Spannung 
von 0.4 Volt ab.

Du steuerst den Transistor also mit -4.6Volt an.

Am Emitter deines PNPs kannst Du nun eine Spannung von -4.6 + 0.7 = 
-3.9Volt messen. (Wir messen mal gegen VCC[5V], NICHT gegen Masse)

gegen Masse gemessen sind das 1.1V, welche Dir von den 5Volt verloren 
gehen.
Meiner Aussgae von oben:
>Bei einer Stromverstärkung von 150 fliesst also ein Basistrom von 0.06/150 = 
400µA.
kannst Du entnemen, das ein Basisvorwiderstand entbehrlich ist. Es wird 
in deiner Schaltung nur soviel Strom aus dem AVR Portpin fliessen, wie 
sich aus dem Laststrom und der Stromverstärkung errechnet.

Wenn Du den Basiswiderstand weglässt, ist auch der Spannungsabfall von 
0.4 nicht mehr da. Deine LEDs bekommen jetzt -4.3V als Betriebsspannung.

Du hast einen Emitterfolger gelötet :)
http://de.wikipedia.org/wiki/Kollektorschaltung

Fazit:
Wenn die Funktion der Schaltung tatsächlich so gewünscht wird; 
Basiswiderstand weglassen. Vorwiderstände der LEDs aud 150 Ohm 
verringern.

viele Grüße
AxelR.

Edit
Die Berechnungen sind zugegeben etwas holperig und kratzen nur an der 
Oberfläche, um die Sache nicht noch komplizierter zu machen.

Die Stichworte "Emitterfolger" und "Kollektorschaltung" habe ich nicht 
umsonst in den Text aufgenommen :))

nochn EDIT

Wie hast Du nun die Schaltung letztendlich aufgebaut, als 
Kollektorschaltung oder als Emitterschaltung?

Autor: Dirk S. (duerk)
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>
> PS: jede LED braucht einen eigenen Vorwiderstand, sonst fließt duch die
> LED mit der geringsten Flußspannung ein größerer Strom.
> Mag die dann nicht und ungleichmäßig hell sind sie dann auch noch.

Hallo ihr anderen,

wollt mal fragen, warum eigentlich jede LED eine unterschiedliche 
Flussspannung hat.

Danke im Voraus

Autor: Hans Joachim Kempf (Gast)
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>Wenn die Funktion der Schaltung tatsächlich so gewünscht wird;
>Basiswiderstand weglassen. Vorwiderstände der LEDs aud 150 Ohm
>verringern.

Gut, dann mal andersrum, da ich denke ich habe da einen gedanklichen 
Hänger: Ich suche eine Transistorschaltung, bei der ich mit dem MC (egal 
ob Low oder High) Masse zum Verbraucher schalten kann. Zwischen 20-400mA 
liegt da die Anforderung. Wer hat da eine praxistaugliche Schaltung?
Vielen Dank.

Autor: Michael U. (Gast)
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Hallo,

@Axel Rühl: der BC548 ist ein npn, hat er aber schon im ersten Posting 
am Ende richtig geschrieben.

@Hans Joachim Kempf: der BC327 ist ein pnp!
Wenn Du den so angeschlossen hast:

>Hab nun zum 32. Mal kontrolliert. Emitter an Masse und Collector zu den
>LED'S. Habe sie nun einfach zusammen an einem Widerstand (16 Ohm)
>angelötet, daß da ein paar mA mehr fließen können.

kann da nicht viel funktionieren, da wprde dann wieder das Posting von 
Axel Rühl zutreffen.

Ich verstehe auch Deine Messungen im Postung davor nicht so richtig.

Ich gebe es wohl auf...

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Hans Joachim Kempf (Gast)
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>@Hans Joachim Kempf: der BC327 ist ein pnp!
genau. ich hasse diese bezeichnungen, die verwechsel ich dauern, egal 
wie oft ich schaue.
ich habe nun einen bc337 genommen. der ist ja in npn, wie der 
ursprüngliche bc548.
jetzt geht alles optimal. Voller Durchlaß der 60mA bei nur 5mA 
Portbelastung!. Besten Dank an alle!

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Hans Joachim Kempf wrote:
> Voller Durchlaß der 60mA bei nur 5mA
> Portbelastung!. Besten Dank an alle!

mal das BITTE mal auf...

