Hallo Gemeinde,
Mit angehängter Schaltung (entschuldigt die Laienhafte Zeichnung, ich
hab gerade nur Paint zur Verfügung) sollen zwei 12V-Relais mit einem uC
mittels Transistoren geschaltet werden.
Das Prinzip ist mir klar, die Wikieinträge dazu habe ich gelesen.
Es hapert an der korrekten Berechnung des Basiswiderstands, vermutlich,
weil ich die Werte aus den Datenblättern falsch interpretiere,
jedenfalls kam ich mehrfach auf unterschiedliche Werte, irgendwo
zwischen 1k und 16k.
Verwendete Bauteile in der Testschaltung:
- 1x L7805CV (Spannungsregler 5V, STMicro,
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/175000-199999/179205-da-01-en-SPANNUNGSREGLER_IC_L7805CV__TO_220__STM.pdf)
- 1x PIC16F628A (uC, Microchip,
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/40044G.pdf)
- 2x 4k7 (R1/R2)
- 2x BC547A (Transistoren, Diotec,
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/150000-174999/154709-da-01-en-TRANSISTOR_BC_547_A__TO92__DIO.pdf)
- 2x 1N4004 (Freilaufdioden, Diotec)
- 2x Z9571-1C-12DSE (Relais, American Zettler,
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/500000-524999/507452-da-01-en-RELAIS_ZETTLER_AZ9571_1C_12DSE.pdf)
Die Testschaltung hat gestern Abend bereits mehr oder minder
funktioniert, allerdings recht unzuverlässig, was ich zunächst auf einen
falschen Basiswiderstand schiebe.
Dementsprechend habe ich heute nochmal versucht nachzurechnen und kam
bei, wenn richtig umgerechnet, 8mA für die Relaispule und einer
mittleren hFE des NPN von 150 auf 16k25.
Wo liegt denn mein Denkfehler, tatsächlich bei den Widerständen?
Wenn ja, welche Widerstände wären nun richtig, welche mit höherem oder
niedrigerem Wert?
Ich hätte zum Testen grade noch 1k und 10k zur Hand, andere müsste ich
erst die Tage besorgen.
Ich bedanke mich recht herzlich im Voraus.
Leider gerade keine Zeit die Datenblätter noch anzuschauen, ich stütze
mich auf deinen Informationen:
IB = IC / hFE
IB = 8 mA / 150 = 53 uA
RB = (U - UBE) / 53 uA
RB = (5V - 0,7V) / 53 uA = 80kOhm
80kOhm Basiswiderstand ergäbe dir also am Kollektor einen Strom von 8
mA.
Den Strom, den das Relais beim anziehen braucht ist recht groß, dafür
der Haltestrom eher niedrig. Setz mal die 1k..2,2k ein, damit der
Transistor auch voll aufsteuern kann.
Entschuldigt bitte, ich habe eine wichtige Info zum uC vergessen: Er
gibt eine ca. 1s langen Impuls bei ~3,3V aus.
Damit kam ich, abzüglich der 0,7 vom BC547A auf 2,6V, die ich zur
Berechnung verwendet habe.
Harald schrieb:> Dementsprechend habe ich heute nochmal versucht nachzurechnen und kam> bei, wenn richtig umgerechnet, 8mA für die Relaispule
Die Spule hat laut Hersteller 960Ohm. Bei 12V macht das 12.5mA Strom,
den sie zum Schalten haben will.
> und einer> mittleren hFE des NPN von 150 auf 16k25.
nimm ruhig die hFe kleiner an.
> Wo liegt denn mein Denkfehler, tatsächlich bei den Widerständen?
4k7 kommt mir ein wenig wenig vor.
Rechnen wir mal. WIe gross ist dann der Basisstrom?
5 - 0.7 = 4.3V
Bei 4k7 wäre das ein Strom von 0.9mA
Um mit 0.9mA einen Stromfluss von 12.5mA zu ermöglichen müsste der NPN
ein hFE von rund 133 haben. Mit 150 bist du da zwar drüber, aber in der
Praxis stimmen die 150 auch nicht.
> Wenn ja, welche Widerstände wären nun richtig, welche mit höherem oder> niedrigerem Wert?
niedriger. Du willst mehr Basisstrom haben.
> Ich hätte zum Testen grade noch 1k
1k sollte schon ordentlich schalten.
Das sind 4.3mA Basisstrom und damit sollten die 12mA vom Relais
problemlos vom Transistor geschaltet werden.
Edit: Gerechnet mit 5V, da du ja einen 7805 erwähnt hast.
