Warum kann ich mein Relais nicht auslösen?

Lösung

Dieses Problem wurde durch die Wahl des SOT-23-Symbols beim Erstellen meiner Leiterplatte in KiCAD verursacht.

Wie Sie im Bild unten sehen können, gibt es eine Reihe von Symbolen, die mit Transistoren in der KiCAD-Standardbibliothek verknüpft sind:

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Als ich meine Schaltung verspottete, wählte ich die erste Option 'Q_NPN_BCE'. Die Schlüsselelemente hier sind die letzten drei Buchstaben, die die Pinbelegung in KiCAD definieren. Was ich damals nicht wusste, aber jetzt weiß, ist, dass die meisten gängigen SMD-Transistoren eine „BEC“ -Pinbelegung anstelle von „BCE“ (oder „CBE“, „CEB usw.) haben.

Wenn Sie auf ein ähnliches Problem stoßen, können Sie anhand des Datenblatts überprüfen, welche Pinbelegung Ihr Transistor hat.

Die Pinbelegung eines SOT-23-Gehäuses wird vom ersten der beiden Pins im Uhrzeigersinn gezählt:

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Um zu bestimmen, welches Symbol Sie in KiCAD auswählen sollten, lesen Sie einfach die Stifte in derselben Reihenfolge aus.

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In meinem Fall ist es Base, Emitter & Collector oder 'BEC'. Wenn ich also das Symbol aus der KiCAD-Bibliothek auswähle, sollte ich die Option ‚Q_NPN_BEC‘ wählen.

Hoffentlich kann dies jemandem helfen, der ein ähnliches Problem in seinem Schaltungsdesign hat!

Ursprünglicher Beitrag

Ich denke, ich sollte dies mit der Tatsache voranstellen, dass ich definitiv ein Anfänger bin, wenn es um Elektronik und Schaltungsdesign / Debugging geht. Danke für die Hilfe!

Ich habe kürzlich eine Platine für die Verwendung mit meinem Raspberry Pi 3 A+ entwickelt. Der Zweck der Platine besteht darin, verschiedene Eingaben zu akzeptieren, aber auch einige Relais umzuschalten (zwei Festkörper und zwei reguläre). Mein aktuelles Problem ist, dass ich die Relais C und D nicht einschalten kann. Ich hatte gehofft, jemand könnte mir helfen, herauszufinden, wo ich falsch gelaufen bin.

Hier ist ein Ausschnitt meines Schemas als Referenz:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Das ist, was ich bisher weiß:

  • Alle Ausgänge auf dem Pi funktionieren ordnungsgemäß (ich kann ~ 3,3 V an R2 - R5 sehen, wenn ich die entsprechenden Pins einschalte).
  • Alle Kanäle des Optokopplers funktionieren ordnungsgemäß (ich kann ~ 5 V an R6 - R9 sehen, wenn ich die entsprechenden Pins einschalte).
  • Ich bin mir nicht sicher, wie ich mit einem Multimeter genau feststellen kann, ob ein Transistor seine Arbeit erledigt, aber wenn ich einen Widerstand und eine LED an J8 oder J9 anschließe, kann ich überprüfen, ob diese Kanäle funktionieren, da die LED aufleuchtet, wenn ich den entsprechenden Pin umschalte An.
  • Ich kann sagen, dass es nicht die falsch installierte Schutzdiode ist, da das Entfernen keine Wirkung hatte.
  • Wenn ich einen Draht von GND zu Pin 2 eines der Relais verlege, klicken sie.

Meine derzeit beste Vermutung ist, dass ich die Werte für R6 - R9 für die Anwendung falsch gewählt habe.

