danke, wir nähern uns an. 8-)
Trotzdem sind es für mich noch zu viele Unverständlichkeiten.
Fangen wir doch bitte nochmal ganz vorne an, an der Basis.
Zenerspannung = 3,9V,
100kOhm vor der Basis an ca. 5-9-18V.
4 Fälle:
a) LED+1k am Kollektor plus 1k am Emitter
b) LED+1k am Kollektor ohne 1k am Emitter
c) LED am Kollektor plus 1k am Emitter
d) Kollektor abgeklemmt, Emitter direkt an GND
Wie hoch ist der Basistrom in den Fällen a) - d) ?
Ich würde dir dringend raten, das dur dir die Grundlagen aneignest. Ohmsches Gesetz und die beiden Kirchhoffschen regeln. Dann solltest du das alles verstehen. Du fängst mit einfachen Schaltungen an (z.b. Serienschaltung und Parallelschaltung von Widerständen,...)
Und wie du auf was kommst steht mehr als nur einmal da, wie du auf welche Spannungen und Ströme kommst steht auch oben, also genauestens lesen.
MfG Hannes
a) unbekannt weil ich die Durchlassspannung der LED nicht kenne bzw. den Strom nicht einschätzen kann
wenn jetzt aber der kombinierte Strom
S (Quelle) -> 100k -> B-E(0.7) -> 1k (R an E)
S -> 1k (vorwiderstand) + LED -> K-E -> 1k (R an E) so groß ist, dass dein U(an E) > (3.9V - 0.7V) wird, beginnt dein Transistor zu sperren
b) ohen den 1k am EMitter hast du keine Regelgröße, der Transistor ist einfach nur offen und begrenzt höchstens über deinen HFE Wert (anderes Thema), außerdem bricht die SPannung an der Basis auf 0.7V zusammen weil der ganze Strom jetzt ungehindert über die B-E Strecke fließt
c)gleicher Fall wie A, nur du dir den ziemlich nutzlosen Vorwiderstand sparst! Der Transistor begrenzt den Strom, der Vorwiderstand nimmt nur ein wenig Last vom TRansistor und ist sonst unnütz
d) ein offener Transistor sonst nichts besonderes, außer dass deine Basisspannung wie schon vorher auf 0.7V zusammenbricht
Es gibt 10 Sorten von Menschen: Die einen können binär zählen, die anderen
nicht.
für die LED nimm einfach irgendwas, rot oder grün oder gelb ist ja egal, 2V wären exemplarisch ok.
Als Batteriespannung könnte man einmal 5V, einmal 9V und einmal 18V rechnen, und man darf ruhig ein wenig runden. Nur: nach meinem Verständnis ist das alles gar nicht relevant...
denn wenn die Batteriespannung deutlich über der Zenerspannung liegt, wird sie ja auch in JEDEM Fall auf die Zenerspannung heruntergebrochen - einverstanden? :-/
ich rechne für a)
Fangen wir bei hypothetischen bei 9V Batteriespannung an, also deutlich größer als Uz=3,9V, dann wird die Basisspannung auf 3,9V = Uz begrenzt.
für den Basis-Emitter-Strom z.B. (Pluspol - 100k - Basis-Emitter - 1k - GND) gilt also:
Basistrom= I = (3,9V -0,9V)/(100k+1k) = 3/101000 = ca. 30µA.
bei 5V und für 18V: bekomme ich das gleiche raus, auch sie werden auf Uz heruntergebrochen, und der 100k Basis-Vorwiderstand zum Batterieplus begrenzt ja in JEDEM Fall quasi als "Nadelör" die Menge an "technischen positiven Ladungsträgern", oder nicht?
bei b), also ohne Emitterwiderstand: auch hier fließt der Strom den gleichen Weg, nur am Schluss fehlt ein 1k Widerstand, also
Basistrom= I = (3,9V -0,9V)/(100k) = 3/100000 = ca. 30µA.
für c) und d) ändert sich hier auch nach meiner Meinung nichts, da die LED mit Vorwiderstand in der Kollektorleitung den Basisstrom nicht beeinflusst, also auch nicht bei Open Collector. Ob ohne oder mit 1k Emitterwiderstand macht für den Gesamt-Widerstand für die Plus-Basis-Emitter-GND-Strecke (100k + x) höchsten 1% aus.
okay, die 100k müssen mir wohl beim ersten Nachrechnen entgangen sein
zu a) bei 30µA B-E und einem geschätzten HFE eines "einfachen" Transistors von 150 wären das also 4.5mA maximal auf der K-E Strecke aber das wäre ein absoluter limit Wert!
