weerstandsberekening voor multiplexing

[TrailBlazer]

Ik ben bezig om een aantal leds dmv multiplexing aan te sturen. Ik vraag me alleen af of ik al mijn weerstanden goed heb berekend.

• De spanning is 5V
• Spaning over de led is 3,6 V bij een stroom van 0,025 A
• PNP is een BC557 NPN is een 547

Ik heb alles zo berekend.
R1=(V-Vce_pnp-Vce_npn-Vled)/Iled=(5-0,17-0,2-3,6)/0,025 R=40,8 Ohm (39 uit de E12 reeks)
R2=(V-Vbe_pnp)/(Iled/hfe_pnp)=(5-0,75)/(0,025/125)=21250 Ohm (18K uit de e12 reeks)
R3=(V-Vbe_npn)/(Iled/hfe_npn)=(5-0,66)/(0,025/270)=46872 Ohm (39K uit de E12 reeks)

Een ander vraag moet je de basis van een PNP aan de 5 volt leggen of is naar nul schakelen genoeg en mag hij daarna zwevend blijven. Het maakt niet heel veel uit want hij komt toch aan een AVR te hangen dus 5 volt erop zetten is geen probleem.

[ Voor 9% gewijzigd door TrailBlazer op 26-02-2008 22:06 ]

[ReneK]

Je berekeningen zijn op zich goed, maar ik heb wel een paar kanttekeningen:

-Als je gaat multiplexen, moet je de stroom door de LED's aanzienlijk groter maken.
Stel dat een LED slechts 10% van de tijd effectief aan staat (duty-cycle = 10%), dan
moet je de stroom door de LED vergroten van bv. 10 mA naar 100 mA.
Effectief kom je dan op een gemiddelde van 10 mA. Een klein voordeel is dat het
rendement van een LED bij hogere stromen iets gunstiger is, dus je zou de stroom
iets lager kunnen kiezen.

-Je schrijft dat de spanning over de LED 3.6V @ 25 mA is. Klopt dat? Gaat het om
een speciale LED voor verlichting o.i.d?
"Gewone" LED's liggen namelijk meestal rond de 2V @ 10 mA.

-De berekening van R1 is goed, tenzij je t.b.v. multiplexing meer stroom nodig hebt.

-De berekening van R2 en R3 is krap. Je berekent dit op basis van een typical hfe van
de transistoren. In de praktijk wil je minimale verliezen in de transistoren, en dus een
maximale Vce garanderen. Dat betekent dat je de transistoren goed in verzadiging moet
sturen. Je doet dat door de basisstroom voldoende groot te maken.
Bijvoorbeeld: de PNP heeft bij een collector stroom van 25 mA een basisstroom van
25 mA / 125 = 0.2 mA nodig. Als je hiervoor kiest, heb je kans dat de PNP in zijn
lineaire gebied blijft, met een veel hogere Vce. Maak de basisstroom maar rustig
een stuk hoger, bv. 1 mA.

-Je hebt in je berekening geen rekening gehouden met verliezen in de aansturende
schakeling. Als dat een microcontroller is, heb je kans dat er geen 0V en 5V uit dat
ding komt als je 'm gaat belasten. Afhankelijk van de stroom, zou dat bv. best 0.5V en
4.5V kunnen zijn. Je moet ook even controleren of de microcontroller tot de volle 5V
kan uitsturen.

-De basis van de PNP mag (bij uitgeschakelde LED) best zwevend blijven: er is redelijk
wat stroom in de basis nodig om de LED iets te laten doen, en een zwevende ingang zal
hier i.h.a. geen problemen geven. Wanneer je e.e.a. aanstuurt vanuit een microcontroller,
zal de basis van zowel de PNP als de NPN via R2 en R3 echter nooit zweven, maar i.h.a.
aan +5V of 0V hangen. Geen probleem dus.

Rene

[TrailBlazer]

ReneK schreef op woensdag 27 februari 2008 @ 08:47:
Je berekeningen zijn op zich goed, maar ik heb wel een paar kanttekeningen:

-Als je gaat multiplexen, moet je de stroom door de LED's aanzienlijk groter maken.
Stel dat een LED slechts 10% van de tijd effectief aan staat (duty-cycle = 10%), dan
moet je de stroom door de LED vergroten van bv. 10 mA naar 100 mA.
Effectief kom je dan op een gemiddelde van 10 mA. Een klein voordeel is dat het
rendement van een LED bij hogere stromen iets gunstiger is, dus je zou de stroom
iets lager kunnen kiezen.

