Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik PNP Transistor BC557A als Schalter


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von Stefan E. (schmantibus)


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HAllo,
ich möchte über den GPIO Port des Raspberry Pis eine Steuereinheit 
schalten. Die Steuereinheit benötigt +24 Volt auf einen Eingang, sodass 
diese Steuereinheit eine Anlage anschaltet. Somit ist ein NPN Transstor 
nicht geeignet, da der Transistor zwischen +24V und der Schalteinheit 
sitzt und nicht zwischen Schalteinheit und GND. Ist der Eingang auf +24V 
gelegt, fließt ein kleiner Strom von 8,5mA. Daraus ergibt sich eine 
Ohmscher Widerstand von 2,7kOhm. Da ein Relais überlicherweise 
wesentlich höhere Ströme ziehen (>50mA)denke ich mal, dass die Last 
keine Induktivität besitzt.
Ich habe mit Crocodile Physics (heute Yenka) im Anhang beigefügte 
Schaltung erstellt. LAut dieser Simualtion sollte die Schaltung 
funktionieren.
Leider ist der Transistor auch durchgeschaltet, wenn im Raspberry der 
GPIO auf LOW gesetzt ist.
Was habe ich falsch gemacht?

Stefan

: Bearbeitet durch User
von Matthias L. (lippy)


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Benutze einfach einen NPN, welcher durch den 3V3 Steuereingang 
eingeschaltet wird. Dieser schaltet einen PNP, welcher die 24V schaltet.

Ich würde allerdings eher einen 3V3 kompatiblen HighSide Switch nehmen 
und fertig.

zb BTS410

von MaWin (Gast)


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Stefan E. schrieb:
> Was habe ich falsch gemacht

Eigentlich nichts.

Aber damit die Schaltung wie in der Simulation funktioniert, in der du 
plus der 3.3V mit plus der 24V verbunden hast, müssen zuvor die 
Spannungsquellen voneinander unabhängig gewesen sein.

Das ist bei deinem realen rPi wohl nicht der Fall.

von MaWin (Gast)


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Übrigens ist der Transistor natürlich eingeschaltet wenn der GPIO auf 
Low ist und aus wenn er High oder Eingang ist.

von Georg M. (g_m)


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Matthias L. schrieb:
> Benutze einfach einen NPN, welcher durch den 3V3 Steuereingang
> eingeschaltet wird. Dieser schaltet einen PNP, welcher die 24V schaltet.
>
> Ich würde allerdings eher einen 3V3 kompatiblen HighSide Switch nehmen
> und fertig.
>
> zb BTS410

Oder z.B. (23 x 16 mm):
Ebay-Artikel Nr. 173712847440

von HildeK (Gast)


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Stefan E. schrieb:
> Leider ist der Transistor auch durchgeschaltet, wenn im Raspberry der
> GPIO auf LOW gesetzt ist.
> Was habe ich falsch gemacht?

Mehreres.
- du hast nicht das gezeichnet, was nicht geht, denn wo ist der RasPi?
- Ein GPIO ist kein Schalter, der offen sein kann.
- Man verbindet für gewöhnlich die GNDs.

Ansonsten ist die Dimensionierung um den PNP plausibel.

So geht es, und Beispiele dafür gibt es im Forum unzählig viele:
Matthias L. schrieb:
> Benutze einfach einen NPN, welcher durch den 3V3 Steuereingang
> eingeschaltet wird. Dieser schaltet einen PNP, welcher die 24V schaltet.

Du musst einen NPN mit dem GPIO betriben, mit Emitter auf Masse, die 
auch die Masse vom RasPi und von der Steuereinheit ist. Dessen Kollektor 
geht dann an die 4k7 in deiner Zeichnung, der dann allerdings deutlich 
größer sein kann - z.B 22k.

Eine andere Variante wäre ein Optokoppler, dann braucht man auch keine 
gemeinsame Masse RasPi <-> Steuereinheit.

von batman (Gast)


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Stefan E. schrieb:
> Leider ist der Transistor auch durchgeschaltet, wenn im Raspberry der
> GPIO auf LOW gesetzt ist.

