Lampe mit Transistor schalten - Leuchtet nur schwach

[Tobi (skee)]

Hallo,

ich habe eine Schaltung einer Lampe, die durch einen PIR Sensor mit 
einem Transistor geschaltet wird.

Als Transistor verwende ich einen S8050 NPN mit folgenden Daten:

- Maximum DC Current Gain (hFE) is 400
- Continuous Collector current (IC) is 700mA
- Base- Emitter Voltage (VBE) is 5V
- Collector-Emitter Voltage (VCE) is 20V
- Collector-Base Voltage (VCB) is 30V

Die Lampe läuft mit 5V/250mA.

Der Output des PIR Sensors ist 3,3V

Meine Berechnungen sehen so aus:
- 0.25A(Lampe)/400(hFE)=0.000625A die an der Basis anliegen müssen.
- (3.3V(PIR)-0.7V)/0.000625A=4160Ω

Also müsste ich einen Widerstand knapp 4KΩ zwischen PIR und Basis 
schalten.
Sicherheitshalber habe ich einen 3K Widerstand genommen.

Leider leuchtet die Lampe nur recht schwach, wenn der PIR auslöst.
Wenn ich mich nicht vermessen habe, zieht sie dann auch nur knapp 0.07A

Hat jemand eine Idee, wo ich falsch abgebogen bin?

Danke
Tobi

[Jens G. (jensig)]

Tobi schrieb:
> - Maximum DC Current Gain (hFE) is 400

Ja, und unter welchen Bedingungen? Bestimmt nicht bei ein paar 100mA.

> 0.25A(Lampe)/400(hFE)=0.000625A
die 400 sind der maximum Gain. Es könnten also auch nur 40 sein. Und die 
meisten Datenblätter nennen auch in etwa solch einen Bereich. Widerstand 
also mindestens zehnteln, soweit der PIR den Ansteuerstrom liefern kann, 
bzw. die Basis des T nicht überlastet wird.

[Björn W. (bwieck)]

Wahrscheinlich C und E am Transistor vertauscht.

[Christian S. (roehrenvorheizer)]

Dürfen die Leser den Typ des PIR-Sensors erfahren, der am Eingang mit 5V 
läuft und am Ausgang 3,3 V heraus gibt?

mfg

[Michael B. (laberkopp)]

Tobi schrieb:
> die durch einen PIR Sensor mit einem Transistor geschaltet wird.

Wunderbar dass es nur einen PIR Sendor auf der Welt gibt, vom nackten 
Sensor über welche mit Komparator auf der Platine bis hin zu 
ausgewerteten mit BISS0001 IC oder ähnlich.

Deine 4k begrenzen einen 5V Ausgang auf 1mA und einen 3.3V Ausgang auf 
500uA, und der S8050 wird das nicht 250-500 fach verstärken um 250mA zu 
schalten, zumal die Glühlampe im Einschaltmoment noch viel mehr zieht.

Geh mal auf 470 Ohm runter.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Jens G. schrieb:
> Tobi schrieb:
>> - Maximum DC Current Gain (hFE) is 400
>
> Ja, und unter welchen Bedingungen? Bestimmt nicht bei ein paar 100mA.

Vor allem: es ist das Maximum. Real darf (und wird) es weit weniger 
sein. Dazu kommt noch, daß man einen Transistor im Schaltbetrieb um 
Faktor 3..5 übersteuert. Heißt man gibt ihm Faktor 3..5 mehr 
Basisstrom als er benötigen würde. Und weil man eine Schaltung nicht so 
auslegt, daß sie nur mit einem Exemplar eines Transistors klar kommt, 
sondern mit jedem Exemplar, nimmt man für die Rechnung das garantierte 
Minimum der Stromverstärkung.

Also:

* das garantierte Minimum der Stromverstärkung aus dem Datenblatt 
verwenden (und zwar das bei Ic=250mA!)

* den berechneten Basisstrom verdreifachen (verfünffachen kann auch 
nicht schaden)

[Jörg R. (solar77)]

Christian S. schrieb:
> Dürfen die Leser den Typ des PIR-Sensors erfahren, der am Eingang
> mit 5V läuft und am Ausgang 3,3 V heraus gibt?

Der hier zum Beispiel:

https://www.az-delivery.de/products/bewegungsmelde-modul?

