Lüftersteuerung - Transistorschaltung

  • Hallo Zusammen,


    ich wollte meinem Pi3 einen Lüfter spendieren und habe bei Amazon ein Geäuse incl. einem kleinen 2,5 cm Lüfter erstanden.


    Wenn ich den Lüfter ganz normal an einen der 5V Pins und einen GND Pin anschließe dreht der Lüfter ordentlich und schnell, so dass auch eine gewisse "Wirkung" spürbar ist.


    Wen ich jedoch eine Transistorschaltung aufbaue, so wie in dieser Anleitung beschrieben: How-To Lüftersteuerung, dreht der Lüfter merklich langsamer und klackert eine Wirkung ist auch nicht mehr spürbar.


    Verwendet habe ich einen Transistor mit der Bezeichnung BC 547 B 011. Als Basiswiederstand habe ich verschiedene ausprobiert und festgestellt, dass sich der Lüfter nur bei einem Basiswiederstand im Bereich 4kOhm bis 5,7 kOhm arbeitet (Aber eben nicht zufriedenstellend). Bei einem Basiswiderstand ober oder unterhalb dieser Werte dreht der Lüfter nicht.


    Nähere Angaben zum Lüfter kann ich leider nicht machen: Auf dem Etikett steht nur 5V DC (und Made in China)


    Frage(n):
    - Warum dreht der Lüfter bei der Transistorschaltung langsamer? Nach meinen Messungen liegt dann auch eine Spannung von 5 V an.
    - Kann ich das Problem durch die Verwendung eines anderen Transistors beheben?
    - Sollte ich mir einen anderen Lüfter zulegen?


    - Welche Kombination aus Lüfter und Transistor könnt Ihr empfehlen?


    Vielen Dank für Eure Hilfe


    Gruß
    kamaro

  • Hallo kamaro,


    herzlich Willkommen in unserem Forum!


    Leider verrätst Du nicht wirklich Anhaltspunkte, um Dir gezielt weiterhelfen zu können.


    Welches Skript setzt Du ein? Bei welchem Skript gibt es Probleme?


    Es gibt vom BC547 die Typen A B und C. In Deinem Link wird nur von BC547 geschrieben. Jeder reagiert anders und verhält sich nach Anschluss von Widerständern anders (s. Kennlinien in den Datenblättern).


    Zu Deinen Fragen:



    ich wollte meinem Pi3 einen Lüfter spendieren und habe bei Amazon ein Geäuse incl. einem kleinen 2,5 cm Lüfter erstanden.


    Wozu? Betreibst Du ihn mit 100% CPU-Auslastung in einem kleinen Gehäuse. Fast immer sind Lüfter beim Betrieb des Raspberry Pi überflüssig.




    Wenn ich den Lüfter ganz normal an einen der 5V Pins und einen GND Pin anschließe dreht der Lüfter ordentlich und schnell, so dass auch eine gewisse "Wirkung" spürbar ist.


    Dann funktioniert er!



    Wen ich jedoch eine Transistorschaltung aufbaue, so wie in dieser Anleitung beschrieben: How-To Lüftersteuerung, dreht der Lüfter merklich langsamer und klackert eine Wirkung ist auch nicht mehr spürbar.


    Dann funktioniert die Schaltung oder das nicht erwähnte Skript nicht.


    Wenn Du Dich an die Anleitung gehalten hast, dann hängt der Transistor am GPIO14. Dies ist die serielle Schnittstelle (TxD) des RPi. Das heißt hier werden beim Booten alle Zeichen, die Du sonst auf dem Bildschirm sehen kannst, als Bit-Muster auf die Schnittstelle ausgegeben. Die Lüfterschaltung sieht dann nur AUS-EIN-AUS-AUS-AUS-AUS-AUS-EIN. Und auf dem Bildschirm erscheint der Buchstabe A. Dein Lüfter geht aus, ein, aus, ... ein.


    Das erscheint mir nicht so sinnvoll.


    Nachdem Hochfahren verhält sich der GPIO14 wie ein ganz gewöhnlicher GPIO.


