Электронный переключатель схема: Электронный переключатель полярности — Конструкции простой сложности — Схемы для начинающих

Содержание

Электронный переключатель полярности — Конструкции простой сложности — Схемы для начинающих

Схема представляет собой автомат переключения полярности при нажатии на кнопку. 

Где это может понадобиться? Да везде. Ну например, в каких-нибудь игрушках. Доехала машинка до стенки, нажалась кнопочка — машинка поехала обратно 🙂 На самом деле, применений — куча. А устройство меж тем — чрезвычайно простое. Состоит всего из двух микросхем и нескольких развесных элементов. 
 

Начнем сначала. То есть — с кнопочки. 

Как вам, надеюсь, известно, все выключатели, кнопочки, реле и прочие элементы механической коммутации имеют очень неприятное свойство: «дребезг» контактов. Он выражается в том, что при замыкании пары контактов, ток через них начинает идти спокойно не сразу. Он сначала некоторое время «дребезжит» — совершает затухающие колебания. При размыкании контактов — та же беда. 

Зачастую дребезг никто не замечает и не учитывает, поскольку для большинства схем он не представляет серьезных проблем.

Но для нашей схемы это — настоящая проблема. Потому что при нажатии кнопки один раз, схема будет «думать», что кнопка была нажата несколько раз, что — ясен день — приведет к глюкам. Значит, надо с ним бороться. 

Для борьбы с дребезгом в нашем устройстве предусмотрена хитрая схема на двух инвертерах микросхемы К561ЛН2, конденсаторе и двух резисторах. Не будем вникать в подробности его работы. Скажу только, что эта схема является триггером Шмидта с временной задержкой включения и выключения. Короче говоря, после этой схемы мы получаем красивые прямоугольные импульсы без всякого дребезга. 

Эти красивые импульсы поступают на тактовый вход триггера DD2 (561ТМ2). По каждому фронту (перепаду из 0 в 1), триггер захлопывает состояние на входе D. Сигнал на вход D подается с инвертированного выхода этого же триггера.

Дальше все очень хитро. Допустим, что на инверсном выходе — 1. При очередном фронте, она захлапывается в триггер, следовательно — на прямом выходе триггера появляется «1», на инверсном — «0». Значит, при следующем фронте в триггер захлопнется уже ноль! При этом, на прямом выходе появится «0», на инверсном — снова «1» и процесс пойдет заново.

Таким образом, каждый фронт будет изменять состояние триггера на противоположное. 

В принципе, мы уже имеем на выходах триггера изменение полярности при каждом нажатии на кнопочку. И если нагрузка маломощная — можно на этом и остановиться и повесить ее прямо на выходы микросхемы. Однако, лучше не перегружать микросхему по току, а поставить на ее выходы самые обычные усилители на транзисторах. Точнее — драйвера. 

Драйвер — это буферный усилитель, который усиливает по току цифровой сигнал. 

В принципе — этого то нам и нужно. На каждый выход триггера мы поставим по одному драйверу. Каждый драйвер состоит из двух транзисторов разной проводимости. Когда на вход драйвера поступает положительное напряжение — открыт NPN-транзистор, когда отрицательное — PNP. В нашу схему я поставил транзисторы КТ502 и КТ503 (PNP и NPN соответственно).

Эти транзисторы запросто выдержат токи до 100 мА. Что? Вам нужно больше? Ну ладно! Можете поставить транзисторы помощнее.

Электронный выключатель освещения » Паятель.Ру


Обычные выключатели не подходят для установки в длинных коридорах. Здесь нужно чтобы при входе в коридор свет можно было включить одним выключателем, а при выходе — выключить уже другим, расположенным с другого конца коридора. Обычно для этого используют коридорные переключатели, включая их по схеме на рис.1. Для того чтобы изменить состояние освещения (включить или выключить) нужно любой из этих переключателей переключить в другое положение.


Если коридорных переключателей должно быть установлено два, то каждый должен быть на два положения. Если же в коридоре не два, а предположим, три или четыре выхода, то и переключатели должны быть на три или четыре положения. А если выходов десять… Как видно, чисто электротехническим способом решение проблемы получается слишком громоздким. А вот если привлечь на помощь электронику, — очень легко и просто.

На рисунке 2 показана схема коридорного выключателя, управляемого обычными замыкающими кнопками без фиксации. Причем число таких кнопок не ограничено (хоть сто). При этом ни число положений, ни число соединительных проводов не меняется. Все кнопки подключены параллельно к одному двухпроводному кабелю и работают практически как одна.

