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Thema: Transistor schaltet nicht durch - wo verrechne ich mich?

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied
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    Transistor schaltet nicht durch - wo verrechne ich mich?

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    Hallo zusammen

    Ich muss mit meinem Mikrocontroller 2 Verbraucher (ein Lüfter und ein Heizelement) schalten, beide an 12V und max. 1A.
    Dafür habe ich mir den BD437, ein PNP Transistor ausgesucht, laut Datenblatt ist er gut für bis zu 4A und 45V (max!).
    Schalten möchte ich ihn mit einem ATmega32, d.h. 5V und 20mA.

    Nun zur Rechnung. Zuerst Suche ich mir die maximale Verstärkung aus dem Datenblatt, da komme ich auf 30 (laut Anleitung auf Mikrocontroller.net wähle ich jene für den geringsten Kollektorstrom, und teile diesen dann noch durch 10, also 3).

    Strom Verbraucher / Hfe = 0.33
    Basiswiderstand (5-0.7)/(0.33) = ~13 Ohm, also wähle ich einen 15 Ohm

    Liegt hier das Problem? Laut ohmschem Gesetzt würde da ja ein Strom von 0.3 A fliessen, was der ATmega natürlich nicht leisten kann!? Kann ich diesen Typen also nicht verwenden?

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Zitat Zitat von Thor_ Beitrag anzeigen
    Liegt hier das Problem? Laut ohmschem Gesetzt würde da ja ein Strom von 0.3 A fliessen, was der ATmega natürlich nicht leisten kann!? Kann ich diesen Typen also nicht verwenden?
    Der BD437 ist ein NPN.

    Richtig, der ATmega kann nur maximal 20mA liefern, zudem hast du bei 20mA aber keine 5V am Pin.

    Entweder nimmst du einen MOS-FET, der wird praktisch stromlos angesteuert.

    Oder du brauchst einen Zeiten Transistor, welcher den nötigen Basisstrom von 333mA liefert.
    Eine Darlington-Schaltung hat das Problem, dass die Sättigungsspannung bei etwa 1V liegt.

    Du kannst direkt am Pin einen BC337 als Emitterfolger anschliessen.
    Den Kollektor an +5V oder +12V.
    Kommt darauf an, wo du genügend Strom ziehen kannst, da müssen 2x 330mA geliefert werden können.
    Allerdings hast du das Problem, dass bei +12V die Verlustleistung im BC337 = (12V-5V +0.7V) * 330mA = 2.56W ist!
    Bei +5V sind es dann 0.7V * 330mA = 0.23W.

    Durch die zusätzlich BE-Strecke wird des Basis-Widerstand für den BD437 dann 10-12 Ohm.
    Im schlechtesten Fall (hFE des BC337 = 100) liegt dann der Pin-Strom bei 3.3 mA.

    MfG Peter(TOO)
    Geändert von Peter(TOO) (04.09.2016 um 01:52 Uhr)
    Manchmal frage ich mich, wieso meine Generation Geräte ohne Simulation entwickeln konnte?

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo!

    @ Thor_

    Du hast dich nicht verrechnet, bloß um den BD437 zu sperren muß die Basisspannung ca. 12 V betragen, was ein mit 5V gespeister µC nicht schaffen kann. Um den BD437 (T1) richtig zu schalten, braucht man noch einen NPN Transistor (T2) der auch den Steuerstrom vom µC ausreichend verstärkt um den T1 zu sättigen. Die einfachste Schaltung dafür:
    Code:
                       T1 BD437
          12V + >-+------   ----+
                  |      v /    |
                  |  R1  ---   .-.
                  |  ___  |    | | Last
                  +-|___|-+    | |
                          |    '-'
                         .-.    |
                      R2 | |   ===
                         | |   GND
                         '-'
                   R3     |
                   ___  |/
         vom µC >-|___|-| T2 BC548C
                        |>
                          |
                         ===
                         GND
    
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    MfG (Mit feinem Grübeln) Wir unterstützen dich bei deinen Projekten, aber wir entwickeln sie nicht für dich. (radbruch) "Irgendwas" geht "irgendwie" immer...(Rabenauge) Machs - und berichte.(oberallgeier) Man weißt wie, aber nie warum. Gut zu wissen, was man nicht weiß. Zuerst messen, danach fragen. Was heute geht, wurde gestern gebastelt. http://www.youtube.com/watch?v=qOAnVO3y2u8 Danke!

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied
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    Danke euch beiden für eure Antworten!

    Zitat Zitat von Peter(TOO) Beitrag anzeigen
    Richtig, der ATmega kann nur maximal 20mA liefern...
    Du hast dich nicht verrechnet
    Na, das rettet immerhin mein EGO ;p

    Ich habe nun in der Zwischenzeit eine Lösung gefunden, wie ich mit nur einem Bauteil auskomme:
    Ich habe den IRLZ34N verwendet:
    -Gate: an den AVR
    -Drain: an den Verbraucher
    -Source: An GND

    Die Lösung funktioniert, und ich komme halt eben mit einem Bauteil aus.
    Nur noch zum Verständnis: Ein MOSFET ist ja Spannungsgesteuert, der hier gewählte hat eine "Gate Threshold Voltage" von min. 1V, max. 2V.
    Das heisst, ich muss max. 2V anlegen und er schaltet voll durch, oder? Was ich im DB nicht finden konnte, war eine max. Gate Voltage?

    Aus dem Datenblatt glaube ich zu lesen (Diagramm "Typical transfer characteristics"), dass der MOSFET bei einer Gatespannung von 3V etwa 10A durchlässt, ist das so richtig?

    liebe Grüsse
    _Thor

    PS: Sorry das ich nicht eure Schaltungen verwendet hab, hab da immer ein schlechtes Gewissen wenn ich um Rat frage und ihn dann nicht befolge.

