LED-Kette und Transistoren

[Moritz Grosch]

Hi,

ich bin's mal wieder :)
Diesmal habe ich ein Stück RGB-LED-Lichterkette (1m) und möchte diese mit einem Microcontroller steuern. Dazu habe ich mir 3 Transistoren vom Typ BC635 geholt, die für bis zu 1A Dauerlast bestimmt sind.
Die LED-Kette hat einen gemeinsamen VCC-Anschluss und getrennte GND-Anschlüsse für die Farben. Die GND-Anschlüsse hab ich an den Collector der Transistoren gehängt, der Emitter ist an GND angeschlossen.

Jetzt zu meinem Problem: jede Farbe hat einen Stromverbrauch von <200mA. Trotzdem werden die Transistoren sehr warm (nach nichtmal einer Minute 70°C, tendenz steigend) :(
Ist das normal? Kann ich irgendetwas tun damit die nicht so warm werden? Gibt es To-92 Kühlkörper? Wie groß müsste der sein?
Hab bisher nix gebaut was eine Kühlung gebraucht hat (na gut ... 7805 ;)).

Danke für eure Hilfe :)

Grüße,
LittleFox

[Kampi]

Hey,

doofe Frage aber hast du da Vorwiderstände mit drin ;)?
Weil ohne hast du einen Stromkreis mit zwei fast nicht vorhandenen Widerständen und wenn dann jeder Transistor einen Kurzschlussstrom von fast 1A treiben muss werden die sehr schnell sehr warm.

[Moritz Grosch]

Hi,
die LED Kette hat die Widerstände schon mit drauf und zwischen Transistor und AVM sind ich 4K7 Widerstände.
Grüße,
Littlefox

[Kampi]

Und die Transistoren Schalten auch richtig durch? Reichen den 5V dafür?

[Moritz Grosch]

wenn ich das Datenblatt richtig verstehe schaltet der ab 1V auf jeden Fall durch. allerdings hab ich von den ganzen transistorwerten nicht ganz so viel Ahnung :(

[PICture]

Hallo!

Bei Transistoren als Schalter wird die enstehende Wärme durch Spannungsabfall * Kollektorstrom erzeugt. Wenn es nicht schnell geschaltet seien muss, sollten die Transistoren gesättigt werden, dass heisst, dass der Basistrom mehrfach grösser als nur zum Durchschalten nötiger gewählt werden muss. Daher vermute ich, je nach Transistortyp, dass die Basiswiderstande zu hoch sind. ;)

[Hubert.G]

Die Basiswiderstände sind fast sicher zu groß.
Der Basisstrom mit 4k7 ist <1mA, bei einer Verstärkung von 100 heißt das, das nur knapp 100mA Kollektorstrom fließen können.
Der Transistor schaltet also nicht voll durch. Die Basiswiderstände sollten auf 1k verringert werden.

[Moritz Grosch]

Und wenn sie schnell geschaltet werden sollen? Ist PWM schon 'schnell'? :D
Wie komme ich auf den richtigen Widerstandswert? Hab Transistoren bisher nur für Kleinkram verwendet :/

[Moritz Grosch]

kann ich stattdessen auch eine Darlington-Schaltung bauen?
Andere Widerstände hab ich gerade nicht da - iwie fehlt mir immer das Geld für ein Sortiment :/ Von den Transistoren hab ich noch 17 :D

[Thomas E.]

Hier stehen die wichtigsten Infos:
http://www.mikrocontroller.net/articles/Basiswiderstand

[PICture]

kann ich stattdessen auch eine Darlington-Schaltung bauen?

Natürlich ! :)

C

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.-----|---.
| | |
| +-+-+ |
| | | |
| |/ | |
B o---| T1 | |
| |> | |
| | |/ |
| +-| T2|
| |> |
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E

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

[Moritz Grosch]

@Thomas: danke für den Link - bin gerade am durchlesen

@PICture: bringt mir das auch etwas? Brauch ich für den 2. Transistor auch einen Basiswiderstand? Das käme ja auf das gleiche Problem raus :/

[PICture]

Nein, du brauchst keinen zusätzlichen Widerstand, da der diskret aufgebauter Darlington wie ein Transistor ist (siehe Skizze oben).

[Moritz Grosch]

also wäre da 4,7K als Basiswiderstand ok, da der Strom durch den 2. Transistor nochmal verstärkt wird?
Werde das trotzdem noch durcharbeiten damit ich beim nächsten mal die richtigen Widerstände kaufe ...

[PICture]

Genau ! :)

Übrigens, man kann ausser ganzen Sortiment nie richtige Widerstände zum Basteln haben. ;)

[Moritz Grosch]

ok - dann mach ich das erstmal mit einer Darlington-Schaltung machen.