Schaltplan, Seite 6, vor dem Ausgang sitzt schon ein 1k Widerstand.

https://cdn.shopify.com/s/files/1/1509/1638/files/Bewegungsmelder_Modul_Datenblatt.pdf

@Tobi (TO)
Zeige mal ein Foto von Deinem Aufbau und ein DB vom PIR.

Wenn Du SMD verarbeiten kannst ersetzt Du den S8050 durch einen 
IRLML2502.

[Tobi (skee)]

Anbei mal der Aufbau. Ich hoffe, das reicht so.

Links schwarz/weiß ist VCC und GND für den PIR, das Gelbe ist der Output 
vom PIR.
Die weißen Kabel sind von der Lampe.

Ein DB vom PIR habe ich nicht gefunden. Das Modul heißt HC-SR312 mit 
einem AM312 Sensor.

Ich habe jetzt mal den Widerstand auf 470 reduziert und es hat sich 
tatsächlich keine Änderung ergeben. Lampe ist immer noch nicht ganz hell 
und zieht weiterhin nur 0.07A.

Ich habe zur Sicherheit auch mal C und E getauscht, aber dann glimmt die 
Lampe wirklich nur ganz ganz schwach.

Anbei auch noch ein Bild der Transistoren, die ich aktuell im Zugriff 
habe. Evtl kennt da jemand einen, der hier besser passen würde.

[Georg M. (g_m)]

Tobi schrieb:
> Das Modul heißt HC-SR312 mit einem AM312 Sensor.

Und es hat schon 20k am Ausgang:

https://cu.lnwfile.com/_/cu/_raw/9j/ms/zj.jpg

[Andreas B. (bitverdreher)]

Der Sensor liefert nicht den noetigen Strom fuer einen 
Bipolartransistor. Mach das mit einem MosFet.

[Rainer W. (rawi)]

Tobi schrieb:
> Hat jemand eine Idee, wo ich falsch abgebogen bin?

Vielleicht hat dein PIR nur einen Open-Kollektor-Ausgang mit einem ganz 
schwachen Pull-Up.

[Sherlock 🕵🏽‍♂️ (rubbel-die-katz)]

Diese Steckbretter und Kabel leiten meisten nicht gut. Alles über 100 mA 
läufg darauf nicht gut.

[Stephan S. (uxdx)]

Tobi schrieb:
> Ein DB vom PIR habe ich nicht gefunden. Das Modul heißt HC-SR312 mit
> einem AM312 Sensor.

https://www.image.micros.com.pl/_dane_techniczne_auto/cz%20am312.pdf

[Dietrich L. (dietrichl)]

Tobi schrieb:
> Ich habe jetzt mal den Widerstand auf 470 reduziert und es hat sich
> tatsächlich keine Änderung ergeben.

Um die Zusammenhänge besser zu verstehen solltest du die Spannung am 
PIR-Ausgang messen, oder direkt den Spannungabfall am Widerstand zur 
Basis. Dann kannst du den Basisstron ausrechnen und abschätzen, ob das 
überhaupt funtionieren kann.

[Joachim B. (jar)]

Tobi schrieb:
> 400(hFE)

im Schalterbetrieb gilt ´hfe nicht, da darf man höchstens mit 1/5 oder 
1/10 rechnen und da nicht jeder Transistor das hfe erreicht vielleicht 
noch weniger hfe rechnen.

[Tobi (skee)]

Georg M. schrieb:
> Tobi schrieb:
>> Das Modul heißt HC-SR312 mit einem AM312 Sensor.
>
> Und es hat schon 20k am Ausgang:
>
> https://cu.lnwfile.com/_/cu/_raw/9j/ms/zj.jpg

Was bedeutet das für meine Schaltung, bzw für meine Berechnungen?
Mir ist nicht ganz klar, wo/wie ich das berücksichtigen muss.

[Enrico E. (pussy_brauser)]

Georg M. schrieb:
> Und es hat schon 20k am Ausgang:

Falls dein PIR wirklich schon einen 20k Widerstand am Ausgang hat, dann 
könntest du vielleicht einen zweiten NPN Transistor vor dem ersten 
vorschalten und dann über R2 den passenden Basisstrom für den ersten 
Transistor liefern. R2 sollte im Bereich zwischen 390 Ohm bis 1k Ohm 
liegen.

[H. H. (hhinz)]

Das ist doch nur ein fast nackter PIR-Sensor!

Da gehört erst noch ein Verstärker und ein Komparator dahinter.