  5. #5
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    Zitat Zitat von Thor_ Beitrag anzeigen
    Nur noch zum Verständnis: Ein MOSFET ist ja Spannungsgesteuert, der hier gewählte hat eine "Gate Threshold Voltage" von min. 1V, max. 2V. Das heisst, ich muss max. 2V anlegen und er schaltet voll durch, oder?
    Du mußt min. 2 V anlegen, dann schaltet sicher trotz Exemplarstreuung jeder Exemplar des MOSFETs durch.

    Zitat Zitat von Thor_ Beitrag anzeigen
    Was ich im DB nicht finden konnte, war eine max. Gate Voltage?
    Das steht in max.Ratings: VGS Gate-to-Source Voltage ±16 V

    Zitat Zitat von Thor_ Beitrag anzeigen
    Aus dem Datenblatt glaube ich zu lesen (Diagramm "Typical transfer characteristics"), dass der MOSFET bei einer Gatespannung von 3V etwa 10A durchlässt, ist das so richtig?
    Ja !
    MfG (Mit feinem Grübeln) Wir unterstützen dich bei deinen Projekten, aber wir entwickeln sie nicht für dich. (radbruch) "Irgendwas" geht "irgendwie" immer...(Rabenauge) Machs - und berichte.(oberallgeier) Man weißt wie, aber nie warum. Gut zu wissen, was man nicht weiß. Zuerst messen, danach fragen. Was heute geht, wurde gestern gebastelt. http://www.youtube.com/watch?v=qOAnVO3y2u8 Danke!

  6. #6
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    Hallo PIC,
    Zitat Zitat von PICture Beitrag anzeigen
    Du hast dich nicht verrechnet, bloß um den BD437 zu sperren muß die Basisspannung ca. 12 V betragen, was ein mit 5V gespeister µC nicht schaffen kann. Um den BD437 (T1) richtig zu schalten, braucht man noch einen NPN Transistor (T2) der auch den Steuerstrom vom µC ausreichend verstärkt um den T1 zu sättigen. Die einfachste Schaltung dafür:
    Code:
                       T1 BD437
          12V + >-+------   ----+
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         vom µC >-|___|-| T2 BC548C
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    Nur für die Nachwelt:
    1. Der BD437 ist eine NPN
    2. Bei 333mA durch R2, reicht ein BC546 (IC max 100mA) nicht aus.

    MfG Peter(TOO)

    - - - Aktualisiert - - -

    Hallo _Thor,
    Zitat Zitat von Thor_ Beitrag anzeigen
    Nur noch zum Verständnis: Ein MOSFET ist ja Spannungsgesteuert, der hier gewählte hat eine "Gate Threshold Voltage" von min. 1V, max. 2V.
    Das heisst, ich muss max. 2V anlegen und er schaltet voll durch, oder? Was ich im DB nicht finden konnte, war eine max. Gate Voltage?
    Bei der Gate Threshold Voltage fängt der FET an zu leiten.
    Beim IRL34N fliessen bei dieser Spannung erst 1mA. 1-2V ist die Exemplarstreuung.

    Zitat Zitat von Thor_ Beitrag anzeigen
    PS: Sorry das ich nicht eure Schaltungen verwendet hab, hab da immer ein schlechtes Gewissen wenn ich um Rat frage und ihn dann nicht befolge.
    Die Variante mit dem FET habe ich aufgeführt

    MfG Peter(TOO)
    Manchmal frage ich mich, wieso meine Generation Geräte ohne Simulation entwickeln konnte?

  7. #7
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    Zitat Zitat von Peter(TOO) Beitrag anzeigen
    2. Bei 333mA durch R2, reicht ein BC546 (IC max 100mA) nicht aus.
    Braucht man wirklich >300mA Basisstrom, um den BD437 bei IC = 1A in Sättigung zu bringen? Würden nicht auch z.B. 50mA reichen?

  8. #8
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    Zitat Zitat von witkatz Beitrag anzeigen
    Braucht man wirklich >300mA Basisstrom, um den BD437 bei IC = 1A in Sättigung zu bringen? Würden nicht auch z.B. 50mA reichen?
    Als Schalter möchte man den Transistor in die Sättigung fahren, dann hat man die geringsten Spannungs- und Leistungsverluste am Transistor.
    Deshalb wählt man den Basisstrom etwa 10x grösser als nötig, dieser Wert hat sich als Faustformel bewährt.
    Mit 50mA kommst du etwa auf 1.5x. Ob dies in jedem Fall für eine Sättigung ausreicht müsste man an einer konkreten Schaltung nachrechnen.

    Das hFE ist leider nicht konstant, dieses hängt, unter anderem, von IC und der Temperatur ab. Die meisten Parameter sind bei 25°C angegeben.

    Manche möchten aber, dass die Schaltung auch im Winter und im Sommer problemlos funktioniert. Möglicherweise sogar Outdoor.

    Der verbreitete 78xx ist da ein gutes Beispiel. Der hat eine eingebaute Temperatur-Sicherung. Rechnet man den Kühlkörper nur für 25°C kann die Temperatursicherung schon bei 30-35°C ansprechen und das Gerät funktioniert nicht mehr richtig. Nicht jeder hat ein klimatisiertes Wohnzimmer.

    Im Automobilbereich rechnet man mit einer Umgebungstemperatur von -20°C bis +80°C.
    Ab °60°C kann man Eier braten, das geht im Sommer auf der Motorhaube.

    MfG Peter(TOO)
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