Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Mosfet über Raspberry Pi als 12V Schalter


von Geforced (Gast)


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Hallo zusammen,

für ein Wecker-Projekt brauche ich eure Hilfe einmal:
Ich habe über einen Raspberry Pi Zero einen Wecker programmiert, welcher 
neben vielen weiteren Features logischerweise auch Audio ausgeben soll.
Den Audio verstärker habe ich bereits vorher realisiert über den 
tda8947j(Audio wird vom Raspberry per pwm also ausgeben).
Funktionieren tut alles spitze, nur in dem Gehäuse welches mit 
Mettalverzierungen versehen ist entsteht ein Pfeifen, was sich sehr nach 
der CPU vom Raspberry anhört. Dies stört aber nur, solange kein Sound 
ausgegeben wird.
Daher war meine Idee per Mosfet und GPIO-Pin einfach den Verstärker erst 
anzuschalten, wenn er auch gebraucht wird.
Dafür habe ich bereits mir einen Mosfet P16NF06L gekauft. Dieser soll 
nun also wenn der GPIO-Pin auf HIGH liegt den 12V Verstärker anschalten.

Das klappt aber nicht und ich stehe aufgrund meines mangelden Wissens in 
einer Sackgasse.

Der GPIO-Pin ist gemessen und liefert bei HIGH bzw LOW jeweils 3,3V bzw 
0V.
Angeschlossen ist der GPIO am Gate, Ground vom Netzteil führt zur Source 
und über nen 220Ohm Widerstand zum Gate, Drain führt zum Minuspol des 
Verstärkers. Die 12Volt liegen direkt am Verstärker an.

Von der Schaltung bin ich mir nach sehr langer und ausgiebieger 
Recherche auch ziemlich sicher, dass sie richtig ist, aber ich bin 
glaube ich einfach zu doof einen richtigen Mosfet zu nehmen bzw sie zu 
verstehen.
Ich vermute irgendwas in die Richtung, dass die 3,3 V zu niedrig sind im 
Vergleich zu den 12V an Source, aber mehr verstehe ich auch.

Wäre irgendjemand so nett und könnte mir helfen und mir erklären, wie 
und mit möglichst wenig weiteren Bauteilen ich die Schaltung realisieren 
kann? Wenn ihr dafür noch Daten oder irgendetwas braucht meldet euch 
einfach.
Vielen Dank und liebe Grüße,
Geforced

von Philipp G. (geiserp01)


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Zeichne das mal auf.

von M.A. S. (mse2)


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1) Hier wird jede Woche (oder sogar jeden Tag?) eine solche Anwendung, 
mal mit Bipolartransistoren, mal mit MOSFETs diskutiert.
Du solltest mittels der Suchfunktion zahlreiche Infos zu diesem Thema 
finden.

2) Wie schon geschrieben wurde: Schaltbild liefern!
Und evtl. Foto vom Aufbau (wg. möglicher Differenzen zwischen Schaltbild 
und Aufbau, die Du vielleicht nicht siehst...)

Bis dahin:
Geforced schrieb:
> habe ich bereits mir einen Mosfet P16NF06L gekauft.
Dies ist kein Logik-Level-MOSFET.

Geforced schrieb:
> Angeschlossen ist der GPIO am Gate, Ground vom Netzteil führt zur Source
> und über nen 220Ohm Widerstand zum Gate, Drain führt zum Minuspol des
> Verstärkers.
Wozu einen 220 Ohm Widerstand zwischen Gate und GND? Ist ziemlich 
niedrig, da muss der GPIO ganz schön Querstrom liefern. Liegen wirklich 
trotzdem 3,3 V am Gate bei H-Level?

Geforced schrieb:
> Ich vermute irgendwas in die Richtung, dass die 3,3 V zu niedrig sind im
> Vergleich zu den 12V an Source, aber mehr verstehe ich auch.
Was denn nun?
Oben schriebst Du (und so müsste es in Deiner Anwendung auch sein): 
Source liegt auf GND.
Jetzt schreibst Du: 12V an Source? Watt datt denn?

