ich habe eine Anfängerfrage zur Benutzung eines NPN-Transistors als Schalter am Arduino Uno (5V).
Ich möchte gerne ein Lademodul für eine Batterie mit dem Arduino steuern - im Wesentlichen soll er das Modul abschalten, sobald die Batterie voll ist.
Das Modul lädt die Batterie mit 100mA und wird mit 5V betrieben.
Ich habe jetzt gelesen, dass ein Transistor mit den Spannungsverhältnissen Ue<Ub<Uc betrieben werden muss. Sprich: ich muss die Spannung des 5V Pins reduzieren, richtig? (um mindestens 0.7V, wenn ich das richtig gelesen habe)
Dann habe ich auch die Funktionsweise der Verstärkung nicht vollständig verstanden.
Habe ich beispielsweise eine Verstärkung von 100 und einen Basisstrom von 1mA. Bedeutet das, dass der Transistor maximal bis zu 100mA durchlässt, oder erzwingt er genau die 100mA, auch wenn der Verbraucher eigentlich weniger benötigt?
Mit anderen Worten: kann ich den Versorgerstrom überdimensionieren, oder kann dadurch mein Lademodul kaputt gehen?
Hallo,
ja, du kannst einen Transistor als Schalter einsetzen. Dabei ist es aber sehr wichtig wie dieser eingesetzt werden soll.
Hierzu solltest du uns mehr Informationen liefern, auch wie du das Lademodul schalten möchtest.
Bei dem Lademodul wäre es evtl. sinnvoll, die +Spannung zu schalten, da ist der NPN allerdings nicht der richtige Transistor. Ein PNP oder besser ein P-Channel-Mosfet sind da besser geeignet.
NPN und PNP Transistoren funktionieren mit Strom.
NPN: Der Basisstrom (der zum Emitter fließt) steuert den Collektorstrom (der auch zum Emitter fließt) Da zwischen Basis und Emitter eine Diodenstrecke liegt, braucht Du mindesten 0,7V (die Basis muß +0,7V gegenüber Emitter haben) damit ein Strom in die Basis fließt. Der Basiswiderstand begrenzt den strom der Basis da bei anlegen von 5V an die Basis viel Strom fließen würde.
Bei PNP glit das Gleich nur die Stromrichtungen sind umgekehrt.
Die Basis steuert den Collektorstrom. Der Max Collekorstrom ist durch die Spannungsversorgung der Last, dem Spannungsabfall zwiscehn Collektor und Emittor und dem Widerstand der Last gegeben. Mehr kann nicht fließen.
Auch wenn der Basisstrom einen großeren Collektorstrom ermöglichen würde ist dieser praktisch durch die Last begrenzt. Zum Schalten von Lasten gibt man dem Transistor genügend Basisstrom, damit dieser ganz durchschaltet und den Collektorstrom nicht begrenzt. Dies hat zur Folge daß die Collektor-Emitterspannung den kleinstmöglichen Wert annimmt und somit die Verlustleistung über den Transistor klein bleibt.
Generell kann durch eine Last/Verbraucher nur soviel Strom fließen wie dieser durch seinen Innenwiderstand an einer gegebenen Spannung zieht. Ein Regelglied kann nicht mehr Strom durchschicken. Um mehr Strom durchzuschicken müßte die Versorgungsspannung erhöht werden. Das kann ein einfacher Transistor nicht.
Habe ich beispielsweise eine Verstärkung von 100 und einen Basisstrom von 1mA. Bedeutet das, dass der Transistor maximal bis zu 100mA durchlässt, oder erzwingt er genau die 100mA, auch wenn der Verbraucher eigentlich weniger benötigt?
Nein, der Transistor erzwingt keinen Strom. Der strom ist durch die Last gegeben.
Ich würde aber nicht die Masse des Ladereglers schalten sondern den +Pol. Das ist bei einer Versorgungsspannung des Lademoduls, die größer als 5V ist, schwierig.
uwefed:
NPN und PNP Transistoren funktionieren mit Strom.
...
"NPN und PNP Transistoren funktionieren mit Strom."
ich dachte sie funktionnieren mit Rauch: wenn das Rauch den Transistor verlässt, funktionnieren sie nicht mehr
Aber einfacher ausgedrückt: der Transistor kann den Strom begrenzen, jedoch nicht erzwingen. Begrenzt wird der Strom etweder durch die Last oder durch den Transistor, je nach dem wer weniger verlangt. Wenn der Transistor den Strom begrenzt (also mehr, als null), dann funktionniert er auch nicht mehr als Schalter.
Der Laderegler, den ich habe ist der hier: %product-title% kaufen , dazu ein 3.7V LiPo-Akku.
Die Schaltung dazu hatte ich mir als Reihenschaltung wie im Anhang vorgestellt, da ich angenommen habe, dass sich der Transistor beim Anlegen der Spannung wie ein Schalter quasi kurzschließt.
So kannst Du die Spannung des LiPo-akkus nicht mit dem Arduino messen, weil am Transistor Spannung abfällt die Du mitmißt.
