Raspberry Pi AUsgangsspannung

3,3V

Pythagoraslover schrieb:
> Ich finde bei Google widersprüchliche Angaben über die Ausgangsspannung
> der GPIOs eines Raspberry Pi Zeros.

Warum guckst du nicht in den Schaltplan?

Der Prozessor wird mit 3.3V versorgt - woher sollten dann 5V an den 
GPIOs kommen?
https://www.raspberrypi.org/documentation/hardware/raspberrypi/schematics/rpi_SCH_Zero_1p3_reduced.pdf

OK, dann noch eine Frage: Direkt am GPIO hängt ein IRF540N Mosfet (mit 
150 Ohm Gatevorwiderstand). Der müsste bei 3,3V ja eigentlich aufgehen 
oder? Leider wird bei einer Last am Ausgang (12V/2A) Uds nicht null, 
sondern bleibt bei ca. 4V, und an der Last fallen somit nur 8V statt 12 
ab. Hab ich den falschen MOSFET genommen? An sich ist er hier im Forum 
mit Ugs(th)=3V angegeben (https://www.mikrocontroller.net/part/IRF540).

Pythagoraslover schrieb:
> Der müsste bei 3,3V ja eigentlich aufgehen
> oder?

Sagt wer?
Im Datenblatt ist davon nichts zu sehen und das hat oft Recht.

Pythagoraslover schrieb:
> OK, dann noch eine Frage: Direkt am GPIO hängt ein IRF540N Mosfet (mit
> 150 Ohm Gatevorwiderstand). Der müsste bei 3,3V ja eigentlich aufgehen
> oder?

Oder.

p.s.
Bei der Gate-Source Schwellspannung fängt der FET an zu leiten. Von 
richtig leitende ist der dann noch weit, weit entfernt. Guck dir mal die 
Ausgangskennlinie (Fig.1 um Datenblatt) an.

Die Gate Threshold Voltage liegt laut Datenblatt irgendwo zwischen 2V 
und 4V. Das Diagramm Figure 3 zeigt, wie viel Volt du an das Gate 
anlegen musst, um einen gewissen Laststrom schalten zu können.

3V liegen außerhalb des Diagramms. Der transistor ins ungeeignet.

Ich möchte dazu noch etwas sagen: In diesem Fall begnnt das Diagramm 
erst bei 4V (der maximalen Threshold Voltage). In den meisten anderen 
Datenblättern beginnen diese Diagramme mit dem mittleren Wert (das wäre 
hier 3V).

Wenn das Diagramm nicht mit dem max. Wert beginnt, muss man die Kurve 
Gedanklich horizontal nach rechts verschieben, so dass sie mit der 
maximalen Threshold Spannung beginnt. Nur dann kann man dort halbwegs 
verlässliche Werte ablesen.

Ich bin nur interessierter Laie. Könnt ihr auch sagen warum? Bzw. welche 
Spannung nötig ist? In der MOSFET-Übersicht dieses Forums steht 
Ugs(th)=3V. Im Datenblatt steht Ugs(th)Min=2V/Max=4V. Oder ist das der 
komplett falche Wert?

Pythagoraslover schrieb:
> Ich bin nur interessierter Laie. Könnt ihr auch sagen warum? Bzw.
> welche Spannung nötig ist?

Kein Transistor ist ideal, es gibt immer Abweichungen von den 
Soll-Werten. Deswegen verspricht das Datenblatt nur wenige konkrete 
Zahlen, sondern eher Bereiche von-bis.

Wenn du beim Bäcker Brötchen kaufst, kannst du dich zum Beispiel darauf 
verlassen, dass sie nicht kleiner als 10cm und nicht größer als 15cm 
sind, denn solche extremen Ausreißer würde der Bäcker aussortieren.

So ist das auch bei den Transistoren. Nun steht im Datenblatt, dass die 
Threshold Spannung zwischen 2V und 4V liegt. Wenn dein Transistor 4V 
benötigt, ist er völlig in Ordnung (da im Rahmen der Spezifikation), 
aber für deinen Anwendungsfall ungeeignet.

Jetzt kommt noch dazu, dass der Laststrom, den der Transistor schalten 
kann, von der Steuerspannung abhängt. Je höher die Steuerspannung ist, 
umso mehr Laststrom kann er schalten. Genau das stellt Figure 3 dar.

Deine Last hat 2 Ampere und wir gehen mal von Zimmertemperatur aus. Du 
kannst an Figure 3 ablesen, dass die Steuerspannung in diesem Fall etwas 
höher als 4 Volt sein muss. Du hast aber nur 3,3V (im Idealfall). 
Deswegen schaltet der Transistor nur halb durch und wird heiß.