Wenn ich jetzt von einer Vorwärtsspannung von 3V(blaue LED wenn ich mich nicht irre) ausgehe
9V-3V = 6V und 2x 1k Ohm in Serie verwende
und den K-E Übergang mal als ideal 0 betrachte bleiben also
6V/2k = 3mA über
mehr Strom wird da effektiv nicht fließen und es wird auch keine Begrenzung geben
nehmen wir mal 18V also 18-3 / 2k = 7mA > 4.5mA also werden maximal 4.5mA aufgrund der Funktionsweise des Transistors nur fließen können.
reduzieren wir mal den Widerstand vor deiner Z-Diode auf 10k um ein wenig Musik in deinen Basis zu bekommen und gehen mal von einem besseren HFE von 300 aus um diesen Faktor mal zu eliminieren und ie eigentliche Funktionsweise des SChaltkreis zu betrachten
TL;DR; Hier wirds interessant, wir ignorieren mal den internen Begrenzungsfall des Transistor
also I(BE) 275µA * 300 = 82,5mA hard limit
wir lassen auch mal den Vorwiderstand weg und nehmen uns die 9V als Basis
über deiner Diode fallen jetzt mind. 3V ab der Rest sind 6V bis GND und die müssen jetzt über den R(an E) und über deine geregelte K-E Strecke abfallen!
Jetzt befinden wir uns in einer Regelung, daher kann ich das nicht mathematisch abbilden aber ich versuche es zu Erläutern.
Ausgangssituation:
- K-E voll offen U(K/E) 6V (K=E weil wir von ideal offen ausgehen)
- U(B-E) = -2.1V damit zu klein um den Transistor offen zu halten
-> Transistor sperrt K-E teilweise
Übersteuerung:
- K-E geht zu weit zu und über den Transistor fallen 4.5V ab
- über den Widerstand fallen jetzt nur theoretisch 1.5V ab
- über U(B-E) = 3.9-1.5 > 0.9V kann wieder ein Strom fließen und der Transistor öffnet sich wieder
Equilibrium:
- K-E ist so weit geschlossen, dass ca. 3V über K-E abfallen
- die restlichen 3V fallen über den Widerstand ab (ich ignorier hier mal den winzigen Strom über die Basis im Verhältnis zum Laststrom)
- U B-E beträgt jetzt 0.9V was dem ausgeglichenen Zustand des Transistors bewirkt
Für den Strom sind das dann 3x 3V Spannungsabfall also sind alle 3 Rs identisch 1k in dem Fall R = U / I -> 3mA
bei 18V wären das dann U(In) 18V - U(LED) 3V - U(Ref) 3V = U(K-E) 12V aber immernoch 3mA
denn dein Strom errechnet sich aus deinem Emitterwiderstand und der Basis Vorspannung abzüglich Diodenspannung I(reg) = U(B) - U(B-E) / R(E)
Geändert von Ceos (29.08.2016 um 16:29 Uhr)
Es gibt 10 Sorten von Menschen: Die einen können binär zählen, die anderen
nicht.
Du bist gerade auch nicht einfach.Zitat von HaWe
Wenn du ALLES durchliest, steht da die Antwort mehrfach!
Neben Herrn Ohm musst du auch noch Herrn Kirchhoff beachten!
Und die Annahme, dass alles konstant ist, ist falsch!
Auch wenn nur 2 aktive Bauteile verwendet werden, bilden diese einen Regelkreis! Ein Regelkreis hat die Eigenschaft, dass wenn er eingeschwungen ist und keinerlei Störsignale vorhanden sind, sich feste Werte einstellen. Sobald sich aber irgendwelche Signale verändern steuert der Regelkreis dagegen an und die Stellgrössen ändern sich.
