Grundelektronikfrage: Schalten bei Spannung

[Basteltisch]

Hallo,
wie man sicherlich am Titel erkennt weiss ich nicht so recht wie ich das nennen soll was ich vor habe, aber es ist eigendlich sehr simpel und so weit ich weiss sehr oft in gebrauch.

Mein Ziel ist es letztendlich ein paar Motoren per PWM anzutreiben, und zwar ohne Motortreiber.

Dazu brauche ich nur folgendes: Eine Schaltung die zwischen 2 Stromleitungen umschalten kann. Genauer meine ich bei folgendem Bild:


http://rn-wissen.de/images/d/d0/Hbrueckerelais.gif

Diesen Transistor BC238.
Ich hab hier jede menge BC237A.
Davon habe ich folgendes Datenblatt:
http://www.reichelt.de/?;ACTION=7;LA=6;OPEN=0;INDEX=0;FILENAME=A100%252Fb c546_48.pdf

Aber ganz ehrlich, ich weiss nicht wie ich das Gerät nun verwende damit es mir den Strom für den Motor nicht aus dem AVR zieht sondern diesen nur als Signalspannung verwendet dass direkt von der Spannungsquelle der Strom zum Motor geleitet wird.

Ich hoffe mir kann jemand helfen oder zumindest in die richtige Richtung deuten.

Es grüßt,
Basteltisch

[Besserwessi]

Bei der gezeigten Schaltung kann nur die Drehrichtung umgestellt werden. Es kann der Motor nicht einmal angehalten werden, von PWM ganz zu schweigen. Der kleine Transistor schaltet nur das Relais. Der Motorstromkreis kann davon völlig getrennt sein, theoretisch auch Wechselstrom oder gar Netzspannung. Die trennung hat man mit dem Relais automatisch.

Für die Ansteuerung des Relais ist der BC237 gleichwertig mit dem BC238, die beiden unterscheiden sich ohnehin nur ein wenig in der maximalen Spannung (der BC237 kann etwas mehr Spannung).

Wenn man zusätzlich die Geschwindigkeit per PWM Regeln will, braucht man allerdings einen zusätzlichen Elektronschen Schalter wie einen MOSFET oder Transistor. Im Wiki ist da auch eine Schaltung zu.

Mit dem FET hat man aber keine galvannische Trennung mehr. Die Verbindung ist aber nur durch die Masse. Solange also der MOSFET nicht auf ungewöhnliche Art kaputgeht, kann auch kein Strom aus der Motorspannung zum µC zurückfließen. Auch kann der Strom für den Motor nicht aus der Versorgungs es AVR kommen. Der AVR liefert nur Strom, um das Gate zu laden oder entladen, das ist nur wenig Strom, jeweils beim umschalten.

[Basteltisch]

Hallo,
dann habe ich die Sache mit den Transistoren wohl falsch verstanden.

Wie sieht es denn hier mit aus:

http://rn-wissen.de/images/3/39/NOT_Gatter.JPG
http://rn-wissen.de/index.php/Transistor

laut Wiki ist das eine NOT Schaltung.
Kann ich diese nicht folgendermassen verwenden:

Am Eingang schliesse ich den AVR Pin an.
Der Ausgang geht zum Verbruacher(Motor) welcher selbst auch mit GND verbunden ist.

Sobald nun vom AVR kein Signal kommt fliesst der Strom von VCC über den Motor zu GND anstatt über den Transistor.
Ist das korrekt?

Es grüßt,
Basteltisch

[cmock]

den motor am gezeigten ausgang anzuschließen, ist (freundlich gesagt) suboptimal - der motorstrom würd ja über R2 fließen, dh du mußt R2 sehr klein halten; es fließt aber bei ausgeschaltetem motor der gesamte strom I=U/R2 durch den transistor, du verbrauchst mit dieser schaltung also bei ausgeschaltetem motor mehr strom als bei eingeschaltetem.

wenn du aber anstatt von R2 den motor einbaust, hast du zwar keine NOT-schaltung mehr, dafür aber einen sog. low-side-schalter, der funktioniert (wenn der transistor den strom des motors aushält).

cm.

[Besserwessi]

Wenn der Motor sozusagen parallel zum Transistor angeschlossen ist, dann muß der Strom für den Motor immer erst duch den Widerstand. Da Auschalten geht dann auch kruzschleißen. Dabei verliert man man Spannung am Widerstand, und im Ausgeschalteten zusatnd fließt mehr strom als wenn der Motor an ist. -> alles andere als gut.

Wenn schon diese Schaltung, dann den Motor prarallel zum Widerstand. Wobei man den Widerstand dann auch weglassen kann. Dazu kommt dann noch ein Freilaufdiode parallel zum Motor. Die Schaltung sieht dann so aus, wie die Ansteuerung der Relaisspule in der ersten Schaltung.