    Entweder wechselst Du den GPIO-Pin von 14 auf 17 (ein ganz beliebter Pin für Experimente) und passt die Skripte entsprechend an. Oder Du suchst nach Tutorials, wie Du die serielle Schnittstelle "austreibst". Wo GPIO 17 sitzt, verrät Dir eine Suche nach

    Code
    Raspberry Pi GPIO Pin Layout




    Verwendet habe ich einen Transistor mit der Bezeichnung BC 547 B 011. Als Basiswiederstand habe ich verschiedene ausprobiert und festgestellt, dass sich der Lüfter nur bei einem Basiswiederstand im Bereich 4kOhm bis 5,7 kOhm arbeitet (Aber eben nicht zufriedenstellend). Bei einem Basiswiderstand ober oder unterhalb dieser Werte dreht der Lüfter nicht.


    s. Datenblatt des Transistors - und Dir mag ein Licht aufgehen.





    Frage(n):
    - Warum dreht der Lüfter bei der Transistorschaltung langsamer? Nach meinen Messungen liegt dann auch eine Spannung von 5 V an.


    Ursachen: Schaltung, Pin (alternative Funktionalität UART), Widerstand, Skript, ..., gemeinsame Masse hast Du?



    - Kann ich das Problem durch die Verwendung eines anderen Transistors beheben?


    Ja - und/oder anderer Widerstand


    - Sollte ich mir einen anderen Lüfter zulegen?


    Warum solltest Du? Er funktioniert doch!



    - Welche Kombination aus Lüfter und Transistor könnt Ihr empfehlen?


    Mach doch erst mal Deinen funktionsfertig! Dabei wirst Du ganz viel lernen und brauchst dann keinen anderen Lüfter - vielleichst brauchst Du generell keinen...



    Beste Grüße


    Andreas


    EDIT: Meigrafd war schneller - ich bin da hier raus (ist besonders Elektrothemen ratsamer)

    Ich bin wirklich nicht darauf aus, Microsoft zu zerstören. Das wird nur ein völlig unbeabsichtigter Nebeneffekt sein.
    Linus Torvalds - "Vater" von Linux

    • Icon-Tutorials (IDE: Geany) - GPIO-Library - µController-Programmierung in Icon! - ser. Devices - kein Support per PM / Konversation

    Linux is like a wigwam, no windows, no gates, but with an apache inside dancing samba, very hungry eating a yacc, a gnu and a bison.

    Edited once, last by Andreas ().

  • Wie meigrafd schon schrieb, der BC547 kann nicht viel Strom, aber ist sehr günstig.
    Der ZTX649 kommt auch in einem TO-92 Gehäuse, kann aber wesentlich mehr, kostet aber auch dementsprechend. 0,80 €/Stck.
    http://eu.mouser.com/ProductDe…Zh%2F7EPPKnvTwZLnwA%3D%3D


    https://www.diodes.com/assets/Datasheets/ZTX649.pdf
    Während der BC547 im 100er Pack gerade mal 2 € kostet.

  • 3,3 V /6800Ohm = 0,4 mA
    Bei einem B-Transistor mit Verstärkungsfaktor 100-200 sind das im schlechtesten Fall 40 mA - zu wenig!


    Nimm einen kleineren Widerstand 3,3 / 0,01 = 330 Ohm (etwas größer geht auch - bis ca 1 KOhm sollte es noch gehen), dann sollte es klappen. Max 10 mA Steuerstrom, das hält der GPIO aus.
    Bei 100-fach Versärkung hast du dann max. 1000 mA - das sollte für deine Turbine reichen.
    Ggf. einen Transistor BC 547C (Verstärkung 200-400)


    Dass der Transistor unter 4 KOhm nicht arbeitet, kann ich nicht nachvollziehen. Teste das nochmal!
    Hast du Widerstände zwischen 1000 und 330 Ohm ausprobiert?
    Wie schaltest du den Transistor? Erstmal mit einem einfachen Python-Programm?
    Konfiguriere den GPIO mit Pulldown. Probiere mal andere GPIOs.

    Oh, man kann hier unliebsame Nutzer blockieren. Wie praktisch!

    Edited once, last by Gnom ().

  • Servus kamaro,


    hier z.B. findest Du ein wenig Hintergrund-Wissen: -> Grundschaltungen Transistor <- bzw. in Deinem Fall interessant der Unterpunkt -> Treiber-Schaltung <- ...


    //EDIT:


    ... Max 10 mA Steuerstrom, das hält der GPIO aus.


    vermutlich ja, jedoch halte ich das nicht für ratsam ... ( 2 - 3 mA haben sich in den vergangenen Jahren allgemein manifestiert und bewährt ).



    cu,
    -ds-


  • Ich würde niemandem raten, mehr als 2 mA aus dem GPIO zu ziehen, schon gar keinem Anfänger.
    Der BC547 A hat ein hFE 110 ~ 220
    Der BC547 B hat ein hFE 200 ~ 450
    Der BC547 C hat ein hFE 420 ~ 800
    Trotzdem kann er nicht mehr Strom Collector->Emitter.
    Der ZTX649 kann mehr. Zum simulieren der Schaltung kannst du ein Programm wie z.B. LTSpice nehmen und virtuell messen, wieviel Strom durchfliesst.

