LED_Cube mit Arduino Nano. Transistor-hilfe.

Hallo,
Ich bin dabei mir einen LED-Würfel zu bauen (4x4x4) gelötet habe ich bereits, alle Anoden in den Ebenen übereinander und alle Kathoden auf einer Ebene. Steuern möchte ich den Würfel mit einem Arduino Nano.
Da dieser “nur” maximal 40 mA pro Pin liefern sollte (200 mA insgesamt), habe ich mich dazu entschieden Transistoren sowohl für die 16 Anoden, als auch für die 4 Kathoden.
Die LEDs laufen laut Datenblatt bei einem kontinuierlichen Strom von 20 mA bei 3 - 3.4 Volt.
Herausgesucht habe ich mir den Transistor BC546B BC546-Dfür die Anoden und den TIP31C TIP31C für die Ebenen. Meine Frage ist nun, wie hoch IB und VBE (bzw. der Basiswiderstand)sein müssen, damit

  1. Bei dem Anoden Laststromkreis 20 mA bei 5 Volt (Widerstände können auch gerne zusätzlich benutzt werden) durchgeschaltet werden. Für die Basis werden die 5V des Arduino an den Pins D0 - D13 + A4 - A5 verwendet.
  2. Bei dem Kathoden Laststromkreis bis zu (16*20 mA = 360 mA) auf Ground durchgeschaltet werden. Für die Basis werden die 5V des Arduino von den Pins A0 - A3 verwendet.
    Eine generelle Erklärung wäre hilfreich um das Forum zu schonen :wink:

Liebe Grüße und vielen Dank für alle Antworten,
Felix

Für die Anoden brauchst Du PNP Transistoren oder P-MOSFETS. Der TIP31 für die Kathoden ist ok.

Du kannst den Kollektorstrom nicht über den Basisstrom bestimmen. Die Stromverstärkung ist nicht konstant. Du brauchst auf alle Fälle Vorwiderstände an den Anoden der LED.

Die Basiswiderstände rechnet man daß der Transistor sicher durchschaltet (Richtwert daß 2-3x Laststrom bei min Verstärkung)

Grüße Uwe

Siehe Diagramm 7 für den nötigen Basisstrom beim TIP31 um die Sättigung zu erreichen:

In Zukunft solltest du eher FETs verwenden. Dann brauchst du dich darum nicht zu kümmern und an den Transistoren fällt wesentlich weniger Spannung ab.
Ein TIP geht hier zwar wenn man es richtig macht, aber die sind eigentlich für andere Anwendungen gedacht

Hallo nochmal,
Danke für die schnellen Antworten. Ich verstehe allerdings noch nicht warum ich PNP für die Anoden brauche. Ich möchte doch +5V (Wiederstand nicht beachtet) schalten durch die LED auf GND schalten.

  1. Was hat das erreichen der Sättigung für einen Effekt?

In Zukunft solltest du eher FETs verwenden. Dann brauchst du dich darum nicht zu kümmern und an den Transistoren fällt wesentlich weniger Spannung ab.

Kannst du mir da ein passendes Modell verlinken? Ich habe nur welche für deutlich höhere Ströme gesehen, was ein overkill wäre.
Da bin ich

  • Today at 05:17 pm Quote
    Hallo nochmal,
    Danke für die schnellen Antworten. Ich verstehe allerdings noch nicht warum ich PNP für die Anoden brauche. Ich möchte doch +5V (Wiederstand nicht beachtet) schalten durch die LED auf GND schalten.
  1. Was hat das erreichen der Sättigung für einen Effekt?

Quote
In Zukunft solltest du eher FETs verwenden. Dann brauchst du dich darum nicht zu kümmern und an den Transistoren fällt wesentlich weniger Spannung ab.
Kannst du mir da ein passendes Modell verlinken? Ich habe nur welche für deutlich höhere Ströme gesehen, was ein overkill wäre.
Da bin ich mir nicht sicher ...
Würden für den Ersten Transistor ca. 82KOhm als Basiswiderstand stimmen?
LG Felix

felix13912:
Was hat das erreichen der Sättigung für einen Effekt?

Schau dir die Y-Achse des Diagramms an. An dem Transistor fällt viel zu viel Spannung ab wenn der Basisstrom zu klein ist.

Allgemein zur Berechnung:
https://www.mikrocontroller.net/articles/Basiswiderstand

Ich habe nur welche für deutlich höhere Ströme gesehen, was ein overkill wäre.

Das ist doch vollkommen egal. Der funktioniert auch bei einem niedrigeren Laststrom

Mit der Berechnung bin ich Überfordert. Kann mir jemand meinen Fall vorrechnen/Formeln aufstellen?
Und wie ist beim MOSFET die belegung? S=C, G=B, D=E?
Wäre nett wenn die Rechnung für mein System mit einem passenden MOSFET/Transistor durchgeführt werden könnte. Bin noch ein blutiger Anfänger …

Schau Dir mal das Elektronik-Kompendium an.

