Elektrotechnische Frage zu GPIO

Heute ist Stammtischzeit:
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Wer Lust hat, kann sich gerne beteiligen. ;)

    Hallo Forum Mitglieder,

    ich hoffe ich Poste das hier in den Richtigen Themenbereich im Forum, ist nämlich meine erste Frage hier im Forum.

    Ich habe vor kurzem mit einem "Starter Set" von Amazon mit Elektrischen Bauteilen für den Raspberry Pi angefangen

    zu lernen wie man die Bauteile verwendet und auch Programmiert. Nun bin ich in dem Tutorial auf etwas gestoßen was bei mir Fragen aufwirft, dazu poste ich mal eine Grafik.

    Hierbei verstehe ich nicht den Hintergrund wie es zu einem Schaden am GPIO18 kommen würde wenn er auf "Output" und "High" gestellt wäre :conf:

    Ich wäre sehr dankbar wenn sich jemand die Zeit nehmen würde mir das eben zu erklären :helpnew:

    Ich bedanke mich schon mal im voraus für eure Antworten :danke_ATDE:

    Gruß,

    Daniel

  • Go to Best Answer

    Output high bedutet, dass der GPIO auf 3,3 V geschaltet wird und somit Strom aus dem GPIO fließt. Wenn da kein Widerstand ist, gibt es einen Kurzschluss. Das bedeutet, dass der Pi so viel Strom wie möglich aus dem GPIO fließen lässt, um die 3,3 Volt aufrecht zu erhalten. Das lässt dann die feinen Halbleiterstrukturen auf dem Chip durchbrennen und damit ist das Teil hin.

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    noch schlimmer durch statische Aufladung oder Verdrahtungsfehler kann von weit weit her auch Fremdspannung in den Port kommen und dort richtig funken lassen, ich bin sicher jeder hat schon mal durch Aufladung eine gefunkt bekommen an Türklinken oder anderen Metallen, das tat u.U. weh und nun denkt euch es ist ein armer kleiner Halbleiterkristall. ;)

    lasst die PIs & ESPs 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)

    Hallo Gnom, danke schon mal für die schnelle Antwort. Ich hatte mal Elektrotechnik in der Schule gelernt und auch persönliche Erfahrungen mit Strom gemacht. Deswegen verwirrt es mich wie es da zu einem Kurzschluss kommen kann wenn durch den Schalter die verbindung zu GND unterbrochen ist :conf:

    Edited once, last by Bruhski1701 (January 6, 2023 at 3:51 PM).

    • Best Answer

    Den Kurzschluss gibts naatürlich erst, wenn du den Schalter drückst. Aber dafür sind Schalter ja da. Wenn also der GPIO mal versehentlich auf output high steht, ist es nur eine Frage der Zeit, bis man sich den Pi killt.

    Gegen Überspannungen von externen Quellen oder durch Aufladungen hilft der Widerstand nur bedingt. Da kommt es drauf an, wie hoch die Spannung ist und wie lange sie anliegt. Eine Spannung von 1000 Volt durch statische Aufladung erzeugt auch mit Widerstand einen Strom von 1 A. Wenn der aber nur eine nanosekunde dauert, überlebt es der Pi vielleicht, dauert er länger, geht es irgendwann schief.
    Bei externen Spannungen > 3,3 V kommt es drauf an. Bei 1000 Ohm ist auch da schnell das Ende der Fahnenstange erreicht. 5 V über einen 1K-Widerstand direkt an den GPIO füht ziemlich sicher zum Schaden. Der Pi hat eine Schutzdiode gegen 3,3 V, an der dürften die üblichen 0,7 Volt abfallen. Bleiben bei 5 Volt noch 1 Volt über und die führen bei 1K Widerstand zu 1 mA und somit zu 0,7 mW Leistungsverlust an der Diode. Wie viel die Dioden aushalten, weiß ich nicht - aber viel ist es sicher nicht. Jedenfalls heißt es, die GPIOs sind nicht 5V-tolerant - mindestens ohne einen Widerstand geht es auf gar keinen Fall. Ein deutlich höherer Widerstand könnte gutgehen - bei 100 KOhm sind es noch 0,007 mW. Aber nichts Genaues weiß man nicht, weil die technischen Daten des SoC nicht offenliegen und man daher nicht weiß, wie viel solcher sogenannter current injection der verträgt.

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    Edited once, last by Gnom (January 6, 2023 at 4:13 PM).

    Quote from Gnom

    Wenn also der GPIO mal versehentlich auf output high steht, ist es nur eine Frage der Zeit, bis man sich den Pi killt.

    Nicht, wenn es sich um den GPIO18 im Schaltplan handelt.

    Wenn der GPIO als Ausgang angesteuert wird und der Schalter geschlossen ist, fließen die 3.3V über den R3 nach GND ab.

    Sind damit alle einverstanden?

    Deswegen nimmt man immer zwei Widerstände, damit im Fall eines Softwarefehlers, der GPIO nicht abbrennt. Wenn der R2 fehlt, dann gibt es kurzzeitig einen Kurzschluss, die Spannung bricht zusammen und der RPi startet neu (ist mir schon passiert). Die Spannung brach zum Glück so schnell zusammen, dass der GPIO danach noch in Ordnung war. Nachmachen sollte man das trotzdem nicht.