Die 0.7V an der LED sind auch falsch, je nach Farbe sind es 1.5V bis etwa 4.5V, aber das spielt bei der Schaltung grundsätzlich auch keine Rolle.
Zuerst einmal:
Der Strom durch den 100k teilt sich in zwei Ströme IZ und IB auf.
Bei einer idealen Z-Diode wäre IZ unterhalb 3.9V = 0, bei 3.9V wird er unendlich.
Hier wird der Strom durch die 100k begrenzt.
Zudem hat eine reale Z-Diode keinen so schönen Knick:
http://www.elektronik-kompendium.de/...au/0201211.htm
real wird UZ minimal kleiner, da IZ um IB verkleinert wird.
Jemand hat UBE mit 0.9V angenommen, weil sich damit besser rechnen lässt, real wären es 0.6-0.7V aber der genaue Wert ist für die Funktion egal!
Ich rechne jetzt weiter mit den 0.9V, das geht dann mit Kopfrechnen, du kannst ja alles mit den krummen Werten selber nachrechnen.
Den 1k in Serie zur LED lassen wir auch mal weg, der hat auf die Funktion der Schaltung auch keinen Einfluss. Er dient nur dazu, die Verlustleistung der Schaltung auf den Transistor und den 1k zu verteilen, wodurch der Transistor weniger warm wird.
Der Transistor ist ein Stromverstärker und IC = IB * k
Die B-E-Strecke ist eine Diode und ich nehme an, dass diese erst ab 0.9V leitet, solange diese Strecke nicht leitet fliesst auch kein IB.
Durch den Emitter-Widerstand RE fliesst der Strom IB + IC
Damit also ein IB entsteht und weil UB durch die Z-Diode auf 3.9V fixiert wird, muss am Emitter eine Spannung von UE = 3.9V - 0.9V = 3.0V anliegen.
Wird UE grösser, dann wird IB kleiner, wird UE kleiner, wird IB grösser.
Entsprechend verändert sich auch IC
Nun ist UE = (IB + IC) * RE
Da RE 1k hat und URE 3.0V ist, fliessen durch RE 3mA (IB + IC = IB + IB * k).
Beim Transistor ist nun aber UC unabhängig von IC, UC stellt sich so ein, dass IC fliesst.
Das ist natürlich nur möglich wenn die Schaltung dies zulässt.
Die Schaltung funktioniert keinesfalls mit einer Betriebsspannung zwischen 0 und 18V!
Unter 3.9V geht mal gar nichts, weil dann die Z-Diode nicht arbeitet.
Allerdings fliesst bei 3.9V auch kein Strom durch die 100k.
Eine weitere Bedingung ist, dass die Betriebsspannung grösser sein muss als URE + UCESAT + ULED + 3V (diese fallen bei 3mA am 1k in Serie zur LED ab.).
Für eine rote LED sind dies etwa 3V + 1.7V + 0.2V + 3V = 7.9V, bei einer blauen oder weissen LED muss man mit mindestens 10.2-10.7V rechnen.
Verwendet man den Transistor als Schalter, wählt man IB so gross, dass IC = IB * k gar nicht erfüllt werden kann, typisch wählt man IB etwa 10x zu gross. Der Transistor geht dann in die Sättigung und UCE nimmt einen Wert von etwa 0.2V an.
MfG Peter(TOO)
- - - Aktualisiert - - -
Das ist falsch!
Den Emitter hast du direkt auf Masse geklemmt.
Folglich liegen die B-E-Diode und die Z-Diode parallel.
Da die B-E-Diode bei 0.9V leitet, kann die Spannung an der Z-Diode nicht grösser sein!
MfG Peter(TOO)
Manchmal frage ich mich, wieso meine Generation Geräte ohne Simulation entwickeln konnte?
An den Postersteller es fehlen dir, sehr viele Grundlagen die du dir mal als erstes aneignen musst!!!!
Wenn du mit so einer Schaltung anfängst bist du, auf Grund des fehlenden Wissens, überfordert.
