Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Atmega & IR-Transmitter "SFH 409" & Transistor: Berechnung / Grundlagenfrage


von Mal L. (maller)


Lesenswert?

Ich bin "ungelernter" Anfänger - daher seit bitte etwas gnädig mit mir. 
Für Kritik und Anmerkungen bin ich trotzdem jederzeit offen :)

== Problemstellung ==

Für mich stellt sich für mich die Frage: welchen Transistor+Widerstand 
benötige ich, um den IR-Sender "SFH 409" an meinen ATMEGA32 anschließen 
zu können - ohne dabei irgendwas kaputt zu machen. Ich möchte Daten per 
IRSND (RC5/RC6) senden. Der Schaltplan C2 verwendet zwar einen BC337, 
bei Conrad (ich gleich bei mir um die Ecke) gibts den aber als BC337-16, 
-25, -40.

== Fakten ==

A) Funktionsweise Transistor (Basics): 
http://www.dieelektronikerseite.de/Lections/Der%20Transistor%20-%20Ein%20Tausendsassa.htm
B) Kennwerte des "SFH 409" von Reichelt: 
http://www.reichelt.de/?ARTICLE=60590
   Durchlaßspannung
   I = 100 mA, t = 20 ms, V 1.30V (<= 1.5) V
   I = 1 A, t = 100 µs, V 1.9 (<= 2.5) V
C) ein paar Beispiel-Schaltpläne habe ich auch gefunden:
  C1 http://www.holger-klabunde.de/rc5send.htm
  C2 https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/4/45/Ir-sender.png
D) die Technischen Daten des BC337-x bei Conrad: 
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/150000-174999/155900-da-01-en-BC337_25.pdf
   Base–Emitter On Voltage (Ic = 300 mA, Vce = 1.0 V) 1.2V (MAX)
E) mein ATMEGA 32 bringt am Ausgang (z.B. PD0) bei 5V ca. 20mA

== Nun zum Eigentlichen ==

Über einen Transistor (NPN oder PNP?) verstärke ich den Ausgangs-Strom 
des ATMEGAs

Über den Vorwiederstand des IR-Senders stelle ich sicher, dass nicht 
mehr als 1,5 V darauf abfallen
-> IR-Sender: 100 mA, 1,5 V; Spannungversorgung: 5V; passenden 
Vorwiederstand: 35 Ohm bzw. etwas höher (3,5V/100ma)

== Die Frage ==

Jetzt weiß ich aber nicht weiter, welchen Transistor muss ich bei Conrad 
kaufen, welchen Widerstand muss ich zwischen den ATMEGA und die BASIS 
(B) des Transistors schalten? Wie berechne ich das ganze?

Die Magische Zahl 16/25/40 ist der durschnittliche 
Stromverstärkungsfaktor (Zahl*10). Nun ist aber die Frage: 
darf/muss/soll ich Ihn übersteuern / sättigen? Ich würde mal auf ein JA 
tippen, da ich Impluse schicken will (EIN/AUS).

Mein Ansatz lautet irgendwie so:

Der IR-Sender benötigt 100mA, bei einen BC337-25 (mit Verstärker-Faktor 
250) müssten 0,4 mA Basisstrom "ausreichen". So benötige ich einen 12,5 
kOhm Widerstand zwischen ATMEGA und Basis B?!

von Alex (Gast)


Lesenswert?

Hallo,

deine Rechnungen sind prinzipell richtig!

Für 100mA solltest du den -40 nehmen - wegen der höheren 
Stromverstärkung = kleinerer Basisstrom.
Als Schalttransistor musst du ihn übersteuern, damit die C-E-Spannung 
klein wird (0,3 ... 1V). Normaler weise verwendet man 2- bis 10-fache 
Übersteuerung.
Für den Basiswiderstand musst du auch den maximalen Ausgangsstrom deines 
ATMEGA32 beachten! Schau dazu im Datenblatt nach. Beim Maximalstrom geht 
aber schon die Ausgangsspannung etwas zurück.

von Roland H. (batchman)


Lesenswert?

Mal Ler schrieb:
> (NPN oder PNP?)

npn in Emitterschaltung:

http://www.mikrocontroller.net/articles/Transistor#PNP.2FNPN_als_Schalter.2C_wohin_mit_der_Last.3F

Mal Ler schrieb:
> Wie berechne ich das ganze?

Gar nicht. Lohnt sich nicht, denn da geht nichts kaputt ;-)

Mit den genannten Bauteilen wird das funktionieren. Das sind alles 
robuste Teile, und bei den genannten Spannungen/Stromstärken geht da 
vermutlich nichts kaputt. IR-LEDs vertragen sehr viel, vorher wird ein 
1/4W-Widerstand abrauchen.

