Verstärkung durch Transistor

Transistor verstärkt den Strom

Ein digitaler Ausgang des Arduino Duemilanove kann einen Strom von 40 mA bereitstellen. Das reicht für kleine Signale aus. Will man aber z.B. mehrere LEDs, Motoren oder Elektromagneten schalten, ist das zu wenig. Hierfür benötigt man eine Verstärkerschaltung.

Ein Transistor kann als Schaltverstärker eingesetzt werden. Der Vorteil ist, dass ein Transistor klein ist und sehr schnell schalten kann. Auch PWM-Signale können mit einem Transistor verstärkt werden.

Die Basis des Transistors wird über einen Widerstand (1 – 10 kΩ) mit den DigitalOut verbunden. Liegt an der Basis ein HIGH-Signal an, so schaltet sich der Transistor ein und die LEDs können leuchten. Der Hauptstrom fließt nun nicht mehr von DigitalOut zu den LEDs, sondern vom 5V+ über die LEDs, durch den Transistor in den GND. Der Strom, der aus dem DigitalOut kommt wird also nur zum schalten des Transistors benötigt.

Da der Transistor ein Halbleiterbauelement ist, ist auf die Polung zu achten.

25 Comments

  1. fish

    Es wäre mal interessant einen typischen Transistor-Typ zu nennen, quasi für Wald- und Wiesenanwendungen. Die Auswahl ist ja sehr groß, welchen nimmt man als Einsteiger?

  2. Frederik

    Was passiert, wenn man Bauteile anschließt, die einen Geringeren Widerstand haben -> mahr STrom fließt? Brennt dann das Arduino durch???

  3. noway

    Das sollte „eigentlich“ nicht der Fall sein. Die Ausgangsspannung bricht dann allerdings zusammen.

  4. Florian

    Von was ist die Größe des Widerstandes abhängig, wann muss man einen kleinen oder größeren Widerstandswert wählen?

  5. MindCode

    Hallo,
    irgendwie hab ich probleme mit Transistoren.
    Wenn ich an den Emitter +5v anschließe, an den collector nen widerstand und ne LED und an Basis nen Digitalout, dann leuchtet die Diode auch wenn ich den draht vom emitter entferne.

    Irgendwie versteh ich das nicht denn: Wenn ich an die Basis nur +1v anschließe, dann leuchtet die LEd auch nur bei einem volt, und nicht 5 wie es am emitter angeschlossen ist… oO wasi t denn da los?!

  6. @MindCode: Wenn du einen NPN-Transistor hast, schaltest du an den Emitter den GND und an den Kollektor in Reihe den Widerstand, an den die LED und die an 5V+.

    Die Basis vom Transistor wird durch eine sehr kleine Spannung eingeschalten. Wenn du keine Spannung anlegst, kann es sein, dass der Zustand am Transistor nicht klar ist – d.h. dass Rauschen oder Störungen den Tansistor eingeschalten lassen. Ein LOW-Signal aus deinem Arduino behebt das Problem. Also HIGH = einschalten, LOW = abschalten.

  7. Karl

    Guten Tag,

    dadurch das man mit dem Transistor die PWM-Signale verstärkt werden können, dann könnte man auch in diesem Beispiel die LEDs dimmen oder?

    Meine nächste Frage wäre, wie könnte ich diese Verstärkung über einen Akku machen?
    – Also über einen Spannungsregler würde ich die Spannung auf 5V bringen, bräuchte ich dann aber nur den Akku(runtergeregelt auf 5V) an den Transistor anschließen und den GND des Akkus mit dem des Arduinos verbinden?

    Ich bedanke mich im Vorraus und auch für diese Tolle Seite.

    Gruß
    Karl

  8. Stefan*

    Hallo Karl,
    um es kurz zu sagen: ja und ja. Genau so würde ich mit dem Akku auch verfahren und LEDs können via Transistor und PWM gedimmt werden.

    Liebe Grüße

    Stefan“

  9. malinka

    Hallo Stefan,

    diese Seite ist super hilfreich!

    Ich habe Transistoren mit 45V und 200mA.
    Und meine LEDs haben ca. 3,2V und 20mA. (Ich benutze aber für jede LED einen 120Ω Widerstand wegen der 5V der Outputs.)
    Wie viele LEDs kann ich denn nun parallel an einen PWM Output anschließen?
    Bis jetzt benutze ich alle 6 PWM Outputs.
    Kann ich 6 Gruppen bilden mit Transistor-Schaltungen? Für jeden PWM pin eine Gruppe?
    Kann ich die dann alle über den 5V Output laufen lassen? Oder muss ich für jede Gruppe ein externes Netzteil benutzen? Und statt des 5V Outputs im Arduino den Pluspol des Netzteils (welches ich dann auf 5V stelle) und statt des GROUND des Arduinos den Minuspol des Netzteils?
    Ich möchte nämlich insgesamt 400 LEDs über den Arduino laufen lassen. Und ich brauche 6 PWM Outputs. Also jeder PWM Output soll ca. 67 LEDs steuern.
    Ginge das?