: Bearbeitet durch User
von M.A. S. (mse2)


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Weitere Fragen:

Geforced schrieb:
> Das klappt aber nicht und ich stehe aufgrund meines mangelden Wissens in
> einer Sackgasse.
Sondern? Was genau passiert denn?

Ausserdem: Wieviel Strom braucht eigentlich Dein Verstärker?


Edit: Ich habe gerade das Datenblatt Deines Verstärkers aufgeklappt: Der 
hat Mute-Eingänge, oder?
Warum schaltest Du den Verstärker nicht einfach darüber stumm?


Edit2: Einem Gerät, das irgendwie mit dem restlichen System 
kommuniziert, einfach den GND wegzuschalten, ist ungünstig.

: Bearbeitet durch User
von Geforced (Gast)


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1) Ich habe auch schon sehr viele gefunden und durchgelesen, aber 
entweder es sind andere Fälle oder ich Blicke nicht vollständig durch 
die Materie. So tief bewandert bin ich nicht mit Elektronik. Und nachdem 
ich jetzt zwei Wochen versucht habe das Problem mir selbst zu erklären 
versuche ich jetzt Hilfe zu holen, da das ganze Projekt ein Geschenk 
werden soll und fertig werden muss.

2) Schaltbild hängt an. Ein Bild vom Aufbau liefer ich nach, wenn sich 
hiermit nichts ergibt, da bereits alles im Gehäuse verbaut ist und sehr 
komplieziert nur wieder rausgeht.

Ah ok, ich ging davon aus, dass das ein Logik-Level-Mosfet ist, da im 
Internet irgendwo davon die Rede war und erklärt wurde, dass das L am 
Schluss dafür steht. Welche Mosfet wäre denn stattdessen am besten dafür 
geeignet? Am liebsten hätte ich einen, der entweder beim großen C zu 
bekommen ist, oder eine schnelle Lieferung bereitsteht.

Der 220Ohm Widerstand habe ich auch durch verschiedene Websiten im 
Internet empfohlen bekommen. Da bin ich aber flexibel wenn ihr einen 
anderen besser anseht, da ich nahezu alle normalen Widerstände noch 
besitze.
Du hast Recht, es liegen mit Widerstand nur noch 2,8Volt an.

Tut mir leid, da habe ich mich falsch ausgedrückt, es liegt an Source 
selbstverständlich GND an.

von MaWin (Gast)


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Geforced schrieb:
> Das klappt aber nicht

Natürlich nicht, der MOSFET schaltet mit 3.3V noch nicht ein. Du musst 
einen nehmen, der einen garantierten RDSon bei 2.7V hat.
Auch ist zweifelhaft, ob man Masse vom Verstärker trennt, wenn der 
Eingang noch am rPi hängt. Durch den Koppelkondensator entsteht zwar 
kein Strompfad, aber ein Einschaltplopp.
Viele Amps haben einen Mute-Eingang.

von Geforced (Gast)


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Passieren tut, dass egal wie der GPIO-Pin geschaltet ist, durchgehend 
der Verstärker läuft und somit auch ganz leise fiept.

Der Verstärker braucht um die 100mA im Standby. Wenn Sound läuft so um 
die 800mA maximal meine ich.

Die Idee mit dem Mute Eingang hatte ich auch direkt am Anfang, aber dort 
müssen ja 12V anliegen wenn er laufen soll und weniger bzw gar nichts, 
wenn er muten soll. Da wusste ich aber nicht, wie ich das so schalten 
soll, dass die 12Volt dahingehen. Mit dem Mosfet schalte ich ja im 
Endeffekt Ground. Oder nicht?

jap, ich stimme dir zu, dass Ground abschalten eine sehr unelegante 
Lösung ist, aber mir fiel nichts besseren ein was klappte. Es soll ja 
auch nicht eine Produktionsreife Anwendung sein sondern nur im 
Einzelfall jetzt klappen. Wenn ich es von vornherein perfekt haben 
wollte, dann hätte ich gar nicht PWM-Audio verwendet sondern I2S oder 
so. Aber das Budget gab nicht viel her und ich wollte das basteln damit 
probieren.

von Frank W. (Firma: DB1FW) (frankw) Benutzerseite


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Im Schaltplan sehe ich keine GND Verbindung vom Raspi....

von Geforced (Gast)


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Sobald ich eine Verbinung vom Ground des Raspi zum Source lege, dann 
pfeift es dauerhauft sehr laut. Deswegen habe ich das weggelassen.