Состояние освещенности меняется на противоположное однократным нажатием любой из этих кнопок. Но и это не все прелести.

Кнопки, и соединяющий их кабель не только находятся под низким безопасным напряжением, но и гальванически развязаны от электросети. Поэтому, данный выключатель можно устанавливать в таких сырых помещениях, как подвалы и чердаки, и пользоваться им, не опасаясь поражения электрическим током.

В основе схемы D-триггер выполненный на счетчике D1. Здесь, наверное, было бы привычнее использовать К561ТМ2, но автору на момент создания схемы были более доступны микросхемы К561ИЕ10А, содержащие пару двоичных счетчиков. В данной схеме используется только один D-триггер первого счетчика микросхемы.

Остальные её части оставлены без применения.

С целью гальванической развязки между кнопками управления и сетью источник питания логической схемы выполнен на маломощном силовом трансформаторе, а управление симисторным ключом осуществляется при помощи оптопары.

Нажатие и отпускание любой из кнопок S1-SN приводит к тому, что на выводе 1 D1 формируется импульс произвольной формы, который переключает счетчик на одну позицию вверх. В результате, каждое нажатие любой из кнопок приводит к изменению логического уровня на выводе 3 на противоположный тому, который был ранее.

Для того чтобы в результате прерывания питания выключатель не устанавливался произвольно во включенное состояние в схеме есть цепь C2-R2, принудительно сбрасывающая счетчик в момент включения питания.

Освещение включается при помощи симистора VS1. На схеме условно показана одна лампа Н1. На самом деле это может быть несколько включенных параллельно ламп, равномерно распределенных по длине коридора.

Управление симистором осуществляется посредством оптотиристорной пары U1 и диодного моста VD1. Большинство деталей, включая и трансформатор, расположено на одной печатной плате из фольгированного стеклотекстолита. Расположение печатных дорожек с одной стороны платы. Перемычек нет. За пределами платы расположен симистор.

В схеме можно использовать самые разные детали, но плата рассчитана именно на те, которые указаны на принципиальной схеме.

Трансформатор HRE3005 очень малого размера, с выводами под печатный монтаж. У него есть одна первичная обмотка на 230V и две вторичные по 7,5V / 0.04А. Используется Большинство деталей, включая и трансформатор, расположено на одной печатной плате из фольгированного стеклотекстолита. Расположение печатных дорожек с одной стороны платы. Перемычек нет. За пределами платы расположен симистор.

В схеме можно использовать самые разные детали, но плата рассчитана именно на те, которые указаны на принципиальной схеме.

Трансформатор HRE3005 очень малого размера, с выводами под печатный монтаж. У него есть одна первичная обмотка на 230V и две вторичные по 7,5V / 0. 04А. Используется только одна из вторичных обмоток. На месте Т1 можно использовать любой другой маломощный сетевой трансформатор с вторичной обмоткой 6-9V, например, более дешевый серии ALG, но это потребует доработки платы или выноса трансформатора за её пределы.

Выпрямительные мосты типа КЦ407А можно заменить другими мостами или собрать мосты на одиночных диодах типа КД209, при соответствующем изменении в печатной плате. Оптотиристорную пару АОУ103Б тоже можно заменить другой, например, АОУ115Г или Д, либо использовать импортную аналогичную, при соответствующем изменении в плате.

Все конденсаторы нужно применять на напряжение не ниже 10V. Транзистор КТ3102 можно заменить любым n-p-n транзистором общего применения. Симистор ТС122-25-8 можно заменить на ТС112-10-8, ТС106-10-8 или КУ208Г. Возможно применение и импортных симисторов, либо мощных оптосимисторов. В этом случае оптопара U1 и мост VD1 не нужны, а светодиод оптосимистора подключают в коллекторную цепь VT1.

Наиболее удобны кнопки типа квартирных звонковых кнопок.

Они отличаются достаточной надежностью, и приспособлены для установки на стену. Провод, соединяющий кнопки между собой и со схемой может быть любым, даже телефонной лапшой.

Схема переключателя ламп подвесного потолка » Паятель.Ру


Модные сейчас подвесные потолки с точечными источниками света нуждаются в специальном оборудовании для переключения и зонирования освещения. Имеющиеся в широкой продаже двойные механические выключатели для этого мало пригодны, так как могут управлять только двумя группами ламп, а число вариантов освещения не может быть больше четырех (выключено, включена 1-я группа, включена 2-я группа, включены обе группы).


