Drehrichtung eines 12V-Lüfters mit PWM regeln, PWM-Signal verstärken

  • Das ist falsch!

    Wenn Kollektor und Emitter vertauscht werden tut sich gar nichts, denn die Basisspannung muss bei einem NPN 0,7V höher sein als die Emitterspannung.

    Wenn der Transitor verpolt wird steht 12V am Emitter und die Basisspannung müsste 12,7V sein, damit der Transitor arbeitet.

    Der Pi hat aber nur 3,3V, damit bleibt der Transitor dauerhaft gesperrt.

    700mA Kollektorstrom können sich natürlich nur bei entsprechenden dimensionierten Kollektorwiderstand einstellen.

    Bei 12V wäre das etwa 15 Ohm.

  • Das ist falsch!

    Vorsicht mit solchen Behauptungen, bitte.

    Wenn Kollektor und Emitter vertauscht werden tut sich gar nichts

    da täuschst du dich leider gewaltig. Ein NPN Transistor besteht aus 3 verschieden dotierten Halbleiterschichten. Wenn du mal die Basis-Kollektor Strecke isoliert betrachtest, bekommst du eine PN Schicht = Diode. Wenn du also einen Strom von Basis zum Kollektor schickst, stellt sich tatsächlich ein "Transistoreffekt" ein, so dass Strom vom Emitter zum Kollektor fliesst. Probier es aus! Natürlich ist dieser Betrieb weder spezifiziert noch anzuraten.

    Sachen gibts... ;)

  • Ja, die Erfahrung habe ich auch gemacht, dass vertauschen von C und E im Prinzip auch funktioniert. Allerdings suboptimal - der Verstärkungsfaktor ist deutlich niedriger und der Transistor kann bei falscher "Auslegung" (sofern man das so nennen kann bei einer falschen Beschaltung) dabei auch drauf gehen.

    Also mit einem höheren Basisstrom könnte die Schaltung auch "verkehrt herum" funktionieren. Solche Schaltungsfehler können daher ziemlich schwierig zu finden sein...

    ...wenn Software nicht so hard-ware ;) ...

    Freue mich über jeden like :thumbup:

  • Ganz unten gibt es die Übersicht zu den Vor- und Nachteilen über Basis-, Kollektor-, und Emitterschaltung:

    https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0204133.htm


    Schaltung Emitterschaltung Basisschaltung Kollektorschaltung
    Eingangswiderstand re 100 Ω ... 10 kΩ 10 Ω ... 100 Ω 10 kΩ ... 100 kΩ
    Ausgangswiderstand ra 1 kΩ ... 10 kΩ 10 kΩ ... 100 kΩ 10 Ω ... 100 Ω
    Spannungsverstärkung Vu 20 ... 100 fach 100 ... 1000 fach <=1
    Gleichstromverstärkung B 10 ... 50 fach <=1 10 ... 4000 fach
    Phasendrehung 180° 0° 0°
    Temperaturabhängigkeit groß klein klein
    Leistungsverstärkung Vp sehr groß mittel klein
    Grenzfrequenz fg niedrig hoch niedrig
    Anwendungen NF- und HF-Verstärker
    Leistungsverstärker
    Schalter HF-Verstärker Anpassungsstufen
    Impedanzwandler

  • Da dürfte ein Missverständnis entstanden sein. "Wir" - also nurazur und ich haben eigentlich über eine falsche Beschaltung des Transistors theoretisiert. Das bringt den T.E. aber nicht weiter sondern verwirrt höchstens. Wir sollten es daher dabei belassen.

    Was gemacht werden muss um den Lüfter richtig anzusteuern wurde ja inzwischen mehrmals erwähnt...

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  • Moin, hier ist ja was los. Danke für die Hilfeversuche. Ich werde nie wieder einen Transistor ohne Basiswiderstand anschließen.

    Ich habe jetzt die Schaltung wie folgt geändert und um Missverständnisse zu vermeiden habe ich direkt in die Darstellung des Datenblattes reingekriggelt:


    Also der Kollektor ist direkt an den 3. lila (PWM)-Draht angeschlossen. Das PWM-Signal vom RPI geht über den 4.7k Widerstand auf die Basis.

