Größte Mythen und Weisheiten zu Lithium-Ionen-Akkus

Eigentlich wollte ich in der nächsten Zeit einen Blogbeitrag zu diesem Thema bringen. Werde ich auch noch, es gibt noch die ein oder andere Info die ich gerne aufschreiben möchte. Da aber der Inhalt dieses Beitrages meine Zustimmung findet, hier einfach mal der Link:

Größte Mythen und Weisheiten zu Lithium-Ionen-Akkus. – bst-systemtechnik.de

Elektronik Tipps: Funktionsprinzip NPN Transistor

Artikelbild Elektronik Tipps - www.michael-floessel.deDer Transistor

Mit den folgenden Zeilen will ich mal versuchen, die grundsätzliche Funktion des NPN Transistors zu beschreiben.

Es ist zwar bei einigen Menschen umstritten, zur Illustration halte ich mich dabei aber an das Wassermodell, es ist m. M. nach einer der besten Wege, die Arbeitsweise aufzuzeigen.

Das Wassermodell zeigt auf, wie sich ein Wasserkreislauf annähernd verhalten würde, wenn er mit den Funktionen eines elektronischen Bauelementes beeinflusst würde.

Einige Merkmale eines NPN-Transisitors (ohne Rücksicht auf Sonderbauformen!)

  • 3 Anschlussbeine, Basis, Collector, Emitter
  • Unterschiedlichste Bauformen
  • Reihenfolge der Anschlüsse nicht bei allen Typen gleich
  • Basis = Steueranschluss
  • Collector = positiver Anschluss
  • Emitter = negativer Anschluss, gemeinsamer Bezugspunkt

Schaltbild Transistor

 

C = Collector

B = Basis

E = Emitter

 

 

Collector (oder Kollektor, in der Elektronik ist eben Englisch der Stand der Dinge :-) )

Der Sammler. In der Regel der Anschluss, an dem die zu steuernde Spannung zur Verfügung steht. Diese wird über die Funktion des Transistors beeinflusst.

Basis

Der Steueranschluss. Über eine hier angelegte Spannung, bzw. den resultierenden Strom, wird der Transistor veranlasst, mehr oder weniger Strom vom Collector kommend fließen zu lassen. Beim Silizium NPN Transistor i.d.R. um die 0,7V positiver als der Emitter, um einen Strom vom Collector kommend fließen zu lassen.

Emitter

Der Versender, besser Ausgang. Hier fließen die von der Basis und vom Collector kommenden Ströme zusammen. Bei vielen Messungen ist er auch der Bezugspunkt.

Funktionsprinzip 

Transistor_Beispiel

Einfache Transistorschaltung zur Ansteuerung einer LED.

 

 

 

 

 

Wie man im obigen Schaltbild erkennen kann, soll dieser Transistor eine LED Ein und Ausschalten können. An seinem Collectoranschluss liegt die volle Betriebsspannung, der Emitter liegt an der LED, soll also nach Masse (-) durchschalten. An der Basis liegt keine Spannung an, das Poti wäre auf Masse/0V eingestellt.

Gesperrter NPN Transistor

 

Im Wassermodell würde sich das so darstellen, dass der Wasserdruck zwar anliegt, durch die geschlossene Klappe aber nicht fließen kann.

 

 

 

Öffnender NPN Transistor

Würde man nun das Poti aufdrehen, läge über dem Vorwiderstand eine gegenüber dem Emitter positive Spannung an. Bei/ab ca. 0,7V beginnt der Transistor zu leiten, abhängig vom Typ.

Kommt beim Wassermodell analog zu oberen Beschreibung auf die Basis ebenfalls Wasserdruck, beginnt sich die Klappe beginnt zu öffnen, das Wasser fließt.

Man verzeihe mir die Tatsache, dass die Druckverhältnisse in Bezug auf die Klappengröße nicht stimmen dürften :mrgreen:

An dieser Stelle bitte beachten, dass im Gegensatz zum Wassermodell die Basis eines Transistors nur einen sehr viel geringeren Strom benötigt, als durch den Collector fließen kann. Dies ist allerdings und sogar eine der Grundvoraussetzungen, um mit einem kleinen Strom einen großen fließen lassen zu können.

