Mit Transistor Infrarot-LED schalten

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Hallo Zusammen,
ich möchte die Reichweite meiner Infrarot Steuerung maximieren und habe mir deswegen TSAL6100 EMITTER (Link) mit einer hohen Stromaufnahme bestellt.

Aktuell verwende ich einen Arduino UNO, welcher maximal 20mA auf die PINS bringt.
Hier sind wir bei meiner Frage. Als Bild hänge ich meinen Schaltplan an. In Schwarz ist meine aktuelle Lösung zu sehen, welche durch die 20mA keine hohe Reichweite hat und in grün ist meine geplante Schaltung dargestellt. Aktuell zähle ich mich zu den Anfängern, deswegen nehmt mir Schnitzer bitte nicht allzu übel. Lerne gerne dazu und lasse mich belehren.

Ich möchte eine externe Spannungsquelle verwenden, um die LED zu versorgen (5V, max. 1,5A).
Das gepulste Signal von PIN3 des Arduino leite ich an die Basis von einem Transistor (BC547, Datenblatt: Link). Dieser sollte dann (so hoffe ich) den Schaltkreis der LED schließen.

Durch das Datenblatt (Link) der LED werde ich nicht ganz schlau. So wie ich das sehe, verträgt sie maximal 100mA und es fallen 1,35V ab. Das würde bei meiner Spannungsquelle bedeuten, dass ich einen Vorwiderstand R(LED)=36,5 Ohm benötige. Mit Transistoren kenne ich mich überhaupt nicht aus. Habe ich ihn richtig verschaltet? Soweit ich weiß, müsste ich vor die Basis einen Widerstand R(BC547) setzen, richtig? Wie groß muss der Widerstand sein?

Es wäre super, wenn jemand meine Schaltung prüfen könnte.

Hier mein Test-Code, welcher die Lautstärke von meinem TV alle 2Sekunden erhöhen sollte:

#include <IRremote.h>

IRsend irsend;

// SEND_PIN: PIN 3 (UNO) oder PIN 9 (MEGA) 

void setup() {

}

void loop() {
    
  irsend.sendNEC(0x20DF40BF, 32);
  delay(2000); //2Sekunden Pause
  
}

Schaltung_IR.jpg
Schaltung_IR.jpg3416×2258 351 KB

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Das ist falsch. Der Emitter muss direkt auf Masse. Er ist das Bezugspotential für die Basis. Bei NPN Transistor kommt die Last zwischen Versorgungsspannung und Kollektor.

516×540 1.45 KB

Zur Berechnung des Basiswiderstands:
https://www.mikrocontroller.net/articles/Basiswiderstand#Berechnung

Der BC547 ist hier etwas schlecht, da 100mA schon sein maximaler Kollektorstrom ist. Besser ist generell der BC337-40

Da ist sogar ein Beispiel mit dem BC547B durchgerechnet. Die Stromverstärkung in Sättigung liegt laut dem bei 20. Also bei IC = 100mA, hat man dann IB= 5mA. Damit ist RB = 3,75V / 5mA = 750 Ohm

Wobei der BC547C eine bessere Stromverstärkung hat. Für den BC547C findet man im Datenblatt, dass hFE = 420. In Sättigung dann vielleicht analog zum B bei 40. Dadurch ist IB = 100mA / 40 = 2,5mA. Und RB = 1,5k.
Wobei da auch 1k nicht schaden würden wenn auf Nummer sicher gehen willst. Das ist generell ein guter Richtwert. Wobei man bei der oberen Rechnung sieht dass man u.U. darunter liegt

Und der UNO kann maximal 40mA. Wobei es nicht verkehrt ist bei 20mA zu bleiben

gregorss:
Wenn ich den Widerstand als Strombegrenzung für eine LED nehme, rechne ich allerdings immer ohne den Spannungsabfall.

Hä? Die Flussspannung fällt an der LED so oder so ab.

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Ich schalte gerne 2 dieser Dioden in Reihe.
Das bringt deutlich Reichweite, bei gleich bleibendem Stromverbrauch.
Oder eben gleiche Reichweite, bei weniger Strom.

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Für den BC547C findet man im Datenblatt, dass hFE = 420. In Sättigung dann vielleicht analog zum B bei 40. Dadurch ist IB = 100mA / 40 = 2,5mA. Und RB = 1,5k.
Wobei da auch 1k nicht schaden würden wenn auf Nummer sicher gehen willst. Das ist generell ein guter Richtwert. Wobei man bei der oberen Rechnung sieht dass man u.U.

Und der UNO kann maximal 40mA. Wobei es nicht verkehrt ist bei 20mA zu bleiben

Die ganze Rechnerei mit hFE ist zwar richtig, aber eigentlich egal, bzw. nur als Richt- und Grenz-Wert zu betrachten. Man braucht ja keinen definierten Verstärkungsfaktor der Basis-Stroms, sondern will den Transistor sicher "am Anschlag" ( =Sättigung ) betreiben.
Also passt im obbigen Beispiel jeder Basis-Strom von 2,5 mA (min) bis 25 mA (max. wegen Arduino)
und somit (bei einem 5V Arduino) ein Vorwiderstand von 150 Ohm bis 1.5k.