Ja, wie auch bei HIGH, denn der Spannungsunterschied zwischen den 
Zuständen ist hier unbedeutend.

von Stefan E. (schmantibus)


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Danke für die vielen ANtworten.
JA, es gibt viele Beispiele hier im Forum, auch im Raspberry Pi Forum.
Leider haben alle diese Beispiele als Last eine Leuchtdioden mit sehr 
geringer Leistungsaufnahme , die im Collektorstrang eines NPNs steckt.
ICh dachte, mit einem PNP müsste das bei mir funktionieren, da die 
beiden Spannungsquellen komplett voneinander getrennt sind. In der 
Zeichnung habe ich den Raspberry durch die 3.3V links im Bild 
"Simuliert", da der Raspberry auf einen Pin des GPIO Ports ein high = 
3,3V setzten kann, mit maximal 19mA LAst. Im Zusatand Low hängt der 
Anschluss in der Luft.Aus diesem Grunde einfacher Schließer hinter einer 
3,3V Spannungsquelle.
Ich werde morgen einmal die Schaltung mit dem vorgeschalteten NPN 
versuchen und dann berichten. Der Optokoppler ist bereits bestellt - 
kommt aber erst wahrscheinlich in drei Wochen -
 Bis dahin möchte ich die Wallbox über das Handy schalten können
Gruß
Stefan

von batman (Gast)


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Low = Luft? Das hab ich aber was anderes gehört.

von Stefan E. (schmantibus)


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So, es hat etwas gedauert.
Bin nicht besonders fit in dieser MAterie, wie Ihr sicher bereits 
bemerkt habt.
LAut Yenka läuft die Simulation einwandfrei.
Ich werde morgen das zusammenlöten und berichten...
Gute Nacht

von HildeK (Gast)


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Stefan E. schrieb:
> So, es hat etwas gedauert.

Ging doch schnell :-) und ist auch fast perfekt.
Nur fast, weil der Spannungsteiler 10k/2.7k am NPN ist nicht ordentlich 
dimensioniert.
Die 2.7k sind zu klein oder die 10k zu groß. Rein rechnerisch bleibt da 
für die Basis fast kein Strom übrig - je nach Transistor oder 
Temperatur. Kann so gehen, oder auch nicht.
Deshalb: die 2.7k sollten wesentlich größer sein oder die 10k kleiner.
Nimm zweimal den selben im Bereich 1k ... 10k.

Der BE-Widerstand ist nur da, dass beim Reset des μC der Transistor aus 
bleibt und, weil er die LOW-Schwelle etwas anhebt: LOW von einem Ausgang 
ist oft mit bis zu 0.8V angegeben, zweimal 4k7 lassen dann in dem Fall 
UBE nicht über 0.4V ansteigen.

von Michael B. (laberkopp)


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Stefan E. schrieb:
> ICh dachte, mit einem PNP müsste das bei mir funktionieren, da die
> beiden Spannungsquellen komplett voneinander getrennt sind.

Dann funktioniert deine ursprüngliche Schaltung.
Der Fehler liegt woanders, eventuell weil du glaubst, bei LOW wäre AUS 
und bei HIGH ist es AN, es verhält sich umgekehrt.

Stefan E. schrieb:
> Ich werde morgen einmal die Schaltung mit dem vorgeschalteten NPN
> versuchen und dann berichten.

Brauchst du eigentlich alles nicht.

von HildeK (Gast)


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Michael B. schrieb:
> Stefan E. schrieb:
>> ICh dachte, mit einem PNP müsste das bei mir funktionieren, da die
>> beiden Spannungsquellen komplett voneinander getrennt sind.
>
> Dann funktioniert deine ursprüngliche Schaltung.

Komplett voneinander getrennt sind sie ja nicht. Laut Zeichnung sind die 
24V und (vermutlich) die 3.3V miteinander verbunden. Eine unübliche 
Variante, aber nicht unmöglich.
Wenn nicht, dann kann sie nicht funktionieren.

Deshalb wäre ein gesamter Schaltplan mit allen Spannungsquellen und den 
Verbindungen schon ganz früh sinnvoll und notwendig gewesen.