"Threshold voltage, Vth, is defined as the minimum gate
electrode bias required to strongly invert the surface
under the poly and form a conducting channel between
the source and the drain regions. Vth is usually measured
at a drain-source current of 250mA. Common values are
2-4V for high voltage devices with thicker gate oxides, and
1-2V for lower voltage, logic-compatible devices with
thinner gate oxides."


(Aus den MOSFET Basics von Infineon)

Danke Stefanus F., das hat mir sehr geholfen! Mit 5V wäre ich also 
dabei?
Kann ich mit dieser Schaltung die 5V sicher ans Gate schalten?

Pythagoraslover schrieb:
> Mit 5V wäre ich also dabei?

Nein.


> Kann ich mit dieser Schaltung die 5V sicher ans Gate schalten?

Nein. Das ist ein Emitterfolger, und 5V reichen eh nicht.

Das macht man anders. Siehe 
http://stefanfrings.de/mikrocontroller_buch/Einstieg%20in%20die%20Elektronik%20mit%20Mikrocontrollern%20-%20Band%202.pdf 
Kapitel 2.2 und 3.4.4

hinz schrieb:
> 5V reichen eh nicht

Wieso nicht? Laut Fig.3 im Datenblatt können bei 25°C über 10A mit 
Ugs=5V geschaltet werden!?

Stefanus F. schrieb:

> 
http://stefanfrings.de/mikrocontroller_buch/Einstieg%20in%20die%20Elektronik%20mit%20Mikrocontrollern%20-%20Band%202.pdf


Hübsch.

Ergänzung dazu:

THT p-MOSFET für 3V: Microchip/Supertex LP0701

Pythagoraslover schrieb:
> hinz schrieb:
>> 5V reichen eh nicht
>
> Wieso nicht? Laut Fig.3 im Datenblatt können bei 25°C über 10A mit
> Ugs=5V geschaltet werden!?

Die Toeranzen schon wieder verdrängt?

hinz schrieb:
> Ergänzung dazu:
>
> THT p-MOSFET für 3V: Microchip/Supertex LP0701

Cool, danke!

Pythagoraslover schrieb:
> Mit 5V wäre ich also dabei?
Pythagoraslover schrieb:
> Laut Fig.3 im Datenblatt können bei 25°C über 10A mit
> Ugs=5V geschaltet werden!?

Es kann gehen. Die Kurve geht von typischen Werten bei 25°C aus, dein 
vorhandenes Exemplar kann das erfüllen, muss es aber nicht.
Wenn du es in Serie fertigen willst, ist das zu unsicher. Für ein 
Einzelexemplar würde ich es mal bei 5V ausmessen. Die Chancen für 2A 
stehen nicht ganz schlecht. Es hängt auch davon ab, wie viel Drop du an 
Drain-Source zulassen willst.

> Kann ich mit dieser Schaltung die 5V sicher ans Gate schalten?
Nein, wie schon gesagt ist es ein Emitterfolger. Der hätte dann gerade 
mal 2.7V am Ausgang - noch weniger!
Wenn du aber den Widerstand (1k, keine 56k) auf die Kollektorseite 
bringst und dort das Gate anschließt, dann erreichst du die 5V. 
Allerdings ist die Logik dann invertiert, was aber bei der 
Programmierung des IOs leicht korrigiert werden kann.

Danke für Eure Antworten, jetzt bin ich um einiges schlauer!
Würde dann die angehängte Schaltung (jetzt als Emitterschaltung) 
funktionieren?

Pythagoraslover schrieb:
> Danke für Eure Antworten, jetzt bin ich um einiges schlauer!
> Würde dann die angehängte Schaltung (jetzt als Emitterschaltung)
> funktionieren?

Ja, wobei der Basiswiderstand auch deutlich größer sein darf, 10kOhm 
sind kein Problem.

Jetzt steuerst du dein Gate mit 12V an. Prüfe, ob der MOSFET 12V 
verträgt.

Stefanus F. schrieb:
> Jetzt steuerst du dein Gate mit 12V an. Prüfe, ob der MOSFET 12V
> verträgt.

Beim IRF540 keine Frage.

Stefanus F. schrieb:
> So ist das auch bei den Transistoren. Nun steht im Datenblatt, dass die
> Threshold Spannung zwischen 2V und 4V liegt. Wenn dein Transistor 4V
> benötigt, ist er völlig in Ordnung (da im Rahmen der Spezifikation),
> aber für deinen Anwendungsfall ungeeignet.