Электронным способом можно достигнуть большего разнообразия и эффективности освещения. Здесь приводится схема электронного переключателя четырех групп светильников, позволяющего выбрать из 16-ти вариантов освещения. Органов управления — два, это обычный сетевой выключатель и кнопка без фиксации. Выключатель S2 служит для отключения светильников, а кнопка S1 для выбора вариантов.

Сразу после подачи питания схема переходит на нулевой вариант, — когда все светильники выключены. Затем нужно нажать кнопку S1. Пока вы её держите нажатой происходит перебор вариантов освещения. Как только увидите, что светильники зажглись в таком порядке как вам нужно, — отпустите кнопку.

Выключателем S2 вы можете выключить светильники, сохранив в памяти схемы последний вариант их включения. При включении выключателя, если не было перерыва в электроснабжении, светильники будут гореть так же как до выключения.

На самом деле никакой памяти, в прямом смысле слова, в этой схеме нет. Просто когда вы выключаете выключатель S2, вы отключаете светильники, а электронная часть схемы остается под напряжением, и сохраняет свое установившееся состояние.

Теперь подробнее о схеме. Светильники питаются пульсирующим напряжением, полученным с мостового выпрямителя VD2. Тип моста нужно выбирать из условия максимальной мощности в сумме всех ламп. Все лампы подвесного потолка сгруппированы в четыре группы, каждая из которых включается ключевым полевым транзистором с низким сопротивлением открытого канала.

Максимальная мощность в сумме всех ламп, входящих в одну группу не должна быть больше 100 Вт. При такой мощности радиаторы полевым транзисторам не нужны.

Логическая часть схемы сделана на одной микросхеме — CD4060B, представляющей собой 14-разрядный двоичный счетчик с элементами мультивибратора. В схеме мультивибратора работают С3, R2, R3. Генерируемая частота около 100 Гц. Кнопка S1 — размыкающая, пока она не нажата, она шунтирует частото-задающую цепь мультивибратора и таким образом не допускает его генерации. При нажатии кнопка размыкается и мультивибратор работает.

Дребезг контактов, который обязательно имеет место, здесь существенного влияния на работу схемы не оказывает, поскольку импульсы с выхода мультивибратора подвергаются делению как минимум на 64, да и сама частото-задающая RC-цепь оказывает на помехи от дребезга подавляющее действие.

Схема собрана на печатной макетной плате размерами 72×59 мм. Такие платы часто бывают в продаже, на них по 546 отверстий с круглыми печатными площадками. Отверстия расположены рядами с шагом в 2,5 мм.

Импульсные схемы — переключатель — CoderLessons.com

Переключатель — это устройство, которое создает или разрывает цепь или контакт. Кроме того, он может конвертировать аналоговые данные в цифровые данные. Основные требования к коммутатору должны быть быстрыми и переключаться без искрения. Основными частями являются переключатель и связанные с ним схемы.

Есть три типа выключателей . Они —

  • Механические выключатели
  • Электромеханические переключатели или реле
  • Электронные выключатели

Механические выключатели

Механические выключатели — это выключатели более старого типа, которые мы ранее использовали. Но они были заменены электромеханическими переключателями, а затем и электронными переключателями в нескольких приложениях, чтобы преодолеть недостатки первого.

Недостатки механических переключателей заключаются в следующем —

  • Они имеют высокую инерцию, что ограничивает скорость работы.
  • Они производят искры при разрыве контакта.
  • Контакты переключателя сделаны тяжелыми, чтобы нести большие токи.

Механические переключатели выглядят как на рисунке ниже.

Эти механические переключатели были заменены электромеханическими переключателями или реле, которые имеют хорошую скорость работы и уменьшают искрение.

Реле

Электромеханические переключатели также называются реле . Эти переключатели являются частично механическими и частично электронными или электрическими. Они больше по размеру, чем электронные переключатели, и меньше по размеру, чем механические переключатели.

Строительство Эстафеты

Реле выполнено так, что замыкание контакта подает питание на нагрузку. Во внешней цепи у нас есть источник питания для нагрузки и источник питания катушки для управления работой реле. Внутри рычаг соединен с железным ярмом жесткой пружиной для удержания рычага вверх. Соленоид соединен с ярмом с намотанной на него рабочей катушкой. Эта катушка связана с источником питания катушки, как упоминалось.