Karl Heinz schrieb:> Um mit 0.9mA einen Stromfluss von 12.5mA zu ermöglichen müsste der NPN> ein hFE von rund 133 haben.
Also ich komme da auf ein hFE von 13,8.
Karl Heinz schrieb:> 1k sollte schon ordentlich schalten.> Das sind 4.3mA Basisstrom und damit sollten die 12mA vom Relais> problemlos vom Transistor geschaltet werden.
Mit einem Basisstrom von 4,3 mA würdest du bei einem hFE von 150 an die
600 mA schalten. Der Transistor würde sich an der Stelle wohl
verabschieden.
Falls mein Beitrag hier falsch ist, sorry. Entweder übersehe ich gerade
etwas, oder du hast dich um eine Kommastelle vertan.
San Lue schrieb:> Karl Heinz schrieb:>> Um mit 0.9mA einen Stromfluss von 12.5mA zu ermöglichen müsste der NPN>> ein hFE von rund 133 haben.>> Also ich komme da auf ein hFE von 13,8.
Mag sein, dass ich mich im Kopf verrechnet habe.
>> Das sind 4.3mA Basisstrom und damit sollten die 12mA vom Relais>> problemlos vom Transistor geschaltet werden.>> Mit einem Basisstrom von 4,3 mA würdest du bei einem hFE von 150 an die> 600 mA schalten. Der Transistor würde sich an der Stelle wohl> verabschieden.
Nö. Würde er nicht.
Nur weil er 600mA schalten könnte, heißt das ja nicht, dass da auch
600mA rinnen. Wieviel Strom da tatsächlich rinnt, bestimmt immer noch
der Verbraucher. UNd das ist das Relais. Wenn das nicht mehr als 12mA
durchlässt, dann rinnt da auch nicht mehr.
Du kannst an deinen Gartenschlauch auch ein 'Ventil' aus einer
Kraftwerksturbine hinten drann schalten. Das Ventil könnte 12000 Liter
pro Sekunde durchlassen, aber der Gartenschlauch nicht. Du kannst das
Ventil aufdrehen soviel du willst, mehr als die 300Milliliter Wasser pro
Sekunde wird da nicht durch kommen. Ein armseliges Rinnsaal, mit dem das
Turbinenventil keinerlei Probleme hat.
Karl Heinz schrieb:> Nö. Würde er nicht.> Nur weil er 600mA schalten könnte, heißt das ja nicht, dass da auch> 600mA rinnen. Wieviel Strom da tatsächlich rinnt, bestimmt immer noch> der Verbraucher. UNd das ist das Relais. Wenn das nicht mehr als 12mA> durchlässt, dann rinnt da auch nicht mehr.
Hoppla, da hat wohl mein Kopf bisschen gehängt... Montag eben. Natürlich
absolut korrekt was du da schreibst.
Dann rechnen wir noch einmal: (hFE nehmen wir mal als 100 an)
IB = IC / hFE
IB = (12V / 960Ohm) / 100 = 125 uA
RB = (U - UBE) / IB
RB = (3,3V - 0,7V) / 125 uA = 20'800 Ohm
In meinen Augen müssten deine 4k7 eigentlich Problemlos reichen, da
diese:
IB = 2,6V / 4k7 = 553 uA
IC = IB * hFE = 553 uA * 100 = 55 mA
ergeben, was theoretisch reichen sollte...
Karl Heinz schrieb:>> mittleren hFE des NPN von 150 auf 16k25.>> nimm ruhig die hFe kleiner an.
Ja, für Schaltzwecke geht man eher von einem hfe von 10...30 aus,
je nach dem, wie niedrig die Restspannung, die am Schalter verbleibt,
sein soll (siehe Datenblatt des Transistors).
Gruss
Harald
Für den zuverlässigen Schaltbetrieb muß man den Transistor ungefähr
dreifach übersteuern, denn er soll ja gut in den Sättigungsbereich,
wobei man das hFE durch drei dividiert, um dann eine effektive
Stromverstärkung von ungefähr 50 zu haben.
Andernfalls ist die Sache unzuverlässig, der Transistor schaltet nicht
voll durch und wird evtl. warm, und das Relais zieht nur durch Antippen
schwach an.
Mit den 12,5mA und einer effektiven Verstärkung von 50 bekommt man
Basisstrom von 250µA, was bei 2,6V ca. 10kOhm Basisvorwiderstand ergibt.
Aufs Ohm genau muß man nicht rechnen. 5kOhm schaden bestimmt auch nicht.
Und wie immer: Diode am Relais nicht vergessen. Vielleicht steckt da
auch schon eine Unzuverlässigkeit drin.