    Viele Grüße
    Malinka

  10. Andy

    Hallo malinka
    also ein ausgang müste so ca.1.34A vertragen bei (67×0,02A Paralel schaltung), also ich würde eine relai bevorzugen oder leistungstransitoren und ein extra netzteil.
    frage:die LED`s in Reihe oder Paralel geschaltet

  11. @malinka: Also ich empfehle Dir bei der Menge an LEDs auf jeden Fall ein externes Netzteil und einen kräfigen Transistor. Das Arduino kann via USB nur 500mA ausgeben, per Netzteil am Arduino nur 1A. Von daher sollte das Netzteil die LEDs direkt versorgen und nicht den Weg über Arduino machen. Arduino benutzt Du dann nur, um die Transistoren zu schalten. (Nicht vergessen, den GND vom Arduino und dem Netzteil trotzdem zu verbinden).

    Andys Idee mit den Relais ist gut, aber man kann sie nur An- oder Ausschalten jedoch nicht per PWM dimmen.

  12. Sebastian

    Auf die Frage von Frederik
    > Was passiert, wenn man Bauteile anschließt, die einen
    > geringeren Widerstand haben -> mahr STrom fließt? Brennt
    > dann das Arduino durch???

    Ja, tut er. Ist meinem Sohn jedenfalls bei einem Freeduino Leonardo passiert. 3.3 V Ausgangsspannung, 6 LEDs ohne(!) Vorwiderstand, Spielen mit Blinkschaltungen. Solange immer nur eine oder 2 LEDs gleichzeitig an waren, lief alles gut. Dann wollte er mit ein Programm mit 6 gleichzeitig blinkenden LEDs zeigen – und das war’s dann für das Board, aufgeschmolzene Lötstellen rund um den Chip.

    Jetzt glaubt mein Sohn mir, dass Vorwiderstände kein Schnickschnack sind…

  13. @Sebastian: Eine Grundannahme von uns ist ja, das echter Lernzuwachs mit Risiko verbunden sein muss :) Das normale Arduino ist aber etwas robuster gebaut.

  14. Thomas

    @Stefan: Noch mal eine Frage zur Antwort, die du am 28.09.2012 Malinka gegeben hast: Du schreibst „nicht vergessen, den GND des Arduino und dem Netzteil trotdem verbinden“.
    Den Sinn verstehe ich nicht: Ich habe z.B. drei 12 Volt Magnetventile. Über einen Optokoppler und Transistor schalte ich diese.
    Ich habe allerdings die Masse des 12 V Akku und den GND vom Arduino (den ich über USB versorge) nicht verbunden.

  15. @Thomas: Naja, mit einem Optokoppler hast Du die Stromkreise ja galvanisch getrennt. Da ist die Verbindung zwischen den GNDs nicht mehr nötig. Wenn Du aber nur Transistoren benutzt, muss der Strom ja irgendwie fließen und dazu braucht man die.
    Liebe Grüße
    Stefan“

  16. Danny

    Wenn ich einen Ausgang vom Arduino Uno verwende, kann ich dann auch mehrere LED’s (jede mit eigenem Vorwiederstand) anschließen ?

    Normalerweise kann ich den Ausgang ja so nicht überlasten, die Vorwiederstände sind ja auf 20mA ausgelegt, heißt das wenn ich viele LED’s anschließe, diese höchstens dunkler werden.
    Auch eine direkte Verbindung Ausgang->R220 Ohm-> GND dürfte keinen Schaden verursachen, da ja nur 20mA fließen, der Arduino aber 40mA „aushält“

    Richtig oder falsch ???

  17. Hallo Danny,
    das stimmt schon so weit. Ein Elektrotechniker wäre hier bestimmt etwas genauer, aber ich bin ja keiner. Also Du könntest auch einen Widerstand und mehrere LEDs direkt hintereinander schalten. Kaputt machen kannst Du hier wenig. Probier es einfach aus.
    Liebe Grüße und alle Angaben natürlich ohne Gewähr ;)
    Stefan“

  18. Walter

    Hallo
    Kannst du mir bitte helfen ?
    Baue gerade einen VU Meter mit dem Arduino.
    Jedoch ist mein Audiosignal vom Kopfhörerausgang zu schwach daher würde ich einen Transistor brauchen aber welchen ?????
    Lg Walter

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  20. Rombert

    Hallo,
    besteht die Möglichkeit zwei Ausgänge parallel zu schalten und gleichzeitig auf High zu setzen?
    Ich möchte ein Relais ansteuern, dass 60 mA benötigt, also für einen Ausgang zu viel Strom.
    Einen zusätzlichen Transistor am Ausgang möchte ich einsparen.
    Gruß
    Rombert

  21. SayingThanks

    Hi, ich möchte gerne einen Elektromagneten anschließen (natürlich 2 Anschlüsse) aber mit 5V kann er gerade mal ne Nadel halten… Dann brauche ich ja ne größere Spannung, aber wie kann ich mit 2 Anschlüssen eine externe Stromzufuhr ansteuern?
    Oder wie kann ich Transistoren ansteuer?

  22. Eike Banse

    Moinsen,ich suche eine Transistor mit dem ich über den Digital Output und GND 12V und mind. 250mA schalten kann. Vorzugsweise einen npn Transitior,da ich hier glaube verstandenen zu haben wie ich den anschließen muss. Die 12V kommen von einem externen Netzgerät.

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