[Basteltisch]

Hallo,
danke für die Antworten.
Ich glaube ein Low-Side Schalter ist genau das was ich anfangs vor hatte.
Habe das nun einmal aufgemalt:

(Sinnbildlich, keine korrekten Zeichen)
http://www.imgbox.de/users/Basteltisch/AVR_Motor.jpg

Also kann ich bei dieser Schaltung steuern wann der Motor mit GND verbunden wird und somit generell anspringt? Wenn ja dann ist das exakt das was ich machen wollte :)

Nun stellt sich mir nurnoch die Frage nach den Pins. Ich habe bisher herausgefunden das die Pins "Emitter", "Basis", "Collektor" heissen.
Basis ist denke ich mal GND, allerdings kann ich mir nicht erklären was die anderen Beiden Pins sind. Welcher von den anderen beiden muss an den AVR?

Es grüßt,
Basteltisch

[cmock]

ich glaub, das mit dem transistor solltest du nochmal nachlesen, zb auf der von dir zitierten RN-wissen-seite.

die basis kommt (über einen entsprechenden vorwiderstand) an den ausgang vom µC, der kollektor an den motor und der emitter auf GND.

cm.

[Besserwessi]

Das mit Basis an GND ist naheliegend, aber falsch. Vom der Bedeutung war das mal so, das der größte Teil des Halbleiters (Germanium) die Basis war, aber dass interessiert hier weniger...

Die Pins beim NPN Transistor sind Emitter an GND, Basis über einen Widerstand an den µC und Kollektor zum Motor. Beim Motor fehlt noch die Freilaufdiode.

Die oben erwähnten BC237 sind allerdings nur für 100 mA, kurzzeitig auch mal 300 mA gut. Für größere Motoren reicht das kaum. Man könnte zur Not 2 oder 3 parallelschalten, dann aber jeweils mit eigenem Widerstand an der Basis.

[Searcher]

neben Variante 1, wie hier vorgeschlagen, findet man auch oft den Motor am Emitter des Transistors wie in Variante 2. Aus welchen Gründen sollte man sich für Variante 1 oder 2 entscheiden?



Variante 1 Variante 2

VCC VCC
+ +
| |
| |
o-----. |
| | |
Motor C| - D |
C| ^ |
C| | |
| | |
o-----' |
| |
| |
| |
Rv ___ |/ Rv ___ |/
o----|___|-----| npn o----|___|------| npn
input |> input |>
| |
| |
| |
| o-----.
| | |
| Motor C| - D
| C| ^
| C| |
| | |
| o-----'
GND | GND |
-+- -+-


Ich verwende Variante 2, aber nur weil ich das irgendwo mal so gesehen habe.

Gruß
Searcher

[cmock]

variante 2 nennt sich "high side", variante 1 ist ist "low side".

der unterschied liegt in der ansteuerung des transistors begründet: beim abgebildeten NPN-transistor hat die basis ca 0,7V mehr als der emitter; wenn du jetzt zb eine 12V-versorgung hast für den motor und 5V am µC, würde beim high-side-schalter der motor nur 4,3V bekommen, der rest würde im transistor verglühen.

ebenso bei verwendung von FETs: da muß (beim N-channel) das gate mindestens 5V mehr spannung haben als der source, damit geht auch bei einer 5V-last das highside-schalten nicht mehr direkt...

cm.

[Searcher]

Ahhh, danke.

Könnte man das auf die Faustformel bringen:
Bei Einschalten zb 5V vom MC oder PWM Signal am input dann Variante 1
Bei analoger Ansteuerung zB. 0 bis 12 Volt am input, Variante 2 um die Drehzahl des Motors zu verändern?

Gruß
Searcher

[Basteltisch]

Hallo,
danke für die Antworten und Erläuterungen.
Mit dem verglühen des Transistors habe ich gestern auch eine Erfahrung machen können.
Aber zum Glück habe ich sehr viele Transistoren. Ich glaube ich hatte ihn falsch herum angeschlossen (Emitter und Kollektor vertauscht).

Ich verwende Bascom, reicht es also wenn ich den Pin (Output) des AVR auf 1 setze damit der Collektor anfängt zum Emitter durchzuleiten?

Wovon muss ich denn den Widerstand vor dem AVR abhängig machen? Solange dieser nur aus Ausgang und initialsignal für die Leitbarkeit zwischen E und K diehnt werden dort doch auch nur 5V und ein paar Milliampere vom AVR kommen oder nicht?


@Searcher mit welchem Programm hast du diesen Ascii Schaltplan gemacht? DAs ist ja viel komfortabler weill man den Plan nicht extra auf einem Bildhoster hochladen muss.


Es grüßt,
Basteltisch

[Searcher]

@Basteltisch: Hab ich von PICture abgeschaut. Ist wirklich komfortabler, gerade bei so einfachen Schaltungen und kostet vermutlich so gut wie keinen Speicherplatz auf dem RN Server.

Schaltung ist: "created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de"

Gruß
Searcher

[cmock]

Könnte man das auf die Faustformel bringen:
Bei Einschalten zb 5V vom MC oder PWM Signal am input dann Variante 1

jedenfalls.


