Hallo, mit einem NPN-Transistor (FZT688B; weil ich den gerade da habe) möchte ich eine Art Konstantstromquelle aufbauen, habe aber ein Verständnisproblem. Schaltplan siehe oben, DS zum NPN auch. Die Basis wird über einen LabJack (USB-MiniMess-labor)angesteuert. Ausgangsspannung 0...5V. Darüber soll die Helligkeit der LED gesteuert werden. Angenommen, ich möchte 500mA durch die LED fließen lassen, dann wäre Ic also 500mA. Re wäre, wenn man Uce vernachlässigt 3,4Ohm. (5V-3,3V)/0,5A = 3,4Ohm Das ergibt bei 1V Ube und vernachlässigtem Basiswiderstandsspannungsabfall 2,7V vor dem Rb. Ist das soweit richtig? Was passiert nun aber, wenn ich mit der Spannung nach oben gehe? Wo fällt die zusätzliche Spannung ab? Weil mehr als die 1,7V Spannungsabfall über Re geht ja nicht...weil man sonst in Summe mit den 3,3V der Diode über die 5V käme... Der Basiswiderstand bei 500mA Ic und einer angenommenen Stromverstärkung von 500 ergibt sich zu: (2,7V-Ube)/Ib = (2,7V-1V)/1mA = 1k7Ohm ?? Was ich machen möchte ist, dass ich mit den 0...5V die Helligkeit der LED regeln möchte. Wie geht man prinzipiell vor beim Berechnen den Widerstände? Vielen Dank
Angehängte Dateien:
-
Bild_1.jpg
180 KB
:
Verschoben durch Admin
mathias p. schrieb: > (5V-3,3V)/0,5A = 3,4Ohm > Das ergibt bei 1V Ube und vernachlässigtem > Basiswiderstandsspannungsabfall genau den kannst du aber nicht vernachlässigen! Denn genau der ist das wichtige Element. Transistoren sind nicht spannungsgesteuert, sondern stromgesteuert! D.h. wie stark der Transistor aufsteuert, hängt vom Strom über die Basis-Emitter Strecke ab. Und genau diesen Strom stellst du mit dem Basiswiderstand ein. D.h. du musst den Basiswiderstand so bemessen, dass sich über das Spannungsgefälle über ihn, samt Ohmschen Gesetz, genau der Strom einstellt, den du brauchst damit der Transistor die Collector-Emitter Strecke aufmacht. Ein geringer Strom durch die Basis-Emitter Strecke führt zu einem entsprechend höheren Strom durch die Collector-Emitter Strecke. Die Widerstände sind im Grunde nur dazu da, damit sich über ihnen und dem bekannten Spannungsgefälle (und I = U / R) der gewünschte Stromfluss ergibt. Mit nur einem Transistor eine einstellbare Konstantstromquelle bauen. Hmm. Da frag ich mich: was machen die anderen falsch, die da mehr Aufwand treiben.
Karl Heinz Buchegger schrieb: > Mit nur einem Transistor eine einstellbare Konstantstromquelle bauen. > Hmm. Da frag ich mich: was machen die anderen falsch, die da mehr > Aufwand treiben. Also so schlecht ist die Schaltung doch gar nicht. Rb darf doch 0 auch sein, und dann wird das Ganze schon recht überschaubar. Der Strom fängt dann zwar erst bei etwa Ueingang=0,7V an zu fließen, und das Maximum ist erreicht, wenn der Transistor gesättigt ist. Aber in diesem Bereich ist das schon recht linear. Gruß Dietrich
Um die Sache nicht unnötig kompliziert zu machen, lasse RB weg. Die Spannung am Emitter folgt der Steuerspannung minus 0,7 Volt. Bei 2V Steuerspannung hast Du am Emitter 1,3 Volt. Nun kannst Du den Strom durch RE berechnen. Zum Beispiel: 1,3V / 100 Ohm = 13mA. Dieser Strom fließt (annähernd) ebenfalls durch den Collektor und die LED. Nun drehen wir den Spieß um: Sagen wir, der Strom durch die LED soll 500mA betragen. Dann ist der Strom durch den Emitter ebenfalls (annähernd) 500mA. Jetzt musst Du noch festlegen, bei welcher Steuerspannung Du den Strom erreichen willst. Sagem wir mal 2,2 Volt. Davon ziehen wir die 0,7 Spannungsabfall an der B-E Strecke des Transistors ab, macht 1,5 Volt. Nun rechnen wir RE = 1,3V / 500mA = 2,6 Ohm Dabei ist zu bedenken, dass die Steuerspannung nicht im Bereich 0...5V liegen darf, weil sonst an RE und dem Transitor zu viel Spannung abfällt und somit für die LED nicht mehr genug Spannung übrig bleibt. Angenommen, die LED hat maximal 2,4 Volt, dann darf an RE maximal 5V - 2,4V -0,2V = 2,4V abfallen (0,2V fallen am Transistor ab). Folglich darf die Steuerspannung höchstens 3,1V betragen (0,7V über der Spannung an RE). Jetzt wenden wir uns nochmal RB zu. Der hat schon einen Sinn. Wenn nämlich die LED durchbrennt, fließt kein Strom mehr durch den Kollektor. Dann wird die steuernde Schaltung hoch belastet, denn nun