El circuito de relé NPN BJT no se apaga

Estoy aplicando una señal de 3.3V con mi Raspberry Pi a la base de un transistor NPN para activar un relé SPDT de 6V ( hoja de datos del relé , modelo G2R-1-S-DC6(S)). El voltaje de arranque/caída del relé es de 4,4/0,9 V. El transistor activa el circuito como debería cuando se aplica la señal, pero no se apaga cuando se elimina la señal.

La resistencia de la bobina del relé es de 68,7 ohmios, como se muestra en la simulación. La resistencia de 161 ohmios se agregó para disipar algo de energía porque el transistor tiene una capacidad nominal de 600 mW. Al agregar la resistencia del emisor, calculé que debía estar por debajo de los 40,7 ohmios. Usé uno de 33 ohmios porque eso es lo que tenía a mano. El suministro de 24 VCC se usa aquí porque es lo que está disponible en el sistema. Estoy usando un transistor 2N2222 de Radio Shack con Beta=200. La tierra de 3,3 V y la tierra de 24 V se unieron cuando se construyó el circuito.

Experimenté agregando una resistencia de base a tierra; Probé esto con resistencias de 10k, 33k y 100k. He probado un diodo en paralelo con el relé apuntando hacia arriba. Utilicé un transistor nuevo cada vez que probé un circuito nuevo para asegurarme de que el transistor no se quemara en la prueba anterior. También probé múltiples combinaciones diferentes de Rb y Rc con el mismo resultado. La parte extraña es que, al experimentar con valores de Rc, la Beta calculada a partir de mediciones de prueba osciló entre 50 y 500, lo cual es muy extraño. En todas las pruebas, la corriente a través del relé fue la calculada en la simulación; no cambió con la aplicación y después de la eliminación de la señal.

Vi otra publicación en la que alguien usó un pequeño capacitor en paralelo con Rb para eliminar el voltaje del emisor base, también intentamos esto pero no funcionó (enlace: es el tercer diagrama desde arriba).

Cualquier consejo será será muy apreciado.

Simulación de circuito sin señal

Simulación de circuito con Señal 3.3V

Qué tal esto. Utilice su configuración para encender el relé. Luego intenta apagarlo. Ahora mida el voltaje a través de la bobina del relé. Eso debería indicarle si tiene problemas con el transistor. Mi idea es que de alguna manera no estás liberando tu voltaje de control, aunque creas que lo estás haciendo.
¿Estás seguro de que has resuelto correctamente los pines 2N2222? ¿El 2N2222 corta la corriente cuando conecta la base a tierra? (es decir: ¿separado del RPi?). FWIW, diría que es realmente desaconsejable usar un suministro de 24 V para experimentación de este tipo cuando solo necesita 6 V. Un movimiento en falso y tu Pi se horneará. Además, al cambiar una carga, no hay necesidad de la resistencia del emisor, solo complica su experimento. (Pero SÍ necesita una resistencia base, como creo que ha descubierto).
Además, las revisiones en radio shack para los "Transistores NPN (paquete de 15) 276-1617" sugieren que a veces está mal empaquetado y contiene transistores PNP en su lugar. Espero que eso no te haya pasado.
También el "diodo que apunta hacia arriba" a través del relé es necesario para la protección. No tener eso permitirá que la bobina del relé produzca un pulso de alto voltaje al apagarse, lo que freirá el transistor. Así que incluye eso siempre. Debería ser un diodo de potencia algo así como 1N4001, 2, 3, 4 (o schottky), no un diodo de señal 1N4148 o 1N914.
Debe cambiar la resistencia de 161 ohmios a aproximadamente 210 ohmios, de modo que caerá 3/4 de los 24 voltios, dejando 6 voltios para el relé cuando esté encendido. No se requiere la resistencia del emisor. Según sus cifras, el transistor se apaga correctamente, pero es posible que desee reducir la resistencia base para que el transistor se sature cuando está encendido (pero quitar la resistencia del emisor puede solucionarlo).
Gracias a todos por las rápidas respuestas, tenemos poco tiempo para terminar este proyecto. Le informaremos después de probar sus sugerencias.
¿Ha investigado si es un problema de dónde blando y no de dónde duro?

Respuestas (3)

Agregue un diodo de retorno.

Al desconectar la corriente, una bobina reducirá el voltaje hasta que algo comience a conducir para que pueda continuar dejando que la corriente fluya, siempre que tenga energía magnética en su interior. Lamentablemente, el camino conductor lo proporciona su transistor, después de que se frió.

Ese pulso negativo puede alcanzar miles de voltios. ¡En serio!

El relé ya no se apagará porque la primera vez que intentaste apagarlo, el voltaje de retorno generado por la bobina del relé apagó el transistor, por lo que ahora está en cortocircuito permanente entre el colector y el emisor.

La forma común de lidiar con esto es colocar un diodo a través de la bobina del relé en reversa. Está orientado para que no conduzca cuando se enciende el relé. Cuando el relé se apaga, el diodo proporciona un camino seguro para la corriente de retorno de la bobina, hasta que eventualmente se disipa debido a la caída directa del diodo y la resistencia de la bobina.

El resto de su circuito también tiene problemas. Tener un emisor y una resistencia base no tiene sentido. Como tiene mucho más voltaje disponible del necesario, usaría el transistor en la configuración de sumidero actual. Conecte la base directamente a la salida digital y coloque la resistencia adecuada entre el emisor y tierra para la corriente del relé. Ahora el relé siempre verá esa corriente cuando esté encendido, independientemente del voltaje de suministro. Una tensión de alimentación superior a la necesaria provocará una mayor disipación en el transitor, por lo que tiene sentido un resitor en serie con el relé.

Yo lo segundo.
@Olin: Solo por curiosidad, ¿qué efecto tiene en el hundimiento actual del transistor, si la resistencia se coloca entre el emisor y la tierra, frente a cuando se coloca, entre el relé y el colector (con el emisor conectado directamente a tierra). Además, ¿por qué debería preferirse esto si tenemos mucho más voltaje del que necesita nuestra carga?

Además de las sugerencias antes mencionadas, su diseño no proporciona suficiente corriente para la bobina. Su descripción muestra Ic=65,71mA , de acuerdo con las especificaciones de su relé, la bobina necesita 87mA en modo DC para el SPDT a 6V . Necesitas 20mA más. Si los relés no funcionan con la corriente de acuerdo con las especificaciones del fabricante, a menudo funcionan de forma errática. Le recomiendo que use una configuración de transistor Darlinton para controlar sus relés. Es la forma habitual de hacer esto (por ejemplo, utilizando los circuitos integrados ULN2803A para controlar varios relés). El Darlington puede conmutar más corriente que con el diseño colector-emisor.ingrese la descripción de la imagen aquí

Tu respuesta no tiene sentido. Dijo que el relé se enciende, solo que no se puede apagar después. Si hubiera muy poca corriente a través de la bobina, nunca se encendería en primer lugar, y eso no explicaría en absoluto por qué no se puede apagar.
Estoy de acuerdo contigo, Olin, probablemente no haya colocado un diodo en la conexión de la bobina. En cualquier caso, si coloca el diodo, su diseño no funcionará correctamente de acuerdo con la especificación del relé, mi comentario sigue siendo válido. (He modificado el texto).
Desafortunadamente, no tuvimos tiempo de trabajar con el diseño del transistor para que funcionara. Pudimos hacer que el relé funcionara con un MOSFET, habíamos invertido demasiado tiempo en el diseño del transistor. Gracias de todos modos por todas sus respuestas, al menos sabemos que no fue un simple error.
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