Bei analoger Ansteuerung zB. 0 bis 12 Volt am input, Variante 2 um die Drehzahl des Motors zu verändern?

jein. unter diesen voraussetzungen kannst du high-side verwenden, mußt aber nicht. die drehzahl kannst du mit beiden schaltungen ändern, weil du (beim bipolar-transistor) regelst, wieviel strom durch den transistor und damit durch den motor fließt, und ob der transistor vor oder hinter dem motor ist, ist wurscht.


Mit dem verglühen des Transistors habe ich gestern auch eine Erfahrung machen können.

beim lernen muß man halt manchmal den magic smoke aus bauteilen rauslassen :-)


Ich verwende Bascom, reicht es also wenn ich den Pin (Output) des AVR auf 1 setze damit der Collektor anfängt zum Emitter durchzuleiten?

yup.


Wovon muss ich denn den Widerstand vor dem AVR abhängig machen? Solange dieser nur aus Ausgang und initialsignal für die Leitbarkeit zwischen E und K diehnt werden dort doch auch nur 5V und ein paar Milliampere vom AVR kommen oder nicht?

nein. ein (bipolar-) transistor ist ein stromverstärker; der strom, der in die basis reinfließt, wird mit der stromverstärkung des transistors multipliziert zum emitter rausfließen.

also brauchst du mal die stromverstärkung deines transistors; die steht im datenblatt. dann den strom durch deinen motor. damit bekommst du den notwendigen basisstrom Ib.

nachdem die BE-strecke 0,7V hat, müssen am basis-vorwiderstand bei deinem berechneten basisstrom 4,3V abfallen:

Rb = 4.3V/Ib

den kannst noch abrunden, dann fließt halt etwas mehr basisstrom als notwendig.

cm.

[Searcher]

Vielen Dank cmock,
endlich weiß ich was ich bisher gemacht habe :D . Da ich meine Mini Schaltungen analoger Art bis jetzt immer mit einer Spannung (Ansteuerung und Motorspannung) betrieben habe und das erst noch in LTspice simuliert habe ist mir das nicht aufgefallen. Wenn keine Rauchgefahr bestand hab ich's aufgebaut.

Gruß
Searcher

[Basteltisch]

Hallo,
habe grade mal den Motor getestet, er zieht 0,32 A bei 5V.
Leider habe ich zu dem Motor kein Datenblatt da ich ihn woanders ausgebaut habe.

Im Datenblatt des Transistors steht für Vce
Ic = 10 mA, Ib = 0,5mA.

Bedeutet also dass vom Collektor zum Emitter der Strom um 95% reduziert wird?

also ist das zusammen Multipliziert Ib= 0,016A

Somit habe ich ein Rb von 268,75 Ohm, um die 5V auf 4,3 zu reduzieren.
Aber wieso hat die BE Strecke 0,7V? Wo steht das?

Es grüßt,
Basteltisch

[cmock]

ich glaub, du liest die falschen zahlen im datenblatt, in dem, das ich mir grad geladen hab(BC237, fairchild) steht "hFE 120..800" und bei "hFE classification" für den A-typ "120..220". das wär die stromverstärkung.

aber was ganz wesentliches steht da unter "absolute maximum ratings", auf deutsch "ab hier knallt's": maximaler kollektor-strom sind 100mA.

du müßtest also mehrere von den dingern parallelschalten, und hier enden nun meine kenntnisse von transistorschaltungen: ich bezweifle, daß das einfach so geht, weil dabei vermutich der transistor mit der größten stromverstärkung den größten strom abbekommt und dann abraucht...

cm.

[Besserwessi]

Die 100 mA Grenze sollte man schon beachten. Die Werte oben von 10 mA unf 0,5 mA sind wahrscheinlich für einen Arbeitspunkt.

Die Parallelschaltung ist wirklich nicht so einfach. Da sollte man sich schon einen Transistor suchen, der den ganzen Laststrom verträgt. Da es gar nicht so einfach ist, den Strom gleichmäßig zu verteilen, müßte man für die oben genannten 320 mA wird man dann schon wenigsten 5 Transistoren brauchen. Einfach so Parallel geht nicht. Wenigstens der Widerstand an der Basis sollte für jeden Transistor extra sein.


Die BC237 sind sonst mehr was um ein Relais, LEDs oder ähnliches zu steuern.

Der Wert von Hfe= 120...220 heißt, das vom Kollektor zum Emitter bis zu 120...220 mal so viel Strom fleißen kann wie an der Basis fleißt. Hier heißt das, das etwa 1 mA an der Basis reicht damit die maximalen 100 mA fließen können. Etwas mehr (etwa 2 mal) ist aber auch nicht schlecht, damit der Transistor wirklich ganz durchschaltet und nicht zu viel Spannung verloren geht.

Der Teil der Transistors zwischen Basis und Emitter verhält sich wie eine Diode: unter 0,5 V fleißt praktisch kein Strom bei 0,6-0,7 V fleißt dann schon genug Strom, viel mehr darf dann auch nicht. Deshalb braucht man ähnlich wie bei LEDs hier oft einen Widerstand.