2N2222A wird sehr heiß bei 12v Steuerung?

[Marvin W. (marv20308)]

Hallo liebe Community,

ich bin relativ neu in Sachen analoger Elektronik, und habe ein Problem. 
Ich möchte die Geschwindigkeit eines Lüfters (12V 0,13A) mit einem 10kO 
Potentiometer steuern. Wegen der Leistung des Potis (150mW) geht dies 
leider nicht. Deshal habe ich mir überlegt, einen Transistor (2N2222A 
H331) zu benutzen, und nur 6v am Poti anzulegen. (Batterie hat 3 Pins). 
Funktioniert auch, aber der Transistor raucht leicht und wird nach einer 
Sekunde so heiß, dass man sich die Finger verbrennt.

Wieso ist das so und wie kann man das beheben? Laut Datasheet des 
Transistors sollte alles in Ordung sein? :(

(Schaltplan ist im Anhang)

Mit freundlichen Grüßen und schonmal danke im Vorraus,
Marvin

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Du hast da eine lineare Steuerung, die alles, was der Motor nicht 
aufnimmt, dem Transistor aufbürdet und in diesem als Verlustleistung 
verbraten wird.

Steuerst du z.B. den Transistor so, das der Motor 6V bei 80mA aufnimmt, 
dann bleiben die anderen 6V bei 80mA im Transistor hängen. Das sind dann 
ca 480mW und die heizen den kleinen Kerl auf.
Beheben tut man das am besten mit Pulsbreitentaktung (PWM). Da wird der 
Transistor kürzer oder länger voll durchgesteuert  und hat sehr wenig 
Verlustleistung.

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Ein besseres Regelverhalten bekommst du, wenn du den Motor in den 
Emitterzweig schaltest. Heiß wird der zu klein geratene Transistor aber 
trotzdem.

Das Poti kannst du dann direkt an 12V anschließen und den Schleifer an 
die Basis.

Ist der Motor zu stark, dann ist der Transistor zu schwach.

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Matthias S. schrieb:
> Beheben tut man das am besten mit Pulsbreitentaktung (PWM).

Ja, das ist das Beste, dann sollte der Motor im Kollektorzweig bleiben.

[MaWin (Gast)]

Marvin W. schrieb:
> Wieso ist das so

Weil bei halber Geschwindigkeit 6V am lufter und 6V am Transistor 
abfallen, der Lüfter etwas weniger, sagen wir 0.07A zieht, und das 
zusammen 0.42W am Transistor aus machen und dabei wird er schon 
unangenehm warm, wenn auch nicht so heiss dass er unmittelbar kaputt 
geht.

Wenn aber der Lüfter schwergängiger wird kann die Leistungsaufnahme 
steigen und der Transistor dabei zu heiss werden und kaputt gehen.

Die Schaltung ist allerdings Murks, denn dein Poti bestimmt den 
Basis-Strom in den Transistor, der durch seine Stromverstärkung den 
Kollektorstrom und damit das Drehmoment des Lüfters und nicht etwa die 
Drehzahl.

Besser wäre:

+12V ----+-----+-------+
         |     |       |
         |     1k     (M) Motor
         |     |       |
         |     +--|>|--+
 langsam |     |E      |
     5kPoti---|< PNP   |
 schnell |     |       |
         |     +------|< NPN Leistung z.B. BD140
         |             |E
GND -----+-------------+

oder eine andere aus 
https://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.25

[Flip B. (frickelfreak)]

zudem ist der basisstrom unbegrenzt. emitterfolger wäre angebracht

[Gerald K. (geku)]

Da brauchts bald eine Lüfter für den Lüfter.

[MaWin (Gast)]

Gerald K. schrieb:
> Da brauchts bald eine Lüfter für den Lüfter.

Na ja, Innenraumlüfter im PKW und Staubsauger lösen das Problem, in dem 
sie ihre Luft über die Kühlkörper der sie regelnden Elektronik blasen.

[oszi40 (Gast)]

Marvin W. schrieb:
> die Finger verbrennt

1.Wenn die Hälfte der Leistung über diesen Transistor verheizt wird, 
wird er heißer werden. Datenblatt max. 600mW bei 25Grad! 
https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/p2n2222a-d.pdf
2.Wenn der Motor abgeschaltet wird, kann eine böse induktive 
Abschaltspannung diesen Transistor ganz schnell killen. Siehe z.B. 
https://www.mikrocontroller.net/articles/Relais_mit_Logik_ansteuern#Freilaufdiode
3. https://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0201291.htm

[Wolfgang (Gast)]

Marvin W. schrieb:
> Deshal habe ich mir überlegt, einen Transistor (2N2222A
> H331) zu benutzen, und nur 6v am Poti anzulegen.

Das ist mutig. Wenn du das Poti in die falsche Richtung bis zum Anschlag 
drehst, killst du evtl. den Transistor direkt durch den sich 
einstellenden Basisstrom - natürlich nur, wenn die Batterie mehr 
hergibt, als der Transistor verträgt.