Trasnsistor offen

Irgendwann ist der Basisstrom so groß, dass der Transistor nicht mehr weiter öffnen kann. Er ist vollständig leitend.

Eine weitere Erhöhung des Basisstromes hätte keine weitere Wirkung mehr, der Transistor würde übersteuert. Am Emitter fließen die Ströme von Basis und Collector zusammen.

Wird der Strom über die Anschlüsse zu groß, wird das Beuteil zerstört. Die wichtigsten Größen finden sich im Datenblatt des jeweiligen Typs. Es gibt Transistoren für die verschiedensten Anwendungen, manche optimiert für das Schalten von Lasten, andere zur Verstärkung hoher Frequenzen und noch viele weitere.

In dem einfachen Beispiel oben arbeitet der Transistor als Schalter. Auf oder Zu. Wenn man den Steuerbereich der Basis sehr fein auswählt, kann er auch als Verstärker arbeiten. Eine (sehr) geringe Änderung des Basisstromes wird den Collectorstrom sofort in gleichem Sinne umgesetzt.

Der Bereich, in dem der Basisstrom sich ändern muss, ist in sehr kleinen Grenzen gehalten. Hier spielt der Verstärkungsfaktor ‚B‘ eine Rolle. Auf diesen gehe ich aber in einem separaten Artikel ein. Zur Verständnis nehme ich aber mal vorweg, dass bei einem ‚B‘ von 100, eine Änderung des Basisstromes um 1 mA eine Änderung des Collectorstromes von 100mA zur Folge hätte usw.

 Das Prinzip mal in einer einfachen Animation:

Animation zum Funktionsprinzip des NPN Transistors - www.michael-floessel.de

 

Kleine Animation zu steigendem/sinkendem Kollektorstrom nach Anlegen der Basisspannung.

 

 

 

Mir ist klar, dass eine so einfache Beschreibung der Vorgänge weitere Fragen aufwirft und Details übergeht. Ich hoffe, in den demnächst folgenden Beispielen diese Punkte so gut wie möglich klären zu können.

Zum PNP-Transistor werde ich natürlich auch noch einen eigenen Beitrag schreiben. Aus Erfahrung weiß ich, dass dieser (warum auch immer… ;-) ) mehr Verständnisprobleme mit sich bringt. Ich habe nur gerade keine Idee, wie ich das umsetzen soll ;-) *kopfkratz*

Rein technisch oder physikalisch

Wer mit meiner Darstellung der Funktionsweise nicht gut zurechtkommt, bei Wikipedia oder Elektronik-Kompendium sind die Erklärungen garantiert auch nicht schlecht!

 

 

Emails und Erklärungen zu elektronischen Bauteilen

Artikelbild Elektronik Tipps - www.michael-floessel.deSo, nach ein paar Tagen Nachlässigkeit zu dem Thema, habe ich mir mal wieder die Nachrichten im Maileingang vorgenommen.Einiges ist wie immer der Rubrik ‚Vermischtes‘ zuzuordnen, oben in der Liste stehen aber seit ein paar Wochen die Probleme rund um elektronische Bauteile, deren Einsatz und vor allem deren Funktion. Eien extremen Anstieg verzeichne ich nach dem ‚LED Lauflicht‘ Artikel. Sehr viele Blogleser wollen doch mehr als eine LED pro Pin am µController betreiben, der PIC schafft das aber eben nicht bzw. kann/soll nicht so viel Strom liefern.

