![\"Foto-Ampel\"](\"https:\/\/www.michael-floessel.de\/mfblog\/wp-content\/uploads\/2014\/05\/Foto-Ampel.jpg\")
Immer wenn ich einen Beitrag zum Mikrocontroller schreibe, in dem dieser eine gr\u00f6\u00dfere Last schalten muss, kommen Anfragen zum \u201eWomit und wie?\u201c. Im Prinzip bediene ich mich dabei immer der gleichen Schaltung, nur mit angepassten Bauteilen.<\/p>\n
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Die meisten Controller arbeiten irgendwo zwischen 2,5 und 5 V. Pro Pin sind oft weniger als 20 mA Ausgangsstrom m\u00f6glich, induktive Lasten sind auch so eine Sache. Wird ein ganzer Port benutzt, kann es noch enger werden. Je nach Controller stehen beispielsweise f\u00fcr einen Port mit acht Ausg\u00e4ngen insgesamt nur 40 mA zur Verf\u00fcgung, die sich auf die einzelnen Pins verteilen m\u00fcssen. Einige LEDs kann man so vielleicht noch direkt \u00fcber einen Vorwiderstand ansteuern, sp\u00e4testens bei Motoren oder zahlreicheren Leuchtdioden ist aber Schluss.<\/p>\n
Hilft also alles nichts, es muss eine Treiberstufe 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 Verst\u00e4ndnis 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 Controllerausgang den Motor startet. Bei L soll er einfach wieder stehen bleiben.<\/p>\n Die +12 V liegen am Motor an. Bei H am Controllerausgang wird der Transistor \u00fcber seine Basis angesteuert, sodass der Strom durch den Motor nach GND flie\u00dfen kann. Der Motor dreht sich. Die Freilaufdiode (rot) dient dazu, Spannungsspitzen beim Abschalten des Motors abzufangen. Bei nicht-induktiven Lasten wie LEDs braucht man sie nicht. F\u00fcr den hier beschriebenen Motor gen\u00fcgt bei einfachen Schaltvorg\u00e4ngen oft eine Standarddiode der Reihe 1N400X oder etwas \u00c4hnliches. Bei h\u00f6heren Str\u00f6men, Spannungen oder Schaltfrequenzen kann etwas Spezielleres erforderlich werden.<\/p>\n Besonderes Augenmerk liegt auf R1 und R2.<\/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 darum, dass die Basis auf GND liegt und der Transistor nicht unbeabsichtigt durchschaltet, etwa wenn der Controllerausgang hochohmig ist. Im Alltagsgebrauch bin ich mit 10 bis 100 k\u03a9 gut ausgekommen.<\/p>\n Sein Wert ist abh\u00e4ngig vom B (Verst\u00e4rkungsfaktor) des Transistors. Ist \u201eB\u201c im Datenblatt nicht zu finden, auch mal nach \u201ehFE\u201c sehen. Sinnvollerweise sollte der Transistor so weit wie m\u00f6glich durchgesteuert werden. Man m\u00f6chte ja die Energie m\u00f6glichst im Motor umsetzen und nicht in der Schaltung.<\/p>\n Ausgehend von +5 V am Controllerausgang bei H und einer angenommenen Basis-Emitter-Spannung UBE von 0,7 V stehen am Basisvorwiderstand 4,3 V zur Verf\u00fcgung. Der Motor ben\u00f6tigt 500 mA Strom. Mit dem angenommenen Verst\u00e4rkungsfaktor B = 100 ergibt sich als rechnerischer Ausgangspunkt ein Basisstrom von 5 mA.<\/p>\n Soll also hei\u00dfen:<\/p>\n Ich will mindestens 500 mA f\u00fcr den Motor, m\u00f6glichst ohne unn\u00f6tige Begrenzung durch den Transistor.<\/p>\n Der angenommene Verst\u00e4rkungsfaktor betr\u00e4gt 100, also komme ich rechnerisch auf 500 mA \/ 100 = 5 mA Basisstrom.<\/p>\n R = U \/ I = 4,3 V \/ 5 mA = 860 \u03a9.<\/p>\n Das ist der rechnerische Wert f\u00fcr R2 bei dieser Annahme. Damit der Transistor als Schalter m\u00f6glichst weit durchsteuert, muss der Basisstrom in der Praxis h\u00f6her angesetzt werden. Man spricht hier vom \u00dcbersteuern, es wird also mehr Basisstrom zugef\u00fchrt, als die einfache Rechnung zun\u00e4chst ergibt, beispielsweise das Doppelte. Hier ist ein Blick ins Datenblatt des Transistors unerl\u00e4sslich!