Raspberry Pi - Relais

[Raspler (Gast)]

Hallo zusammen.

Ich habe wieder eine Frage zur Beschaltung eines GPIOs meines Raspberry 
Pi.

Ich möchte mithilfe Transistors über einen GPIO ein Relais schalten.

Es soll ein Relais verwendet werden, welches bei 5 Volt durchschaltet.
Als Transistor wird ein BC548 verwendet. (siehe Skizze)


Nun zur Frage:
 - Ist der Basiswiderstand von 1.6 kOhm richtig? Der GPIO liefert 3.3 V 
im "HIGH-Zustand".
 - Würde das Relais hier korrekt schalten, ohne dass der Transistor 
einen Schaden nimmt?
 - welches Relais könnte ich dafür verwenden? Geschalten werden soll 
damit eine Türklingel.


Vielen Dank für euere Hilfe!

Gruß

[Dave C. (dave_chappelle)]

Hi!

Kennst du schon diesen Artikel?

http://www.mikrocontroller.net/articles/Relais_mit_Logik_ansteuern

Der ist ziemlich gut!

Raspler schrieb:
> - Ist der Basiswiderstand von 1.6 kOhm richtig? Der GPIO liefert 3.3 V
> im "HIGH-Zustand".

Ich würde ihn etwas grösser wählen.

Raspler schrieb:
> - Würde das Relais hier korrekt schalten, ohne dass der Transistor
> einen Schaden nimmt?

Kommt ein wenig auf das Relais an.

Raspler schrieb:
> - welches Relais könnte ich dafür verwenden? Geschalten werden soll
> damit eine Türklingel.

Hm, weisst du denn ungefähr, was deine Türklingel so an Strom braucht?
Hast du so ein Gebimmel oder ein Notfall-Horn :)?

Gruss

[Raspler (Gast)]

Danke erstmal!

Mich verwirrt nur, dass im Emitter kein Widerstand ist.
Zwar logisch, aber irgendwie riecht das für mich nach gegrilltem 
Halbleiter :-)
Aber sonst fällt ja spannung am Widerstand ab, woraufhin das Relais dann 
zuwenig bekommt.

>Hast du so ein Gebimmel oder ein Notfall-Horn :)?

Das ist so ein Türklingel-/Sprechanlagenkombi.
Es soll einzig und allein der Taster für "Tür öffnen" (GRRRRRRRRR) auf 
der Platine des Klingelautomaten "überbrückt" werden.

[Stefan (Gast)]

(3,3V - 0,7) / 1600 Ohm = 1,6mA

Der Transistor verstärkt mindestens um Faktor 100, du kannst damit also 
ein Relais schalten, das maximal 160mA braucht.

Da gehört kein Widerstand in den Emitter. Der Transistor lässt am 
Kollektor einen Strom fließen, wenn in die Basis ein Steuerstrom hinein 
fließt. Er verstärkt den Strom um einen gewissen Faktor. Mit korrekt 
ausgelegtem Basis-Widerdtand fällt am Transistor nur eine geringe 
Spannung von unter 1V ab, somit ist die Verlustleistung gering. 1V * 
160mA = 160mW. Das verträgt der schon. Wenn das Relais mehr als die 
160mA braucht, dann fällt mehr Spannung am Transistor ab, und dann wird 
er heiß. Also legen den Basis-Widerstadn so aus, dass der Transistor 
ganz sicher mindestens den Strom des Relais liefern wird. Es schadet 
nicht, dabei ordentlich zu übertreiben. Du kannst ruhig 1k Ohm nehmen.

Ob das Relais für Deinen Anwendungsfall geeignet ist, kann ich Dir nicht 
sagen, da Du ja kein bestimmtes Relais genannt hast.

[Stefan (Gast)]

Erklär mal, warum Du denkst, dass ein Emitter-Widerstand nötig ist. Dann 
können wir Dir besser helfen, die Schaltung zu verstehen.

[Raspler (Gast)]

Hallo Stefan,

danke erstmal für deine ausführliche Antwort.

Ok, leuchtet ein das mit dem Basis-Widerstand. Dann werde ich da einen 1 
kOhm verwenden.