San Lue schrieb:> In meinen Augen müssten deine 4k7 eigentlich Problemlos reichen, da> diese:
Ja, sollte eigentlich reichen.
Wobei: ob er da jetzt 4k7 oder 1k nimmt, ist aus Sicht des Schaltenden
auch schon egal.
Aber 4k7 sollten eigentlich reichen.
Collector und Emitter vom Transistor vertauscht?
Karl Heinz schrieb:> Collector und Emitter vom Transistor vertauscht?
Ja, das ist ein sehr "beliebter" Fehler. Der Transistor funktioniert
dann auch, hat aber nur ein hfe von 10.
Gruss
Harald
Harald schrieb:> allerdings recht unzuverlässig,
Das kann auch andere Gründe haben. Ich würde mal die Schaltung der
Versorgung hier einstellen(meinetwegen auch mit Paint gemalt).
Wenn da konstruktive Mängel drin sind, dann kann so eine Schaltung
wie oben beschrieben auch mal spinnen. Wurde hier im Forum schon
öfters behandelt.
Für das Ansteuern der Basis für einen Relaistransistor sind Werte
von 1-10k relativ unkritisch.
Ein 1N4004 als Freilaufdiode ist etwas übertrieben. Eine 1N4148 o.ä.
täts auch.
Wilhelm F. schrieb:> Und wie immer: Diode am Relais nicht vergessen. Vielleicht steckt da> auch schon eine Unzuverlässigkeit drin.
Es ist je Relais eine 1N4004 verbaut.
Karl Heinz schrieb:> San Lue schrieb:>>> In meinen Augen müssten deine 4k7 eigentlich Problemlos reichen, da>> diese:>> Ja, sollte eigentlich reichen.> Wobei: ob er da jetzt 4k7 oder 1k nimmt, ist aus Sicht des Schaltenden> auch schon egal.>> Aber 4k7 sollten eigentlich reichen.> Collector und Emitter vom Transistor vertauscht?
Ich meine nein, habe mir das Datenblatt beim Bestücken extra offen
gelassen um ja keinen Fehler zu machen.
Vielen Dank schnmal für eure Hilfe.
Ich werde heute Abend mal 1k-Widerstände einsetzen, dann müsste ich ja
sehen / messen können, ob die Relais sauber durchschalten.
Realist schrieb:> Harald schrieb:>> allerdings recht unzuverlässig,>> Das kann auch andere Gründe haben. Ich würde mal die Schaltung der> Versorgung hier einstellen(meinetwegen auch mit Paint gemalt).> Wenn da konstruktive Mängel drin sind, dann kann so eine Schaltung> wie oben beschrieben auch mal spinnen. Wurde hier im Forum schon> öfters behandelt.
Die Versorgung des uC ist quasi schon zu sehen, es ist der L7805CV, der
einmal zu Regelung des 12V-Eingangs auf 5V und einmal zur Regelung der
Versorgung von 12V auf 5V verwendet wird.
Lasse ich alles nach dem uC weg und messe direkt die Ausgänge kommen
saubere Impulse heraus, das sollte also denke ich passen.
Falls nötig werde ich heute Abend gerne weitere Details der Schaltung
zeichnen.
der µC hat Abblockkondensatoren direkt an Masse und Vcc Pins?
Die 4k7 sind eigentlich ok.
Gibt bei 5V knapp 1mA Basisstrom
Harald hat einen guten Tipp mit vertauschten E/C Pins. Hast du mal
gemessen welche Spannung zwischen Masse und Collektor an den
Transistoren liegt wenn sie eigentlich durchgeschaltet sein sollten?
Wenn es mehr als 0,5V sind, dann ist das wahrscheinlich der Fehler.
Harald schrieb:> Wilhelm F. schrieb:>> Und wie immer: Diode am Relais nicht vergessen. Vielleicht steckt da>> auch schon eine Unzuverlässigkeit drin.> Es ist je Relais eine 1N4004 verbaut.
Sorry, habs erst später gesehen. OK, geht, wenn die großen Abmessungen
einen nicht stören. Aber wie schon jemand schrieb: Eine 1N4148 ist da
genau so gut.
Im Grunde muß die Freilaufdiode bei Abschaltung nur den Spulenstrom
tragen, die 12,5mA, der Strom an der Spule ist stetig und macht keinen
Sprung mehr nach oben.
Die C-E-Vertauschung passiert gerne mal noch mit bedrahteten
Transistoren, weil die Pinbelegung im Datenblatt dort die Untenansicht
ist, nicht wie z.B. bei ICs gewohnt die Draufsicht.