[Rainer V. (a_zip)]

Wolfgang schrieb:
> natürlich nur, wenn die Batterie mehr
> hergibt, als der Transistor verträgt.

...wird sie, wird sie...

[Manfred (Gast)]

oszi40 schrieb:
> 1.Wenn die Hälfte der Leistung über diesen Transistor verheizt wird,
> wird er heißer werden. Datenblatt max. 600mW bei 25Grad!

Schön, dass Du auch etwas abgesondert hast, was Du nicht verstehst.

Laut Datenblatt
Thermal Resistance, Junction to Ambient R ?JA 200 °C/W
macht bei 600mW 140° am Die. Dazu sein temperaturabhängiges Derating, 
der ist ganz einfach ungeeignet.

Wie kommt man auf die Schnapsidee, einen TO-92 oder TO-18 in einen 
Leistungszweig zu setzen?

[oszi40 (Gast)]

Manfred schrieb:
> der ist ganz einfach ungeeignet.

DAS wollte ich eigentlich ausdrücken und ihn selbst zur Erkenntnis 
führen.

[Manfred (Gast)]

oszi40 schrieb:
> Manfred schrieb:
>> der ist ganz einfach ungeeignet.
> DAS wollte ich eigentlich ausdrücken und ihn selbst zur Erkenntnis
> führen.

Entschuldige, aber das hast Du so ungeschickt verpackt (600mW aus dem 
Zusammenhang gerissen), dass ich genau das Gegenteil verstanden habe.

Wenn es wirklich so primitiv und nichtlinear sein darf, würde ich zu 
einem beliebigen TO-220 greifen und den Stellbereich des Drehpotis 
eingrenzen.

Aufgrund Erfahrung an anderer Stelle wäre auch ein FET wie IRF540 
brauchbar, der ist in einem gewissen Bereich recht gut steuerbar - hat 
aber erhebliche Toleranzen, so dass man damit nur ein Einzelstück 
stricken könnte.

[Michel M. (elec-deniel)]

versuch es mal mit LTspice ....
Damit können auch die Leistungen berechnet werden :-)
https://www.mikrocontroller.net/articles/LTspice
https://wiki.analog.com/university/courses/eps/bjt-switch

... kann hier frei geladen werden
https://www.analog.com/en/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html

weiterführende Infos
Beitrag "Re: LTspice und LM311"

Beitrag "Re: MOSFET Schaltung LTSpice"

[Manfred (Gast)]

Michel M. schrieb:
> versuch es mal mit LTspice ....
> Damit können auch die Leistungen berechnet werden :-)

Oh Gott, bewahre uns vor solchen Fachleuten. Das Ding ist dermaßen 
simpel, dass man es im Kopf überschlagen kann.

Wenn nicht: Blumen züchten, Kuchen backen, Pullover stricken ...

[Karl B. (gustav)]

Marvin W. schrieb:
> Lüfters (12V 0,13A)

Hi,
beim alten legendären Kassettenrekorder gab es "once upon a time" einen 
Nachrüstsatz zur Verbesserung der Gleichlaufeigenschaften. Vorher hatte 
der Motor einen Fliehkraftregler. Nur im Nachrüstsatz dort konnte ich 
derartige Kleinleistungstransistoren noch entdecken (aus Platzgründen, 
aber Kühlschelle nötig). Später wurde bei ähnlichen Geräten an der 
Stelle mindestens ein BD136 verwendet, auch wenn der auf den ersten 
Blick "überdimensioniert" schien.
Was hier noch nicht erwähnt wurde:
Der "verbotene Bereich" einer Transistorsteuerkennlinie.
Stichwort: Verlustleistungshyperbel.
Da kommt man schneller rein, als man denkt.

ciao
gustav

[unbeteiligter Leser (Gast)]

Karl B. schrieb:
>

Was willst Du damit sagen?

(Im Post steht Unverständliches bzw. Unanwendbares
- nicht mit Problem direkt korellierend - das wenige
Verständliche scheint längst gesagt worden zu sein.)

Und versuche ich es "aus Sicht des Anfängers", wird
es höchstens noch deutlich unbegreiflicher.

Oder ist mir das "zu hoch", versteht es sonst wer?

[Karl B. (gustav)]

unbeteiligter Leser schrieb:
> Was willst Du damit sagen?

Diese Aussagen noch untermauern:
Beitrag "Re: 2N2222A wird sehr heiß bei 12v Steuerung?"
Es wird schon seine Gründe gehabt haben, warum sich bestimmte 
Schaltungsprinzipien in der Praxis millionenfach durchgesetzt haben.

Wenn der TO meint, Ursachenforschung betreiben zu müssen, dann sind 
schon genügend Stichworte zur Suche oben gefallen.
Und der dazu noch ergänzend von mir erwähnte Begriff 
"Verlustleistungshyperbel" kann gerne als Suchbegriff in Suchmaschine 
eingegeben werden:
https://www.elektroniktutor.de/bauteilkunde/transkl.html
Das dortige sprachliche Niveau dürfte niemanden mental überfordern.

ciao
gustav