kommt der gesamte Strom, der durch RE fließt vom Steuereingang. Dann fließen z.B 500mA über die Steuerleitung, wenn dort keine weitere begrenzung vorgesehen ist. Und genau dazu dient RB. Aber an RB fällt auch Spannung ab, deswegen stimmen die obigen Rechenbeispiele nicht mehr, wenn RB vorhanden ist. Wähle RB möglichst klein, nur so daß die steuernde Schaltung gerade eben nicht kapuut geht, falls die LED durchbrennt (oder fehlt). Angenommen, die Steuernde Schaltung verträgt 20mA, dann würde ich einen 470 Ohm Widerstand nehmen. An diesem Widerstand fällt eine Spannung ab. Um sie zu berechnen, brauchen wir - den Laststrom, der nicht immer gleich ist (ist ja der Sinn der Schaltung) - den Verstärkungsfaktor des Transistor, den wir nicht genau kennen. Im Datenblatt des Transistor steht möglicherweise HFE=50-200. Folge: Wir können nicht genau ausrechnen, wieviel Spannung an RB abfällt. Wenn RB vorhanden ist, wirst Du also experimentieren müssen, bei welcher Steuerspannung die 500mA erreicht werden. In Massen-Produktionen kann man sich nicht auf Experiemnte verlassen. Da kann jeder Transistor eine andere Verstärkung haben, deswegen macht man dort die Schaltung etwas aufwändiger. Wenn die Steuerschaltung ohnehin kurzschlussfest ist, dann kannst Du RB weglassen und recht präzise ausrechnen, bei welcher Steuerspannung welcher Ausgangsstrom erreicht wird.
Re "stromgesteuerte Transistoren" Nö, denn genau das ist der Transistor hier: spannungsgesteuert, eine Trandkonduktanz. Dem Ebers-Moll-Model folgt der Transistor über mehrere Dekaden genau (Ic in Abhängigkeit von VBE und Temperatur). Die simple IC=beta*IB Formel dagegen ist für alles ausser simplen Schaltanwendungen unbrauchbar. Transistoren sind spannungsgesteuert; der Baissstrom ist nichts weiter als ein unerwünschter parasitärer Nebeneffekt, aber er ist NICHT der kausale Grund für das Fließen des Kollektorstroms. Der Kollektorstrom fließt in Abhängigkeit von der Dicke der BE-Verarmungszone, und die ist abhängig vom Basis- Potenzial, nicht vom Basis-Strom. "Mit nur einem Transistor eine einstellbare Konstantstromquelle bauen. Hmm. Da frag ich mich: was machen die anderen falsch, die da mehr Aufwand treiben." Ein Transistor ist in erster Näherung bereits eine Konstantstromquelle, allerdings gibt es noch viel zu verbessern; sie ist z.B. stark temperaturabhängig, außerdem ist der Verstärkungsfaktor von VCE abhängig. Man spendiert daher weitere Transistoren zur Temperaturkompensation oder eine Kaskode um die Kollektorspannung konstant zu halten etc.
Hallo konn schrieb: > Nö, denn genau das ist der Transistor hier: spannungsgesteuert, eine > Trandkonduktanz. Dem Ebers-Moll-Model folgt der Transistor über mehrere > Dekaden genau (Ic in Abhängigkeit von VBE und Temperatur). Die simple > IC=beta*IB Formel dagegen ist für alles ausser simplen Schaltanwendungen > unbrauchbar. Transistoren sind spannungsgesteuert; der Baissstrom ist > nichts weiter als ein unerwünschter parasitärer Nebeneffekt, aber er ist > NICHT der kausale Grund für das Fließen des Kollektorstroms. Der > Kollektorstrom fließt in Abhängigkeit von der Dicke der > BE-Verarmungszone, und die ist abhängig vom Basis- Potenzial, nicht vom > Basis-Strom. Bei der Aussage über die Formel Ic=beta*Ib stimme ich dir zu. Dennoch ist das Zusammenspiel von Ube und Ib etwas komplexer. Du hast zwar recht, dass die Ube Spannung den Kollektorstrom irgendwie bestimmt, dennoch wäre es dem Transistor nicht möglich die Basis-Emitter-Raumladungszone (BE-RLZ) zu verkleinern (und damit Ie zu erhöhen), wenn es keinen Löcherstrom in die BE-RLZ gibt (hier keine Verarmungszone -> gehört zum MOSFET). Nicht das Potential steuert die RLZ-Weite der BE-Strecke, sondern die injizierten Ladungsträger, wo die herkommen ist dabei egal Bsp: Generationsstrom in Optotransistoren. Natürlich ensteht auch hier eine Spannung aber allein die sorgt nicht für den Ie- bzw. Ic-Stromfluss. Rein physikalisch untrennbar, aber bzgl. der Kennwerte macht es einfach mehr Sinn von einem stromgesteuerten Bauelement zu sprechen, da die Ube Änderung winzig im Vergleich zum Strom ist und man einen mehr oder weniger linearen Zusammenhang zwischen Ib und Ic hat.
