>Ich möchte eine high-power LED (150mA) mit einem Treiberchip ansteuern, der max. 20mA senken kann. Dafür will ich zB >einen Transistor oder OpAmp als Verstärker zwischenschalten. Die Frage ist nur, wie?
Die Beschreibung mit dem Bild dl.dropbox.com/u/2038429/magicbox.jpg finde ich allererste Sahne ;)
Das nenne ich mal "ein Problem formulieren"
>Eine solche Stromverstärkung wäre zwar theoretisch denkbar, aber im Endeffekt nicht sinnvoll.
Ach warum denn nicht ? Zum einen geht es hier (hoffentlich) um eine die Spielerei eines Bastlers.
Und außerdem ist so ein Schaltungsdesign meines Erachtens sehr lehrreich, was Transistorschaltungen oder Grundschaltungen im Allgemeinen angeht.
Ich habe mich mal in "LT Spice IV" (gibt's kostenlos bei www.linear.com) versucht und habe 7 brauchbare (?) Designs erzeugen können.
Mein Ziel war es, einen möglichst einfachen Stromverstärker zu konstruieren, der 7,5-fach verstärkt und linear ist.
Ich habe kommentierte Bilder in (Menü oben) -> Upload -> Upload Bereich 1 -> "Stromverstaerker7,5fach" gelegt.
Zu den Designs:
Transistorverstaerker 1 PNP v03 BC327-25.jpg
Zu viel Standby-Strom (17mA). Außerdem kann die LED nie ganz aus sein. Linearität und LED-Aus beißen sich gegenseiteig als Kriterieen. Das Problem ist offenssichtlich die erzeugung einenr geigneten Basisvorspannung um den Transistor in den linearen Bereich zu treiben, ohen daß in Ruhe viel Kollektorstrom fließt.
Transistorverstaerker 2 PNP v04 BC327-25.jpg
Zur Erzeugung der Basisvorspannung nehme man exakt die Basis-Emoitter-Diode des zu biasenden Transistormodells. Außerdem werden auch BC337-25 im 100er-Pack billiger ;-) Leider steigt der Schaltungsaufwand. Die LED ist auch bei 0 Steuerstrom leider nicht ganz dunkel, es fließen im Standby noch 0,3 mA. Das ist aber schon viel weniger als im vorhergehenden Design.
Transistorverstaerker 3 dual PNP v01 BC327-25.jpg
Hier fließen dank noch mehr Bauteileaufwand nur noch 0,25 mA. Das ist nicht viel besser, was den Zustand "dunkel" angeht, außerdem ist die Verstärkung insgesamt etwas gering.
Transistorverstaerker 5 PNP NPN v01 BC327-25.jpg
Hier mal ein Teilerfolg: Null Steuerstrom = 0 Strom in der Diode, außerdem geht der ganze Steuerstrom in die Diode, mithin es wird kein Strom "verschwendet".
Dises Variante ist wohl die einfachste "ordentliche" Lösung des gestelten Problems. Mit 2 Transistoren und 2 Widerständen außerdem recht einfach. R5 mit einem Nanoohm(!) bitte wegdenken, das ist ein Überbleibsel aus der Simulation. Mit einem 10 Ohm Poti in R1 kann man ggf. die Verstärkung fein einstellen. Nachteilig ist, daß die Stromsenke I1 die Spannung bis unter 0,5V ziehen können muß, dmait diese Variante funktioniert.
Stromverstaerker 3 Opamp v2.JPG
Der Urtyp einer im Vergleich zu den Transistorschaltungen sehr linearen Schaltung mit OpAmp. Die Verstärkung ist immer etwa 7,3; dies wird durch das Verhältnis R1:R2 festgelegt. Mit einem Poti als R2 könnte man die Verstärkung genau einstellen.
Problem: fast alle "normalen" Opamps schaffen im Ausgang für diese Schaltung nicht genug Strom !
Ein geeignetter Op-Amp, der auch 30mA treiben kann ist z.B. der L272, den gibt's u.A. bei Reichelt. Ich weiß aber nicht, ob er seinen Ausgang bei 5V Versorgungsspannung ausreichend "tief" ziehen kann, damit die gewünschten Ströme auch fließen können. Man könnte R2=4,3 Ohm und R1 = 0,68 Ohm versuchen.
Stromverstaerker 4 Opamp + PNP.JPG
Hier ist das Stromprobblem des Opamps beseitigt. Verwendung mit einem Rail-to-Rail Input/Output Opamp sollte breite Verwendbarkeit garantieren.
Meine Vorschläge: MCP6004 oder MCP609 sind günstige mit 5V und geringem Versorgungsstrom betreibbare quad-Opamp-Chips, so daß man dies auch 18x aufbauen kann ohne sich was abzubrechen. Den MCP6004 gibt es sogar bei Reichelt. Als Transistor taugt hoffentlich ein BC327-25. Der letzte potentielle Nachteil ist leider immernoch, daß der Eingang und der Ausgang spannungsmäßig relativ tief gezogen werden müssen, damit die Schaltung funktioniert.
Stromverstaerker 5 Opamp + NPN.JPG
Wiederum z.B. mit MCP609 oder MCP6004 aufzubauendedr verstärker, der diesmal nicht so tiefe Spannungen erfordert, zumindest am Eingang nicht. Hier könnte u.U. auch ein nicht Rail-To-Rail Operationsverstärker zum Einsatz kommen. Vorraussetzung ist dann allerdings trotzdem, daß der OpAmp mit 5V Versorgungsspannung klar kommt. Da gibt es nicht allzuviele, wenn man bei den klassischen LMxxx Typen und ihren nahen Verwandten bleiben wollte. Deshalb die Empfehlung für die MCPxxxx CMOS-Opamps.
Ach, und falls man mit "heißen" BC327/BC337-Transistoren kämpft, ich hatte auch mal BD136 (PNP) undf BD135 (NPN) in der Simulation verwendet, die gehen auch. Sei müssen aber etwas andere Widerstände bekommen, weil sie weniger stark verstärken. Die anderen Varianten von BC327/BC337 (-16/-40) werden natürlcih auch gehen, hier gilt wegen der gegenüber der "-25"-Variante unterschiedlicher Verstärkung aber dasselbe wie bei den BD13x-Typen.
Alle Transistorverstärker wird man per Hand (und dem einen oder anderen Poti) abgleichen müssen.
Wegen möglicher Verschiebung des Arbeitspunktes im heißen Zustand sollte man die Schaltungen auch bei erhöhter Temperatur mal testen. Auf eine "ordentliche" Temperaturkomensation habe ich offensichtlich bei de nobigen Designvorschlägen nicht geachtet. Da werden bestimmt einige Varianten besser und andere schlechter bis unbrauchbar sein. Nicht daß die Power-LED irgendwann mal zuviel Strom bekommmt.
Abschließend möcht ich noch bemerken, daß diese "Knobelei" für mich jetzt schon sehr lehrreich war und ich etwas besser mit LTSpice klarkomme als vorher ;)
-Theo