Datenblätter lesen und verstehen: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 11. August 2012, 20:44 Uhr

Über diesen Artikel

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In der Elektronik und/oder Robotik kommt man ohne Datenblätter (engl. datasheet) nicht wirklich weit. Nicht jeder Hobby-Bastler hatte eine Ausbildung im Elektrobereich oder kann sich auf Anhieb mit den Datenblättern anfreunden. Deswegen sollte dieser Artikel als kleine Hilfe zum Einstieg in die umfangreiche Bibliothek der Datenblätter dienen. Es muss auch erwähnt werden, dass in diesem Artikel kein Datenblatt bis ins kleinste Detail erklärt wird.

Nutzen von Datenblättern

Datenblätter sind nicht nur bei Neuentwicklungen, sondern auch bei bestehender Hardware sehr nützlich. Anhand dieser nützlichen, meistens im PDF-Format verfügbaren Dokumenten, kann man für seine Projekt passende Bauteile verwenden ohne einen Fehlkauf zu tätigen oder das Bauteil zu zerstören. Aber auch bei der Fehlersuche sind die Datenblätter sehr nützlich. Anhand der Information, die darin steht, kann man Eingangs- und Ausgangssignale bestimmen, das gemessene Signal mit dem erwarteten Signal vergleichen, ob das Bauteil den richtigen Strom verbraucht oder doch etwas mehr, was auf einen Kurzschluss deuten könnte.

Quellen

Es gibt eine ziemlich überschaubare Anzahl von Quellen, woher man seine Datenblätter beziehen kann.

• Direkt im Online-Shop, wo man seine Elektronikteile gekauft hat oder kaufen kann. (Download in Artikel-Beschreibung)
• Diverse Datenbanken (z.B. www.datasheetcatalog.com)
• Datenkataloge in Papierform (etwas veraltete Methode)
• Von der Website des Herstellers

Gängige ICs wie der Spannungsregler 7805 werden teils von mehrere Herstellern gefertigt, so dass man ggf. auch mehrere Datenblätter (mit teils deutlich unterschiedlichem Umfang) zur Auswahl hat. Meistens ist die Menge von Informationen und Beispielschaltungen proportional zur Dateigröße des Datenblatts.

Angaben in Datenblättern

Um die Angaben in Datenblättern anhand von Beispielen zu erklären, wurden folgende Beispiel-Bauteile ausgewählt.

• 7805 Spannungsregler
• LED
• LDR
• ULN2804 Treiber

Erste Seite

In den meisten Fällen ist ein kurzer Blick auf die erste Seite schon ausreichend um die wesentlichen Kenndaten im Groben zu erfahren. Aber auch hier kriegen manche schon Panik. Grund dafür ist oft die Marketing-Sprache. Das sollte aber einen nicht abschrecken. Es nimmt einem niemand übel, wenn man noch ein Fenster mit leo.org offen hat.

Die groben Daten ganz am Anfang sind aber auch mit Vorsicht zu sehen: das sind teils Werbeaussagen, die nur unter bestimmten günstigen Bedingungen (z.B. niedrige Temperatur) gültig sind.

Schauen wir doch mal in das Datenblatt von dem Festspannungsregler 7805 (Link zum Datenblatt) Angaben auf der ersten Seite

Absolute Maximum Ratings

Diesen Abschnitt findet man in fast jedem Datenblatt zu elektronischen Bauteilen. Hier wird aufgeführt, was das Bauteil vertragen kann, also so etwas wie garantierte Maximalwerte für Spannung, Strom, Temperatur oder Verlustleistung. Bei den Grenzwerten ist nur garantiert, dass das Bauteil nicht kurzfristig kaputt geht - es ist nicht garantiert das bei den Bedingungen die normale Funktion noch gegeben ist. Auch kann eine dauerhafte Belastung bis zum Grenzwert zu einer relativ kurzen Lebensdauer führen.

Die Parameter Absolute Maximum Ratings sind am wichtigsten für alle Bauteile und müssen so angehalten werden, dass keiner davon überschritten wird, weil das meistens zur Zerstörung des Bauteils führt. Zur sicheren Zerstörung jedes Bauteils führt übermäßige Wärmeentwicklung im Gehäuse und Überschreiten der inneren Temperatur des Halbleiters (je nach Typ 100-175 °C). Je besser die Wärme in die Umgebung durch Kühlkörper abgeführt wird, um so mehr Wärme darf entstehen. Bei Leistungshalbleitern bezieht sich die angegebene maximale Verlustleistung meist auf 25 °C am Gehäuses, also eher unrealistische Bedingungen. Beispielsweise für den Transistor BU508 ist die Verlustleistung 125 W bei Gehäusetemperatur 25 °C und 0 W bei 150 °C. Praktisch kann man ohne Lüfterkühlung oder riesigen Kühlkörper ca. 1/3-1/2 der max. Verlustleistung nutzen.

Auch bei LEDs gilt die maximale Verlustleistung und damit der maximale angegebene Strom nur für ausreichende Kühlung, z.B. über die Anschlussdrähte und ggf. nicht zu hoher Umgebungstemperatur.

Für das Beispiel 7805 finden sich im Datenblatt eher wenige Daten zur Temperatur und der maximalen Spannung, denn das IC besitzt einen internen Schutz gegen so etwas wie eine zu hohe Verlustleistung oder zu viel Strom am Ausgang. Die Angaben zum Wärmewiderstand, die die im verlinkten Datenblatt zu finden sind, gehören streng genommen wo anders hin.