>Erklär mal, warum Du denkst, dass ein Emitter-Widerstand nötig ist. Dann
>können wir Dir besser helfen, die Schaltung zu verstehen.

Wiegesagt, das war nur aus dem Bauch heraus.
Dass das Relais aber sonst nicht die nötige Spannung bekommt (da es ja 
dann wie ein Spannungsteiler wirkt), ist jetzt meine Erklärung dafür, 
dass kein Widerstand im Emitter ist.

[Weingut P. (weinbauer)]

oder wenn nicht bekannt ist was der Pi an Strom sourcen kann gleich nen 
Darlington und größerer Basisvorwiderstand.

[Raspler (Gast)]

Ok, danke erstmal.

In meinem sehr schlanken Elektronikvorrat habe ich jetzt leider keinen 
"BC548" gefunden sondern nur zwei andere Typen:

Der eine ist ein NPN, der andere ein PNP.

Es handelt sich um folgende zwei Typen:   BC327 und BC337.


Welcher davon kann für meine Zwecke als "Vertretung" herhalten?


Danke und Gruß

[Karl H. (kbuchegg)]

Raspler schrieb:

> Wiegesagt, das war nur aus dem Bauch heraus.
> Dass das Relais aber sonst nicht die nötige Spannung bekommt (da es ja
> dann wie ein Spannungsteiler wirkt), ist jetzt meine Erklärung dafür,
> dass kein Widerstand im Emitter ist.

Die Erklärung sollte aber sein:
Durch das Relais fliesst ja sowieso nur ein bestimmter Strom, wenn es 
anziehen soll. Das Relais als Verbraucher sorgt schon dafür.
Wieviel das ist, steht im Datenblatt und wird durch die im Relais 
verbaute Spule bestimmt. Schliesst du ein derartiges Relais einfach an 
eine entsprechende Batterie an, hast du ja auch keinen Kurzschluss, 
sondern das Relais zieht an und die Spule lässt eben genau (na ja) 
diesen Strom durch.

D.h. Wieviel Strom da von + nach - rinnt ist durch das Relais ja bereits 
vorgegeben. Die einzige Frage ist: verkraftet das auch der Transistor 
(der hier als Schalter fungiert). Der muss mit dem Strom, der von + nach 
- rinnen will und der durch das Relais eingestellt wird auch zurecht 
kommen. Bzw. seine 'Schaltstrecke' Collector-Emitter muss soweit 
geöffnet sein, dass mindestens dieser Strom rinnen kann.
Musst du 10 Liter Wasser pro Minute über einen Rohrleitung führen, dann 
kann man sich ausrechnen welchen Durchmesser das Rohr mindestens haben 
muss. Das kann eine 2cm Leitung sein, aber auch ein Kanalrohr bewältigt 
das spielend.  Mehr schadet also nicht, ausser in den Kosten.
So auch hier: es schadet nichts, wenn auf der Collector-Emitter Strecke 
des Transistors theoretisch 500mA rinnen könnten, durch die Bauart des 
Relais aber nur 120mA rinnen. Fatal wäre es allerdings, wenn zwar das 
Relais 120mA ziehen möchte, der Transistor aber nur soweit aufgesteuert 
ist, dass er nur 40mA zulässt.

[Karl H. (kbuchegg)]

> Der eine ist ein NPN, der andere ein PNP.

PNP ist schon mal der komplett falsche Typ

> Es handelt sich um folgende zwei Typen: BC327 und BC337.
> Welcher davon kann für meine Zwecke als "Vertretung" herhalten?

Such dir das Datenblatt und sieh nach wieviel Strom der Transistor 
schalten kann. Und das vergleichst du dann mit dem Strom, den dein 
Relais braucht. Wobei man nicht an die Grenzen geht. Wenn dein Relais 
150mA braucht und beim Transistor eine Schwelle von 150mA angegeben ist, 
dann ist das zu knapp. Der Transistor sollte schon etwas 
überdimensioniert sein.

[Raspler (Gast)]

Ok super danke, das hilft für das Verständnis.