Datenblätter:

Aktualisieren

Ich wurde darauf aufmerksam gemacht, dass der Kollektor und der Emitter meines Transistors Flip-Flops sein können. Nachdem ich mein Design und das Datenblatt überprüft habe, bin ich geneigt zuzustimmen. Hier ist ein Bild als Referenz:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

wie sind die gründe verbunden?
Auf meiner Platine habe ich den gesamten Bereich zwischen den Leiterbahnen mit einer gemeinsamen Grundebene gefüllt. Alles, was mit GND gekennzeichnet ist, wird direkt damit verbunden.
Testen Sie, ob der Relaisteil tatsächlich funktioniert (unabhängig von Ihrem Steuerkreis): Nehmen Sie einen kurzen Draht von Masse und berühren Sie ihn mit Pin 2 des Relais. Sie sollten es klicken hören.
Klick bestätigt.
Die Relais-Stromversorgungsmasse ist nicht von der RPi-Masse getrennt? ... was bringt es dann, Optokoppler zu verwenden?
Darauf wurde ich bereits aufmerksam gemacht. Ich beschloss, den Optokoppler so weit wie möglich vom digitalen Teil fernzuhalten, um potenziell laute Schaltkreise (120 V AC) zu entfernen. Aber ehrlich gesagt bin ich mir nicht sicher, ob das auf der Realität oder Wunschdenken beruht.
Welchen Widerstand hat die Spule des Relais? Wenn es niedrig ist, verbinden Sie + 5 V über den 3904-Transistor mit Masse. Was tun die +5 V, wenn das Relais aktiviert ist?
Laut Datenblatt beträgt der Widerstand der Spule 70 Ohm.
Den zweiten Teil deiner Frage verstehe ich auch nicht...
@Toms Jensen, dein Design sieht gut aus. Ich schreibe die Entwurfsversion meiner Antwort. Es wäre schön, wenn Sie Kommentare oder Gegenvorschläge machen könnten, während ich fortfahre. Haben Sie ein schönes Projekt. Beifall.
Sie hören ein Klicken, gut - Ihr Relais ist in Ordnung. Wenn Sie jetzt Ihren Einschaltzustand bestätigen, sollte der Transistor gesättigt sein und seine Kollektorspannung etwa 0,3 V betragen. Siehst du das?
@Toms Jensen, ich habe einen Entwurf meiner Antwort fertiggestellt, der zeigt, wie man die Datenblätter der NPN-BJT- und Songle-Relais 2N3904 liest und den Vorspannungswiderstand Rb für 2N3904 berechnet. Der Optokopplerteil ist tatsächlich einfacher als 2N3904. Daher würde ich Ihnen empfehlen, zu versuchen, Ihr eigenes Design zu erstellen, was eine gute Möglichkeit ist, zu lernen. Es wäre schön, wenn Sie Ihnen das Design und die Berechnungen von Optokopplern als weitere Antwort auf diese Frage zeigen könnten. Ich würde mich freuen, Ihren Entwurf zu kommentieren und Ihnen eine positive Stimme zu geben. :). Viel Spaß beim Schaltungsdesign. Beifall.
Welche Spannungen messen Sie zwischen Kollektor und Masse, wenn Sie den Pin umschalten?

Antworten (2)

Dies könnte die Antwort sein, da ich im Schaltplan nichts anderes falsch sehe und die anderen Tests, die Sie durchgeführt haben, darauf hinweisen, dass die Transistoren nicht richtig schalten:

Laut Datenblatt ist Pin 3 des MMBT3904 der Kollektor und Pin 2 der Emitter; In Ihrem Schaltplan wurden sie vertauscht.

Möglicherweise möchten Sie die Spannungen zwischen Kollektor und Masse messen, wenn Sie den Pin umschalten, um zu sehen, ob sich die Transistoren so verhalten, wie sie sollten, und richtig angeschlossen sind. Die gemessenen Spannungen sollten etwa 5 V und etwa 0,3 V betragen.