Am liebsten hätte ich natürlich die Lösung mit dem Mute Pin vom 
Verstärker, aber dazu fehlt mir ein Schaltplan oder so.

Vielen Dank euch allen aber schonmal für die schnelle und wirklich Gute 
Hilfe

von MaWin (Gast)


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Geforced schrieb:
> Sobald ich eine Verbinung vom Ground des Raspi zum Source lege, dann
> pfeift es dauerhauft sehr laut. Deswegen habe ich das weggelassen.

Oh Mann....

Ja, Masseführung mit Sternpunktverkabelung wird nicht ohne Grund als 
wichtig angesehen.

Geforced schrieb:
> Am liebsten hätte ich natürlich die Lösung mit dem Mute Pin vom
> Verstärker, aber dazu fehlt mir ein Schaltplan oder so.

Mann-o-Mann.
Einfach mal ins Datenblatt gucken.

A typical application diagram is given in figure 19.

Ein Transistor schaltet einen an PLUS hängenden 100k+100k 
Spannungsteiler auf GND, und damit Mode1 und Mode2 von laufend (PLUS) 
auf muted (PLUS/2)

von Philipp G. (geiserp01)


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Mawin meint das so:

von Martin (Gast)


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Möchtest du nur ein Tuten ausgenben oder wichtiges Audio also Musik o.ä. 
?

Du sprachst zwischendurch mal PWM und kleines Budget an. Schau dir mal 
an wie ein Klasse D Verstärker funktioniert.

https://de.wikipedia.org/wiki/Klasse-D-Verst%C3%A4rker

Evtl. könntest du den ersten Teile (Wiki erstes Bild, Analog in PWM 
Wandlung) weg lassen und den Rest an den PWM Pin den RPi hängen. Dann 
hast du einen günstigen Audioausgang der auch nicht fiepen sollte.

von Joachim B. (jar)


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die +12V bis 3,5A kannst du ja mit einem Photomos AQV251g schalten
https://www3.panasonic.biz/ac/e_download/control/relay/photomos/catalog/semi_eng_he1a_aqv25_g.pdf

für die LED bei 5mA und 1,25V typisch braucht man einen 390 Ohm 
Vorwiderstand.

man kann natürlich auch den Mute-Eingang vom IC bedienen, oder Audio 
einfach mit einem analogschalter kurzschliessen.

lieber TO es nervt wenn man alle Daten mühsahm zusammensuchen muss,
wo ist der Link zu DEINEM Verstärker?

So habe ich keinen Bock alles abzusuchen!

Salamitaktik alles scheibchenweise ist nur auf Pizza toll, warum können 
die Hilfesuchenden NIE alles zugleich auf den Tisch bringen?
Gibt es auf der ganzen Welt nur einen Verstärker?
Haben alle anderen funktionierende Glaskugeln?

Fragen über Fragen....

von Geforced (Gast)


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Mit Sternpunktverkabelung kenn ich mich nicht aus. Wie gesagt komme ich 
aus dem Informatik Bereich und mache nur nebenbei mal was mit 
Elektronik.

Das Bild von Philipp sieht gut aus. Allerdings habe ich in meinem 
Datenblatt einen anderen Aufbau. 
https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/TDA8947J.pdf
Der ist aber weitaus komplizierter und ich besitze die Dioden nicht dazu 
bzw wüsste nicht, welche genau ich brauche.
Kannst du mir den Link von deinem Datenblatt schicken? Bzw mir sagen, 
welche Transistoren ich verwenden soll? Wenn ich wie in meinem 
BC547B-Transistoren nehme, dann schalten sie scheinbar nicht, zumindest 
wird egal welche Pin-Belegung ich habe immer volle 12V an den Mute-Pin 
angelegt.

