Hallo zusammen! Zunächst einmal möchte ich anmerken, dass ich absoluter Anfänger bin. Ich habe Informatik studiert, bin mit Elektrotechnik aber nie richtig klar gekommen. Interesse daran habe ich trotzdem. Vielleicht fehlte mir bisher einfach die Praxis, um die Hintergründe besser zu verstehen. Deswegen jetzt ein erster praktischer Anlauf! Was möchte ich tun? Ich möchte ein magnetisches Ventil (12V, normal geschlossen) mit dem Raspberry Pi (also per logischem GPIO Ausgang mit 3,3V) öffnen können. Das wars. Ich habe viel gelesen und versucht, selbst klar zu kommen. Bei jeder "Variable", die ich recherchiere kommen aber gefühlt neue Informationen und jetzt bin ich völlig überfordert. Was weiß ich: Ich brauche einen Transistor. An die Basis des Transistors kommt der logische Ausgang des Raspberries. Schaltet der Ausgang, wird der Transistor sich "öffnen" und Strom kann durch das Ventil fließen. Ich habe einen Schaltplan angehängt, den ich zusammengebastelt habe. Schalte ich einen Widerstand zwischen GPIO und Transistor-Basis von 240Ohm ergibt sich aus I = U / R => I = 3,3V / 240Ohm = 0,013A Nun wird überall vom Stromverstärkungsfaktor gesprochen. Ich nehme an das ist hFe? Für den Transistor BD137 (willkürlich gewählt, weil ich dafür online eine Rechnung gefunden habe) nimmt man offenbar 80 (warum auch immer, ich finde in Datenblättern eine Spanne von 40-250...) Also: 0,013A * 80 = 1,04A, die durch das Ventil fließen würden. Richtig? Dieses Ventil hier braucht offenbar 1.167A https://www.amazon.de/dp/B01NBUFFEG/ref=cm_sw_em_r_mt_dp_U_9dgkDbW78HBRS Würde mein Plan dann funktionieren? Oder müsste ich einen 220Ohm Widerstand nehmen (dann käme ich auf ca. 1,2A)? Oder hab ich irgendwas komplett falsch gemacht? Was ich bisher noch gar nicht recherchiert habe, ist, was ich für eine Diode brauche... aber das ist vielleicht ein anderes Thema. Liebe Grüße, Thorben
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Thorben K. schrieb: > Waum auch immer, ich finde in Datenblättern eine Spanne von 40-250... Weil es eben unterschiedliche Transistoren gibt. Ausserdem handelt es sich dabei um die Kleinsignal-Stromverstärkung. Für Grosssignal rechnet man eher mir 30. Auf gut Deutsch: Nimm besser einen FET. Es sollte allerdings einer "für Logiklevel" sein.
Okay, danke. Ich hatte angenommen, dass Transistoren eines Typs (z.B. BD137) eine feste Stromverstärkungs-Spanne haben und die Stromverstärkung (wie auch immer) variiert. Wenn du sagst "Weil es unterschiedliche Transistoren gibt", meinst du dann "Weil es unterschiedliche Hersteller/Baureihen sind", oder hat tatsächlich jeder einzelne Transistor eine andere Stromverstärkung, die man vorher ermitteln muss? Ich werde mich dann jetzt mal in Sachen FETs belesen und schauen, ob ich damit weiter komme... Gefühlt wird meine Suche dadurch nicht unkomplizierter :D
Findest du gleich hier um die Ecke. https://www.mikrocontroller.net/articles/Relais_mit_Logik_ansteuern#Schaltstufe_f.C3.BCr_gro.C3.9Fe_Lasten
Hallo nochmal! Bei der Suche bin ich auf diese Seite hier gestoßen: https://tutorials-raspberrypi.de/raspberry-pi-relais-schalter-steuern/ Das was dort beschrieben wird, ist ja so ziemlich das, was ich haben möchte und es wirkt relativ simpel... 3,3V Stromversorgung + GND anschließen, GPIO Pins anschließen und an die Relais den 12V Stromkreis samt Magnetventil und Schutzdiode... Wäre das wirklich so einfach? Und was wären die Nachteile gegenüber eines Mosfets? Liebe Grüße und danke für die bisherigen Antworten, Thorben
Thorben K. schrieb: > Wäre das wirklich so einfach? Meine Relais-Board benötigen 5V Spannungsversorgung auch wenn man sie an einen Raspberry Pi anschließt, der nur 3,3V Versorgung hat. Es gibt hier auch Leute, die gar nichts davon halten, denn diese Relais Boards sind fast alle eigentlich nur für 5V ausgelegt. Jede Zweckentfremdung dieser Art sollte man nur mit Sachverstand tun - oder man riskiert Fehlfunktionen bis hin zu kaputtem Raspberry Pi. Also: Suche Dir lieber ein Relais-Board aus, das ausdrücklich für 3,3V ausgelegt ist. > Und was wären die Nachteile gegenüber eines Mosfets? Relais schalten langsamer und verschleißen schneller. Was allerdings keine Rolle spielt, wenn du im Schnitt weniger als einmal pro Minute schalten willst. Alternativ zu diesen Relais-Boards gibt es auch MOSFET Boards. Aber auch hier musst du darauf achten, dass sie für 3,3V geeignet sind. Der maximal mögliche Laststrom hängt da nämlich von der Steuerspannung ab.
