Transistor Spannung?
Hallo Community,
Ich möchte mir für meinen Raspberry-PI einen NPN-Transistor zulegen, damit ich die vergleichsweiße kleinen Ströme mit 3,3V über einen Transistor auf höhere 5V Ströme bekomme, um Gerätschaften anzutreiben. Jedoch verstehe ich noch nicht ganz wie ich das regeln muss, damit der Stromkreis geschlossen ist bei dem 3,3V PI Ausgang.
Ich habe einen geschlossenen getrennten Stromkreis mit den Gerätschaften. Dazwischen kommt der Transistor um den Stromkreis zu öffnen oder zu schließen. Dieser Transistor soll nun von dem PI gesteuert werden. Jedoch führt nur ein Kabel vom Output vom PI zum Transistor. Reicht das oder muss ich auch hier einen fließenden Stromkreis haben, indem ich noch irgendwie ein weiteres Kabel mit Ground vom PI verbinde (wenn ja wie?).
Dazu weiß ich auch nicht, wie groß die entsprechenden Widerstände sein müssen. Gibt es da für diesen speziellen Fall Schaltpläne?
Wäre nett wenn man es einfach erklärt wird.
7 Antworten
Dass die Massen verbunde werden müssen, hat Michi ja schon gesagt - das geht natürlich nur, wenn die Potentiale der beidn Geräte getrennt sind. Bei den üblichen 220V- Stromversorgungen ist das der Fall.
Basiswiderstand:
Nehmen wir an, du hast eine Open-Kollektor Schaltung, der Ausgang des Raspberry ist auf "Hi" bei 3 Volt, und die Stromverstärkung des Transistors liegt bei ungefähr 200, und der Verbraucher zwischen +5V und Kollektor braucht 100mA...
Dann sollte der Basisstrom etwa das 5-fache von 100mA/200 betragen, also sagen wir 0.5 mA * 5 also 2.5 mA
Da die Basis-Emitter-Spannung immer ca. 0.65 Volt beträgt, rechnen wir
(3V - 0.65V) / 2.5mA = 2.35V / 2.5mA = 0.94 kOhm .. nehmen wir 1kOhm als Basis-vorwiderstand
Falls Du eine andere Schaltung hast gibt es für diese ebenso andere Berechnungen. Leider ist es schwer, hier Schaltungen zu zeichnen, aber ich denke du wirst im Internet genug finden !
1) Es geht darum, daß es erlaubt ist, die Massen zu verbinden. Entweder sie müssen galvanisch getrennt sein, z.B. weil beide Stromversorgungen über Transformatoren geschaltetsind, oder weil es zwei Batterien sind, oder sie haben von vorneherein dieselbe Masseleitung, wie es z.B. bei einem Comuternetzteil, das 12V, 5V und 3.3V gleichzeitig bereitstellt, der Fall wäre
2) Wir wollen für Schaltzwecke den Transistor übersteuern. Mit dem Stromverstärkungsfaktor würden wir berechnen, welcher Strom am Kollektor fließen würde, wenn man Kollektor und Emitter direkt mit der Spannungsquelle verbinden würde. Aber das bedeutet dann ja auch, dass der T. selber für den gewünschten Zweck ein zu schlechter Leiter wäre, und mit einem 5-20 fachen Basisstrom wird das Schaltverhalten im durchgeschalteten Zustand besser.
3) Viel mehr als 0,7 V geht gar nicht, das ist durch die Bauweise des T. bestimmt, die Kennlinien streuen nur sehr gering. Dann würde übrigens nicht mehr Strom sondern etwas weniger fliessen, weil für den Basisvorwiderstand weniger Spannung übrig bleibt. Gefährdet ist der T. nur,wenn der maximale Basisstrom überschritten wird, und der ist viel höher.
Was würde passieren, wenn ich die Verbindung zu der Masse direkt vom Ausgang des PI weglasse? Letztendlich fließt ja kein Strom mehr, wenn der PI nichts mehr ausgibt, wäre da nicht der Widerstand von 0,65V beim Transistor genug?
Ansonsten habe ich wie gesagt den PI mit 3,3 V und eine Batterie mit 5V, muss ich da auf irgendetwas mit der Galvanischen Trennung achten oder passt das so?
Eine Batterie ist vom PI von sich aus getrennt, das paßt schon.
Nochmal zur Klarstellung :
Wir haben zwei Stromkreise.
A) PI Ausgang -> Basisvorwiderstand -> Basis des Transistors -> Emitter -> Masse -> PI Masse
B) 5-Volt-Batterie-Pluspol -> Lämpchen (oder LED+Widerstand) als Verbraucher -> Kollektor -> Emitter -> Masse -> 5-Volt-Batterie-Minuspol
Die beiden Stromkreise benutzen nur das Leitungsstück vom Emitter bis zur Masse gemeinsam. Müssen sie auch, sonst funktioniert der Transistor nicht.
Hoffe jetzt wird die Sache klar.
Du kannst im Internet nach Transistor-Grundschaltungen suchen, z.B. hier
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0208031.htm , das zweite Bild von oben.
In deinem Fall wäre
Ue : Eingangsspannung deiner Schaltung, es kommen wahrscheinlich vom PI ca. 2.5 - 3 V wenn der Ausgang auf "1,high" steht, und auf "0,low" wohl etwa 0.4 V
Rv : Basisvorwiderstand, ungefähr 820 oder 1000 Ohm
Ube : Basis-Emitter-Spannung, liegt durch die Bauweise des Transistors bedingt etwa zwischen 0.6 und 0.7 Volt.