Ganz ohne gehts nicht, und zu groß ist auch schlecht, weil dann der Transistor nicht ganz durchschaltet, den Kollektorstrom unnötig begrenzt und selber evtl. zu warm wird.

(z.B. 470 und gut ist)

Deutlich kritischer und wichtiger ist der LED-Vorwiderstand.

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Denke aber bitte daran, den BC337-40 anstelle des BC547 einzusetzen. Die Lebensdauer deiner Schaltung wird dadurch deutlich erhöht :slight_smile:

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Und was spricht gegen Motortreiber?

Das sind ja nichts anderes als Verstärker die das Signal des Uno entkoppeln und eine Motorlast treiben können. Beim Motor mit PWM, beim LED über Frequenz oder Pulsanzahl.

Einfacher im Aufbau, robuster, fertig ausgetüftelt. Im Treiber-IC sind mehrere Transistoren die ihrerseits ausreichend verstärken und saubere Schaltflanken bilden. Und gibts fertig zu kaufen oder liegen vieleicht schon irgendwo rum.

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michael_x:
Ganz ohne gehts nicht, und zu groß ist auch schlecht, weil dann der Transistor nicht ganz durchschaltet, den Kollektorstrom unnötig begrenzt und selber evtl. zu warm wird.

Zu niedrig ist bei etwas höheren Frequenzen auch schlecht, weil du dann länger brauchst um die Ladung wieder aus der Basis zu schaufeln

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serenifly:
Zu niedrig ist bei etwas höheren Frequenzen auch schlecht, weil du dann länger brauchst um die Ladung wieder aus der Basis zu schaufeln

Danke für den Hinweis.

IR Led werden normalerweise nicht per PWM gedimmt, aber z.B. in Fernbedienungen mit 38 kHz moduliert.

Was sind hohe Frequenzen? Im Datenblatt sehe ich was von 100 MHz (oder 300 MHz bei 547) Das ist eine andere Größenordnung als bei Arduino vorkommen kann.

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Im Ebaylink sind die elektrischen Daten typisch "chinesisch" angegeben. Es steht was da, aber man defacto nichts damit anfangen. Sind die 100mA nun Dazerstrom oder max zulässiger gepulster Strom? :roll_eyes:
Mit dem Hinweis das es ein Emitter von Vishay ist, habe ich ein vernünftiges Datenblatt gefunden.

Und surprise, surprise, die IR-LED kann dann gepulst sogar 200 mA ab! :smiley:
Allerdings mußt du dann dafürSorge tragen, das sie nicht ausversehen doch im Dauerbetrieb läuft, z.B., weil der Code fehlerhaft ist, oder sich beim Experimentieren mit der Treiberschaltung eine Signalinvertierung mit eingeschlichen hat.
Für mehr Leistung kannst du auch mehrere IR-LÈDs mit jeweils separatem Vorwiderstand parallelschalten - solange der Transistor das vom Kollektorstrom her mitmacht. Mehrere Transistoren mit jeweils eigenem Basisvorwiderstand gehen auch - solange der Ausgangsstrom vom Arduino-Pin nicht überschritten wird. Oder ein Logic Level FET, der hat genug Bums, auch größere Ströme zu schalten. Allerdings sollte bei 38 KHz Modulationsfrequenz der Gatewiderstand nicht unnötig groß werden, damit das Gate schnell genug umgeladen wird und sich die Schaltverluste nicht erhöhen. Hier noch eine 3W Power IR-LED von Osram, die gleich auf einer Starplatine verlötet ist:
http://www.leds.de/High-Power-LEDs/Osram-High-Power-LEDs/Osram-Oslon-IR-LED-SFH47155-mit-Platine-10x10mm.html
Die kannst du mit 1A bestromen 8)

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Danke für die Antworten, habe mir soeben den BC337-40 bestellt. Heisst ich lege einen 1,5kOhm Vorwiderstand an die Basis, Collector an GND meiner Spannungsquelle und Emitter an GND der IR-LED? VCC des Netzteils dann an VCC der LED (Vorwiderstand inklusive)? Waren die 37Ohm in Ordnung?

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Collector an GND meiner Spannungsquelle und Emitter an GND der IR-LED?

Nein. So:

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Der Emitter (das ist der Anschluss mit dem Pfeil) kommt bei NPNs in dieser Schaltung an Masse! Die Last zwischen Vcc und Kollektor.

Für den Basiswiderstand vielleicht eher 1k. Aber das ist hier wie gesagt nicht so kritisch.

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Waren die 37 Ohm in Ordnung?

Ja, wenn du die IR-LED (TSAL6100 mit VF = 1,35 V) und einen BC337 mit nochmal 0,5 .. 0,7V VCEsat mit einem 37 Ohm Widerstand an Vcc = 5V betreibst, fliessen ca.

(5V-2V)/37 = 80 mA --> OK.

Zum Test kannst du leicht überprüfen, ob an dem 37 Ohm Widerstand max. 3,7 Volt zu messen sind.
Nachtrag:
Besser weniger. Bei 3V und 80 mA wird der Widerstand übrigens schon merklich warm ( 1/4 W )

Combies Vorschlag in #2 ( 2 LED in Reihe ) sollte übrigens nicht in Vergessenheit geraten. Da würde ein 22 Ohm Widerstand den gleichen Strom fliessen lassen.