    Und was soll ich sagen: Es funktioniert ... nicht. Der Lüfter dreht in gleichbleibender Richtung und Geschwindigikeit während das PWM-Signal langsam vom 0 auf 100% hochläuft und dann wieder runter.

    Also der Transistor ist heil, denn meine alte Schaltung (die mit den 330k- und den 12 V am Kollektor) geht nach wie vor. In der alten Schaltung

    pendelt die Spannung am PWM-Eingang des Lüfters zwischen 0 und ca. 5 Volt, und in der Mitte bei ca. 2,5 V ändert der Motor die Richtung.


    Einen durchgeschmorrten und verwirrten Lüfter, der meine wilden Experimente nicht schadlos überstanden hat, möchte ich ausschließen, denn ich habe noch einen zweiten baugleichen Lüfter frisch aus der Verpackung geholt, und ihn zu allererst mit der oben angegebenen (neuen) Schaltung getestet. Auch der läuft mit dieser Beschaltung stur in eine Richtung und ist von dem was an seinem PWM-Eingang passiert total unbeeindruckt.


    Also ich habe eine praktisch funktionierende Lösung, die man aber nicht erklären kann und eine theoretisch richtige Schaltung, die aber nicht funktioniert.

    Lieber wäre mir auch eine praktisch funktionierende Lösung, die man auch erklären kann.

    Oder habe ich bei der zweiten Schaltung wieder irgend etwas Dummes falsch gemacht? Soll ich es mal mit anderen Bauteilen ausprobieren?

    Ich bin nach wie vor für Tipps dankbar.

  • Also der Kollektor ist direkt an den 3. lila (PWM)-Draht angeschlossen. Das PWM-Signal vom RPI geht über den 4.7k Widerstand auf die Basis.

    Und was soll ich sagen: Es funktioniert ... nicht. Der Lüfter dreht in gleichbleibender Richtung

    Kein Wunder, wenn Du die vorgegebene Pulsfrequenz (des Papst-Lüfters) nicht einhältst.

    Die Regelung im Lüftergehäuse besteht ja nicht nur aus R1, R2 und C1, sondern aus weiteren Komponenten, die die Drehrichtung auch umkehrt und gleichzeitig die Drehzahl regelt. Das ist ja der Succus der Papst Lüftersteuerung, die eigentlich für Industrieanwendungen gedacht ist und die Du mit dem Kaufpreis des Lüfters auch bezahlt hast.


    Und wenn Du schon die Kollektorspannung misst, dann hättest die Basisspannung bei 4,7 k auch gleich mitmessen können.


    Servus !

    RTFM = Read The Factory Manual, oder so

  • Und wenn Du schon die Kollektorspannung misst, dann hättest die Basisspannung bei 4,7 k auch gleich mitmessen können.

    Du meinst, er soll mal nachprüfen, ob es auch ungefähr 2 Volt sind?

    Nur zu deiner Info - die Basisspannung wird durch die Diode (BE-Strecke im Transistor) bestimmt und liegt bei 0,7 Volt. Sie ändert sich nur geringfügig in Abhängigkeit vom Strom und wird daher in der Praxis meist einfach als konstant angenommen. Die restliche Spannung fällt am Widerstand ab und bestimmt damit den Strom, welcher wiedrum für die Durchsteuerung des Transistors maßgeblich ist.
    Wenn du irgendwas in Zusammenhang mit dem Widerstand messen willst, dann also besser den Strom - der rechnerisch bei (3,3-0,7)/4700 ~ 0,55 mA liegen dürfte.

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

  • Also ich würde jetzt wie folgt vorgehen (in der Reihenfolge von 1 bis 3)


    1. Die PWM Frequenz nach Datenblatt auf zwischen 2000 und 5000Hz einstellen, ich würde in die Mitte gehen und auf 3500Hz ändern, im Python Code stehen 1500 Hz das ist ausserhalb der Spec. ( RTFM hat dir schon 2 x den Hinweis gegeben)


    2. wenn das immer noch nicht funktioniert, würde ich den Transistor statisch testen, wenn 0V am GPIO anliegen müsste die Spannung am PWM Eingang des Luefters 10 -12V sein. Wenn der GPIO auf HIGH ist, müsste die Spannung am Kollektor irgendwo zwischen 50 und 200mV liegen (je nachdem wieviel Strom durch den Kollektor fliesst). Wenn das passt, ist immer noch nicht gesagt dass der Transistor WIRKLICH in Ordnung ist, aber es ist dann sehr wahrscheinlich.