Wenn Du irgendeinen Transistor zur Hand hast, dann nimm diesen. Zum 
Testen geht eigentlich jeder, solange der Sender auf den Empfänger 
ausgerichtet ist. Basisvorwiderstand zwischen 500 und 1k.

Wenn alles funktioniert, aber die Reichweite unbefriedigend ist oder es 
nicht um die "Ecke" geht, dann würde ich zu einem MOSFET greifen.

Bei gepulsten IR-Dioden rechnet man mit I_max_peak - dessen Einheit ist 
Ampere - alles andere macht kein Spaß. Dann aber muss gerechnet 
werden, und das Programm sollte funktionieren.

Beitrag "Erhöhung IR-Sendeleistung, RC-5, IR LED LD271"

Beitrag "Re: Vorwiderstand einer IR-LED"

von Michael H. (michael_h45)


Lesenswert?

Mal Ler schrieb:
> Jetzt weiß ich aber nicht weiter, welchen Transistor muss ich bei Conrad
> kaufen, welchen Widerstand muss ich zwischen den ATMEGA und die BASIS
> (B) des Transistors schalten? Wie berechne ich das ganze?
Basiswiderstand
Deine Gedanken dazu sind aber sowieso richtig.

> darf/muss/soll ich Ihn übersteuern / sättigen? Ich würde mal auf ein JA
> tippen, da ich Impluse schicken will (EIN/AUS).
Gegenfrage: warum solltest du ihn linear betreiben wollen? Du willst 
nichts regeln, sondern einfach durchschalten oder sperren.
Richtig also, für Impulse in Sättigung betreiben.

> Der IR-Sender benötigt 100mA, bei einen BC337-25 (mit Verstärker-Faktor
> 250) müssten 0,4 mA Basisstrom "ausreichen". So benötige ich einen 12,5
> kOhm Widerstand zwischen ATMEGA und Basis B?!
Du hast die 0,65V vergessen, die an der BE-Strecke des Transistors 
abfallen. Ansonsten richtig. Und geh ruhig deutlich in die Sättigung, 
damit die Sache auch zuverlässig (Temperatur, Bauteilstreung, etc) 
funktioniert.
Vom maximalen BE-Strom bist du ja noch weit weg.



Alex schrieb:
> Für den Basiswiderstand musst du auch den maximalen Ausgangsstrom deines
> ATMEGA32 beachten! Schau dazu im Datenblatt nach.
Da ist mindestens noch eine Größenordnung dazwischen.

> Beim Maximalstrom geht
> aber schon die Ausgangsspannung etwas zurück.
Nicht nur "etwas", sondern ordentlich - ein knappes Drittel.

von Mal L. (maller)


Lesenswert?

Vielen Dank für eure Hilfreichen Antworten. Ich habe den IR-Sender zum 
laufen gebracht und dabei viel über Transistoren dazu gelernt.

Wirklich hilfreich ist vor allem der Artikel zum Basiswiderstand, für 
alle anderen, die genauso wie ich nicht so genau bescheid wissen ... 
http://www.mikrocontroller.net/articles/Basiswiderstand

Mein "Setup": 4,7k Basiswiderstand, BC337-40 (von Conrad) und die IR-LED 
SFH 409 mit einem Widerstand 33 Ohm, 1/2W. Die Schaltung habe ich dann 
getestet mit einem einfachen gelben LED.

https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/4/45/Ir-sender.png

von Frank M. (ukw) (Moderator) Benutzerseite


Lesenswert?

Mal Ler schrieb:
> Mein "Setup": 4,7k Basiswiderstand, BC337-40 (von Conrad) und die IR-LED
> SFH 409 mit einem Widerstand 33 Ohm, 1/2W. Die Schaltung habe ich dann
> getestet mit einem einfachen gelben LED.
>
> https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/4/45/Ir-sender.png

Das Schaltbild habe ich "verbrochen" - für den IRMP-Artikel ;-)

Besser wäre wohl ein Basiswiderstand von 1k, dann erhältst Du eine 
bessere Reichweite. Es klappt in der Praxis zwar auch mit 4,7k (selbst 
getestet), aber ich kann mir eigentlich nicht vorstellen, dass der 
Transistor dann auch voll durchsteuert. Allerdings: nachgerechnet habe 
ich es auch nicht.

Gruß,

Frank

P.S.
Wenn mir das jemand bestätigt, werde ich das Schaltbild im IRMP-Artikel 
gerne austauschen.

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.