[Raspler (Gast)]

Ok, also, der BC337 (NPN) hat eine Ic (Collectorstrom) von 0.8 A, bei 45 
V Uce.

Der BC548 kann laut Datenblatt einen Ic von 0.5 A, bei 30 V Uce.


Sieht ziemlich gleich aus für mich(!).



Somit würde ich den jetzt verwenden.

[Dave C. (dave_chappelle)]

Ja, das kannst du wohl problemlos :)

Gruss

[Stefan (Gast)]

> Sieht ziemlich gleich aus für mich(!).

Naja, gleich ist anders. Aber was der BC548 schalten kann, das kann der 
BC337 auch. So meinst Du das wohl auch.

Beachte auch den Verstärkungsfaktor. Ich weiss, dasser passt. Es gibt 
aber auch Transistoren, mit recht wenig Verstärkung (z.B. 20 oder so). 
Da muss man auch drauf achten.

[Michael S. (mes)]

Hi,

meinen Senf dazu.

Im Prinzip haben es der Karl Heinz u. a. schon richtig beschrieben.

Trotzdem nochmal ergänzt / zusammengefaßt (ich beziehe mich auf die Schaltung von Raspler):
- die Schaltung ist okay (keine weiteren Widerstände erforderlich)
- der Transistor arbeitet im Schalterbetrieb
- lt. Schaltung ist ein NPN-Typ zu verwenden
- Uce,max muß größer als Ub sein, wobei sich das Relais an Ub oder Ub am Relais orientiert
- das Relais an seiner vorgesehenen Betriebsspannung gibt den Strom (also Ic) im Kollektorkreis vor
- diesen Strom muß man, geteilt durch den Stromverstärkungsfaktor des Transistors, mindestens
  an der Basis einspeisen (Ib), sogar eher ein wenig mehr (Übersteuern, da Schalterbetrieb)
- durch Übersteuerung wird die Uce am Transistor minimal, so auch die dort umgesetzte Verlustleistung
- anhand des Datenblattes des Transistors prüfen, ob dieser den Ic und zugehörigen Ib verträgt

Damit ergibt sich für den Basiswiderstand folgender Bereich, in dem man variieren kann:

  Rb,max = ((Ue-Ube) / (Ub-Uce)) * B * Rr
  Rb,min = (Ue-Ube) / Ib,max

Rb  ... Basis(vor)widerstand
Rr  ... Gleichstromwiderstand der Relaisspule
Ub  ... Betriebsspannung
Ue  ... Eingangsspannung, kommt z. B. vom Schaltausgang des µControllers
Ube ... Basis-Emitter-Spannung im voll durchgesteuerten Zustand (darf mit 0,7V angenommen werden)
Uce ... Kollektor-Emitter-(Rest)Spannung im voll durchgesteuerten Zustand (Datenblatt)
B   ... Stromverstärkungsfaktor des verwendeten Transistors

Wobei gilt: (Ub-Uce)/Rr <= Ic,max; (Ue-Ube)/Rb <= Ib,max und Ic * Uce <= Pv,max (max. Verlustleistung des Transistors,
siehe Datenblatt). Falls nach obiger Rechnung Rb,min > Rb,max ausfallen sollte, dann muß man einen stärkeren
Transistor verwenden.

Noch eine Anmerkung zu Rb,max und Rb,min: Wird Rb,max überschritten, dann steigt einerseits die Verlustleistung am
Transistor und das Relais zieht andererseits evtl. nicht mehr 'eindeutig' an. Wird hingegen Rb,min unterschritten,
zerstört man die Basis-Emitter-Diode und damit natürlich und schlußendlich den Transistor.

Ich hoffe mal, ich hab' jetzt hier keinen Denkfehler gemacht... ;o)


Gruß,

Micha

[Stefanus (Gast)]

Der GPIO Pin liefert weniger als 3,3V. Du hast vermutlich ohne Belastung 
gemessen.

Siehe 
http://www.mosaic-industries.com/embedded-systems/microcontroller-projects/raspberry-pi/gpio-pin-electrical-specifications

Demnach ist mit 2,4V (minus 0,7V für die B-E Strecke) zu rechnen.