    3. Es gibt auch dynamische Effekte wenn ein Transistor sagen wir, angeschlagen ist. Und es gibt ALLES zwischen "tot" und "voll funktionstüchtig" (hier sprechen 50 Jahre Erfahrung mit Transistoren). Solltest du noch einen weiteren neuen Transistor zur Hand haben, würde ich ihn austauschen. Mit Vorwiderstand 4.7 kOhm kann dem Transistor eigentlich nichts passieren, ausser, wie gesagt, du verpolst C und E.

  • Du meinst, er soll mal nachprüfen, ob es auch ungefähr 2 Volt sind?

    Nein, ich hätte 1 V erwartet.


    Die 2 V B-E fussen auf einer Empfehlung, die da lautet: "Wenn Du kein Datenblatt des vor Dir liegenden Transistors hast, dann stelle den Arbeitspunkt vorerst so ein, dass er bei einer Basisspannung von 0,7 V ein, und bei einer Sättigungsspannung von maximal 1,5 - 2 V voll durchaltet. Ab 5 V (zwischen 5 - 7 V) B-E wird der Transistor zerstört."


    Bei Erstellung von #5 war mir #4 natürlich noch nicht bekannt. sonst hätte ich auf die Sättigungsspannung von rd. 1 V gleich hingewiesen.


    Servus !

    RTFM = Read The Factory Manual, oder so

  • Eine von uns beide weiß nicht, wovon er redet - und ich hab ne Vermutung, wer das ist.
    Mit einem Basiswiderstand wirst du NIE 1,5 oder 2 oder 5 Volt Ube erreichen. Du wirst höchstens den Strom so hochjubeln können, dass der Transistor wegen der Wärmeverluste abraucht. An BE fallen 0,7 Volt ab und wenn du in die Sättigung gehst, vielleicht 0,75 oder 0,8 V - da beißt die Maus keinen Faden ab. Der Rest fällt am Widerstand ab und bestimmt dadurch den Strom. Die Sättigungsspannung ist die Spannung Uce - im durchgeschalteten Zustand ist die üblicherweise bei 0,2 V (lt. Datenblatt des BC337 maximal 0,7 V bei 500 mA Ice und 50 mA Icb). Es ist mir immer noch unverständlich, wie du 1 oder 1,5 oder 2 Volt Basisspannung erreichen willst. Du meinst womöglich, dass du den Widerstand so wählst, dass bei 1,5 Volt Signalspannung der Strom groß genug ist, um den Transistor in die Sättigung zu bringen - da wiederum gäbe es aber nichts zu messen.

    Die Einstellung des Arbeitspunktes ist mir nur bei Verstärkerschaltungen bekannt. Das ist aber was völlig anderes. Hier haben wir es aber mit einem Transistor als Schalter zu tun.

    Ich würde deine Darlegungen mal mit dem Hinweis "Mit Vorsicht zu genießen!" versehen. Ich hab den Eindruck, dass dir mehr daran gelegen ist, Anfänger zu verunsichern und mit deinem Halbwissen zu glänzen.

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  • Also ich würde jetzt wie folgt vorgehen (in der Reihenfolge von 1 bis 3)


    1. Die PWM Frequenz nach Datenblatt auf zwischen 2000 und 5000Hz einstellen, ich würde in die Mitte gehen und auf 3500Hz ändern, im Python Code stehen 1500 Hz das ist ausserhalb der Spec.

    Ein dickes Plus für Pkt.1

    Den Tipp konnte Prof. Gnom nicht geben, der ist mit anderen Problemen der User beschäftigt.


    Servus !

    RTFM = Read The Factory Manual, oder so

  • Ein dickes Plus für Pkt.1

    Den Tipp konnte Prof. Gnom nicht geben, der ist mit anderen Problemen der User beschäftigt.