Es kann sein daß der Transistor auch wenn ganz durchgesteuert zuviel Spannungsabfall hat und somit die Ladeschaltung nicht genug Spannung bekommt um richtig zu funktionieren. UCE sat bei Ic=500mA ist 0,7V. Bei 100ma müßte die Spannung kleiner sein. Der Akku wird auf 4,2V aufgeladen. wenn wir 0,7V dazuzählen dann braucht die Ladeschaltung mindestens 4,9V. Wir sind ziemlich nahe an den 5V.
laut http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/1500000-1599999/001534260-an-01-de-SE_LIPO_LADER_LA_USB_FUER_EINZELLIGE_LIP.pdf
muß die Eingengsspannung 4,4V bis 6V sein.
Lösung einen N-Kanal Logic Level Mosfet für 10-20A nehmen. Hab leider keinen Typ im Kopf Dir vorzuschlagen.
Mosfets haben einen geringe Durchlaßwiderstand und daruma uch kleineren Spannungaabfall wenn sie ganz durchgescahlten sind.
Nach welchen Kriterien willst Du das Ladegerät abschalten?
Auch wenn es gemäß deiner Schaltung funktionieren kann, ist das die schlechteste Lösung.
Elektronischen Schaltungen sollte man nie den GND wegziehen, da man nie weiß was noch über evtl. Steuerleitungen abläuft. Wenn du es dauerhaft und sicher aufbauen möchtest, mache es mit einem P-Channel-Mosfet den du mit einem NPN-Transistor steuerst. Mit dem Mosfet schaltest du sicher die +Spannung.
Beispiel:
Die Transistorentypen sind nur Beispiele, die kannst du entsprechend den Bedürfnissen anpassen.
Oder hat es Nachteile, diesen direkt am Arduino zu betreiben?
nö, mach ich dauernd.
ich wundere mich jedes mal über solche diskussionen. da werden verstärker verwendet, um zu schalten, und es wird über komplizierte schaltungen debattiert, während man das ganze mit einem mosfet erschlagen kann. höchstens noch zwei widerstände dran, aber selbst da gibt es viele leute, die das nicht für nötig halten.
Könnte man auch einen LL-MOSFET verwenden und auf den Transistor verzichten?
Oder hat es Nachteile, diesen direkt am Arduino zu betreiben?
Klar kannst du das auch mit einem LL-Mosfet machen, dann solltest du aber besser den GND schalten, was aber für elektronische Schaltungen nicht zu empfehlen ist.
Wenn du die +Spannung schalten möchtest, ist die von mir genutzte Schaltung besser geeignet.
Daher ist die Antwort von Eisebaer nicht ganz passend.
Könnte man auch einen LL-MOSFET verwenden und auf den Transistor verzichten?
Oder hat es Nachteile, diesen direkt am Arduino zu betreiben?
Nein, kann man nur in Sonderfällen den NPN weglassen..
Die Schaltung schaltet den + Pol und funktioniert auch wenn die Versorgungsspannung VCC am Verbraucher mehr als 5V ist.
Sonderfall: Wenn der Verbraucher, wie auch der Arduino mit 5V betrieben werden, dann braucht man den NPN Transistor nicht und ein P-Kanal-LL-MOSFET kann direkt vom Arduino angesteuert werden.
jschlag:
Könnte man auch einen LL-MOSFET verwenden und auf den Transistor verzichten?
Der NPN ist nötig wenn die Spannung die man schalten will größer als die Gatespannung ist. Ein FET sperrt wenn die Gate-Source Spannung 0V ist. Nun liegt bei einem P-Kanal Source aber an der Betriebsspannung - sagen wir mal 12V. Wenn also die Gate-Spannung nur 5V ist kann die Schaltspannung nie 0V werden. Der NPN hebt die Gate-Spannung daher auf die Betriebsspannung an.
Serenifly:
Der NPN ist nötig wenn die Spannung die man schalten will größer als die Gatespannung ist. Ein FET sperrt wenn die Gate-Source Spannung 0V ist. Nun liegt bei einem P-Kanal Source aber an der Betriebsspannung - sagen wir mal 12V. Wenn also die Gate-Spannung nur 5V ist kann die Schaltspannung nie 0V werden. Der NPN hebt die Gate-Spannung daher auf die Betriebsspannung an.
Das ist selbst mir nicht ganz klar.
Mit Gatespannung meinst Du die Ansteuerspannung des Gate also ohne NPN die Spannung die der Arduino ausgibt?
Grüe Uwe
Was leicht verwirrt ist das bei P-FETS im Datenblatt immer von negativen Spannungen die Rede ist. Das liegt aber nur daran dass Source anders als bei N-FETs nicht auf Masse liegt
Wenn allerdings an Source 12V anliegt und am Gate maximal 5V, dann kann die Gate-Source-Spannung niemals größer als 5V - 12V = -7V werden und das Ding leitet immer
klar kann es schaltungen geben, bei denen es besser ist, plus zu schalten, aber im allgemeinen wird hier immer gesagt, daß es in der elektronik im gegensatz zu hausstrom üblich ist, GND zu schalten. also woher kommt dann plötzlich das:
Klar kannst du das auch mit einem LL-Mosfet machen, dann solltest du aber besser den GND schalten, was aber für elektronische Schaltungen nicht zu empfehlen ist.