60 / 5 = 12

Autor: Hans Joachim Kempf (Gast)
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Das verstehe ich nicht. Was meinst du damit?

Autor: test (Gast)
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Die Stromverstärkung ist einfach zu klein.
Deshalb bitte mal deine Schaltung posten

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Ja genau. Die Stromverstärkung erscheint auch mir viel zu klein. Es 
sieht nach Inversbetrieb aus. Hast Du Emitter/Kollektor vertauscht?

Skizze und Foto wär nicht schlecht. (Nur wenn Du Lust hast)

Autor: Hans Joachim Kempf (Gast)
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Hallo,

hier eine Skizze. Ich will mich jetzt nicht auf mA festlegen, da ich ein 
10€ Reichelt-Gerät nutze, ab mit und ohne Transistorschaltung ist der 
Verbrauch der LED's gleich, naja bis auf 4mA oder so.

Autor: Hans Joachim Kempf (Gast)
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Angehängte Dateien:

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hier das Bild

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Du könntest mit dem 1k noch höher gehen.

Der Strom durch C-E beträgt

3 * U / R = 3 * ( 5 - 1.2 ) / 80 = 142 mA

(Ich hab mal 1.2 V pro LED angenommen)

Um 142 mA durch die C-E Strecke zu jagen, muss an der
Basis ein Strom von

   142 / 100 = 1.42 mA fliessen.

( 100 ist die Stromverstärkung des Transistors aus dem Datenblatt.
  Die hab ich mal konservativ angenommen. Real wird sie höher sein).

Um 1.42 mA durch die Basis zu jagen, braucht es einen
Widerstand von ( 5 - 0.7 ) / 0.00142 = 3028 Ohm.

Mit 2.2kOhm bist du also locker dabei.

Autor: Michael U. (Gast)
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Hallo,

wenn Dein Bild den Transistor mit Beinen nach oben zeigen sollte, ist E 
und C vertauscht...

Flache Seite zu Dir, Beine nach oben, von links nach rechts: C-B-E

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Michael U. (Gast)
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Hallo,


grrrr, jetzt schreibe ich den Quatusch auch noch falschlang... :(

E-B-C mit Beinen oben und flache Seite zum Körper natürlich.

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Netbird (Gast)
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>wollt mal fragen, warum eigentlich jede LED eine unterschiedliche
Flussspannung hat.

Zu jeder Farbe gehört eine Frequenz f bzw. Wellenlänge Lambda. Photonen 
der Frequenz f haben die Energie W = hf= h*c/Lambda, h plancksches 
Wirkungsquantum, eine wichtige Entdeckung, Stichwort Fotoeffekt, Deutung 
von A. Einstein.

Wenn Du W ausrechnest für rotes Licht (um 650nm) erhälst Du einen Wert 
um 1,5 eV, für blau/ violett mit z.B. 430nm kommst Du dann auf 3..3,5eV.

Eine IR- LED mit z.B. 900nm hat nur 1..1,5 eV.

(Angegebene Werte für die Energie sind Pi-mal-Daumen, rechne selbst 
nach, wenn's genau sein soll).

LED funktionieren nach dem umgekehrten Fotoeffekt und erzeugen Fotonen 
aus beschleunigten Ladungen. Dabei müssen diese Ladungen aus internen 
Gründen mit mehr als der (theoretischen) Spannung oben beschleunigt 
werden, Faustregel + 0,5V. Rot also um 2V, blau um 3,5V..4V

Dieser Sachverhalt ist der Grund, warum es z.B. keine rote LED für eine 
1,5V- Batterie geben kann.


Autor: Winfried (Gast)
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Nochwas: Es gibt keine "60mA Verstärkung". Man kann nur sagen, dass ein 
Transistor einen Verstärkungsfaktor von z.B. 100 hat. Wenn also 1mA 
Basistrom fließt, können 100mA Kollektorstrom fließen.

Aber selbst dann muss man bedenken, dass man im Kollektor-Emitter-Zweig 
Bedingungen schaffen muss, damit die auch fließen können. Wenn man z.B. 
einen 100K Widerstand an den Kollektor gegen +10 Volt schaltet, kann man 
100mA in die Basis fließen lassen und hat trotzdem nur 100uA 
Kollektorstrom.

Aber das sind schon wieder alles Grundlagen, die man besser in 
entsprechenden Büchern nachliest.

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