    Servus !

    Irrtum - das hab ich Delta schon gestern Abend gegen Mitternacht privat geschrieben. Auf die mit Unsinn angereichte Diskussion hier hab ich nämlich eigentlich keine Lust mehr.

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  • Also der Kollektor ist direkt an den 3. lila (PWM)-Draht angeschlossen. Das PWM-Signal vom RPI geht über den 4.7k Widerstand auf die Basis.

    Und was soll ich sagen: Es funktioniert ... nicht. Der Lüfter dreht in gleichbleibender Richtung und Geschwindigikeit während das PWM-Signal langsam vom 0 auf 100% hochläuft und dann wieder runter.

    Die Hardwarebeschaltung müsste jetzt passen. Wenn die Hardware keinen Schaden genommen hat, und die Ansteuerung passt, müsste es funktionieren. Bitte verwende wie schon erwähnt die richtige PWM Frequenz. Du könntest auch mal die UCE und UBE bei verschiedenen Pulsweiten (z.B. 0/25/50/100%) messen. Die Spannungswerte müssen sich mit der Pulsweite ändern (UBE steigt von 0 bis max. ca. 0,7V, UCE sinkt von UREF gegen ca. 0,2V)

    Also der Transistor ist heil, denn meine alte Schaltung (die mit den 330k- und den 12 V am Kollektor) geht nach wie vor. In der alten Schaltung

    pendelt die Spannung am PWM-Eingang des Lüfters zwischen 0 und ca. 5 Volt, und in der Mitte bei ca. 2,5 V ändert der Motor die Richtung.

    Bitte verwende die "alte" Schaltung nur mit Basis Vorwiderstand - dem PI zuliebe...

    Eigentlich müsste die Spannung zwischen 0 und 12V pendeln, wenn man die interne Schaltung vernachlässigt. Wenn bei 0% Ansteuerung tatsächlich 5V anliegen bedeutet das, dass ein Strom von ca. 36uA in die interne Referenz fließen. Da diese nicht dafür ausgelegt ist, könnte sie dadurch defekt werden bzw. schon sein. Bitte verwende den neuen Lüfter nicht mit dieser Schaltung, damit dieser nicht auch geschädigt wird, falls die Referenz das nicht verträgt...

    ...wenn Software nicht so hard-ware ;) ...

    Freue mich über jeden like :thumbup:

  • das hab ich Delta schon gestern Abend gegen Mitternacht privat geschrieben.

    Na Super! Das hilft diesem Thread unglaublich weiter, ist gegenüber den anderen Leuten hier eine echte Hilfe und total solidarisch für die Nachwelt. :no_sad:


    Das geht mir echt auf den Zeiger wenn Leute nicht sachlich argumentieren können oder wollen und stattdessen die Keule oder die Heulboje rausholen um nicht miteinander reden zu müssen. Soziale Kompetenzen scheinen heutzutage nicht besonders gut ausgeprägt oder verkümmert zu sein. Anders kann ich ich mir dieses Verhalten nicht erklären. :cursing:


    Rene Cherry Sorry für diesen Beitrag, aber ich könnte manchmal <X

  • Reg dich nicht auf... Mir geht hier auch vieles auf den Zeiger!

    Ich wüsste nicht, dass es verboten ist, mit Leuten hier privat zu posten. Ich gestatte mir, mich mit Sachbeiträgen in den öffentlichen Thrads zurückhalten, wenn dort für meinen Geschmack zu viel dummes Zeug erzählt wird.

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  • Verboten ist das nicht, aber vergleichbar mit Crosspostings. Das Ergebnis ist hier ebenfalls klar erkennbar. Woher sollten die Beteiligten hier wissen, dass Du dem TO diesen Hinweis schon gegeben hattest? Wäre das hier bekannt, dann hätte hier keiner einen Gadanken daran verschwendet und eine andere Lösung gesucht.

  • Die Sättigungsspannung ist die Spannung Uce

    Ein Transistor ist ein Stromverstärker. Er verstärkt den Strom von B nach E (Ibe) in einen Strom von C nach E, also Ice, wobei die Stromvertärkung im Datenblatt angegeben ist und typischerweise 100 bis 200 beträgt, also Ice = h *Ibe.