Bräuchte mal eine Rohrpost und ein rotes Telefon zu reichelt :D

[PICture]

Wenn du den Darlington diskret aufbauen werdest, dann würde ich skizzierte Schaltung empfehlen, da der T1 wegen höherer Kollektor-Emitter Spannung grössere Stromverstärkung hat.

VCC
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+-+-+
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| .-.
| | |R
| | |Last
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C1 | | C2
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| +-| T2|
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[Moritz Grosch]

ok - dann probier ich das mal auf dem Steckbrett umzusetzen (iwie sind die immer zu klein^^)
Danke nochmal - auch für den Link, Weiterbildung ist immer gut :)

[PICture]

... und leider Lebenslang, also viel Spass und Erfolg ! :D

[MagicWSmoke]

Wenn du den Darlington diskret aufbauen werdest, dann würde ich skizzierte Schaltung empfehlen, da der T1 wegen höherer Kollektor-Emitter Spannung grössere Stromverstärkung hat.
Ja, soviel bis zum Durchlegieren...



VCC
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C1 | | C2
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Denk nochmal drüber nach, wenn T1 leitet, liefert der (solange er kann) beliebig viel Strom in die Basis von T2.
Bei der richtigen NPN Darlington-Schaltung sind die Kollektoren schon aus gutem Grund miteinander verbunden.

[PICture]

Der Emitterstrom vom T1 ist nicht beliebig, sondern per Basiswiderstand festgelegt: Ic1 = ß * Ib1. Man darf nur den max. Basistrom vom T2 nicht überschreiten (für BC635 max. 200 mA). ;)

[Moritz Grosch]

irgendwie hab ich jetzt 2 kaputte Transistoren :/

[MagicWSmoke]

Der Emitterstrom vom T1 ist nicht beliebig, sondern per Basiswiderstand festgelegt: Ic1 = ß * Ib1. ;)
Du lenkst vom Thema ab. Bei Deinem Vorschlag fließt der Strom unkontrolliert von VCC über T1 und dann weiter über die Basis/Emitter Diode von T2 nach E, dass bei Deinem Vorschlag GND sein dürfte, da RLast nach VCC geht.
Eine Kontrolle des T1-Stroms über den Vorwiderstand und bei einer Dir nicht bekannten Stromverstärkung machen zu wollen ist abwegig und führt die einfache Funktionsweise, welche die Darlingtonschaltung nunmal hat, ad absurdum, mehr noch, sie verschenkt deren Vorteil.

Dein Vorschlag führt potentiell zur Zerstörung der Transistoren, wenn der Vorwiderstand zu niedrig oder die Stromverstärkung zu hoch ist.
Da Du diesen Aspekt nicht angesprochen hast, nehm' ich an, dass das ein undurchdachter Schnellschuss war.

Hätte auch nichts dazu geschrieben, wenn ich nicht gesehen hätte, dass Dein Ratschlag zum Rösten der Transistoren führt.

[PICture]

Dann geben alle Hersteller von Transistoren ß um sonst an ?

[MagicWSmoke]

Dann geben alle Hersteller von Transistoren ß um sonst an ?
Ich weis jetzt nicht, was Du damit sagen willst. Aber mal am Beispiel eines BC237 gesehen, geht die Stromverstärkung hFE von min 120 bis max 460.

Du propagierst hier jedoch eine Schaltung, die bei geringfügig falsch dimensionierten Vorwiderstand zur Zerstörung derselben führt, wogegen die richtige Darlingtonschaltung damit keinerlei Probleme hat.
Auf diesen Umstand weist Du den TE jedoch nicht hin und statt dass Du jetzt die Unsinnigkeit Deines Vorschlags zugibst, kommst Du mit dem Hinweis auf hFE.

Auch Deine Position als Urgestein dieses Forums sollte es Dir doch nicht unmöglich machen, einen Fehler zuzugeben.
Das Problem ist doch, die Technik verzeiht falsche Ratschläge nicht, egal wer sie gibt.

[Moritz Grosch]

und ich hab jetzt keine andere möglichkeit als andere widerstände? hab ich das richtig verstanden?
hab dann wie geschrieben schon mal 2 transistoren gegrillt :/ (naja, kosten ja nix)

[PICture]

Das Problem ist doch, die Technik verzeiht falsche Ratschläge nicht, egal wer sie gibt.

Das stimmt. Übrigens, erinnere dir, bitte, wie ein Messgerät für ß bzw. h21e funktioniert. ;)

[MagicWSmoke]

Das stimmt. Übrigens, erinnere dir, bitte, wie ein Messgerät für ß bzw. h21e funktioniert. ;)
Was ist h21e, hFE ?
Aber nochmal, das ist doch nicht das Problem. Du kannst T1 bei 'nem Darlington problemlos mit einem kleinen Vorwiderstand betreiben. solange Du eben den maximalen Basistrom nicht überschreitest. Bei Deiner Schaltung führt ein zu kleiner Vorwiderstand, selbst wenn er unterhalb des zulässigen Basisstroms liegt, aber dazu dass T1 über die B/E-Diode von T2 dann VCC und GND kurzschließt, damit der maximale Strom für T1 problemlos überschritten und auch noch T2 über die B/E-Strecke zerstört wird.