[Sherlock 🕵🏽‍♂️ (rubbel-die-katz)]

Die Verstärkung des S8050 ist nicht 400, sondern 85 bis 300 bei 100mA. 
Aus dem Diagramm geht hervor, dass es bei den 250mA (die die Lampe 
braucht) etwas weniger sein wird - ungefähr 65 bis 200.

Er muss dann also nach der einfachen Rechnung mit 250 mA / 65 = 3,8 mA 
angesteuert werden. Um die Verluste auf der C-E Strecke zu reduzieren, 
multipliziert man das nochmal mit Faktor 3 bis 5, also ca. 15 mA.

Nun ist zu klären, ob der Bewegungsmelder die 15 mA liefern kann und wie 
hoch dessen Ausgangsspannung dabei ist. Erst dann kann man den 
Widerstand ausrechnen.

[H. H. (hhinz)]

Sherlock 🕵🏽‍♂️ schrieb:
> Nun ist die spannende Frage, ob der Bewegungsmelder 15 mA liefern kann
> und wie hoch dessen Ausgangsspannung dabei ist.

Der liefert ein paar mV, so wie ein Elektretmikrofon.

[Georg M. (g_m)]

H. H. schrieb:
> Das ist doch nur ein fast nackter PIR-Sensor!

Der ist digital. Deswegen 3.3V am Ausgang (unbelastet).

[Wolf17 (wolf17)]

Tobi schrieb:
> Maximum DC Current Gain (hFE) is 400
Ist es tatsächlich ein S8050 oder doch ein SS8050?
Ist es wirklich die höchste Verstärkungsfaktorklasse 280-400, oder doch 
eine kleinere?
Über 100mA nimmt der Verstärkungsfaktor ab.

Wenn der PIR wirklich 20k im Ausgang hat, hilft entweder der genannte 
Fet, oder die Lampe mit einem PNP in der Plusleitung schalten, dessen 
Basiswiderstand der NPN an Masse legt, mit Ib PNP 7mA.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Ich würde da jetzt einfach mal messen, was am PIR raus- und am 
Transistor ankommt. Das ist tausendmal besser als raten.

[Tobi (skee)]

Dietrich L. schrieb:
> Tobi schrieb:
>> Ich habe jetzt mal den Widerstand auf 470 reduziert und es hat sich
>> tatsächlich keine Änderung ergeben.
>
> Um die Zusammenhänge besser zu verstehen solltest du die Spannung am
> PIR-Ausgang messen, oder direkt den Spannungabfall am Widerstand zur
> Basis. Dann kannst du den Basisstron ausrechnen und abschätzen, ob das
> überhaupt funtionieren kann.

Also der Spannungsabfall am 470 Ohm Widerstand beträgt 0.1V.

Also wäre das ein Basisstrom von 0,0002A, oder?

[H. H. (hhinz)]

Tobi schrieb:
> Also der Spannungsabfall am 470 Ohm Widerstand beträgt 0.1V.
>
> Also wäre das ein Basisstrom von 0,0002A, oder?

Was zu den 20kOhm und 3,3V passt.



Georg M. schrieb:
> H. H. schrieb:
>> Das ist doch nur ein fast nackter PIR-Sensor!
>
> Der ist digital. Deswegen 3.3V am Ausgang (unbelastet).

Kannte ich bisher nur von Panasonic so, und nicht als Billigteil.

[Wolle G. (wolleg)]

Sherlock 🕵🏽♂️ schrieb:
> Nun ist zu klären, ob der Bewegungsmelder die 15 mA liefern kann und wie
> hoch dessen Ausgangsspannung dabei ist. Erst dann kann man den
> Widerstand ausrechnen.
Man könnte auch ein Potentiometer vor die Basis des Transistors setzen, 
um den notwendigen Basisstrom zu ermitteln.
Daraus lässt sich dann der erforderliche Basiswiderstand errechnen und 
damit prüfen, ob es mit dem PIR funktionieren könnte.
Es soll ja kein Seriengerät werden.

[H. H. (hhinz)]

H. H. schrieb:
> Georg M. schrieb:
>> H. H. schrieb:
>>> Das ist doch nur ein fast nackter PIR-Sensor!
>>
>> Der ist digital. Deswegen 3.3V am Ausgang (unbelastet).
>
> Kannte ich bisher nur von Panasonic so, und nicht als Billigteil.