Ich kann sehr gut verstehen, dass der Frust riesig sein muss, wenn man mit viel Zeit und Mühe eine Schaltung aufgebaut hat und diese am Ende nicht funktioniert. Noch schlimmer, man hat richtig Geld investiert und das Ganze geht in Rauch auf. Ich mache einfach mal eine kleine Aufzählung der Topthemen, also der Probleme, die wenigstens zwei mal aufgeschlagen sind:

  • Transistor schaltet/arbeitet nicht
  • Richtigen Anschlusspin finden
  • Widerstand wird sehr warm
  • Diode blitzt nurkurz auf (1N4148,LED)
  • Elko bekommt dicke Backen/stinkt/wird warm
  • PIC/IC/xxx wird sehr warm
  • Spannung zu hoch, zu niedrig
  • Größeren Verbraucher mit Controller schalten
  • +/- umschalten ohne Schalter, Relais

Das Problem ist natürlich, dass man, um mit Elektronik arbeiten zu können, gewisse Kenntnisse haben muss, um erfolgreich selber nach Bedarf seine Schaltungen bauen zu können. Nun kann aber nicht jeder Modellbahner, Modellbauer, Hobbylöter etc. auch Elektroniker sein oder ‚mal eben‘ eine Ausbildung nachschieben :-) Für die meisten elektronischen Eigenlösungen ist dies aber auch gar nicht nötig. Ein wenig technisches Interesse reicht oft aus.

Aus diesen Gründen werde ich versuchen, hier eine Art Mini-Bauteil-Kurs aufzubauen. Die grundlegenden Funktionen mit, wenn möglich, Tipps zur Fehlervermeidung und auch ein wenig Theorie. Ohne Anspruch auf Perfektion und wahrscheinlich auch mit Beispielen, die einem professionellen Ausbilder die Tränen in die Augen treiben könnten ;-) Es geht ja auch nicht darum, eine Prüfung mit diesem Wissen zu bestehen oder seinen Lebensunterhalt damit zu verdienen, es geht einfach darum, die Bauteile mit denen man werkeln möchte, ein wenig besser kennen zu lernen. Nebenbei findet man vielleicht auch einen Tipp, wie man ein Vorhaben realisieren könnte, das bisher nur an der der passenden Elektronik gescheitert ist. Alles nur im Bereich bis 24V, also nichts wirklich gefährliches. Trotzdem schon einmal der Hinweis: KLICK!

In vielen Büchern und auch während meiner Ausbildung startet das Thema Elektronik oft mit den physikalischen Grundlagen. Elektronen und Protonen, negatives und positives, geladenes und ungeladenes. Diese Dinge lasse ich aus! Wenn man nicht gerade sehr spezielle Vorhaben angehen möchte, spielt z.B. das Wissen über einen P/N Übergang keine große Rolle. Da soll ein Transistor schalten oder verstärken, eine Diode leiten oder sperren. In einigen Fällen geht es nicht ganz ohne Hintergrundtheorie, ich versuche dieses aber so kurz wie möglich zu halten. Wer verstärktes Interesse an der Elektronik verspürt, kann sich ja immer noch tiefer in die Materie einarbeiten, interessante Themen gibt es reichlich.

Die lose und ohne Reihenfolge auftretenden Beiträge kommen übrigens in die Rubrik ‚Tipps und Tricks‘. Wie oft und umfangreich die Beiträge erscheinen werden weis ich noch nicht. Das erstellen der Artikel ist recht aufwändig, auch werden zu vielen Bauteilen mehrere Teilartikel erscheinen, manchmal ist es eben viel Stoff. Ich werde mit dem NPN Transistor beginnen und habe bei der Vorbereitung schon bemerkt, dass diese Themen nicht in 10 Minuten zu behandeln sind.

Bitte nehmt diesen Artikel auch als Ausgleich für die Antworten in den Mails, in denen nur ‚ich versuche mich darum zu kümmern‚ stand :mrgreen:

 

Nochmal Lichtsteuerung und Selbstbau

Prototyp Lichtsteuerung - www.michael-floessel.deHab mich wohl blöde ausgedrückt :-D Natürlich muss man die Steuerung nicht auf 160×80 mm Platinen aufbauen! Größer, kleiner – alles möglich. Wichtig ist eben, dass die Bauteile richtig miteinander verbunden werden.