Hey, ich habe es überprüft und ich denke, Ihre Vermutung ist richtig. Ich habe oben ein zusätzliches Bild für den Kontext hinzugefügt. Ich muss später einen Test durchführen, wenn ich einen Moment Zeit habe.
Angenommen, der Transistor ist rückwärts, warum sollte ich dann eine an J8 angeschlossene LED einschalten können? Die Tatsache, dass ich die Schaltungen für A & B testen konnte, ließ mich Architekturprobleme vor der Diode in der Kette ausschließen.
Okay, das war es. Ich habe den Transistor in die richtige Position gebracht und alles funktioniert. Ich denke, ich muss ein anderes Teil mit der richtigen Pinbelegung beschaffen ...
Wenn Sie Kollektor und Emitter vertauscht haben, sind Sie möglicherweise über die CE-Sperrdurchbruchspannung des Transistors hinausgegangen, wodurch sie auf unelegante Weise Strom lecken. Entweder das, oder ich liege falsch und es gibt ein anderes Problem 8-). Nur das Messen der Transistoren wird Ihnen eine Antwort geben. Bearbeiten: oder die Verbindungen ändern und testen, das geht auch.
Ah, das ist wohl richtig. Die Schaltung scheint jetzt aber gut zu funktionieren. Ich weiß die Hilfe sehr zu schätzen! Danke!

Frage

Warum schalten meine Relais C und D nicht ein?

Relais 1


Antworten

Einführung

Ich habe Ihren Entwurf gelesen und fand alles gut aussehend. Ich werde mir später die Datenblätter ansehen, auf die Sie verwiesen haben, und sehen, ob es andere Komplikationen gibt.

Aber zuerst würde ich ein paar Tricks zur Fehlerbehebung vorschlagen, wie unten zusammengefasst.


Teil A – Vorschläge zur Fehlerbehebung

(1) Vorbereitung für Offline -Tests.

(a) Entfernen Sie die 120-VAC-1,5-A-Last und legen Sie sie beiseite. Der Grund dafür ist, dass Sie ein Klickgeräusch hören sollten, wenn der Relaisschalter eingeschaltet ist, und ein weiteres Klickgeräusch, wenn der Schalter ausgeschaltet ist.

Mit anderen Worten, es besteht keine Notwendigkeit, die Hochspannungs- und Starkstromlast zu verwenden, insbesondere wenn es sich um einen großen Motor handelt, der EMI-Spitzen und Geräusche erzeugt. Wenn Sie möchten, können Sie eine LED in Reihe mit einem 1k als Last- und Statusanzeige verwenden.

(b) Halten Sie Ihr Multimeter bereit, um Spannungen in einem Bereich von weniger als 5 V zu messen.

(c) Es wäre schön, wenn Sie ein NE555-Timer-Modul hätten und es auf sehr grob auf 5 Hz (Anmerkung 1) einstellen, 50% Tastverhältnis, das als Eingangssignal bei T1 verwendet werden soll. Aber das ist überhaupt nicht nötig. Sie können einfach ein Überbrückungskabel verwenden und T1 von Hand mit 0 V (Masse) und 3 V verbinden.

Hinweis 1 - Die maximale Frequenz des Relaisschalters beträgt ungefähr 10 Hz, dh es kann nicht mehr als 10 Mal pro Sekunde umgeschaltet werden.


Teil B – Konstruktionshinweise für Relais

Bitte beachten Sie die nachstehenden Anhänge für eine detaillierte Analyse und Auslegung.


Verweise

(1) TCMT1600, TCMT4600, TCMT4606 Optokoppler, Fototransistor-Ausgang, AC-Eingang, Ein-/Vierkanal (If abs max 60 mA, opr 50 mA, CTR (Ic/If) @Vcc 5 V, If 5 mA = 80 % min)) – Vishay Semi 21. Juli 2015

(2) MMBT3904 40-V-NPN-Kleinsignaltransistor (Ic abs max. 200 mA) – Dioden

(3) 1N4148WS Allzweck (bei 300 mA Dauerstrom)Schnellschaltdiode – SMC

(4) SRD 03/05/06/09/12/24/48VDC Relais Datenblatt – Songle

(5) Wie verwende ich ein JD-Vcc-Relais? - tfong01, EE SE 2020jun13

(6) Transistor als Schalter - Elektronik-Tutorials

(7) 2N3904 Allzwecktransistoren NPN BJT Silizium (40 V, 200 mA, Vce(sat) 0,2 V max. bei 10 mA, hFE = 100 min, 300 max. bei 10 mA) – Auf Semi