Hier mal eine Seite http://elektroniktutor.de/index.html auf der einige Grundlagen erklärt sind und genauso wichtig, wie die Theorie, ist es auch im praktischen Maße dies mal aufzubauen, Messungen durchzuführen damit man ein Gefühl bekommt wie man diese Einheiten und Verhältnisse zu verstehn hat.
es mag richtig sein, dass mir bestimmte Grundlagen fehlen, aber bevor ich hier im Forum eine Verständnis-Frage stelle, werde ich sicher keine 3 oder 4 Jahre Elektrotechnik und Elektronik studieren. Dass hier Anfänger in bestimmten Gebieten Fragen stellen, ist normal für ein Forum, und würden alle hier auf eine Frage mit "lern erst mal die Grundlagen" antworten, bräuchten wir nur dich als Mitglied, der alle Fragen dergestalt beantwortet - oder nicht mal das, denn für diese Antwort könnten wir einfach einen Roboter programmieren und keiner würde den Unterschied merken. Gelle?
Den 1k Widerstand vor der LED brauche ich allerdings doch, wenn ich die LED bei 9V-18V (oder mehr) vor zu hohen Strömen oder Spannungen schützen will.
Bei "normalen" Dioden rechne ich mit 0,7V, das reicht bei denen, die ich hier betrachte als Genauigkeit - es ist ja nur eine modellhafte Rechnung.
Dass die Schaltung bereits ab 0V arbeitet habe ich ebenfalls nicht behauptet, ich ging exemplarisch von 5V, 9V und 18V aus; bei 9V und 18V aber wird sie schon mit ziemlicher Sicherheit funktionieren.
Das verstehe ich nicht.Damit also ein IB entsteht und weil UB durch die Z-Diode auf 3.9V fixiert wird, muss am Emitter eine Spannung von UE = 3.9V - 0.9V = 3.0V anliegen.
Wird UE grösser, dann wird IB kleiner, wird UE kleiner, wird IB grösser.
Entsprechend verändert sich auch IC
Fälle für Batteriespannung unter 3,9V brauchen wir hier sowieso nicht zu betrachten, ebensowenig Abweichungen der echten Zenerdioden von den hier theoretischen, das verwirrt nur.
5V, 9V und 18V waren meine Beispiel-Fälle.
Die von der Basis gespeiste Emitter-Spannung gegen GND ist doch hier IMMER 3V, weil die Zenerdiode IMMER 3,9V liefert und im Transistor (wie wir ihn hier vorraussetzen) IMMER 0,9V abfallen. Daher muss dafür doch keine weitere Bedingung "durch Ströme" erfüllt sein, denke ich.
Außerdem habe ich nicht gefunden, wo du schreibst, wie groß denn jetzt der Basis-Emitterstrom definitiv ist im Fall a) unter Berücksichtigung aller 3 Widerstände
a) LED+1k am Kollektor plus 1k am Emitter
plus 100k Basis-Vorwiderstand!
definitiv ist es für mich nicht einsichtig, wie der Basisstrom größer werden kann als 30µA, wegen des 100k Basiswiderstandes!
Wenn aber nur 30µA Basisstrom durchgelassen werden durch die 100k über die Basis bis zum Emitter, dann können am Emitterwiderstand NIEMALS 3mA Basisstrom durchfließen !
Auch deine allgemeinen Formeln sind für mich nicht einleuchtend, solange sie nicht mit konkreten Werten darlegen, wie bei wechselnden Batterie-Spanungen denn jetzt doch die LED gleich hell gehalten wird.
Bis jetzt habe ich zumindest keine entsprechende Erklärung verstanden und auch die theoretische Idee eines Transistors als Schalter und die Idee eines Regelkreises hilft mir hier ehrlich gesagt noch nicht weiter.
Also, dann werde ich jetzt nochmal verstehen versuchen, warum diese Schaltung
a) eine Konstantstromquelle auch für verschiedene Batteriespannungen ist,
b) was den Basisstrom konstant hält, damit auch der Kollektor-Emitterstrom konstant bleibt, wenn auch an der LED "oben" mal 5, mal 9, mal 18V etc anliegen.
Wodurch wird also die LED immer gleich hell gehalten bei wechselnder Batteriespannung?