@Martin Es wird schon richtig Musik ausgegeben wenn er klingelt undso. 
Ansich bin ich mit dem Verstärkerchip vollkommen zufrieden und der Klang 
ist echt gut, deshalb würde ich es am liebsten mit dem Mute-Pin 
hinbekommen.

von Stefan F. (Gast)


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Trenne niemals die GND Leitungen auf, es sei denn du weist ganz genau, 
was du da tust. Damit öffnen unerfahrene die Büchse der Pandorra.

In meinem Buch http://stefanfrings.de/mikrocontroller_buch Band 2 
Kapitel 3.4 findest du einige Grundschaltungen mit Transistoren, 
darunter ist auch eine für einen Anwendungsfall.

von Geforced (Gast)


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@Stefanus Eine direkte Schaltung welche mir weiterhilft, finde ich dort 
nicht. Höchstens in Kapitel 3.4.1 Dort wird ein BC337-Transistor 
verwendet. Heisst das, dass ich in der Schaltung von Philipp die beiden 
Transistoren durch den BC337 realisiere und jeweil einen vorwiderstand 
davor packe?

von Stefan F. (Gast)


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Nimm die Schaltung aus Kapitel 3.4.4, aber vergewissere Dich vorher, 
dass der Transistor den gewünschten Laststrom verträgt.

von Geforced (Gast)


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Die Schaltung aus Kapitel 3.4.4 schaltet aber doch wieder nicht die 12V 
sondern den Ground. Ich will aber doch einfach nur eine Schaltung, 
welche 12V an meinen Mutepin anlegt, sobald ich am Raspberry GPIO ein 
HIGH ausgeben.
In der Schaltung von Philip fehlt ja leider, welcher Transistor 
verwendet wird. Mittlerweile habe ich zig Transistoren und Mosfets 
gekauft sodass ich mit einem vollständigen Schaltplan des MuteBereichs 
es garantiert realisieren kann.
Irgendjemand da, der mir dabei noch helfen könnte?

von Stefan F. (Gast)


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> Die Schaltung aus Kapitel 3.4.4 schaltet aber doch
> wieder nicht die 12V sondern den Ground.

Nein, das ist falsch.

von Geforced (Gast)


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Ok? Dann hab ich das falsch verstanden. Also lass ich einfach vom 
IRF9530 den Pin 2 direkt mit GND verbunden und lass den Motor weg. Den 
Pin 3 vom IRF steck ich an meinen Mute Eingang des Verstärkerchips und 
was mache ich mit dem Anschluss über R3? Auch an den Muteeingang?

Vielen Dank =D

von Stefan F. (Gast)


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> Also lass ich einfach vom
> IRF9530 den Pin 2 direkt mit GND verbunden

Wo ist denn da ein Pin mit GND verbunden?

Offensichtlich fehlen Dir die grundsätzlichsten Grundlagen, die sind 
hier aber Voraussetzung, um miteinander kommunizieren zu können.

Du solltest Dir dringend mal eine Buch/Anleitung zu 
Transistor-Grundschaltungen besorgen und diese auf einem Steckbrett 
durchprobieren, bevor du etwas teures kaputt machst.

von Stefan F. (Gast)


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Ich glaube, du hast das DB des TDA8947J nicht gelesen. Wenn du da 12V an 
den MUTE1 Eingang legst, passiert sicher nicht da, was du erwartest.

Stattdessen erwartet der Pin gemäß Kapitel 8.3 etwa 5V für Mute.

Außerdem findest zu in Kapitel 13.1 Figure 12 eine Beispielschaltung, 
die Einschaltploppen verhindert und zugleich Mute per Mikrocontroller 
ermöglicht.

Figure 13 zeigt, dass du den Mikrocontroller direkt an den Pin 
anschließen kannst.

Du musst einfach lesen, was Du bereits vorliegen hast und ausprobieren.

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