Rc : dein Verbraucher, z.B. Lämpchen
Ub : Die Batterie
Mit einem Transistor kann man die 5V nur gegen Masse schalten. Mit einer Kombination von einem npn und einem pnp Transistor kann man das positive Potential schalten.
Die Schaltung ist verhältnismäßig empfindlich und nimmt sehr wenig Strom auf, kann aber 300 mA Strom liefern. Der BD140 kann auch durch einen P-Kanal Mosfet ersetzt werden, wenn der Basiswiderstand weggelassen wird. Dann können bis zu 60A geschaltet werden (bei ausreichender Kühlung)
Nur als Zusatz zu den bisherigen Antworten: Du schreibst "Gerätschaften" antreiben... - daraus schließe ich du willst 220V Geräte schalten. Das ist nicht trivial und sogar gefährlich und funktioniert auch nicht mit einem Transistor. Weil du so gar keinen Plan von Elektronik hast rate ich Dir, dich erst noch mal intensiv mt dem Thema zu beschäftigen und für die 220V Sachen entweder einen gut informierten Freund zu bitten oder dir was Käufliches anzuschaffen. SainSmart hat viel Auswahl.
Viele Grüße,
und wir haben alle mal angefangen, aber bitte nicht gleich mit 220V....
Alles klar, 5 V Experimente sind ja kein Ding, kann man auch viele schöne Sachen mit machen. Du hast ja sicher Literatur dazu, wenn nicht, empfehle ich mal die Zeitschrift PC-Welt Hacks, da gibt es immer schöne Themen-Hefte. Oder RaspberryPi Geek und natürlich Bücher für Einsteiger. Viel Spaß!
Ähh Danke für den Hinweis, natürlich bin ich nicht so lebensmüde, gebe selber zu weniger Ahnung zu haben. Ich bleibe bei dem Beispiel von 5V und Strömen in mA-Bereich. Trotzdem Danke.
Du musst die Massen beider Kreise verbinden.
oder:
du nimmst einen Optokoppler. Das ist ein Foto-Transistor, der optisch über eine LED angesteuert. Dann sind die beiden Kreise komplett entkoppelt.
D.h. der Spannungsunterschied macht nichts aus (von 3,3V und 5V)?
Ich frage nur zur Sicherheit, eigentlich sollte ja die Spannung "verbraucht" werden.
Das heißt Plus Pol vom Raspberry in die Basis und den anderen Stromkreis über Emitter und Kollektor einbinden. Zum Schluss dann den Minus Pol von dem anderen Stromkreis mit der Masse/Ground vom PI verbinden?
... "einen NPN- Transistor zulegen"... die Dinger kosten ein paar wenige Cent; also legt Dir nicht einen sondern 5 oder 10St. zu denn wenn Dir einer davon kaputt geht kostet Dich der Weg zum Laden mehr als die Sache Wert ist.
Weiterhin haben Ströme keine Volt sondern mA. Beim Transistor gibt es eine maximale Spannung und einen maximalen Strom; aber: Die maximale Verlustleistung darf nicht überschritten werden. Du kannst daher nicht den Transistor mit maximalen Spannungsabfall UND bei maximalen Strom zeitgleich betreiben... sonst raucht er weg!
Wenn ich mir Deine Frage weiter durchlese fällt schon ziemlich auf, daß Du so ziemlich gar keine Ahnung von Transistoren hast. Daher solltest Du Dir einfach mal Transistor- Grundschaltungen anschauen damit Du den Transistor richtig in die zu schaltenden Stromkreise reinbaust. In Deinem Fall, wenn Du einen NPN nimmst, mußt Du die Masse des zu steuernden Stromkreises schalten, weil Du Dir ansonsten an der Basis-Emitter-Strecke die Spannung selbst wegnehmen wirst (wenn Du es am gleichen Netzteil betreibst).
Ansonsten gibt es auch PNP- Transistoren, die üblicherweise eingesetzt werden, wenn der Plus geschaltet wird.
Mfg
Der PNP Transistor hätte tatsächlich dann den Vorteil, daß der Verbraucher zwischen Ausgang und Masse sitzt, und bei TTL Pegel hat man auch einen höheren hereinfließenden Strom, als man einen herausfließenden Strom hätte - aber das hängt vom PI - Chip ab.
Danke dafür :) Ich habe noch eine kleine Frage. (Genauer gesagt 3 es tut mir leid)
1)Was meinst du mit Potentiale der beiden Geräte? Ich habe es nämlich nicht vor mit 220V Stromversorgung zu betreiben.
2) Was meinst du mit 0.5mA * 5 = 2,5 mA, es ist doch auf beiden Seiten mA. Ich verstehe es da nicht ganz, ich habe 100mA gewünscht, deswegen muss bei einer Verstärkung von 200 der Basisstrom 0,5 mA sein. Warum muss ich das mit 5 multiplizieren?
3) Was passiert, wenn mehr als die 0,65V abfallen müssen, weil ich sicher gehen möchte und einen etwas kleineren Widerstand nehme? Fließt dann nur mehr Strom oder kann ich wirklich etwas zerstören?
Würde mich freuen, wenn du mir bei den Frage helfen würdest. Du hast es gut und einfach dargestellt.