Eine sehr einfache und richtige Lösung, wenn doch beide Systeme getrennt 
bleiben sollen, ist ein Optokoppler:
1
       VCC_Pi(3V3)                 VCC_Steuerung (24V)
2
        +                               +
3
        |                   .-----------+
4
                            |           |
5
           ___              |     .-----o---------.
6
  Pi-IO --|___|----.        |     |               |
7
          220R     |        |     |               |
8
                   |     <|/      |               |
9
                   V ->  <|       |               |
10
                   -     <|>      |               |
11
                   |        |     |               |
12
          ---------'        '-----o Steuerung     |
13
         |                        |               |
14
        ===        Optokoppler    '----o----------'
15
       GND_Pi                          |
16
                                      ===
17
                                      GND_Steuerung
18
19
(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

von Matthias L. (lippy)


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>Eine sehr einfache und richtige Lösung

Ich würde nur empfehlen, die Diode des Optokopplers und dessen 220R 
Vorwiderstand zu vertauschen. Das ist funktionell identisch, hat aber 
den Vorteil, das man einfach durch Messen der Spannung über dem 
Widerstand (gegen Masse) den Strom ermitteln kann.

von Stefan E. (schmantibus)


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HAllo
ich habe gestern die Schaltung nicht mehr fertiggestellt. Heute bin ich 
aber dazu gekommen. Und , siehe da, sie funktioniert einwandfrei.
Ich danke allen fleißigen Mitgliedern, die mich in meinem Projekt 
unterstützt haben. Ich bin freudig überrascht so viel kompetente 
Unterstützung bekommen habe.
Die Lösung habe ich wired, also ohne Platine einfach mit 
Schrupfschleuchen realisiert - bin mal gespannt, wie lange das da 
draußen bei derart großen Temperaturschwankungen funktioniert ;-)

von HildeK (Gast)


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Stefan E. schrieb:
> Und , siehe da, sie funktioniert einwandfrei.

Das freut mich, auch deine Rückmeldung dazu!

> Die Lösung habe ich wired, also ohne Platine einfach mit
> Schrupfschleuchen realisiert - bin mal gespannt, wie lange das da
> draußen bei derart großen Temperaturschwankungen funktioniert ;-)

Das könnte man beurteilen, wenn man den Aufbau sieht.
Bei großen Temperaturschwankungen kann ein Aufbau ohne Platine sogar von 
Vorteil sein.
Früher, bei den alten Röhren-TVs, gab's schon ab und zu kaputte 
Lötstellen zur Platine in Bereichen, die großen Temperaturschwankungen 
ausgesetzt waren.

von Jens G. (jensig)


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>Früher, bei den alten Röhren-TVs, gab's schon ab und zu kaputte
>Lötstellen zur Platine in Bereichen, die großen Temperaturschwankungen
>ausgesetzt waren.

Ob das hier relevant ist?

von HildeK (Gast)


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Jens G. schrieb:
> Ob das hier relevant ist?

Nicht verstanden? Es war nur ein Praxisbeispiel!
Alte TV-Geräte - große Temperaturschwankungen - vorgefundene kaputte 
Lötstellen, weil die thermischen Ausdehnungen an diesen zerren.
Bei 'fliegendem' Aufbau sehe ich das entspannter, das waren seine 
Bedenken ...

von Manfred (Gast)


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HildeK schrieb:
> Nicht verstanden? Es war nur ein Praxisbeispiel!

Das ist ein praxisfremdes Beispiel, der BC557 ist keine Röhre und 
funktioniert ohne Heizfaden.

> Alte TV-Geräte - große Temperaturschwankungen - vorgefundene kaputte
> Lötstellen,

Ältere Leute kennen das Problem zur Genüge, der Spitzenreiter war das 
seitlich hochkant eingebaute Kuba-Chassis.

Stefan E. schaltet eine geringe Last und hat ohne Leiterplatte 
aufgebaut. Wenn er auch nur einigermaßen löten kann, sind keine Probleme 
zu erwarten

Die Schaltung ansich ist unkritisch und wird auch größere Abweichungen 
der Nenndaten der Halbleiter tolerieren. Wenn überhaupt, spinnt das 
Gebilde wegen eindringender Feuchtigkeit.

von Stefan E. (schmantibus)


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Manfred schrieb:
 Wenn er auch nur einigermaßen löten kann, sind keine Probleme zu 
erwarten

Klingt vielversprechend...

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