Thorben K. schrieb: > Hallo nochmal! > > Bei der Suche bin ich auf diese Seite hier gestoßen: > > https://tutorials-raspberrypi.de/raspberry-pi-relais-schalter-steuern/ > > Das was dort beschrieben wird, ist ja so ziemlich das, was ich haben > möchte und es wirkt relativ simpel... 3,3V Stromversorgung + GND > anschließen, GPIO Pins anschließen und an die Relais den 12V Stromkreis > samt Magnetventil und Schutzdiode... > > Wäre das wirklich so einfach? Und was wären die Nachteile gegenüber > eines Mosfets? Man kann nicht schnell schalten und der Relaiskontakt verschleisst je nach Last. Aber bei Deiner Anwendung sollte sich das so weit im Rahmen halten, dass Du darauf keine Rücksicht nehmen musst (es sei denn, Du schaltest halbsekündlich über Monate ;-) Relais trennen den Lastkreis galvanisch vom Pi, d.h. wenn es beim Ventil knallt, dann sollte Dein Pi das gut überstehen. Bei einem einfachen Transistor hast Du diesen Schutz nicht! Wenn die Relaisplatine auch noch Optokoppler zur galvanischen Trennung hat, dann ist das noch eine Sicherheitsstufe. Aber dazu müsste man sich das Layout der Platine genauer ansehen (Leiterbahnabstände = Isolationsabstand). Das ist für 12 V aber eher unwichtig. Hier bei uns werden grundsätzlich alle Verbindungen eines Pi zur Außenwelt über Optokoppler geschickt, so dass ihm nichts passiert, selbst wenn dahinter alles abraucht (allerdings arbeiten wir hier auch mit 230V/400V). Also:ja, kannst Du so machen und es ist so einfach :-) Edit: Und Stefanus' Beitrag beachten. Suche eine Platine für 3,3V Ansteuerung.
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Hallo, > Thorben K. schrieb: > Was möchte ich tun? > Ich möchte ein magnetisches Ventil (12V, normal geschlossen) mit dem > Raspberry Pi (also per logischem GPIO Ausgang mit 3,3V) öffnen können. > ... und jetzt bin ich völlig überfordert. Das scheint erstmal einfach, aber dann gibt es doch eine Unmenge von Details, die man leicht übersehen kann. > Ich brauche einen Transistor. An die Basis des Transistors kommt der > logische Ausgang des Raspberries. Bipolar-Transistoren sind stromgesteuerte Bauelemente, deshalb braucht es immer eine Strombegrenzung -> Basiswiderstand > Schaltet der Ausgang, wird der > Transistor sich "öffnen" und Strom kann durch das Ventil fließen. Ich > habe einen Schaltplan angehängt, den ich zusammengebastelt habe. Im Prinzip geht das, aber dann doch nicht wirklich funktionsfähig. > Schalte ich einen Widerstand zwischen GPIO und Transistor-Basis von > 240Ohm ergibt sich aus > I = U / R => I = 3,3V / 240Ohm = 0,013A Zu optimistisch gerechnet. Unter Last wird der Ausgang vom Raspi keine 3,3V liefern. Ich rechne mal mit ca. 3V. Die Basis-Emitterdiode am Trans. wird mind. ca. 0,7V Spannungsabfall verursachen. Macht am Ende nur 2,3V / 240 Ohm = ca. 10mA > Nun wird überall vom Stromverstärkungsfaktor gesprochen. Ich nehme an > das ist h_fe? Für den Transistor BD137 (willkürlich gewählt, weil ich > dafür online eine Rechnung gefunden habe) nimmt man offenbar 80 (warum > auch immer, ich finde in Datenblättern eine Spanne von 40-250...) Da muß du für den Typ, den du hast, die garantierte Stromverstärkung für den konkreten Lastrom im Datenblatt suchen. Die Stromverst. von Bipolartrans. hat eine weite Exemplarsteuung und ist auch noch von edlichen Parameter anhängig. Ein H_fe = 40 für 150mA heißt keinesfalls, dass der auch mit 1A noch diese Stromverstärkung hat. Hier wird bei 0,5A nur noch h_fe = mind. 25 angegeben (bei 1A noch mieser) https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A100/BD_139_CDIL.pdf Dazu kommt, das die Stromverst. für den liniearen Betrieb angegeben wird. Du willst aber Schaltbetrieb machen und muß den Transistor dazu zuverlässig übersteuern. Da nimmt man noch einen Sicherheitsfaktor 2...3 hinzu. Alles in allem ein Elend mit dem BD137, weil du mind. über 50mA Basistrom rechnen müßtest, um auf der sicheren Seite zu sein. Das kann ein Prozessor an GPIO-Pins aber normal gar nicht leisten. Du brauchst also entwerder einen Trans. der bei 1A eine deutlich bessere Stromverstärkung hat, oder eine 2-stufige Trans.-Schaltung oder einen FET, der aber mit gut 3V ausreichend durchsteuern muß bei ca. 1,2 A Last. > Dieses Ventil hier braucht offenbar 1.167A > https://www.amazon.de/dp/B01NBUFFEG/ref=cm_sw_em_r_mt_dp_U_9dgkDbW78HBRS > Würde mein Plan dann funktionieren? Oder müsste ich einen 220Ohm > Widerstand nehmen (dann käme ich auf ca. 1,2A)? Oder hab ich irgendwas > komplett falsch gemacht? Wenn der Trans. nicht durchsteuert und im Linearbetrieb hängt, fällt viel mehr Spannung U_ce ab und der Trans. wird "verheizt". Wenn es dann blöde kommt, bekommst du einen Kurzschluß zwischen der Last nach dem GPIO-Pin über den Basiswiderstand. Die 12V über die paar Ohm am GPIO-Pin wird dir aber den Raspi zerstören! Merke: Wenn etwas gerade so funktioniert, ist das noch nicht wirklich gut. Störungen und Ausfälle sollte man berücksichtigen. Der Raspi und die Treiberschaltung sollten so entkopplet werden, dass Ausfälle hinten dran nicht immer gleich das GPIO-Pin beschädigen. > Was ich bisher noch gar nicht recherchiert habe, ist, was ich für eine > Diode brauche... aber das ist vielleicht ein anderes Thema. Ich empfehle eine schnelle Si-Diode für Nensstrom 1A. Am besten direkt am Spulenstecker mit anklemmen. Um das Problem zu lösen würde ich eher zu einem FET greifen. -> Logik-Level mit ausreichend niedriger U_th für 3,3V Pegel geeignet. Der kann dann mit einem deutlich größeren Gate-Widerstand versehen werden (2,2...4,7 kOhm), so dass bei evtl. Ausfall des FET nur ein rel. kleiner Strom zum GPIO-Pin hin abfließen kann. Dazu noch eine Überspannungsschutzbeschaltung am GPIO-Pin mit z.B. mit 2 kleinen Schottkydioden gegen gnd und +3,3V. So wie hier gezeigt: https://www.led-studien.de/wp-content/uploads/2014/06/WS2812protect.png Gruß Öletronika
Thorben K. schrieb: > ... oder hat tatsächlich jeder einzelne Transistor eine andere > Stromverstärkung, die man vorher ermitteln muss? Auch Exemplare eines Types fallen deutlich unterschiedlich aus. Oft werden sie nach der Herstellung sogar nach Verstärkung ausgemessen und in verschiedene Klassen (A, B, C) eingeteilt. Schaltungen werden gewöhnlich so dimensioniert, dass man nicht jedes Bauelement einzeln selektieren muss, sondern so, dass sie innerhalb der vom Hersteller garantierten Bauteiltoleranzen funktionieren.
Hallo, noch was vergessen: Beachte auch, ob die Schaltung im Ruheszustand bzw. bei Reset und beim Booten einen definierten Zustand haben muß. -> Schaltung evtl. mit Pullup-R oder Pulldown-R ergänzen und bei Pegel bei Bedarf negieren. Weiter oben wurde auch schon einen Schaltung empfohlen mit kleinen npn-Trans. und FET. Das hat den Vorteil, dass die Gatespannung mit den 12V angesteuert werden kann, so dass du keinen speziellen FET (N-Kanal, Enhanc.) benötigst. Gruß Öletronika
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