Elke led staat maximaal 25% van de tijd effectief aan. Ik wil namelijk ook binnen elke cyclus weer gaan multiplexen mbv de 4 pwm outputs van de AVR. Dus in totaal zullen er 16 leds aan komen te hangen.

-Je schrijft dat de spanning over de LED 3.6V @ 25 mA is. Klopt dat? Gaat het om
een speciale LED voor verlichting o.i.d?
"Gewone" LED's liggen namelijk meestal rond de 2V @ 10 mA.

Het gaat om deze leds.
http://www.samenkopen.net/action_product/762661/460034 Spanning moet dus iets lager zijn. Stroom kan een stuk hoger maar dan moet ik ook andere transistors hebben omdat deze max 100mA trekken.

-De berekening van R1 is goed, tenzij je t.b.v. multiplexing meer stroom nodig hebt.

Stroom moet ik nog even goed berekenen inderdaad. Ik moet in de praktijk gewoon even kijken hoeveel licht het echt geeft.

-De berekening van R2 en R3 is krap. Je berekent dit op basis van een typical hfe van
de transistoren. In de praktijk wil je minimale verliezen in de transistoren, en dus een
maximale Vce garanderen. Dat betekent dat je de transistoren goed in verzadiging moet
sturen. Je doet dat door de basisstroom voldoende groot te maken.
Bijvoorbeeld: de PNP heeft bij een collector stroom van 25 mA een basisstroom van
25 mA / 125 = 0.2 mA nodig. Als je hiervoor kiest, heb je kans dat de PNP in zijn
lineaire gebied blijft, met een veel hogere Vce. Maak de basisstroom maar rustig
een stuk hoger, bv. 1 mA.

De AVR tiny 2313 kan in totaal max 60 mA sourcen/sinken. Ik heb 8 poortjes die ik ga gebruiken dus zou in theorie zelfs tot 7,5 mA kunnen gaan voor de stroom door de basis. Dit in combinatie met de eventueel hogere stroom die ik wil hebben dan ga ik hem denk ik berekenen op 2mA just to be sure.

-Je hebt in je berekening geen rekening gehouden met verliezen in de aansturende
schakeling. Als dat een microcontroller is, heb je kans dat er geen 0V en 5V uit dat
ding komt als je 'm gaat belasten. Afhankelijk van de stroom, zou dat bv. best 0.5V en
4.5V kunnen zijn. Je moet ook even controleren of de microcontroller tot de volle 5V
kan uitsturen.

Op de poort staat een spanning van minimaal 4,2 V bij een stroom van 20 mA en max 0,7 bij 20mA Ik zal hier nog even extra mee gaan rekenen

-De basis van de PNP mag (bij uitgeschakelde LED) best zwevend blijven: er is redelijk
wat stroom in de basis nodig om de LED iets te laten doen, en een zwevende ingang zal
hier i.h.a. geen problemen geven. Wanneer je e.e.a. aanstuurt vanuit een microcontroller,
zal de basis van zowel de PNP als de NPN via R2 en R3 echter nooit zweven, maar i.h.a.
aan +5V of 0V hangen. Geen probleem dus.

Rene

In ieder geval hardstikke bedankt voor je uitgebreide reactie. Het is voor het eerst dat ik zo'n berekening maak en vroeg me af of ik het allemaal eenbeetje begreep. Ik zal alle berekeningen nog even doen. Ik had toch alles even in Excel gezet dus dat is niet zo ingewikkeld.

[ReneK]

TrailBlazer schreef op woensdag 27 februari 2008 @ 09:26:
[...]

Elke led staat maximaal 25% van de tijd effectief aan. Ik wil namelijk ook binnen elke cyclus weer gaan multiplexen mbv de 4 pwm outputs van de AVR. Dus in totaal zullen er 16 leds aan komen te hangen.

[...]

Het gaat om deze leds.
http://www.samenkopen.net/action_product/762661/460034 Spanning moet dus iets lager zijn. Stroom kan een stuk hoger maar dan moet ik ook andere transistors hebben omdat deze max 100mA trekken.

Ok, 20 mA nonimaal per LED dus en een duty cycle van 25%. Dan moet de piekstroom
door een LED dus 80 mA zijn.