@rico die Sperrschicht von einer Diode/Transistor kann man doch verkleinern ohne dass Strom fließt (zumindest muss dauerhaft kein Strom fließen, es reichen dazu elektrostatische Effekte). Man müsste eher so sagen: Ohne Basisstrom wäre es dem Transistor nicht möglich, die Sperrschicht dauerhaft zu verkleinern, aber das liegt nur daran dass trotz aller technischen Tricks einige Elektronen (so ca. jedes 100ste bis 1000ste) aus dem Emitter in die Basis wandern. "und man einen mehr oder weniger linearen Zusammenhang zwischen Ib und Ic hat" Nach welcher Formel?
OK, ich stimme euch zu und revidiere den Satz: rico hent schrieb: > Nicht das Potential steuert die RLZ-Weite der BE-Strecke, sondern die > injizierten Ladungsträger Ich glaube ich habe "Konn" falsch verstanden. Nichts für ungut
+5V
|
LED
|
Ub-------|< NPN FZB688B
|E
|
3R
|
GND
Ube = 1V
hfe= 500
Ub= [0:5]V
Doch nochmal zum Verständnis. Angenommen ich lasse wirklich Rb weg und
habe die Schaltung wie angegeben.
Angenommen ich möchte wirklich 500mA durch die LED haben. Dann bleiben
für den 3R ca. 5V-3.3V (Led@500mA) - 0,2V (über Uce) = 1,5V
Das würde bedeuten, ich brauche an der Basis 1,5V + Ube = 2,5V
Wenn ich jetzt die Spannung verringere, dann wird automatisch die
Spannung über 3R kleiner, damit der Strom durch die LED und auch die
Spannung über der LED und die übrigbleibende Spannung zu den +5V muss
der NPN "vernichten".
Was passiert aber, wenn ich die Spannung an Ub erhöhe? Mehr Strom
fließen kann ja durch die LED nicht, weil die Spannung nicht ausreicht.
Also kann der Spannungsabfall an 3R auch nicht größer werden. Wo bleibt
dann die Spannung, die ja Ub = Ube +U(3R) ist???
Würde dieser fehlende Spannungsabfall dann über den Rb gehen, falls ich
einen drin hätte? Wäre eigentlich verständlich.
Alles nicht so ganz trivial...
mathias p. schrieb: > Was passiert aber, wenn ich die Spannung an Ub erhöhe? Mehr Strom > fließen kann ja durch die LED nicht, weil die Spannung nicht ausreicht. > Also kann der Spannungsabfall an 3R auch nicht größer werden. Wo bleibt > dann die Spannung, die ja Ub = Ube +U(3R) ist??? > Wenn der Transistor voll durchgesteuert ist und du UBb weiter erhoest wird der Strom in der Basis stark zunehmen. Du hast du ja nur noch die Reihenschaltung Ub - UBE Diodenstrecke - 3R - GND drin. > Würde dieser fehlende Spannungsabfall dann über den Rb gehen, falls ich > einen drin hätte? Wäre eigentlich verständlich. Deshalb macht man da einen Rb mit drin um diesen Strom zu begrenzen. Das gleiche passiert auch wenn du die Kollektorlast wegnimmst. Dann will auch der komplette Strom dur die Basis.
mathias p. schrieb: > Wenn ich jetzt die Spannung verringere, dann wird automatisch die > Spannung über 3R kleiner, damit der Strom durch die LED und auch die > Spannung über der LED und die übrigbleibende Spannung zu den +5V muss > der NPN "vernichten". So ist es. Dafür musst Du dann die im Transistor entstehende Verlustleistung ausrechnen, den Maximalwert finden, und mit diesem die erforderliche Kühlung des Transistors ermitteln. Helmut Lenzen schrieb: > Deshalb macht man da einen Rb mit drin um diesen Strom zu begrenzen. ...der dann aber die Stromquelle wieder etwas unkalkulierbarer macht bzgl. Exemplarstreuung und Temperaturabhängigkeit. Da ist Kompromiss gefragt. Gruß Dietrich
Dietrich L. schrieb: > Da ist Kompromiss > gefragt. Wie immer im Leben. Besser man setzt noch einen OP zur Regelung davor.
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte 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
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.