LED Cube, Transistor Basiswiderstand berechnen

[Felix16]

Hallo zusammen,

ich bin Momentan dabei einen LED-Würfel zu bauen (nichts zum Würfeln, sondern LEDs in Würfelform angeordnet). Ich steuer das Ganze mit einem ATmega328p ohne externen Oszillator. Angeordnet sind die 64 LEDs mit einer Kantenlänge von 4 Stück. Alle Leuchtdioden einer vertikalen Ebene sind mit der Kathode verbunden und jeweils die vier über- / untereinander mit den Anoden.
Für die 16 “Spalten“ habe ich den NPN Transistor https://www.onsemi.com/pub/Collateral/BC546-D.PDF BC546B genommen. Und jetzt zum Entscheidenden: Ich möchte die vier Ebenen abwechselnd sehr schnell auf Masse ziehen und habe mich für diesen NPN Transistor entschieden http://www.onsemi.com/pub/Collateral/BD243B-D.PDF aus dem Datenblatt habe ich aus der Tabelle entnommen, dass der DC Current Gain bei 0,3A (ich muss bis zu 0,32A schalten) und Vce= 4V, 30 beträgt. Aus dem Graphen weiter hinten im Dokument kann man ablesen, dass bei gleicher Stromstärke aber mit Vce = 2V, hfe ca. 100 beträgt. Wie hoch ist meine Collector-Emitter Spannung? Meine Ausgangsspannung beträgt 5V. Dann kommt der Vorwiderstand für die LED, anschließend der “kleine“ Transistor in der CE Strecke. Dann die LED mit 2,4V Spannungsabfall und dann beträgt die Spannung 0V. Dann kommt der große Transistor bei dem Vce nun eigentlich 0V betragen müsste. Ich bin ziemlich ratlos wie groß die Stromverstärkung und der davon abhängige Basiswiderstand ist.
Bei unklarheiten gerne Nachfragen und ich bedanke mich jetzt schon mal für die hoffentlich hilfreichen Antworten.

LG Felix

[BernhardS]

Man sollte sich nicht zu früh auf bestimmte Bauteile festlegen. Ein MOSFET wäre besser.

Zur Frage: Für Schaltanwendungen verwendet man etwa da 8-10 fache des Baisisstroms. Damit ist der Spannungsabfall am Transistor niedrig. Du kannst den Wert für UCE 2V zum Rechnen verwenden, den Basisstrom mal 8 nehmen und damit den Widerstand ausrechnen.
Beachte dabei ob derATmega den Strom überhaupt liefern kann.

[Felix16]

Für Schaltanwendungen verwendet man etwa da 8-10 fache des Baisisstroms. Damit ist der Spannungsabfall am Transistor niedrig.

Ich habe gelesen, dass man den Basisstrom mal 3 rechnet. Würde das auch reichen? Bzw woher hast du den Wert?
Über einen Mosfet habe ich auch nachgedacht, mich jedoch dagegen entschieden als ich gesehen habe was für Ströme man mit denen normalerweise schaltet.
Danke für deine schnelle Antwort.
LG Felix

[der mit den kurzen Armen]

Wie wäre es mal damit einen Stromlaufplan zu liefern. Für solche Treiberanwendungen gibt es sogar ic zb ULN 2803. Der hat 8 Kanäle und kann bis 300mA Treiben. Und das PNP Gegenstück ist der UDN2981 mit 500mA
Wenn du die Versorgungsspannung der LED auf ca 12V erhöhst brauchst du nur die Vorwiderstände anpassen und kannst sogar mehrere LED in Reihe schalten. Beide IC werden direkt vom µC angesteuert.
noch etwas mit 8 Spalten und 8 Zeilen kannst du 64 Led einzeln ansteuern.
Wenn du mal Überlegst hat ein Würfel 6 Seiten, 8 Ecken und 12 Kanten. Nun nimm mal ein Blatt Papier und zeichne deine gewünschten LED ein. Du kannst bei 64 LED sogar noch 4 LED in jede Fläche setzen
Den 8 Ecken = 8 LED 12 Kanten a 2 LED sind 24 LED und 6*4 LED in der Fläche sind 24 LED >>> 8+12+24 = 44LED

[anders]

?
Über einen Mosfet habe ich auch nachgedacht, mich jedoch dagegen entschieden als ich gesehen habe was für Ströme man mit denen normalerweise schaltet.

Na und?
Es gibt auch Mosfet. die weniger schaffen.
Dafür ist der BC546 umso mickriger und kaum für solche Aufgaben geeignet.
Beides waren keine guten Entscheidungen.

Womit willst du eigentlich die Anoden schalten?

[Felix16]

Die LEDs habe ich verdrahtet wie in diesem Beispiel: https://www.instructables.com/id/LED-Cube-4x4x4/
Die Möglichkeit mehrere in Reihe zu Schalten fällt also auch flach. Ich habe 64 Stück verwendet, also auch den Innenraum gefüllt.
Die Anoden schalte ich mit 16 der "mickrigen" BC546, die Kathoden der 4 Ebenen mit den BD243.