Im Zweifelsfall kann man oft auch noch Kollektor und Emitter durch
Messung mit dem Diodentester bestimmen: Kollektor-Basis hat einen
kleineren Widerstand als Emitter-Basis, und wenn auch nur mal einen
winzigen Tick Unterschied im Promillebereich.
Schön blöd: Die Inversschaltung von Bipolartransistoren also mit
vertauschtem C und E läßt sich auf Simulatoren wie PSPICE oder LTspice
nicht simulieren, sowas muß man heute immer noch auf dem Steckbrett
ausmessen. Es gibt aber durchaus sinnvolle Anwendungen für den
Inversbetrieb.
Ich würde es statt des BC547A mit einem N-Kanal MOSFET machen, dann
braucht es überhaupt keinen Vorwiderstand. Allenfalls aber einen
PullDown, damit der MOSFET beim Startup des Mikrocontrollers noch nicht
leitet, während die I/O's noch als Eingang definiert sind.
Johnny B. schrieb:> Ich würde es statt des BC547A mit einem N-Kanal MOSFET machen, dann> braucht es überhaupt keinen Vorwiderstand.
Der BC547 ist doch gerade ideal, und fühlt sich mit 12,5mA sauwohl.
MOSFET würde ich einem Einsteiger nicht besonders empfehlen, auch wenn
das voll OK ist, schon wegen der ESD-Empfindlichkeit bei der Handhabung
alleine. Und dann muß er auch nach einem Logic-Level-Typ suchen, der
schon bei 3,3V geht.
Harald schrieb:> Die Testschaltung hat gestern Abend bereits mehr oder minder> funktioniert, allerdings recht unzuverlässig, was ich zunächst auf einen> falschen Basiswiderstand schiebe.
1k wäre sicherlich besser, denn man nimmt im sättigenden Schaltbetrierb
einen IC/IB von 10 an, bei 12.5mA also 1.2mA bei 4.3V also unter 3k5,
aber es sollte mit 4k7 auch funktionieren, so schlecht daess es nicht
auch 1/20 tun werden deine BC547 wohl nicht sein daß sie an der Grenze
von Datenblatt liegen.
Also eher:
http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.25.2
MaWin schrieb:> 1k wäre sicherlich besser,
MaWin, eine so reichliche Übersättigung geht mal bei einem Relais, was
sowieso ziemlich langsam ist. Bei schnelleren Schaltungen eher nicht
mehr so gut.
Dann sollte man auch mal auf den Ansteuerpin eines µC schauen, ob der
nur ein TTL-Fanout hat, oder gute Push-Pull mit bis zu 25mA.
Bei einer industriellen Steuerung erlebte ich beim Redesign auch einmal
den Ausfall von Relais, als jemand auf die Idee kam, die Relaisspannung
von 12V auf 9V abzusenken, was aber bei dem selben Relaistyp dann einen
höheren Strom ergibt, weil die 9V-Wicklung niederohmiger als die
12V-Wicklung ist.
Der Designer hatte da vor Jahren keine Ahnung, was er macht, und hatte
die Relais auch eher im Linearbereich als im Schaltbereich, es fiel aber
nie auf.
Übrigens kam in der Produktion auch unter mindestens 20 langjährigen
Elektronikern niemand darauf, was da jetzt spinnt. Dann kam einer an
mich heran, und ich kenne ja den 8051, der dann einfach niederohmigere
Pullup-Widerstände für den High-Level an den I/O-Ports braucht...
So, habe nun 1k-Widerstände eingelötet, gefällt mir schon sehr viel
besser.
Werde es die Tage dann mal am Bestimmungsort einbauen und sehen, ob es
da dann auch "so gut" läuft.
Danke für Eure Hilfe, war die richtige Entscheidung, nochmal nachzuhaken
ob alles richtig war.
Harald schrieb:> Die Versorgung des uC ist quasi schon zu sehen, es ist der L7805CV, der> einmal zu Regelung des 12V-Eingangs auf 5V und einmal zur Regelung der> Versorgung von 12V auf 5V verwendet wird.
Ganz so einfach ist das nicht. Es kommt eben auch drauf an, ob man
eine saubere Trafobeschaltung, brauchbare Gleichrichtung, den
geeignetsten Siebelko, den richtigen Regler und weitere
Schutzmassnahmen (wie z.B. eine Angstdiode) vorsieht.
Die Freilaufdioden bei den Relais sind nämlich nur ein Teil der Lösung.
Wenn man allerdings keine Lust hat, das mal zu dokumentieren, viel
Spaß und Glück mit deiner Schaltung. Kann gut gehen, muss aber nicht.
schaltung.png
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