  • Ich sag ja, maximal - er hält sogar 20.
    Ein ähnlicher Lüfter schnell mal gegoogelt, braucht 150 mA. Bei 100-fach Verstärkung reichen also 1,5 mA, entspricht 2200 Ohm, das ist aber dann grenzwertig.
    Ist die Verstärkung 80 fach, weil er in einem ungünstigen Bereich läuft und der Lüfter braucht 220 mA, dann liegen wir schon bei 1200 Ohm.
    Der 5 V Ausgang beim Pi (3) könnte im günstigen Fall bis ca. 1500 mA liefern (hängt ja direkt an der 5 V Versorgungslinie - korrigiert mich, wenn ich mich irre). Wenn der Lüfter so viel schluckt, sollte man aber einen anderen kaufen. :^^:
    Also mit 1 KOhm haben wir sicher einen guten Kompromiss (3,3 mA).
    Er kann sich ja rantasten. Man sollte Transistoren aber auch nicht im kritischen Bereich betreiben. Vorbehaltlich genauerer Betrachtungen sollte der Widerstand also weder zu groß, noch zu klein bemessen sein. 2 mA ist prinzipiell ok, sofern der Verstärkungsfaktor dann für die Last reicht.

    Quote


    Um den Transistor durchzuschalten, muss er mit einem Basisstrom angesteuert werden. Man begrenzt den Basisstrom durch einen Widerstand, den Basiswiderstand. Der Widerstand darf weder zu groß, noch zu klein sein. Ist er zu groß, schaltet der Transistor nicht voll durch und es entsteht zuviel Verlustleistung am Transistor, wodurch er zerstört werden kann. Ist er zu klein, saugt er zuviel Basistrom aus dem Ausgang des Mikrocontrollers, der dann ggf. überlastet wird. (Quelle: hier)


    Automatisch zusammengefügt:
    [hr]


    Ups, da bin ich wohl in der Zeile verrutscht. Also, dann nehmen wir 2KOhm! :blush:
    Also, jeder Anfänger schließt als allererstes eine rote LED mit nem 68 Ohm Widerstand direkt an den GPIO - bei 20 mA (ok, genau 17,65). Wo ist da das Problem?
    Angsthasen nehmen halt 120 Ohm. :lol:

    Oh, man kann hier unliebsame Nutzer blockieren. Wie praktisch!

    Edited once, last by Gnom ().


  • Ich sag ja, maximal - er hält sogar 20.


    So eine Aussage, ganz alleine stehend ohne genauere Infos, ist ziemlich gefährlich!


    Ich hab kein Bock das noch mal wiederzukauen, Fakt ist: alle GPIO's dürfen insgesamt nicht mehr als 51mA ausgeben. Ein einziger nicht mehr als 16mA.


    Wenn Du Spass daran hast deine HW grenzwertig kurz vorm durchbrennen zu betreiben - nur zu. Aber bitte nehme Abstand davon Anfängern solchem Leichtsinn auszusetzen.


    Darüber weiter zu diskutieren ist hier der falsche Ort.


  • Da stimme ich dir wiederum voll zu. So lange es nur um den einen Anschluss geht und der 10 mA zieht, sollte das kein Problem sein. Skalieren kann man das nicht!

    Oh, man kann hier unliebsame Nutzer blockieren. Wie praktisch!


  • ... Also, jeder Anfänger schließt als allererstes eine rote LED mit nem 68 Ohm Widerstand direkt an den GPIO - bei 20 mA (ok, genau 17,65).


    Einspruch ... nicht jeder ... zumindest keiner, der hier im Forum vorher nachgefragt hat.
    Und das hat mit "Angsthasen" nix zu tun sondern mit Respekt vor fremdem Eigentum ;)


    btw: und hier wird ihm in der Regel geraten eine rote UH LED mit einem Vorwiderstand von 680 Ohm zu verwenden ... zumindest von mir
    Übrigens würden bei einer roten LED mit 68 Ohm afaik fast 30 25 mA fliessen ( nicht 20! Kannst Du ja mal -> hier <- nachrechnen ...
    //EDIT: lt. oben verlinktem Rechner 25 mA ...


    cu,
    -ds-

  • Hallo,
    vielen Dank für die vielen Reaktionen.