Рисунок ниже объясняет конструкцию и работу реле.

Работа реле

Когда выключатель замкнут, устанавливается электрический путь, который возбуждает соленоид. Рычаг соединен тяжелой пружиной, которая поднимает рычаг и удерживает его. Когда соленоид получает питание, он тянет рычаг к нему, против силы натяжения пружины. Когда рычаг тянут, движущийся контакт встречает неподвижный контакт, чтобы соединить цепь. Таким образом, соединение цепи включено или установлено, и лампа светится, указывая на это.

Когда переключатель выключен, соленоид не получает ток и обесточивается. Это оставляет рычаг без какого-либо притяжения к соленоиду. Пружина тянет рычаг вверх, что разрывает контакт. Таким образом, соединение цепи отключается.

На рисунке ниже показано, как выглядит практичное реле.

Давайте теперь посмотрим на преимущества и недостатки электромагнитного переключателя.

преимущества

  • Реле потребляет меньше энергии, даже для того, чтобы справиться с большой мощностью в нагрузке.
  • Оператор может находиться на большем расстоянии, даже справиться с высоким напряжением.
  • Нет искрения при включении или выключении.

Недостатки

  • Медленно в работе
  • Части подвержены износу

Типы защелок в реле

В зависимости от режима работы существует множество типов реле, таких как электромагнитное реле, твердотельное реле, тепловое реле, гибридное реле, герконовое реле и т. Д.

Реле выполняет соединение с помощью защелки, как показано на следующем рисунке.

Существует четыре типа защелок в реле. Они —

  • Однополюсный однопроходный (SPST) — этот фиксатор имеет однополюсный и брошен в один бросок для установления соединения.

  • Однополюсный двойной ход (SPDT) — этот фиксатор имеет однополюсный и двойной ход для соединения. У него есть возможность установить соединение с двумя разными цепями, для которых были подключены два броска.

  • Двухполюсный однопроходный (DPST) — этот фиксатор имеет двухполюсный и однопроходный для соединения. Любая из двух цепей может сделать подключение доступным для одной цепи.

  • Double Pole Double Throw (DPDT) — эта защелка имеет двойной полюс и брошена в двойной ход, чтобы выполнить два соединения одновременно.

Однополюсный однопроходный (SPST) — этот фиксатор имеет однополюсный и брошен в один бросок для установления соединения.

Однополюсный двойной ход (SPDT) — этот фиксатор имеет однополюсный и двойной ход для соединения. У него есть возможность установить соединение с двумя разными цепями, для которых были подключены два броска.

Двухполюсный однопроходный (DPST) — этот фиксатор имеет двухполюсный и однопроходный для соединения. Любая из двух цепей может сделать подключение доступным для одной цепи.

Double Pole Double Throw (DPDT) — эта защелка имеет двойной полюс и брошена в двойной ход, чтобы выполнить два соединения одновременно.

На следующем рисунке показан схематический вид всех четырех типов соединений с защелкой.

Электронный переключатель

Следующий тип переключателя, который будет обсуждаться, — это электронный переключатель. Как упоминалось ранее, транзистор является наиболее часто используемым электронным переключателем из-за его высокой скорости работы и отсутствия искрения .

На следующем рисунке показана практичная электронная схема, созданная для обеспечения работы транзистора в качестве переключателя.

Транзистор работает как переключатель во включенном состоянии, когда он работает в области насыщения. Он работает как переключатель в состоянии ВЫКЛ, когда он работает в отключенной области. Он работает как усилитель в линейной области, которая лежит между транзистором и отсечкой. Чтобы иметь представление об этих областях работы, обратитесь к главе о транзисторах из учебного пособия ОСНОВНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА.

Когда внешние условия настолько устойчивы и преобладают высокие температуры, тогда простой и нормальный транзистор не подойдет. Для таких целей используется специальное устройство под названием Silicon Control Rectifier , просто SCR . Это будет подробно обсуждаться в учебнике POWER ELECTRONICS.

Преимущества электронного выключателя

Есть много преимуществ электронного переключателя, таких как

  • Меньше по размеру
  • Легче в весе
  • Сверкающая операция
  • Нет движущихся частей
  • Менее подвержен износу
  • Шум меньше операции
  • Быстрая операция
  • Дешевле, чем другие переключатели
  • Меньше обслуживания
  • Безотказный сервис из-за твердого состояния

Транзистор — это простой электронный переключатель, имеющий высокую рабочую скорость. Это твердотельное устройство, и все контакты просты, и поэтому во время работы исключается искрение. Мы обсудим этапы переключения в транзисторе в следующей главе.