<\/em> Einmal f\u00fcr den Verst\u00e4rkungsfaktor und zum anderen f\u00fcr die zul\u00e4ssigen Str\u00f6me. Ruinieren will man das Bauteil ja auch nicht.<\/p>\n In der Praxis habe ich oft einen Wert zwischen 220 und 470 \u03a9 genommen, das hat bisher funktioniert. Allerdings muss der Controller den daf\u00fcr ben\u00f6tigten Strom auch liefern k\u00f6nnen. Gerade 220 \u03a9 liegen bei 5 V bereits sehr nah an den hier angenommenen 20 mA pro Ausgang. Wichtig ist au\u00dferdem, dass der Transistor bei starker \u00dcbersteuerung langsamer abschalten kann. Bei einfachen Ein-\/Aus-Schaltungen f\u00e4llt das meist nicht ins Gewicht.<\/p>\n Ist bei kleineren Str\u00f6men der Transistor ausreichend durchgesteuert, kann es sogar m\u00f6glich sein, ihn ohne zus\u00e4tzliche K\u00fchlung zu betreiben. Nehmen wir f\u00fcr die Kollektor-Emitter-S\u00e4ttigungsspannung UCE beispielsweise 300 mV an. Flie\u00dfen nun wirklich nur 500 mA Motorstrom, sind das nach P = U \u00d7 I genau 500 mA \u00d7 300 mV = 150 mW Verlustleistung. Ob dieser Wert im konkreten Aufbau erreicht wird, h\u00e4ngt nat\u00fcrlich von der tats\u00e4chlichen Ansteuerung ab.<\/p>\n Dieser Schaltungstyp (Open Collector) eignet sich f\u00fcr viele Anwendungen, in denen mit einem kleinen Steuersignal eine gr\u00f6\u00dfere Last geschaltet werden soll. Man kann das Ganze noch verbessern, indem statt des Transistors ein FET eingesetzt wird, mit einer Br\u00fcckenschaltung auch eine Umpolung erm\u00f6glicht wird oder ein spezielles IC zum Einsatz kommt. Oder, oder, oder … Die Frage ist einfach, wie viel Aufwand man f\u00fcr ein bestimmtes Ziel treiben m\u00f6chte.<\/p>\n 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 So ganz einfach kann ich das alles auch nicht beschreiben. Aber wenn man sich in den \u00fcblichen Hobbyanwendungen bewegt, sind ein BD139 oder BC548 (bei kleinen Str\u00f6men), R1 = 10 k\u03a9, ein passend bemessener R2 und bei Motoren eine 1N4007 als Freilaufdiode ein m\u00f6glicher Ausgangspunkt. Bei meinen einfachen Aufbauten habe ich f\u00fcr R2 h\u00e4ufig 220 \u03a9 verwendet. Bezogen ist das auf 5 V am Controller und 12 V Versorgungsspannung f\u00fcr die Last. Eventuell m\u00f6chte ein Motor auch noch einen Kondensator an seinen Anschl\u00fcssen sehen.<\/p>\n Zu beachten ist au\u00dferdem, dass ein Motor beim Anlaufen oder Blockieren deutlich mehr Strom aufnehmen kann als im normalen Betrieb. Sollen LEDs angesteuert werden, die entsprechenden Vorwiderst\u00e4nde nicht vergessen. Wie \u00fcberhaupt nat\u00fcrlich darauf achten, dass die Bauteile innerhalb ihrer Spezifikationen eingesetzt werden. Und wie immer VORSICHT bei elektrischen Basteleien bzw. wenn man experimentiert!<\/strong><\/a> ;.-)<\/p>\n <\/p>\n <\/p>\n <\/p>\n <\/p>\n Immer wenn ich einen Beitrag zum Mikrocontroller schreibe, in dem dieser eine gr\u00f6\u00dfere Last schalten muss, kommen Anfragen zum \u201eWomit und wie?\u201c. Im Prinzip bediene ich mich dabei immer der gleichen Schaltung, nur mit angepassten Bauteilen. Die meisten Controller … Weiterlesen \n
![\"Prinzipschaltung:](\"https:\/\/www.michael-floessel.de\/mfblog\/wp-content\/uploads\/2014\/05\/\u00b5C-Treiber--150x121.jpg\")
<\/a>Im Bild die Prinzipschaltung.<\/p>\nR1<\/strong><\/h4>\n
R2<\/strong><\/h4>\n
Fazit<\/strong><\/h4>\n
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