Gruß Tommy

Also …
Wenn ich die Anweisung von Mikrocontroller.net nehme, habe ich laut Datenblatt hFE=150 bei der kleinsten Angabe. Nun soll ich den Wert durch 2 - 10 Teilen. Was soll ich da nehmen?? oder doch

Bei Kleinsignaltransistoren kann man meist ersatzweise mit einer Stromverstärkung von 20-50 rechnen

das hier? Wäre nett wenn das jemand Stück für Stück überprüfen/erklären kann.
Bezeihungsweise brauche ich das überhaupt? Denn ich möchte ja den Strom ICE bereits durch einen Widerstand begrenzen und in der Erklärung die Stromstärke durch den Transistor geregelt wird.

Damit der Strom ICE nur durch den Led-Widerstand begrenzt wird, muß der Transistor soweit wie möglich durchsteuern.
Ob da der Basisstrom bei hFE=150 2% oder 3% von IC beträgt, ist relativ egal. “Ausrechnen” kann man es nicht.

Das bedeutet, ich kann einfach einen Widerstand nehmen, welcher den Strom an der Basis auf etwas kleiner als die max. Stromstärke aus dem Datenblatt reduziert?
Und due Spannung?

felix13912:
Das bedeutet, ich kann einfach einen Widerstand nehmen, welcher den Strom an der Basis auf etwas kleiner als die max. Stromstärke aus dem Datenblatt reduziert

Ja, evtl. auch andere Bedingungen beachten.

Und die Spannung?

Signal-Spannung - VBE fällt am BasisWiderstand ab. Und bestimmt den Strom durch den Widerstand.

Passt für die Spannung U(BE) alles 0.7< && >5V (Datenblatt)?
Und um sicherzugehen: Im Laststromkreis fällt am Transistor auch 0.7V ab?

Die Strombegrenzung der Last macht man NIE über den Basiswiderstand (Ausnahme Konstantstromquellen).

Der Basiswiderstand bei Schalttransistore wird immer so klein gewählt daß der Collektorstrom nicht durch den Transistor sondern durch die Last begrentzt wird. Braucht die LAst eine Strombegrenzung (zB LED) so wird das extra gemacht, nicht durch den Transistor.

Grüße Uwe

felix13912:
Passt für die Spannung U(BE) alles 0.7< && >5V (Datenblatt)?
Und um sicherzugehen: Im Laststromkreis fällt am Transistor auch 0.7V ab?

Die BE Spannung ist immer 0,7V bei normalen BJT und 1,4V bei DarlingtonTransistoren.

Die Spannung CE gesättigt hängt vom Transistormodell und vom Kollektor Strom ab. Sie liegt grob gesagt zwischen 0,2V und 2V.

Bei MOSFET hängt die SD Spannung vom Innenwiderstand ab. Werte des Innenwiderstandes bei voller Durchsteuerung liegen zwischen einigen mOhm bis einigen Ohm.

Um eine postive Spannung zu schalten ( Transistor zwischen Versorgungsspannung und Last) braucht es einen PNP Transistor bzw einen p-MOSFET.

Grüße Uwe

Der Basiswiderstand bei Schalttransistore wird immer so klein gewählt daß der Collektorstrom nicht durch den Transistor sondern durch die Last begrentzt wird.

und woher kenne ich die Werte?

Hi,

die Daten bekommst Du aus dem Datenblatt des jeweiligen Bauteils, die sind alle frei zugänglich im Netz, auch zum Atmel.
Der Kennwert der hier bei dem Transistor gemeint ist, nennt sich V CE(sat) also die Sättigungsspannung zwischen Collector und Emitter. Als Beispiel ein Datenblatt vom BC-327, ist ein pnp und kann maximal 800mA schalten.

Im Datenblatt gibt es dazu eine schöne Grafik, auf der 3. Seite, Figure 4. Saturation Region.
Achtung, die Grafik richtig lesen! Vorgegeben sind hier 4 Kennlinien, die gewünschte Stromstärke über C-E mit 10, 100, 300, 500mA. Und Du liest die V CE(sat) links in Abhängigkeit des Basisstromes (unten) auf der jeweiligen Kennlinie links ab.
Erkennbar sollte sein, daß der Transistor erst ab einer bestimmten Basisstromstärke eine gewollt kleine V CE(sat) hat, und sich ab einer bestimmten Stromstärke kaum mehr was ändert. Die Obergrenze des Basisstromes steht auch im Datenblatt, wird aber eher durch den Arduino mit empfohlen max. 20mA vorgegeben.

Gruß André

Den Kollektorstrom kennst Du wegen der Last.
Die Stromverstärkung bekommst Du aus dem Datenblatt des Transistors.
Den Basiswiderstand berechnest Du. Dabei benutzt Du einige Faktoren damit der Transistor sicher in Sättigung ist (2 bis 10 fachen Basisstrom)
Grüße Uwe