Geändert von HaWe (29.08.2016 um 19:00 Uhr)
Du der Hinweis ist nicht böse gemeint nur das Problem ist wenn die Grundlagen fehlen haben die meisten auch keinen Bock zu helfen da der Erklärungsaufwand übers Netz einfach mal bescheiden ist. Gemeint ist damit ob mein Gegenüber mir auch folgen kann....
Achso und zum "Studium" das ist nicht notwendig. Grundlagen über Ströme und Öhme sollten in der Schule gelegt worden sein und in der Berufsausbildung hat man sich den notwendigen Rest angeeignet UUUUUUUUUUUUUnd das war auch nicht immer einfach. Mal als nicht Studierter... mit nem 0815 Abschluss....
Wenn man es richtig macht brauch man ihn nicht, auch bei einer gewissen Änderung der Versorgungsspannung.
Ja die 3V von Peter sind schon richtig abbbbeeerrrr wenn der Strom (am Remitter,Re) sich ändert, ändert sich die Spannung am Re das hat zur Folge DAS die Ube sich auch ändert. Nehmen wir mal an URe wird größer weil die Transe sich erwärmt (zB Sonne usw) >>
somit werden mehr Elektronen frei >> (...hat was mit der Eigenschaft des Silizium zu tun...)
die alle durch den Re wollen >>
somit erhöht sich der Spannungsabfall an Re >>
Ube wird kleiner, bezogen auf die 3,9V heißt es das die Spannung am Emitter steigt und die Differenz, also das was als Ube(nur der Spannungsabfall drüber)* übrig bleibt, sinkt >>
somit sinkt der Ibe der in die Basis der Transe fließt >>
bis sich ein Gleichgewicht einstellt. Das ganze ist eine Stromgegenkopplung
*Die Z-Diode hält bis zum Erbrechen die 3,9V an der Basis fest und über den Re wird quasi, wie ein Poti, die Spannung auf Grund der Umwelteinflüsse oder Betriebszustände, verändert.
Normalzustand ZDiode = 3,9V, URe = 3V, Ube = 0,9V
dynamisch plus ZDiode = 3,9V, URe = 3,5V, Ube = 0,4V
dynamisch minus ZDiode = 3,9V, URe = 2,5V, Ube = 1,4V
Wenn man das für einen Spannungsbereich berechnen will musst du 2 mal rechnen. Untersten und obersten Wert den die Betriebspannung annhemen kann/soll und die Schlußfolgerung daraus ziehen ob es die erwünschten Parameter einhält. Sonst neue Werte neu durchrechnen
Zu a) schau dir mal den Stromspiegel an in aller einfachster Form und du wirst feststellen das der selbe Mechanismus greift bezogen auf den Re
Zu b) der Basisstrom wird NICHT konstant gehalten!!!!!!!!!!!!!!!!!
Geändert von avr_racer (29.08.2016 um 20:06 Uhr)
danke für deine Mühe, aber ich kann dir tatsächlich nicht folgen. Schon diese Aussageist für mich unlogisch:wenn der Strom (am Remitter,Re) sich ändert, ändert sich die Spannung am Re
für mich ist (bei Batteriespannung deutlich über 4V) die Spannung an Emitter gegen Grund IMMER 3V, da die Z-Diode konstant auf 3,9V abregelt (also liegen an der Basis genau diese 3,9V an), und beim Übergang auf den Emitter gehen nochmal 0,9V verloren, also bleiben IMMER 3V übrig, egal ob mit oder ohne Widerstand zwischen Emitter und GND,
Wie da ein Srom durch einen Widerstand diese Spannung, die am Emitter rauskommt, ändern kann, ist mir nicht ersichtlich.
Temperaturschwankungen durch die Sonne sind übrigens jetzt ebenfalls verwirrend.
Also nochmal auch an dich die Bitte: rechne mir doch bitte mal vor, wie hoch der Strom ist, der bis an die Basis und durch die Basis bis an den Emitter fließt, wenn ein 1k Emitterwiderstand vorhanden ist, und das bei 9V und bei 18V. Eine ganz einfache Rechnung, denn alle Widerstände und alle Spannungen sind ja bekannt, und dann zeige mir btte, warum und wo meine Rechnung oben mit den 30µA falsch ist.
Geändert von HaWe (29.08.2016 um 20:12 Uhr)
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