Anfragen zur Lichtsteuerung

Stromlaufplan 10 Kanal Hauslicht - www.michael-floessel.deSo leid es mir im Moment tut, von den Steuerplatinen kann ich keine abgeben. Die sind komplett verplant!

Vielleicht lasse ich irgendwann welche nachmachen, das lohnt sich aber aktuell nicht wirklich. Vielleicht wenn noch mehrere Anfragen kommen sollten…

 

Prototyp Lichtsteuerung - www.michael-floessel.deWenn man aber nur eine Platine benötigt und/oder noch 160×80 mm Platz hat, ist es vielleicht sinnvoll, einfach eine Schaltung auf Lochraster aufzubauen.

Auf dem Foto ist meine Entwicklungsschaltung zu sehen, die funktioniert nicht schlechter als die geätzten Versionen. Nebenbei beziehen sich auch die Bauteildaten aus dem Schaltbild noch auf dieses Muster.

 

 

 

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Auch wenn sich die Ladezeiten der Akkus zum Teil stark verkürzt haben, wird doch oft der Wunsch geäußert, dass das ruhig noch fixer gehen dürfte.

Wahrscheinlich ist der nächste Schritt schon gemacht:

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Beleuchtung bei Modellhäusern – Teil 3

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Hier nun die weiteren Dateien zur Lichtsteuerung. Ich arbeite derzeit und in Zukunft immer wieder mal an dem Projekt, es werden also ab und zu weitere Beiträge folgen, auch zu den zusätzlichen Schaltungen bzw. Erweiterungen.

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(Zu Teil 1Teil 3)

Weil nun einmal zeigen einfacher ist als erklären, ein kurzes Video mit einer Minimalversion des Programms. Die Ports 1+2 mit dem Flacker-Eeffekt habe ich der besseren Übersicht wegen mit blauen LEDs versehen, das ist alles ja nur ein ‚kann‘ und kein ‚muss‘. In dieser Version können Pro Kanal bis zu 20 LEDs angeschlossen werden, eigentlich eben nur abhängig vom gewählten Transistor und dem festgelegten LED Strom.

Mehr zur Elektronik in den weiteren Beiträgen.

Ich weiß, die Qualität ist bescheiden :-)

Aber leuchtende LEDs sind für meine Kamera echt eine Herausforderung. Geht ja auch nicht um einen Kurzfilmpreis, zur Dokumentation sollten die Filmchen absolut ausreichen.

By the way, mit der Pinzette überbrücke ich den Tasteranschluss. Ich war einfach zu faul, einen anzuschließen :mrgreen:

 

 

Beleuchtung bei Modellhäusern – Teil 1

Hauslichtsteuerung Modelbbahn - 1-87 - www.michael-floessel.de

 

 

 

 

 

 

Beleuchtung bei Modellhäusern

(Zu Teil 2Teil 3)

Mich hat schon immer geärgert, dass Häuser auf Modellbahnanlagen oftmals entweder komplett beleuchtet sind oder gar nicht. Also alle Zimmer an, oder das komplette Haus dunkel. Wenn man sich beim Bau des Gebäudes etwas mehr Arbeit macht und die Zimmer/Fenster einzeln beleuchtet, kann man dem Original wieder etwas näher kommen ;-)

Zumindest was die Elektronik dafür betrifft, habe ich mir etwas einfallen lassen müssen, nicht nur wegen des Hobbys, aber das führt jetzt hier zu weit. Jedenfalls war dies auch der Grund, warum ich den Magirus Umbau gestern aufgeschoben habe, dass Hausbeleuchtungsprojekt musste fertig werden.

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Ein Tipp zum mehrfachen IC entfernen

Dopelsockel fuer PIC 16F688 - www.michael-floessel.deMuss man ein IC mehrmals wieder einsetzen/entfernen, ist es meist eine gute Idee, es in einen weiteren Sockel zu stecken. Auf diese Weise kann man es sehr leicht wieder entfernen und minimiert das Risiko, die Beinchen zu verbiegen und auch den gelöteten Sockel auszuleiern. Schont natürlich auch den Sockel im Brenner.