Bei digitalen Ausgängen wird angegeben wie viel Strom durch den Ausgang maximal fließen darf, ohne das das IC kaputt geht. Es ist aber nicht gesagt, dass bei jedes Exemplar selbst im Kurzschlussfall überhaupt so viel liefern kann.

Electrical Characteristics

In diesem Abschnitt werden die wichtigsten Kenndaten angegeben. Hier wird also erklärt wie sich das IC verhalten sollte und mit welchen Abweichungen vom Idealfall man rechnen muss. Ganz am Anfang stehen üblicherweise die Randbedingungen wie Temperatur, Versorgungsspannung und ggf. die Schaltung für die die Daten gelten. Diese Werte kann man oft als Empfehlung für die Versorgungsspannung oder ähnliches sehen. Für die einzelnen Parameter werden dann meist minimale, maximale und typischen Werte angegeben. Man sollte seine Schaltung möglichst so auslegen, dass sie auch bei den Grenzfällen, also z.B. maximaler Ruhestromverbrauch noch funktioniert.

Eine Schwierigkeit für den Anfänger es ist dabei die Bedeutung der Parameter zu verstehen, bzw. in der oft langen Tabelle den richtigen zu finden. Einige spezielle Parameter werden ggf. im Datenblatt definiert, die meisten aber, einfach nur mit englischem Namen und Symbol angegeben. Als Hilfe kann hier z.B. die englische Version von Wikipedia dienen - oft sind da die englischen Parameter erklärt.

Relativ einheitlich sind die Angaben bei digitalen Eingängen und Ausgängen. Für Eingänge werden in der Regel die Grenzwerte für die Schaltschwellen angegeben, also die Spannungen die noch sicher als High (V_IH) oder Low (V_IL) erkannt werden. Das Verhalten bei Spannungen dazwischen hängt ggf. vom Exemplar ab. Bei digitalen Ausgängen wird zum teils der maximale Strom angegeben, den das IC garantiert bei gegebener Ausgangsspannung (z.B. 1 V) liefern kann. Alternativ wird die Spannung gegeben die der Ausgang bei einer gegebenen Last erreichen kann. Diese Angaben sind dann relevant für die Last (z.B. Strom für LED) die das IC garantiert ansteuern kann.

Statt als Zahlenwert in der Tabelle werden einige Eigenschaften dann im folgenden Abschnitt als Kurve bzw. Kennlinie angegeben. Wenn auch weniger genau als die Zahlenwerte, enthalten die Kurven oft deutlich mehr Informationen über das Verhalten der ICs. In der Regel geben die Kurven ein typisches Verhalten an, also Daten für ein Beispielexemplar des ICs.

Parameter

Hier eine kurze Liste der häufiger vorkommenden Parameter, mit einer kurzen Erklärung:

• "Junction Temperature" : Dies ist die Temperatur des aktiven Teils im Halbleiter. Sie ist um das Produkt aus Verlustleistung und Wärmewiderstand (thermal resistance) höher als die des Gehäuses.
• "Quiescent Current" , Iq : Dies ist der Ruhestrom, also der Stromverbrauch des ICs.
• ... "Voltage Drift",  : Gibt an wie sehr sich eine Spannung bei Änderung der Temperatur ändert.
• ... "Temperature coefficient" bezeichnet ebenfalls die Temperaturabhängigkeit, allerdings hier relativ zum Normalwert.
• ... "Leakage Current" : Dies ist ein Leckstrom, also ein Strom wo das Bauteil im Idealfall sperren soll. Besonders bei höherer Temperatur sperren Halbleiter aber nicht perfekt, und es fließt trotzdem ein kleiner Strom. Meist wird nur eine obere Grenze angegeben, und der tatsächlicher Wert ist meist deutlich kleiner.

Typical Applications

Unter diesem Punkt werden schließlich typische Schaltungen mit dem Bauteil aufgeführt. In der Regel findet man dabei die Grundschaltung auf die sich die Daten weiter oben beziehen. Teils sind hier aber auch andere, teils recht interessante Schaltungen zu finden, die zeigen was man noch alles mit dem Bauteil machen kann. In der Regel sind die Schaltungen ganz brauchbar. Das heißt aber nicht, dass die gezeigte Schaltungen optimal sind - nicht selten gibt es andere passendere oder günstigere Bauteile.

Neben der reinen Schaltung finden sich teils auch noch Informationen zur Auslegung der Schaltung, also wie man die anderen Bauteile wie Kondensatoren oder Widerstände auslegen sollte. Bei der verlinkten Version für den 7805 ist hier allerdings fast nichts zu finden. Der 7805 ist eben relativ unkritisch - außer der hier in den Beispielen fehlenden Diode zwischen Ausgang und Eingang, die verhindert dass die Spannung am Ausgang deutlich größer wird als am Eingang.

Zu einigen Bauteilen bieten die Webseiten der Hersteller noch zusätzliche Informationen als sogenannte "Application Notes" an. Hier finden sich teils ausführlich beschriebene Schaltungen und nützliche Tipps zu den Bauteilen. Gerade hinsichtlich dieser zusätzlichen Informationen lohnt es sich bei mehr als einem Hersteller zu suchen.