Nochmal: Die Threshold Spannung hat nichts mit der für anständiges 
Durchschalten erforderlichen GS-Spannung zu tun.
Dafür gibt es die Ausgangskennline mit U_GS als Parameter.

Alex G. schrieb:
> Immer auf den Graphen zu schauen ist das Gegenteil von übersichtlich.
> Weshalb nennt man nicht einen standardisierten Wert

Weil das von dem zu steuernden Strom abhängt. Es ist wenig sinnvoll, für 
FETs in verschiedenen Leistungsklassen eine Kennzahl für den selben 
Arbeitspunkt anzugeben.

Wolfgang schrieb:
> Stefanus F. schrieb:
>> So ist das auch bei den Transistoren. Nun steht im Datenblatt, dass die
>> Threshold Spannung zwischen 2V und 4V liegt. Wenn dein Transistor 4V
>> benötigt, ist er völlig in Ordnung (da im Rahmen der Spezifikation),
>> aber für deinen Anwendungsfall ungeeignet.
>
> Nochmal: Die Threshold Spannung hat nichts mit der für anständiges
> Durchschalten erforderlichen GS-Spannung zu tun.
> Dafür gibt es die Ausgangskennline mit U_GS als Parameter.

Wenn du mich vollständig zitiert hättest, wäre Dir aufgefallen, dass ich 
genau den selben Hinweis direkt im nächsten Satz geschrieben hatte.

hinz schrieb:
> Pythagoraslover schrieb:
>> Danke für Eure Antworten, jetzt bin ich um einiges schlauer!
>> Würde dann die angehängte Schaltung (jetzt als Emitterschaltung)
>> funktionieren?
>
> Ja, wobei der Basiswiderstand auch deutlich größer sein darf, 10kOhm
> sind kein Problem.

Genau.
@Pythagoraslover
Bei 12V-Betrieb kann der 1k R am Kollektor auch etwas größer sein. So 
fließen im aktiven Zustand 12mA, die Hälfte oder ein Drittel tun es 
auch. 1k an 12V sind schon ≈150mW. Es wird ja keine PWM gemacht.
Wenn du dir die 12mA leisten kannst, dann lass es so.
Dein FET schaltet so jedenfalls perfekt!

Hier nochmal was vom TO ;-) Ihr habt mir alle sehr geholfen, dieses 
Forum ist trotz des rauen Umgangstons meistens sehr hilfreich

hinz schrieb:
> Vth is usually measured
> at a drain-source current of 250mA.

Wenn das nicht mal ein Dreckfuhler ist.
Im verlinkten DB des IRF540 steht 250µA, ebenso bei den meisten 
aktuellen wie IRLR2905 und sogar bei einem 240+ A Typen wie dem 
IRLS3034-7PPbF.
Lediglich beim uralten BUZ10 sind es 1mA, und bei Brocken mit etlichen 
100W Verlustleistung, wie dem IXFB70N60Q2,  findet man auch mal 8 mA.

Vermutlich sind diese Stromangaben i.W. den Meßmöglichkeiten der 
Testautomaten geschuldet.

Jedenfalls sollte man die Spannungsangabe bei U_GS(th) eher als 
Abschaltkriterium ansehen, unterhalb derer der Transistor auf jeden Fall 
sperrt.

nachtmix schrieb:
> hinz schrieb:
>> Vth is usually measured
>> at a drain-source current of 250mA.
>
> Wenn das nicht mal ein Dreckfuhler ist.

Kein Druckfehler, siehe Bild. Dass Copy&Paste so einen Mist bauen kann 
vermutet man nicht, und deshalb ist es mir auch nicht aufgefallen.

hinz schrieb:
> Dass Copy&Paste so einen Mist bauen kann vermutet man nicht

Das kommt immer auf den Zeichensatz drauf an und ob beide Programme 
(Quelle und Ziel) die Übergabe über die Zwischenablage ggf. 
zeichensatzübergreifend unterstützen.

Wolfgang schrieb:
> hinz schrieb:
>> Dass Copy&Paste so einen Mist bauen kann vermutet man nicht
>
> Das kommt immer auf den Zeichensatz drauf an und ob beide Programme
> (Quelle und Ziel) die Übergabe über die Zwischenablage ggf.
> zeichensatzübergreifend unterstützen.

Hab ich jetzt gelernt.

Da war vermutlich noch die (automatische) OCR dazwischen beim Kopieren.