Gekauft sind die Bauteile schon, sollte ich eurer Meinung nach einen riesigen Fehler begehen könnte ich sie aber auch noch austauschen.
@anders Was wären deiner Meinung nach geeignete Komponenten? Schreib doch gerne mal Rahmenbedingungen für sinnvolle Teile in deinen nächsten Post.

[SAD]

Arbeitspunkt berechnen mußte ich damals noch zu Fuß.
Nach vier DIN A4 Seiten mit Rechenkästchen, ohne Tabelle,
ohne fertige Formeln dauerte das 'ne Weile.

Geht heute, zum Glück, einfacher, gibt Formeln, Tabellen und elektronische Hilfe.
Hier z.B.
https://www.elektronik-kompendium.de/si ... 506291.htm

Für die LED würde ich Low-Current-LED nehmen, sonst brauchst Du ein ziemlich fettes NT.

[Kleinspannung]

würde ich Low-Current-LED nehmen, sonst brauchst Du ein ziemlich fettes NT.

Wie kommst denn nun wieder darauf?
10mA pro Led reichen völlig aus,64 hat er.
Selbst wenn sie alle parallel und gleichzeitig an wären,würde ein NT mit 700mA bzw. 3,5W ausreichen.
Nun sag mir mal,was an so einem Spielzeug "fett" sein soll...
Ach ja,und wenn du den passenden ULNxxxx nimmst,ist der richtige Vorwiderling schon drin...

[Felix16]

Für die LED würde ich Low-Current-LED nehmen, sonst brauchst Du ein ziemlich fettes NT.

10mA pro Led reichen völlig aus,64 hat er.
Selbst wenn sie alle parallel und gleichzeitig an wären,würde ein NT mit 700mA bzw. 3,5W ausreichen.

Also nur um das klar zu stellen: Ich habe immer nur eine ebene gleichzeitig an und ich rechne mit 18mA pro LED.
ca. 0,32A (LED) + 16 * ca 0,001A (um die Transistoren der LEDs anzusteuern) + 0,01 bis 0,03A (für einen der “großen“ Transistoren) + 0,007A für den µC
Ich sollte also mit einem 0,5A NT auskommen, werde aber vorsichtshalber eins mit 1A nehmen.

[SAD]

@ Kleinspannung
64 LED x 18mA wären bei mir 1152mA.
64 Low-Current-LED = max.256mA.
Ist schon ein kleiner Unterschied oder?
Bei so einem kleinen Spielzeug wäre da ein "fettes" NT nötig.
Da der TE, warum auch immer, nur 16 LED max.leuchten lassen will,
wären das 64mA gegenüber 288mA.
Bei seiner Berechnung fehlen da komplett die Verlustleistungen,
die nicht ohne sind.

[Felix16]

Da der TE, warum auch immer, nur 16 LED max.leuchten lassen will,
wären das 64mA gegenüber 288mA.
Bei seiner Berechnung fehlen da komplett die Verlustleistungen

Der Grund für das Multiplexing liegt ganz einfach an den verfügbaren IO-Pins (abgesehen vom Stromverbrauch). Die Verlustleistungen treten wo überall auf? Ich dachte ich hätte soweit alles einberechnet, lasse mich aber gerne eines besseren belehren.
Selbst bei einem 500mA NT hätte ich aber noch über 100mA Kapazität übrig für Verlustleistung. Aber wie gesagt, ich habe ein 1A Netzteil rumliegen und werde dieses benutzen.
LG “der TE“

[SAD]

Die Frage war doch wohl nicht ernst gemein?

Der Unterschied von Aufnahmeleistung zu Abgabeleistung nennt man Verlustleistung,
die meist in Wärme umgesetzt wird und an allen elektr. Bauteilen auftritt.

[Felix16]

Die Frage war doch wohl nicht ernst gemein?

Der Unterschied von Aufnahmeleistung zu Abgabeleistung nennt man Verlustleistung,
die meist in Wärme umgesetzt wird und an allen elektr. Bauteilen auftritt.

Das war mir schon klar, doch zum Beispiel am Transistor ist die Verlustkeistung (bei Silizium) 0,7V * Ib oder nicht?
Diesen Strom ist in meiner Rechnung bereits enthalten.

[der mit den kurzen Armen]

Da irrst du dich aber gewaltig. Die Verlustleistung an einem Transistor setzt sich zusammen aus der Verlustleistung über die Basis- Emitterstrecke und über die Verlustleistung über der Kollektor -Emtiterstrecke.
Also rund 0,7V*Ib +Uce sat *Ic immer unter der Voraussetzung der Transistor arbeitet als Schalttransistor.
Auf die Verwendung der ULN und UDN habe ich dich schon hingewiesen. Weiter im Text auch über die Vorwiderstände und selbst an den LED fällt eine Verlustleistung ab.

[Felix16]

Danke für die ausführliche Erklärung.
Über den Spannungsabfall entlang der CE-Strecke war ich mir nicht bewusst. Also muss ich in die Rechnung zum Vorwiderstand der LED noch den Verlust an den Transistoren einberechnen?
Wäre das dann:
5V - Uce sat (1) - Uce sat (2) - 2,4V / ca 15mA ?