Anhänge

Anhang A – Musterspezifikationen für Relais, Optokoppler

Lied Relais

Songle wirklich Hysterese

Optokoppler spez


Anhang C - Das OP-Design mit zusätzlichen Status-LEDs

Opto-High-Trigger-Beispiel


Anhang D – Analyse des Teils des Designs des Relaisschaltertreibers des OP (d. h. ohne den vorderen optoisolierten Eingangsabschnitt)

ky019


Anhang E - 2N3904 NPN BJT Datenblatt Lesen leicht gemacht Teil 1 von 2

Zusammenfassung der 2n3904-Spezifikationen


Anhang F - 2N3904 NPN BJT Datenblatt Lesen leicht gemacht Teil 2 von 2

Einführung

Für Neulinge waren die Datenblätter von Halbleitergeräten oft schwer verständlich. Es gibt viele Gründe, einschließlich der folgenden.

(1) Nichtlinearität

Nehmen Sie als Beispiel das einfachste Halbleiterbauelement, die Diode. Lassen Sie mich zunächst erklären, was mit Linearität gemeint ist. Wenn die Beziehung zweier Variablen, sagen wir unabhängige Variable x und abhängige Variable y, und

y = 3x.

Dann sagen wir, die Beziehung zwischen y und x ist linear. Für die lineare Beziehung y = kx ist das Diagramm von y gegen x eine gerade Linie mit einem Gradienten k.

Wenn nun y = x² oder y = x³ usw., dann sagen wir, dass z und z eine nichtlineare Beziehung haben, und die Auftragung von y gegen x ist eine Kurve.

Der 2N3904 kann als zwei zusammengeklebte Dioden zu stark vereinfacht werden, und die Beziehung zwischen Strom I und Spannung V ist ebenfalls nicht linear, wie unten gezeigt:

Ideale Diodengleichung - Libretests

Diodengleichung


(2)Nun, da wir wissen, was die Bedeutung von Nichtlinearität unter Verwendung der Dioden-IV-Gleichung ist. Lassen Sie uns ein weiteres Beispiel verwenden, 2N3904 hFE vs. Ic, 25C als weiteres Beispiel, links in der folgenden Grafik:

hfe gegen ic


Im wirklichen Leben sind die Dinge etwas komplizierter: Wenn die Temperatur steigt, sagen wir auf +125 ° C, wird die hFE vs Ic-Kurve ein wenig nach oben und für -55 ° C nach unten verschoben.

Wir sehen also, dass wir, wenn wir drei hFE vs. Ic-Kurven (rosa, grün, blau) auf demselben Diagramm überlagern, eine abhängige Variable hFE vs. zwei unabhängige Variablen Ic und Temperatur haben.

In ähnlicher Weise enthält das Datenblatt 2N3904 andere Diagramme einer abhängigen Variablen im Vergleich zu zwei unabhängigen Variablen.


Anhang G - Berechnung der Vorspannungswiderstandswerte der Relaisschaltung des OP

Es ist an der Zeit, die Frage des OP zu beantworten: Wie werden die Werte der Vorspannungswiderstände berechnet?

Beginnen wir mit 2N3904, das zur Ansteuerung des Songle-Relaisschalters verwendet wird. Wir haben aus dem experimentellen Hysteresediagramm gelernt, dass der Relaisschalter ungefähr bei 35 mA und vollständig bei etwa 70 mA zu schalten beginnt, also entscheiden wir dies als erstes

(1) 2N3904 Eis (sat) zum vollständigen Einschalten des Songle-Relais ~ 70 mA

(2) Wir haben gelesen, dass 2N3904 Ic max = 200 mA ist, also sollte es sicher sein, das Songle-Relais mit 70 mA zu betreiben.