    Edited 2 times, last by RestlessMud46765: Gekürzt, da es keiner versteht. (January 6, 2023 at 4:59 PM).

    Warum sollen die über R2 fließen? Der ist doch gar nicht mit GND verbunden.

    Und warum gerade bei GPIO 18? Ist an dem was Besonderes?
    Ich kann deiner gesamten Ausführung überhaupt nicht folgen.

    Wenn R2 fehlt, hast du beim Druck auf den Taster natülich einen Kurzschluss. Das ist ja per se unsinnig.

    R2 hat hier die Funktion eines Pullup-Widerstandes.

    Für R3 nimmt man meist eher 1 KOhm als 10 KOhm. Geht aber so auch.

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    Also ich kann dem Gedanken von Dead_eye auch nicht folgen, ich möchte nicht behaupten das der Falsch wäre weil ich dafür noch zu wenig über den Raspberry Pi weiß. Aber grundsätzlich soll der Linke und der Rechte Stromkreis nicht interagieren. Das geschieht dann intern über den Programm Code.

    Vom linken Stromkreis (LED) war bisher überhaupt nicht die Rede.

    DeaD_EyE, ich kann deinen Ausführungen auch nach Korrektur in keinster Weise folgen.

    Quote from DeaD_EyE

    Wenn der GPIO als Ausgang angesteuert wird und der Schalter geschlossen ist, fließen die 3.3V über den R2 nach GND ab.


    Im umgekehrten Fall, (GPIO LOW, Schalter zu) fließt die Spannung über R1 nach GND ab und von R1 nach R2 in GPIO18. Die Spannung verzweigt sich.


    Bei geöffnetem Schalter und GPIO Low fließt der Strom nur über R1 und R2 nach GPIO18 ab.

    Zeile 1. Ja, aber das tut er immer, wenn der Schalter geschlossen ist, auch bei output low und bei input.
    Zeile 2: Bei geschlossenem Schalter und output low fließt der Strom (wie eben schon gesagt) ebenso vom 3V3-Pin nach GND. Von R1 nach R2 in GPIO18 macht keinen Sinn. Und da verzweigt sich auch nichts. Bei GPIO output low fließt über R1 gar kein Strom und von 3V3 über R2 der gleiche wie oben (Zeile 1).
    Zeile 3: Stimmt, aber das ist ja auch ohne R2 kein Problem.

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    Quote from Gnom

    Und warum gerade bei GPIO 18? Ist an dem was Besonderes?

    Steht im Eingangspost im Schaltplan.

    Quote

    R3 is used to limit current to protect GPIO 18, if you set it to output HIGH level by mistake

    GPIO18 deswegen, da dieser als Eingang vorgesehen ist.

    Ich habe beschrieben, was passiert, wenn der GPIO18 aus Versehen als Ausgang konfiguriert wird.

    Einen Kurzschluss kann es in diesem Fall nicht geben, da der R3 mit 10K direkt am GPIO hängt.

    Wenn man den R3 weglässt und den GPIO aus Versehen als Ausgang konfiguriert und dieser softwaremäßig angesteuert wird, fließt der gesamte Strom direkt nach GND ab == Kurzschluss.

    Wenn der R3 (10k) hingegen am GPIO hängt (so wie es auch im Schaltplan ist) , können maximal 0,33 mA nach GND abfließen.

    EDIT: Den vorherigen Post habe ich bearbeitet und gekürzt. Verfolgt mal selbst mit eurem Finger die Strompfade und geht mal einfach alle möglichen Szenarien durch: GPIO als Eingang/Ausgang | Schalter Geschlossen/Offen

    Edited 2 times, last by RestlessMud46765 (January 6, 2023 at 5:00 PM).

    Das ist genau das, was ich schon ganz am anfang gesagt habe.

    Es bringt relativ wenig, wenn du deinen Stuss (Entschuldigung) nach jeder Kritik, die ich anbringe änderst, so lange, bis es endlich stimmt und meine Beiträge dann aussehen, als würde ich hirrnkranken Schwachsinn erzählen.

    Nur zur Klarstellung:

    Quote from DeaD_EyE

    Nicht, wenn es sich um den GPIO18 im Schaltplan handelt.

    Wenn der GPIO als Ausgang angesteuert wird und der Schalter geschlossen ist, fließen die 3.3V über den R3 nach GND ab.

    Sind damit alle einverstanden?

    Deswegen nimmt man immer zwei Widerstände, damit im Fall eines Softwarefehlers, der GPIO nicht abbrennt. Wenn der R2 fehlt, dann gibt es kurzzeitig einen Kurzschluss, die Spannung bricht zusammen und der RPi startet neu (ist mir schon passiert). Die Spannung brach zum Glück so schnell zusammen, dass der GPIO danach noch in Ordnung war. Nachmachen sollte man das trotzdem nicht.

    ist nicht der Beitrag, zu dem ich geantwortet hatte. Da stand nämlich was ganz anderes drin. Und

    Quote

    2 Mal editiert, zuletzt von DeaD_EyE (Vor 4 Stunden) aus folgendem Grund: Gekürzt, da es keiner versteht.

    ist etwas beschönigend. Das war nämlich nicht unverständlich, sondern schlicht falsch. Mit dem Unsinn verrwirrst du hier arglose Anfänger. Lass das bitte, Wenn du nicht weißt, wovon du redest, dann formuliere es bitte als Vermutung oder sag infach gar nichts.

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