Электронный переключатель | Radio-любитель | Яндекс Дзен

Устройство управления может включать и выключать цепь питания нагрузки при однократном нажатии на выключатель SB1 (кнопка без фиксации). При этом гарантируется стабильность работы и надежное переключение. Электронный переключатель собирается на триггерной элементной базе.

Для исключения дефекта “дребезг контактов”, неизбежного для механического выключателя, в схеме используется фильтр цифрового сигнала на RS триггере.

В электронном переключателе можно использовать микросхемы К555ТМ2,74LS74, К155ТМ2, содержащие два D триггера. Один из триггеров используется как RS, а на другом собран счетный триггер.

Схема электрическая принципиальная электронного переключателя приведена на рисунке.

Схема электронный переключатель

Схема электронный переключатель

Соединив инверсный вход D триггера DD1. 2 с инверсным выходом, мы получим обратную связь, при которой триггер будет помнить свое текущее состояние до момента подачи сигнала на счетный вход С. При этом триггер будет переключаться по фронту входного сигнала.

RC цепь, подключенная к инверсному входу R сброса триггера, обеспечит установку триггера в “0” при включении.

Предусмотрим случай кратковременного отключения напряжения. При этом на конденсаторе С3 будет поддерживаться постоянное напряжение до момента полной разрядки. Если в течение этого периода времени на схему будет подано питание, сброса не произойдет, так как конденсатор С3 не пропустит импульс на вход сброса триггера.

Емкость конденсатора С3 подобрана таким образом, чтобы длительность прохождения импульса через его обкладки была достаточна для начальной установки схемы.

Выход триггера Q (выв. 9 DD1.2) подключен к оптопаре V1 таким образом, чтобы при единичном состоянии триггера открывался транзистор оптопары. Резистор R2 ограничивает ток через светодиод оптопары. Потребляемый ток светодиода составляет 10 мА.

Резистор R3 обеспечивает устойчивое тепловое состояние выходного транзистора оптопары. Таким образом, при подаче на оптопару активного сигнала высокого уровня, произойдет открытие ее выходного транзистора и срабатывание обмотки реле К1, контактная пара К1.1 которого включит подключенную к выходу электронного переключателя нагрузку.

Для питания электронного переключателя необходим стабилизированный источник питания с выходным напряжением + 5 В, принципиальная схема которого приведена на рисунке.

В схеме блока питания использован интегральный стабилизатор напряжения LM7805.

Схема питания электронного переключателя

Схема питания электронного переключателя

Электролитический конденсатор С1 большой емкости выполняет роль фильтра питания. Керамический конденсатор С3 блокирует высокочастотные помехи цепи питания интегральных компонентов схемы. Такое схемотехническое решение необходимо для исключения влияния помех цепи питания на работу цифровой части схемы.

Конечно, на сегодняшний день схема как говорится не нова, но все же из-за простоты конструкции ее можно использовать в конструкциях. Всем спасибо за прочтение небольшой статьи если понравилось палец вверх.

Схема цифрового переключателя входов усилителя » Схемы электронных устройств


Когда для нескольких устройств используется один усилитель с одним входом, необходим переключатель входов для усилителя. Для удобства переключатель нужно сделать дистанционным. В качестве коммутирующего элемента используется мультиплексор D4. Это микросхема КМОП серии. Коммутация происходит изменением сопротивления канала полевого транзистора.
Принципиальная схема переключателя двух каналов на четыре направления изображена на рисунке.

Каналы этой микросхемы отличаются высокой линейностью в различном диапазоне коммутируемых аналоговых сигналов,кроне того микросхема позволяет коммутировать как сигналы положительной полярности, так и отрицательной (для этого на микросхему подается двухполярное напряжение питания). Информация о необходимости включения определенного входа поступает в двоичном коде на выводы 10 и 9 микросхемы. При коде числа на этих входах «0» (00) включаются X1 и У1, при коде «1» (01) — Х2 и У2, при коде «2» (10) — Х3 и У3, при «3» — (И) Х4 и У4.