80 mA is geen enkel probleem voor een BC547, dat ding mag een piekstroom van 200 mA hebben
(mits kort gepulseerd). Maar je kunt er veiligheidshalve wel iets zwaardere transistors in zetten,
of MOSFET's gebruiken. Bij MOSFET's heb je ook geen problemen met het leveren van
de basisstroom.

[...]

Stroom moet ik nog even goed berekenen inderdaad. Ik moet in de praktijk gewoon even kijken hoeveel licht het echt geeft.

Mee eens. De spanning over de LED's is bovendien 3.3V, met alle onzekerheid m.b.t.
de LED spanning en de Vce's van de transistoren, kan de spanning over R1 wat afwijken
t.o.v. de berekende waarde. Beter even nameten dus.

[...]

De AVR tiny 2313 kan in totaal max 60 mA sourcen/sinken. Ik heb 8 poortjes die ik ga gebruiken dus zou in theorie zelfs tot 7,5 mA kunnen gaan voor de stroom door de basis. Dit in combinatie met de eventueel hogere stroom die ik wil hebben dan ga ik hem denk ik berekenen op 2mA just to be sure.

Met zo'n 80 mA door de LED heb je een basisstroom van pakweg 0.6 mA voor de PNP en nog minder voor de NPN nodig. Ik zou dan voor een basisstroom van zo'n 3 a 4 mA gaan.

[...]

Op de poort staat een spanning van minimaal 4,2 V bij een stroom van 20 mA en max 0,7 bij 20mA Ik zal hier nog even extra mee gaan rekenen

Bij 3 a 4 mA is het spanningsverlies van de poort veel kleiner, mag je verwaarlozen t.o.v. 5V.

[...]

In ieder geval hardstikke bedankt voor je uitgebreide reactie.

You're welcome ;-)

Het is voor het eerst dat ik zo'n berekening maak en vroeg me af of ik het allemaal eenbeetje begreep. Ik zal alle berekeningen nog even doen. Ik had toch alles even in Excel gezet dus dat is niet zo ingewikkeld.

Excel is prima, maar het gaat hier slechts om een paar berekeningen. Omdat dit je eerste keer
is, zou ik dat gewoon even met de hand berekenen. Dat geeft i.h.a. meer inzicht in de spanninkjes
en stroompjes die er lopen.

[TrailBlazer]

ReneK schreef op woensdag 27 februari 2008 @ 10:32:
[...]


Ok, 20 mA nonimaal per LED dus en een duty cycle van 25%. Dan moet de piekstroom
door een LED dus 80 mA zijn.

80 mA is geen enkel probleem voor een BC547, dat ding mag een piekstroom van 200 mA hebben
(mits kort gepulseerd). Maar je kunt er veiligheidshalve wel iets zwaardere transistors in zetten,
of MOSFET's gebruiken. Bij MOSFET's heb je ook geen problemen met het leveren van
de basisstroom.

Ja dat weet ik. Alleen als ik de multiplexing doe met de transistor aan de onderkant, het voor zou kunnen komen dat, als alle leds aan staan, er door de bovenste transistor continue dus die maximale stroom loopt. Tenminste als ik het goed beredeneerd heb Dan gaat het wel roken als ik per led 80mA lever dus in het worst case 320 mA continue.

[...]


Mee eens. De spanning over de LED's is bovendien 3.3V, met alle onzekerheid m.b.t.
de LED spanning en de Vce's van de transistoren, kan de spanning over R1 wat afwijken
t.o.v. de berekende waarde. Beter even nameten dus.


[...]


Met zo'n 80 mA door de LED heb je een basisstroom van pakweg 0.6 mA voor de PNP en nog minder voor de NPN nodig. Ik zou dan voor een basisstroom van zo'n 3 a 4 mA gaan.


[...]


Bij 3 a 4 mA is het spanningsverlies van de poort veel kleiner, mag je verwaarlozen t.o.v. 5V.


[...]

You're welcome ;-)

[...]


Excel is prima, maar het gaat hier slechts om een paar berekeningen. Omdat dit je eerste keer
is, zou ik dat gewoon even met de hand berekenen. Dat geeft i.h.a. meer inzicht in de spanninkjes
en stroompjes die er lopen.

Omdat ik verwachtte dat ik wel hier en daar wat foutjes had in de waardes heb ik het even in excel gepropt.