![\"Foto-Ampel\"](\"http:\/\/www.michael-floessel.de\/mfblog\/wp-content\/uploads\/2014\/05\/Foto-Ampel.jpg\")
Immer wenn ich einen Beitrag zum Mikrocontroller (wenn der eine gr\u00f6\u00dfere Last schalten muss) schreibe, kommen Anfragen zum ‚womit und wie?‘. Im Prinzip bediene ich mich aber immer der gleichen Schaltung, nur mit angepassten Bauteilen.<\/p>\n
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Die meisten Controller arbeiten irgendwo zwischen 2,5 und 5V. Pro Pin sind meist weniger als 20mA maximaler Strom m\u00f6glich, induktive Lasten sind auch so eine Sache. Wird ein ganzer Port benutzt, kann es noch enger sein. Meist kann dieser, i. d. R. 8 Ausg\u00e4nge, nur mit max. 40mA belastet werden, diese m\u00fcssen auf die einzelnen Pins verteilt werden. Einige LEDs kann man so vielleicht noch direkt \u00fcber einen Vorwiderstand ansteuern, sp\u00e4testens bei Motoren oder zahlreicheren Leuchtdioden ist aber Schluss. Hilft also alles nichts, es muss ein Verst\u00e4rker eingesetzt werden, im einfachsten Fall ein Transistor. Um es nicht unn\u00f6tig kompliziert zu gestalten halte ich mich in diesem Beitrag an die einfachsten Formen, sicherlich sind noch etliche Verfeinerungen m\u00f6glich.<\/p>\n
Hier<\/a> und hier<\/a> habe ich ja schon ein paar Worte zum Transistor auf das virtuelle Papier gebracht, die dort beschriebenen Vorg\u00e4nge sind Grundvoraussetzung zum Einsetzen der folgenden Schaltungsform.<\/p>\n <\/p>\n Ich nehme mal folgendes als gegeben an:<\/strong><\/p>\n Realisiert werden soll eine Schaltung, die bei einem ‚H‘-Pegel am Kontrollerausgang den Motor startet, bei ‚L‘ soll er eben einfach wieder stehen bleiben. +12V zum Motor, diese werden bei ‚H‘ am Controllerausgang (und somit der Basis des Tranistors) \u00fcber den Motor nach GND durchgeschaltet – der Motor dreht sich. Die Freilaufdiode (rot) dient dazu, induzierte Spannungen vom Motor kurzzuschlie\u00dfen. Bei rein ohmschen Lasten wie LEDs oder \u00e4hnlichem braucht man sie nicht. Es gen\u00fcgt in diesem Falle \u00fcbrigens eine Standard 1N400X oder \u00e4hnliches, bei h\u00f6heren Str\u00f6men\/Spannungen\/Frequenzen kann etwas spezielleres erforderlich werden.<\/p>\n Besonderes Augenmerk liegt auf R1 bzw. R2.<\/p>\n R1<\/p>\n Ich habe die Erfahrung gemacht, dass es Umst\u00e4nde gibt, unter denen es besser ist, die Basis eines Transistors sicher auf Masse bzw. GND zu legen. Der Wert ist nicht kritisch, es soll ja auch nicht unn\u00f6tig viel Strom vom Controller geliefert werden m\u00fcssen. Es geht eben darum, das im ‚L‘-Zustand des Controllerausganges die Basis vom Transistor auf GND liegt damit er nicht durchschalten kann. Im Alltagsgebrauch bin ich mit 10-100k gut ausgekommen.<\/p>\n R2<\/p>\n Sein Wert ist \u00a0abh\u00e4ngig vom B (Verst\u00e4rkungsfaktor) des Transistors. Ist ‚B‘ im Datenblatt nicht zu finden, auch mal nach ‚hFE‘ sehen. Sinnvollerweise sollte der Transistor so weit aufgesteuert werden wie m\u00f6glich. Man m\u00f6chte ja die Energie optimal im Motor umsetzen, nicht in der Schaltung. Ausgehend von +5V am Controllerausgang bei „H“ und einer UBE von 0,7V stehen 4,3V an der Basis des Transitors zur Verf\u00fcgung. Der Motor will 500mA an Strom, dies ist also das Minimum, was flie\u00dfen soll. Es w\u00e4re allerdings Unsinn, jetzt den Stromfluss auf den Motorstrom zu begrenzen, die Spannung UCE w\u00fcrde ja auch wieder unn\u00f6tig ansteigen und der Motor als Verbraucher bestimmt in diesem Fall sowieso den maximalen Strom. Um nun den minimalen Basisstrom zu errechnen, muss der Strom den der Controller liefern soll mit dem Verst\u00e4rkungsfaktor multipliziert werden.