    Aus den Antworten entnehme ich, dass ich mich erst einmal mit Transistoren und Datenblättern beschäftigen muss.
    Einige Fragen will ich jedoch beantworten und Infos liefern:


    Dass der Transistor unter 4 KOhm nicht arbeitet, kann ich nicht nachvollziehen. Teste das nochmal!
    Hast du Widerstände zwischen 1000 und 330 Ohm ausprobiert?


    Damit der Transistor mehr Strom liefert, habe ich die Schaltung mit schrittweise kleinerem Basiswiederstand getestet. Unter 4 kOhm zuckte der Lüfter kurz und blieb dann stehen. Ich werde aber nochmal versuchen nur die Spannung zu messen (Ohne den Lüfter anzuschließen) um zu sehen ob der Transistor arbeitet.
    Ursache kann nach Eurer Beschreibung nur sein, dass der Lüfter oder der Pi bei kleinerem Basiswiedersand (=zu viel Strom?) abschaltet?


    Wie schaltest du den Transistor? Erstmal mit einem einfachen Python-Programm?


    Ich habe (in meinem Versuchsaufbau) bisher ein kleines Python Skript geschrieben um den Lüfter einzuschalten und ein Skript um den Lüfter auszuschalten. Dazu habe ich de PIN 8 (Board) verwendet. Ich werde es aber auch mal (wie von Euch empfohlen) mit einem anderen GPIO testen.


    Gruß
    kamaro

  • 3mA aus dem GPIO
    Ube vom Trasi mal mit 1V also am Basiwiderstand 3,3V -1V = 2,3V bei 3mA gibt das einen RV von 680-820 Ohm
    für Uce sat mal 3fachen Überstom angenommen also gilt für den Collectorstom 1mA x Hfe oder ß mindestens 100 für 100mA und für 800mA mndestens 800


    Einen BC mit 800mA ist leicht zu finden BC517
    https://www.onsemi.com/pub/Collateral/BC517-D.PDF
    aber der ist Darlington und braucht eher 2V an der Basis -> 3,3V - 2V = 1,3V bei min Verstärkung von 30000 sind 1A am Collector schon mit 0,03mA erreicht, damit ergibt sich der Basiswiderstand zu 1,3V / 1mA = 1,3 kOHM


    Aber der Lüfter sieht im schlechtesten Fall nur 4V -> 5V - 1V Uce sat.

    lasst die PIs am Leben !
    Energiesparen:
    Das Gehirn kann in Standby gehen. Abschalten spart aber noch mehr Energie, was immer mehr nutzen. Dieter Nuhr
    (ich kann leider nicht schneller fahren, vor mir fährt ein GTi)

  • Hier mal eine recht interessante Quelle zur internen Funktion der GPIOs. Wenn ich das richtig verstehe, kann man mit 16 mA an den Ausgängen den Pi nie zerstören (selbst, wenn man alle gleichzeitig mit 16 mA anzapft). Es bricht dann lediglich die Spannung auf weniger als 1,3 V ein und das Ganze funktioniert nicht mehr. Für mehr als 16 mA gibts nach dieser Darstellung allerdings keinerlei Garantie. Kurzschluss an einem Ausgang führt demnach allerdings schnell zum Ableben!


    Wenn der Lüfter direkt an 5V angeschossen läuft, wieso soll er dann bei "zu viel Strom" abschalten? Da zieht er doch schon so viel wie er braucht.
    Bis > 1,7 KOhm besteht überhaupt keine Gefahr, dass der Basisstrom zu hoch ist (< 2mA).
    Auch der Pi darf bei 4 KOhm keine Probleme machen.
    Hat vielleicht der Transistor ne Macke?
    Was passiert, wenn du den Transistor nicht vom Pi ansteuerst, sondern mal direkt von den 5V mit 2,5 KOhm (2 mA) oder von 3,3 V mit 1,6 KOhm? (Pulldown-Widerstand von der Basis auf Ground nicht vergessen - 20 KOhm sollten gehen.)
    Automatisch zusammengefügt:
    [hr]
    Ich hab gerade mal ein Datenblatt eines BC847/547 angesehen. Der funktioniert nur bis ca. 100 mA Kollektorstrom, dann bricht der Verstärkungsfaktor ein.
    Wenn der Lüfter 140 mA oder mehr zieht, wie es ein schnell mal gegoogelter 5V Lüfter tut, wird das wohl nichts. Schau mal nach einem Datenblatt für deinen Transistor.