    Sättigung entsteht dann, wenn die Verstärkung h aufgrund der externen Schaltung nicht erreicht werden kann, also Ice < h * Ibe. Diesen Fall wünscht man sich bzw. erzwingt man wenn man etwas schalten will. Die Spannung Uce wird in Sättigung minimal, und ist abhängig vom Strom Ice. Je kleiner dieser Strom, desto kleiner die Spannung Uce. Wenn das das ist was du als Sättigungsspannung bezeichnest sind wir auf einer Linie, aber du hast es echt missverständlich dargestellt. Die Spannung Uce ist die Spannung zwischen Kollektor und Emitter, und sonst nichts.

    Es ist mir immer noch unverständlich, wie du 1 oder 1,5 oder 2 Volt Basisspannung erreichen willst.

    ganz einfach: indem du die Spannung anlegst. Was dann passiert steht auf einem anderen Blatt, besonders wenn man PWM anlegt (was eine Wechselspannung mit Gleichanteil ist). Als "absolute maximum rating" ist oft eine Ube Spannung von 5V angegeben, aber das sagt ja nicht wie lange der Transistor das aushält. Ich gehe mal von Millisekunden aus.


    Irrtum - das hab ich Delta schon gestern Abend gegen Mitternacht privat geschrieben.

    gut, dann hätte ich mir meinen Post ja sparen koennen wenn ich das gewusst hätte. Ich finde das ehrlich gesagt gegenüber den anderen Forenschreibern etwas unglücklich, egal was sie schreiben.


    Du könntest auch mal die UCE und UBE bei verschiedenen Pulsweiten (z.B. 0/25/50/100%) messen. Die Spannungswerte müssen sich mit der Pulsweite ändern (UBE steigt von 0 bis max. ca. 0,7V, UCE sinkt von UREF gegen ca. 0,2V)

    Ich glaube das ist ziemlich tricky. Wir haben es hier mit PWM zu tun, also braucht der T.E. ein true RMS Voltmeter und muss auf AC stellen, oder? Was auf DC rauskommt - keine Ahnung! Und dann muss das Messgerät auch noch mit Wechselspannungen im 5kHz Bereich zurecht kommen, und das traue ich meinem Fluke Multimeter nicht zu.

    Also ich weiss echt nicht was mein Multimeter kann oder macht. Die PWM hier ist eine Wechselspannung mit Gleichanteil. Wie messen? Also ich weiss es echt nicht. Klar dass das Multimeter was anzeigt. Aber was? (2. Grundregel der Elektronik: wer viel misst misst Mist)


    Deswegen habe ich in #29 auch eine STATISCHE Messung vorgeschlagen.

  • Zu 1) Ich meinte natürlich die Spannung Uce im voll durchgeschalteten Zustand.

    Zu 2) Es ist mir schon klar, dass man einfach eine 2-Volt-Spannungsquelle an die Basis klemmen kann. RTFM wollte aber den Basiswiderstand so wählen, dass 2 Volt an der Basis anliegen. Das ist Unsinn.

    Zu 3) Ich glaube, ich muss mich erstens nicht rechtfertigen mit wem ich wann, was privat schreibe und zweitens muss ich nicht alles, was ich privat zum Thread schreibe allen dort mitteilen. Zumal wenns so naheliegend ist, dass ich darauf vertraue, dass noch drei andere das gleiche sagen, ohne sich dabei zu überanstrengen.

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

  • Hallo Hyle

    ich weiss jetzt überhaupt nicht worum es dir geht

    und hallo Gnom

    ich habe keine private Nachricht bekommen.


    Wenn hier jemand schreibt, dass man C und E vertauschen kann, soll er das tun,

    braucht sich hinterher aber nicht wundern warum die Schaltung nicht funktioniert.

    Gegenüber dem Fragensteller <RC> finde ich das selbst als Hinweis nicht in Ordnung.

    Der wird dadurch nur noch mehr verunsichert, baut den Fehler vielleicht versehentlich

    ein, weil ist ja egal ob das vertauscht wird und verzweifelt dann an der Fehlersuche.

    Deshalb komentiere ich das nicht weiter.