(3) Jetzt wissen wir, dass für Ic < 100 mA die hFE > 30 ist. Also, wenn

Ic/Ib = 30 => Ib = Ic / 30 = 100mA / 30 ~= 3mA

(4) Wenn wir nun annehmen, dass Ice(sat) des Optokopplers = 0,2 V ist, dann können wir den Wert des Vorspannungswiderstands Rb durch die folgende Gleichung berechnen:

Rb = Vrb / Ib

= (Vcc – Vce(sat) des Optokopplers – Vce(sat) des 2N3904))/ Ib

= (5 V - 0,2 V - 0,2 V) / 3 mA

= 4,6 V / 3 mA

= 4600 / 3

= 1k5

Die Verwendung von Rb = 1k5 sollte also ausreichen, um 2N3904 auf 70 mA zu treiben, um den Songle-Relaisschalter anzusteuern. Um jedoch einen gewissen Sicherheitsspielraum zu haben, ist es in Ordnung, kleinere Rb zu verwenden, z. B. 470R, 330R oder sogar den OP-Wert von 220R.

Anmerkungen:

(a) Dies ist der ursprüngliche Entwurfsentwurf. Ich habe meine immer zwielichtigen Berechnungen nicht Korrektur gelesen.

(b) Ich bin nur ein freundlicher Bastler. Keine Garantie, nein, nichts schmilzt oder explodiert.


Ende der Antwort

Hey, danke, dass du dir die Zeit genommen hast zu posten! A) In der Tat habe ich zum Testen darauf geachtet, alle potenziell unsicheren Spannungen zu trennen. B) Ja, ich habe ein Multimeter zur Hand. C) Ich habe leider keinen 555-Timer zur Hand, aber ich kann Teile der Schaltung mit einem Jumper-Draht oder meinem Raspberry Pi triggern.
@Toms Jensen, (1) Vielen Dank für Ihre Bestätigung. Wie gesagt, der NE555-Timer ist nur ein praktisches Werkzeug für die Fehlerbehebung in der zweiten Phase. Für die erste Fehlersuche. Die Verwendung eines Überbrückungskabels zur Auswahl des 0-V- oder 3-V-Signals zur Eingabe des Relais ist bereits sehr effektiv. (2) Sie erwähnen Folgendes: (a) „Ich konnte keine Begründung dafür finden, warum man einen Widerstandswert wählen würde, der vor die Basis eines Transistors geht. (b) Ich war auch äußerst verwirrt, als ich versuchte, den zu entschlüsseln Datenblatt für den MMBT3904 Lesetransistor 3904 ist etwas fortgeschritten.Vielleicht kann ich später eine Einführung für Neulinge geben. / um fortzufahren, ...
Sie müssen über einige Grundkenntnisse verfügen, um NPN BJT als Schalter zu verklagen, um das Datenblatt 2N3904 NPN BJT zu verstehen. Ich würde Ihnen vorschlagen, zuerst Ref 6 meiner Antwort zu lesen, um die grundlegende Theorie der Verwendung von NPN BJT als Schalter zu kennen (das ist, was Sie in Ihrem Relaisdesign tun) und dann Ref 7 des 2N3904-Datenblatts zu überfliegen. Die wichtigsten Parameter für die Verwendung von 2B3904 sind die folgenden: (a) hFE Ic/Ib-Stromverstärkung), (b) max. Ic. / weitermachen, ...
Das Optokoppler-Datenblatt ist etwas schwer zu verstehen, es sei denn, Sie kennen bereits NPN BJT. Aus diesem Grund empfehle ich Ihnen, den Optokopplerteil zu vergessen und sich auf den 2N3904-Relaisschalterteil zu konzentrieren. Es kann einige Zeit dauern, bis Sie alles verdaut haben, aber Sie müssen nicht alles verstehen, bevor Sie sich bewegen. Also werde ich vielleicht ein paar Tage warten, bevor Sie zurückkommen, um mehr Neulingen Fragen zu stellen, bevor wir weitermachen. Viel Spaß beim Lernen. Beifall.
-1 Bitte, bitte, bitte, wenn Sie hier mitmachen wollen, schreiben Sie konkrete Antworten , die das Problem der Post prägnant ansprechen. Diese überlangen "persönlichen Blogposts" von Ihnen sind nur zufälliges Rauschen, das mehr ablenkt als hilft.