Der NPN-BJT-Relaisschaltkreis schaltet sich nicht aus

Ich lege mit meinem Raspberry Pi ein 3,3-V-Signal an die Basis eines NPN-Transistors, um ein SPDT-6-V-Relais zu aktivieren ( Relais-Datenblatt , Modell G2R-1-S-DC6(S)). Die Anzugs-/Abfallspannung des Relais beträgt 4,4/0,9 V. Der Transistor aktiviert die Schaltung, wie er sollte, wenn das Signal angelegt wird, aber er schaltet nicht aus, wenn das Signal entfernt wird.

Der Widerstand der Relaisspule beträgt 68,7 Ohm, wie in der Simulation gezeigt. Der 161-Ohm-Widerstand wurde hinzugefügt, um etwas Leistung abzuleiten, da der Transistor für 600 mW ausgelegt ist. Beim Hinzufügen des Emitterwiderstands habe ich berechnet, dass er unter 40,7 Ohm liegen muss. Ich habe einen 33 Ohm verwendet, weil ich das zur Hand hatte. Die 24-VDC-Versorgung wird hier verwendet, da sie im System verfügbar ist. Ich verwende einen 2N2222-Transistor von Radio Shack mit einem Beta = 200. Die 3,3-V-Masse und die 24-V-Masse wurden beim Aufbau der Schaltung miteinander verbunden.

Ich habe mit dem Hinzufügen eines Widerstands von der Basis zur Masse experimentiert; Ich habe dies mit 10k, 33k und 100k Widerständen versucht. Ich habe eine Diode parallel mit dem Relais nach oben versucht. Ich habe jedes Mal, wenn ich eine neue Schaltung ausprobierte, einen neuen Transistor verwendet, um sicherzustellen, dass der Transistor nicht vom vorherigen Test abgebrannt war. Ich habe auch mehrere verschiedene Kombinationen von Rb und Rc mit demselben Ergebnis ausprobiert. Das Seltsame ist, dass beim Experimentieren mit Rc-Werten das aus Testmessungen berechnete Beta zwischen 50 und 500 lag, was sehr seltsam ist. Bei allen Versuchen war der Strom durch das Relais wie in der Simulation berechnet; es änderte sich nicht beim Anlegen und nach Entfernen des Signals.

Ich habe einen anderen Beitrag gesehen, in dem jemand einen kleinen Kondensator parallel zu Rb verwendet hat, um die Spannung vom Basisemitter zu fegen. Wir haben dies auch versucht, aber es hat nicht funktioniert ( Link - es ist das dritte Diagramm von oben).

Jeder Rat wird sehr geschätzt.

Simulation einer Schaltung ohne Signal

Schaltungssimulation mit 3,3V Signal

Wie wäre es damit. Verwenden Sie Ihr Setup, um das Relais einzuschalten. Versuchen Sie dann, es auszuschalten. Messen Sie nun die Spannung an der Relaisspule. Das sollte Ihnen sagen, ob Sie Transistorprobleme haben. Mein Gedanke ist, dass Sie Ihre Steuerspannung irgendwie nicht freigeben, obwohl Sie denken, dass Sie es tun.
Sind Sie sicher, dass Sie die 2N2222-Pins richtig herausgefunden haben? Schaltet der 2N2222 den Strom ab, wenn Sie die Basis mit Masse verbinden? (dh: vom RPi gelöst?). FWIW, ich würde sagen, es ist wirklich nicht ratsam, eine 24-V-Versorgung für Experimente dieser Art zu verwenden, wenn Sie nur 6 V benötigen. Eine falsche Bewegung und Ihr Pi wird gebacken. Auch beim Schalten einer Last ist der Emitterwiderstand nicht erforderlich, er erschwert nur Ihr Experiment. (Aber Sie brauchen einen Basiswiderstand, wie Sie mir gedacht haben.)
Außerdem deuten Bewertungen bei Radio Shack für die "NPN-Transistoren (15-Pack) 276-1617" darauf hin, dass sie manchmal falsch verpackt sind und stattdessen PNP-Transistoren enthalten. Hoffe das ist dir nicht passiert.
Auch die "nach oben gerichtete Diode" über dem Relais ist zum Schutz notwendig. Wenn dies nicht der Fall ist, kann die Relaisspule beim Ausschalten einen Hochspannungsimpuls erzeugen, der den Transistor braten wird. Also nimm das immer mit. Sollte eine Leistungsdiode wie eine 1N4001, 2, 3, 4 (oder Schottky) sein, keine 1N4148- oder 1N914-Signaldiode.
Sie sollten den 161-Ohm-Widerstand auf etwa 210 Ohm ändern, damit 3/4 der 24 Volt abfallen und 6 Volt für das Relais übrig bleiben, wenn es eingeschaltet ist. Der Emitterwiderstand wird nicht benötigt. Nach Ihren Zahlen schaltet sich der Transistor korrekt aus, aber Sie möchten möglicherweise den Basiswiderstand verringern, damit der Transistor im eingeschalteten Zustand gesättigt wird (aber das Entfernen des Emitterwiderstands kann dies erledigen).
Vielen Dank an alle für die schnellen Antworten, wir haben wenig Zeit, um dieses Projekt abzuschließen. Wir melden uns, nachdem wir Ihre Vorschläge getestet haben.
Haben Sie untersucht, ob es sich um ein Soft-Where-Problem handelt und nicht um ein Hard-Where?