Mal recherchiert, es könnte sich um sowas (siehe Anhang) handeln.

Und mit 5mA Ausgangsstrom wird das selbst ohne den 20kOhm Widerstand 
nichts.

[Tobi (skee)]

Ich habe mich an den Tipp von Enrico gehalten und einen zweiten 
Transistor verwendet.

Mit den 220Ω komme ich dann auf einen Basisstrom von 19mA an T2 und die 
Lampe zieht jetzt ca. 0.245A und leuchtet schön hell :)

Vielen Dank für Eure Hilfe und den ganzen Input! Hat mir wirklich 
nochmal eine ganze Menge gebracht, was das Verständnis von Transistoren 
und Schaltungen angeht :)

[Christian S. (roehrenvorheizer)]

Nur ein Bauteil mehr und schon geht's. Toll gemacht.
Endlich kriegt der T2 so viel Futter, wie er schon immer gebraucht hat.

mfg

[Stephan S. (uxdx)]

Im Datenblatt des AM312 (siehe 
Beitrag "Re: Lampe mit Transistor schalten - Leuchtet nur schwach") ist eine 
Musterschaltung: dort wird OUT über 10k mit dem Gate eines 2N7002 
verbunden, der schaltet ein Relais.

[Jens G. (jensig)]

Stephan S. schrieb:
> dort wird OUT über 10k mit dem Gate eines 2N7002

Wir haben hier aber nur Basen zur Verfügung ...

[Manfred P. (pruckelfred)]

Sherlock schrieb:
> Die Verstärkung des S8050 ist nicht 400, sondern 85 bis 300 bei 100mA.
> Aus dem Diagramm geht hervor, dass es bei den 250mA (die die Lampe
> braucht) etwas weniger sein wird - ungefähr 65 bis 200.

Du stellt mal wieder dar, dass Du den Transistor im Schaltbetrieb 
nicht verstehen willst. Es stehen 5 Volt zur Verfügung, da will man am 
Transistor keine 20% (1V) verlieren, sondern den in die Sättigung 
bringen. Baue eine Schaltung real auf, variiere den Basisstrom, messe 
UCE und wundere Dich - im Gegensatz zu Dir habe ich das schon gemacht. 
Da ist nichts mit "bis 200", eher niedrig zweistellig.

Aber es funktioniert ja, der Vorschlag vom pussy_brauser mit einem 
zweiten NPN liefert genug Basisstrom für den sicheren Betrieb.

Wolf17 schrieb:
> Wenn der PIR wirklich 20k im Ausgang hat, hilft entweder der genannte
> Fet, oder die Lampe mit einem PNP in der Plusleitung schalten, dessen
> Basiswiderstand der NPN an Masse legt, mit Ib PNP 7mA.

Mit PNP an Plus wäre auch meine Idee gewesen, aber mit den zwei NPN 
spielt es nicht schlechter.

Stephan S. schrieb:
> Musterschaltung: dort wird OUT über 10k mit dem Gate eines 2N7002
> verbunden, der schaltet ein Relais.

Und wieder jemand, der den FET nicht begriffen hat und außerhalb 
garantierter Daten betreiben will. Wenn schon FET, dann

Jörg R. schrieb:
> einen IRLML2502.

[Roland F. (rhf)]

Hallo,
Manfred P. schrieb:
> Es stehen 5 Volt zur Verfügung, da will man am
> Transistor keine 20% (1V) verlieren, sondern den in die Sättigung
> bringen.

Das folgende hast du gelesen?

Sherlock 🕵🏽‍♂️ schrieb:
> Um die Verluste auf der C-E Strecke zu reduzieren,
> multipliziert man das nochmal mit Faktor 3 bis 5, also ca. 15 mA.

rhf

[Sherlock 🕵🏽‍♂️ (rubbel-die-katz)]

Manfred P. schrieb:
> Du stellt mal wieder dar, dass Du den Transistor im Schaltbetrieb nicht
> verstehen willst.

Lies doch erst mal zuende, bevor du voreilig kritisierst.

[Rainer W. (rawi)]

Jens G. schrieb:
> Wir haben hier aber nur Basen zur Verfügung ...

Das genau ist das Problem.