<\/p>\n Soll also hei\u00dfen:<\/p>\n Ich will min. 500mA f\u00fcr den Motor, besser ohne Begrenzung.<\/p>\n Der Transistor verst\u00e4rkt x100, also m\u00fcssen min. 5mA vom Controller kommen.<\/p>\n U=R*I -> die oben errechneten 4,3V \/ 5mA = 860 Ohm<\/p>\n Die ist also der maximale Wert, den der Widerstand R1 haben darf. Da aber der Transistor voll offen sein soll, muss der Basistrom noch h\u00f6her sein. In diesem Falle spricht man im Allgemeinen vom \u00dcbersteuern, es wird mehr Basisstrom zugef\u00fchrt, als f\u00fcr ein komplettes \u00f6ffnen n\u00f6tig w\u00e4re, z. B. +200%, also das Doppelte. Hier ist ein Blick ins Datenblatt des Transistors unerl\u00e4sslich!<\/em> Einmal f\u00fcr den Verst\u00e4rkungsfaktor, zum anderen f\u00fcr den maximal zul\u00e4ssigen Basisstrom, ruinieren will man das Bauteil ja auch nicht. In der Praxis nehme ich immer einen Wert zwischen 220 und 470 Ohm, hat bisher funktioniert. Wichtig ist auch, dass der Transistor bei \u00dcbersteuerung langsamer wird. Das kann man aber getrost vernachl\u00e4ssigen, wenn man sich nicht im MHz Bereich bewegt. Bei allem, was das Auge erfassen kann allemal.<\/p>\n Ist (bei kleineren Str\u00f6men) der maximale Stromfluss erreicht, kann es sogar m\u00f6glich sein, den Transistor ohne zus\u00e4tzliche K\u00fchlung zu betreiben. Bei den Universaltypen liegt die UCE \u00fcbersteuert so um die 300mV. Flie\u00dfen nun wirklich nur 500mA Motorstrom, sind das nach P=U*I 500mA*300mV= 150mW.<\/p>\n Dieser Schaltungstyp (Open Collector) eignet sich f\u00fcr sehr viele Anwendungen, in denen mit kleinem Steuersignal eine gr\u00f6\u00dfere Last geschaltet werden soll. Man kann das ganze noch verbessern, indem statt des Transistors ein FET eingesetzt wird oder mit einer Br\u00fcckenschaltung auch eine Umpolung erm\u00f6glicht oder ein Special-IC einsetzt oder, oder, oder… Die Frage ist einfach, wie viel Aufwand man f\u00fcr ein bestimmtes Ziel treiben m\u00f6chte. Um ein paar LEDs blinken zu lassen, w\u00fcrde ich so simpel wie m\u00f6glich planen, wenn Geschwindigkeit oder Pr\u00e4zision gefragt ist, entsprechend aufw\u00e4ndiger.<\/p>\n Fazit:<\/p>\n So ganz einfach kann ich das alles auch nicht beschreiben. Aber wenn man sich in den \u00fcblichen Hobbyanwendungen bewegt, f\u00fchren ein BD139 oder BC548 (bei kleinen Str\u00f6men), R1=10k, R2=220 Ohm und bei Motoren eine 1N4007 als Freilaufdiode eigentlich immer zum Ziel. Bezogen auf 5V am Controller und 12V Versorgungsspannung f\u00fcr die Last. Evtl. m\u00f6chte ein Motor auch noch einen Kondensator an seinen Anschl\u00fcssen sehen. Sollen LEDs angesteuert werden, die entsprechenden Vorwiderst\u00e4nde nicht vergessen, wie \u00fcberhaupt nat\u00fcrlich darauf achten, dass Bauteile immer innerhalb ihrer Spezifikationen eingesetzt werden. Und wie immer VORSICHT bei elektrischen Basteleien bzw. wenn man experimentiert!<\/strong><\/a> ;.-)<\/p>\n <\/p>\n <\/p>\n\n
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<\/a>Im Bild die Prinzipschaltung.<\/p>\n