Antworten (3)

Fügen Sie eine Rücklaufdiode hinzu.

Beim Abschalten des Stroms reduziert eine Spule die Spannung, bis etwas zu leiten beginnt, damit sie den Strom weiter fließen lassen kann, solange sie magnetische Energie enthält. Leider wird der leitende Pfad von Ihrem Transistor bereitgestellt - nachdem er gebraten wurde.

Dieser negative Impuls kann Tausende von Volt erreichen. Ernsthaft!

Das Relais schaltet sich nicht mehr aus, weil beim ersten Versuch, es auszuschalten, die von der Relaisspule erzeugte Rücklaufspannung den Transistor durchgebrannt hat, so dass er jetzt dauerhaft zwischen Kollektor und Emitter kurzgeschlossen ist.

Der übliche Weg, damit umzugehen, besteht darin, eine Diode in umgekehrter Richtung über die Relaisspule zu legen. Es ist so ausgerichtet, dass es nicht leitet, wenn das Relais eingeschaltet wird. Wenn das Relais abschaltet, bietet die Diode einen sicheren Weg für den Rücklaufstrom von der Spule, bis dieser sich schließlich aufgrund des Vorwärtsabfalls der Diode und des Widerstands der Spule auflöst.

Der Rest Ihrer Schaltung hat auch Probleme. Es macht keinen Sinn, sowohl einen Emitter- als auch einen Basiswiderstand zu haben. Da Sie viel mehr Spannung als nötig zur Verfügung haben, würde ich den Transistor in Stromsenkenkonfiguration verwenden. Verbinden Sie die Basis direkt mit dem digitalen Ausgang und setzen Sie den entsprechenden Widerstand zwischen Emitter und Masse für den Relaisstrom. Jetzt sieht das Relais immer diesen Strom, wenn es eingeschaltet ist, unabhängig von der Versorgungsspannung. Eine höhere Versorgungsspannung als erforderlich führt zu mehr Verlustleistung im Transistor, daher ist ein Widerstand in Reihe mit dem Relais sinnvoll.

Das würde ich 2.
@Olin: Nur neugierig, welche Auswirkung hat es auf die Stromsenke des Transistors, wenn der Widerstand zwischen Emitter und Masse platziert wird, vs. wenn er zwischen Relais und Kollektor platziert wird (wobei der Emitter direkt mit Masse verbunden ist). Warum sollte dies auch bevorzugt werden, wenn wir viel mehr Spannung haben, als von unserer Last benötigt wird?

Zusätzlich zu den oben genannten Vorschlägen liefert Ihr Design nicht genügend Strom für die Spule. Ihre Beschreibung zeigt Ic=65,71mA , gemäß den Spezifikationen Ihres Relais benötigt die Spule im DC-Modus 87mA für den SPDT bei 6V . Du brauchst 20mA mehr. Werden die Relais nicht mit dem Strom gemäß den Herstellerangaben angesteuert, arbeiten sie oft unregelmäßig. Ich empfehle Ihnen, eine Darlinton-Transistorkonfiguration zu verwenden, um Ihre Relais anzusteuern. Dies ist der übliche Weg, dies zu tun (z. B. Verwendung der ULN2803A-ICs zum Ansteuern mehrerer Relais). Der Darlington kann mehr Strom schalten als mit dem Kollektor-Emitter-Design.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Deine Antwort ergibt keinen Sinn. Er sagte, das Relais schaltet ein, nur dass es danach nicht mehr ausgeschaltet werden kann. Wenn zu wenig Strom durch die Spule floss, würde sie sich überhaupt nicht einschalten, und das würde überhaupt nicht erklären, warum sie nicht ausgeschaltet werden kann.
Ich stimme dir zu, Olin, wahrscheinlich hat er keine Diode über den Spulenanschluss gelegt. Wenn er die Diode platziert, funktioniert sein Design auf jeden Fall nicht richtig gemäß der Relaisspezifikation, mein Kommentar ist immer noch gültig. (Ich habe den Text geändert).
Leider hatten wir keine Zeit, mit dem Transistordesign zu arbeiten, um es zum Laufen zu bringen. Wir konnten das Relais mit einem MOSFET zum Laufen bringen, wir hatten zu viel Zeit in das Transistordesign versenkt. Trotzdem danke für all eure Antworten, wir wissen zumindest, dass es kein einfacher Fehler war.
Der NPN-BJT-Relaisschaltkreis schaltet sich nicht aus
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