Warum will man hier krampfhaft einen BJT einsetzen? Der PIR versucht 
alles, um störende Einflüsse durch Selbsterwärmung zu vermeiden und dann 
kommen Anwender daher und wollen dem Sensor "Hochstrom" entnehmen. Um 
dem einen Riegel vorzuschieben, hat der Hersteller des Breakout-Boards 
in weiser Voraussicht einen Strombegrenzungswiderstand vorgesehen, über 
den der "Hochstrom"-Anwender dann wenigstens stolpert - works as 
designed.

In der Musterschaltung zum AM312 wird doch nicht zum Spaß ein 
(spannungsgesteuerter) MOSFET vorgeschlagen.

[Jens G. (jensig)]

Rainer W. schrieb:
> Jens G. schrieb:
>> Wir haben hier aber nur Basen zur Verfügung ...
>
> Das genau ist das Problem.
>
> Warum will man hier krampfhaft einen BJT einsetzen?

Weil man nicht krampfhaft zu sinnlosen Kosten ein einzelnes Teil 
irgendwo in der Pampa bestellen will.
Was gefällt dir an der vorgeschlagenen und umgesetzten Lösung denn 
nicht?

[Michael B. (laberkopp)]

Rainer W. schrieb:
> Warum will man hier krampfhaft einen BJT einsetzen?

Weil man ihn da hat, andere nicht ?

[Manfred P. (pruckelfred)]

Sherlock schrieb:
>> Du stellt mal wieder dar, dass Du den Transistor im Schaltbetrieb nicht
>> verstehen willst.
> Lies doch erst mal zuende, bevor du voreilig kritisierst.

Ich wiederhole: Du willst den Transistor im Schaltbetrieb nicht 
verstehen.

Du kasperst mit Verstärkungswerten bei V(CE) 1 Volt und spekulierst 
dann, um 3..5 zu übersteuern, Kaffesatzleserei. Es gibt im Datenblatt 
Werte für die CE-Sättigung, wo die garantierte Verstärkung erheblich 
geringer ist.

Nur am Rande: Deine angehängte Tabelle ist vom SS8050, nicht vom S8050!

[Sherlock 🕵🏽‍♂️ (rubbel-die-katz)]

Manfred P. schrieb:
> Du willst den Transistor im Schaltbetrieb nicht verstehen.
> Du kasperst ... und spekulierst

Erzähle mir nicht, was ich angeblich will und tue. Kümmere dich um 
deinen eigenen Scheiß!

Zum Beispiel könntest du erklären, warum du unbedingt auf die 
garantierten 0,5V runter kommen willst. Ich wollte da nicht hin und der 
Tobi hatte auch nicht darum gebeten.

Manfred P. schrieb:
> Deine angehängte Tabelle ist vom SS8050, nicht vom S8050

Stimmt, das Datenblatt wurde wohl von alldatasheet.com falsch unter der 
Nummer S8050 eingeordnet.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Manfred P. schrieb:
> Du kasperst mit Verstärkungswerten bei V(CE) 1 Volt und spekulierst
> dann, um 3..5 zu übersteuern, Kaffesatzleserei. Es gibt im Datenblatt
> Werte für die CE-Sättigung, wo die garantierte Verstärkung erheblich
> geringer ist.

Vorsicht! Nicht die Verstärkung ist da garantiert, sondern Uce_sat. Der 
Rest sind Meßbedingungen.

Aber diese Bedingungen sind für Schaltbetrieb nicht unbedingt sinnvoll 
und nötig schon gar nicht. Im Schaltbetrieb wird der Transistor 
übersteuert und dadurch überhaupt erst gesättigt [1].

Diese Zeile des Datenblattes gibt nur an, wie weit in die Sättigung man 
ihn überhaupt treiben kann (vulgo: wie klein Uce_sat werden kann). Das 
Verhältnis von Kollektor- zu Basisstrom von 10:1 findest du in praktisch 
jedem Datenblatt für diese Angabe - es macht die Angabe von Uce_sat 
überhaupt erst vergleichbar.

Es bedeutet aber nicht daß Schaltbetrieb nur dann vorliegt, wenn man 
1/10 des benötigten Kollektorstrom für die Ansteuerung bereitstellt.


[1] im Linearbetrieb ist der Transistor ausgangsseitig näherungweise 
eine Stromquelle. Das ist der fast waagerechte Teil der 
Ausgangskennlinie (Ic vs. Uce). In diesem Arbeitsbereich kann man gar 
keine Uce_sat angeben, weil jeder Wert von Uce zum fast gleichen Wert 
von Ic führt.