@Moritz:
Es gibt zwei Punkte zu beachten, einmal unter der Voraussetzung dass der Transistor voll durchschaltet, die grundsätzliche Verlustleistung, welche ist: 0,2A x 0,7V = 140mW, eigentlich nicht sehr viel.
Zweitens, der BC635 hat laut DB eine hFE von min 45, von diesem Wert musst Du bei der Berechnung ausgehen. Wenn Du also 200mA über C/E haben willst und er voll durchschalten soll, dann musst Du 200mA / 45 = 4,44mA an der Basis haben, was ein µC normalerweise auch liefern kann. Wobei bei Belastung auch die Ausgangsspannung am µC-Pin sinkt, dafür gibt's Tabellen im Datenblatt des µC's Deiner Wahl. Bei idealen Bedingungen von 5V am µC-Pin errechnet sich der Basiswiderstand zu: (5 - 0,7) / 4,44mA = 968 Ohm, also 820 Ohm. Damit wärst Du auf der sicheren Seite.
Wenn Du einen Darlington nimmst kannst Du von 45 x 45 = 2025 hFE ausgehen, damit reichen dann: 200mA / 2025 = 98,8µA, daraus ergibt sich: (5 - 1,4) / 98,8µA = 36,45kOhm, also 33kOhm oder kleiner.

[PICture]

Was ist h21e, hFE ?

Ja, sorry, dass ich nicht hFE geschrieben habe. Ich weiss leider nicht mit welchen Transistoren der Moritz Grosch bastelt um etwas konkretes vorzuschlagen. Wenn er aber bloss 4k7 Widerstände hat, dann muss er als T1 einen Transistor mit kleinem hFE finden. Deine richtige Berechnung zeigt das eben deutlich an. ;)

[Moritz Grosch]

Welche Transistoren ich verwende hab ich im ersten Beitrag geschrieben ;)
Hab jetzt die Collectoren der Transistoren verbunden - die T2's sind auf Körptertermperatur (etwa) und heizen sich nicht weiter auf. Die T1's sind jetzt kalt.
Beim nächsten Mal nehme ich richtige Widerstände - das hier will ich aber erstmal verwendbar bekommen :)

Danke für eure Hilfe :)

Grüße,
LittleFox

PS.: Ihr 2 BC635 - es war schön euch gekannt zu haben :(

[MagicWSmoke]

Ja, sorry, dass ich nicht hFE geschrieben habe. Ich weiss leider nicht mit welchen Transistoren der Moritz Grosch bastelt um etwas konkretes vorzuschlagen.
Im Eingangspost schrieb Moritz von BC635, laut Datenblatt beginnt deren hFE ab 45.

Wenn er aber bloss 4k7 Widerstände hat, dann muss er als T1 einen Transistor mit kleinem hFE finden. Deine richtige Berechnung zeigt das eben deutlich an. ;)
Nein, er muss nur die normale Darlingtonschaltung verwenden, so wie Du die in Deinem #11er Post aufgezeigt hast, dann kann er auch 4k7 als Vorwiderstand verwenden. Denn das macht dem echten Darlington nichts aus, da die Versorgung von T1 gemeinsam mit T2 über RLast geschieht. Nimm an, dass T2's C voll nach E / GND durchschaltet, dann sieht T1 nur noch 0,7V an seinem C, damit ist der Strom durch T1 begrenzt, das System reguliert und schützt sich selbst.

[PICture]

Sorry, ich gebe zu, dass ich das nicht durchgerechnet habe und werde die zweite Schaltung nur für Erfahrene empfehlen, die es stufenweise mit Strommessung des Emitterstroms von T1, der natürlich nicht durchschalten soll, aufbauen würden.

[RoboHolIC]

Grundsätzlich finde ich PICture's Ansatz recht interessant, weil er meist vernachlässigte Transistorparameter in die Schaltung einbezieht ! Das wird unter Laborbedingungen, insbesondere stabiler Umgebungstemperatur, auch funktionieren.

Problematisch an der von ihm vorgeschlagenen Schaltung ist m.E die starke Sensibilität auf Exemplartoleranzen, Temperaturabhängigkeit der hFE, V_CE-Abhängigkeit der hFE und der Typ-spezifische I_B_max des nachgeordneten Transistors. Vorteilhaft dagegen ist die gute Sättigung des Laststrom-tragenden Transistors, die besser ist als beim Darlington. Soweit die Bündelung der bereits genannten Aspekte.

Ich deute PICture's Ansatz als eine analoge Herangehensweise, die -wie so oft- komplexer zu behandeln ist als der digitale Ansatz Schalttransistor bzw. Darlington.