    Klar, jetzt fang ich an, das zu verstehen. Hoher Widerstand, geringer Basis- und Kollektorstrom, Verstärkung ist noch im Rahmen, aber Lüfter dreht nur mäßig, weil er zu wenig Strom bekommt.
    Kleinerer Widerstand, hoher Basisstrom, (evtl. kurzzeitig hoher Kollektorstrom, kurzes Zucken des Ventilators) dann bricht die Verstärkung ein, Lüfter bleibt stehen. :thumbs1:
    Such dir einen Transistor, der einen Kollektorstrom von 200 mA hat, damit sollte es gehen. Probiers mal mit einem 2N3904.


    Für diese Bauanleitung, auf die sich kamaro bezieht, wurde wohl ein deutlich weniger stromhungriger Lüfter benutzt...

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    Edited once, last by Gnom ().


  • Hier mal eine recht interessante Quelle....


    gähn.........................................., sorry für die Respektlosigkeit


    1. ist das alles alt und längst bekannt
    2. ist es witzlos von Chipinterna zu plaudern wenn keiner weiss ob alle Treiber eingeschaltet sind und Kernel oder Software die jederzeit wieder abschalten könnten!


    Ich warte seit ich hier bin auf ein Programm das mir den GPIO Ausgangstreiberstatus anzeigt.


    Bis jetzt Fehlanzeige, also da keiner weiss ob alle Portausgangstreiber für 16mA ein sind und das niemand zeigt bleibe ich dabei nie mehr als 3mA pro Port! Ist einfach sicherer wenn ich für andere Tipps gebe.


    Jeder selbst darf seinen EIGENEN PI nach eigenen Gutdünken überlasten, aber das gebe ich nicht als Tipp an andere.


    Weiterhin ist der PI immer noch kein Arduino und besonders an seinen GPIO spannungs- und stromempfindlich, ich bezweifel sogar die viel gezeigten Ableitdioden nach VCC und GND und Strombegrenzungs R sind auch nicht drin weswegen auch Überstrom gezogen werden kann.

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    (ich kann leider nicht schneller fahren, vor mir fährt ein GTi)


  • Nun, wenn du es schon alles läääängst weißt, sei beglückwünscht. Es ist also FÜR DICH alles alt und längst bekannt.
    Wenn ich die Quelle richtig deute ist es völlig egal, was wie ein oder ausgeschaltet ist. Mit 16 mA pro Ausgang kann man nichts zerstören. 3 mA ist ein gutes Patentrezept mit dem man in allen Lebenslagen auf der sicheren Seite ist - insofern nichts dagegen zu sagen. Aber die einzige und reine Wahrheit ist es deshalb trotzdem nicht. Wenn jemand 16 mA an drei Ausgängen braucht, geht das auch (ungeachtet anderer/besserer Lösungen natürlich). :)

    Oh, man kann hier unliebsame Nutzer blockieren. Wie praktisch!

  • Bitte nicht schon wieder diese Grundsatz-Diskussion ... :fies:
    Das bringt unseren TO nicht weiter sondern verwirrt ihn nur ... wenn er nicht eh schon ausgestiegen ist.
    Es ist vollkommen irrelevant was man alles machen kann ... hier im Forum zählt ausschliesslich das, was man einem Einsteiger/Anfänger/Fragesteller mit gutem Gewissen empfehlen kann. Und da haben sich halt die besagten 2-3 mA bewährt (übrigens nicht nur hier im Forum).


    Warum machst Du nicht einen eigenen Thread auf und diskutierst das dort bis zur Erschöpfung? Wirf mit Fachbegriffen um Dich oder finde auf eine andere Art heraus wer es richtiger weiss, den längsten hier hat oder was weiss ich.
    Aber kapere bitte nicht den Beitrag der Fragesteller.
    Vielleicht liegt's am Geltungsdrang oder der miesen Kindheit ... es muß nicht jeder alles kommentieren, nochmal mit seinen Worten wiederholen oder seine Überzeugung einbringen.
    Das ufert derzeit irgendwie aus. Ist Euch langweilig?


    Hier steht eine Frage ... und die Erwartung des TO ist eine kompetente, funktionierende und gefahrlose Problemlösung und kein Glaubenskrieg.


    genervt,
    -ds-