Код для переключении мультиплексора формируется регистровым счетчиком D2, который в данном случае используется только как регистр. С помощью кнопок S1 — S4 на входах «1» и «2» этого счетчика формируется двоичный код нужного входа. Например при нажатии на кнопку S4 через диоды VD1 и VD2 на оба входа поступают единичные уровни, при нажатии на S2 — только на первый вход, на S3 — на второй. При нажатии на S1 на обеих входах нули.

Теперь нужно, чтобы этот код был записан в регистры микросхемы D2. При нажатии на любую из кнопок на одном из входов элемента D1.1 появляется единица, на его выходе ноль. Конденсатор С2 разряжается через резистор R3 и после того как напряжение на ней достигнет логического нуля на выходе элемента D1.2 возникает единица.

Положительный импульс зарядного тока конденсатора С5 поступает на вывод 1 микросхемы D2 и переносит установленный на её входах «1» к «2» код в память, одновременно этот код появляется на её выходах «1» и «2» (выводы 6 и 11), откуда код поступает на управляющие входы мультиплексора D4. Теперь можно отпустить нажатую кнопку, и код на выходах микросхемы D2 не изменится.

Подавление дребезга контактов в данной схеме происходит за счет того что при отпускании кнопки, на входе элемента D1.2 логическая единица устанавливается не сразу, а по истечении времени зарядки конденсатора С2 через резистор R3. Во время дребезга на выходе элемента D1.1 будут импульсы, которые не дадут конденсатору С2 зарядиться до уровня единицы. Это только тогда будет возможно, когда кнопка будет полностью отпущена.

Для индикации номера включенного входа используется светодиодный семисегментным индикатор Н1. Он показывает номера входов — «0», «1», «2» и «3». Микросхема D3 преобразует двоичный код на своих входах в семь сигналов управления сегментами индикатора.

В момент включения схему устанавливается в положение включенного первого входа «0». Для этого используется цепь C1 F2. При включении зарядный ток конденсатора С1 создает положительный импульс на выводе 9 микросхемы D2. Этот вывод используется для установки счетчика и регистра в состояние, когда ка всех выходах нули. Это состояние хранится в памяти до тех пор, пока не будет нажата одна из кнопок.

Вместо микросхем К561 можно использовать такие-же из серии К564. Дешифратор D3 можно заменить на К176ИД2 или К514ИД1. В первом случае совсем другая цоколевка, а во втором потребуется индикатор с общим катодом, например АЛС3 24А, его выводи 3, 9 и 14 придется соединить с общим проводом.

Автоматический электронный переключатель фаз ПЭФ-301

НАЗНАЧЕНИЕ

Блок управления аднофазным автоматическим вводом резерва (реле выбора фаз) ПЭФ-301 (далее устройство) предназначен для автоматического переключения нагрузки на резервную линию, при отключении или возникновении аварийных ситуаций основной рабочей линии.

Устройство имеет три независимых ввода, клемма L1 (приоритетная фаза) и L2, L3 (резервные фазы).


Изделие может применяться в сетях электроснабжения в составе устройств автоматического включения резерва (АВР).

 

ПРИНЦИП РАБОТЫ УСТРОЙСТВА

При нормальном напряжении на всех фазах, (L1, L2, L3) нагрузка будет подключена к фазе L1. Если значение напряжения L1 выходит за пределы порогов срабатывания, устройство подключает нагрузку к фазе L2. Если на L2 значение напряжения выходит за пределы порогов срабатывания, ПЭФ-301 подключает нагрузку к фазе L3. Если напряжение на резервных фазах не соответствует выставленным порогам – нагрузка отключается.
Переключение на фазу с недопустимыми параметрами не производится.
После перехода на резервную фазу и восстановления параметров напряжения на приоритетной, нагрузка переключится на приоритетную фазу через время возврата, заданное Пользователем (времени АПВ).

 

Индикаторы L1, L2, L3 на лицевой панели указывают фазу, к которой подключена нагрузка.

Пользователь имеет возможность выставить пороги срабатывания – минимальное и максимальное значение напряжения, при котором устройство срабатывает и переключает на резервную фазу (отключает нагрузку). При отключении нагрузки от всех трех фаз, горит красный светодиод АВ.
ВАЖНО! Если при отсчете времени возврата напряжение на приоритетной фазе выйдет за пределы порогов, то счетчик времени перезапустится.
Если регулятор Тв (время возврата) установлен в положении «∞», то возврат на приоритетную фазу происходит только при выходе напряжения на резервной фазе за пределы заданных порогов.
ВАЖНО! Если напряжение, подаваемое на нагрузку, снизится ниже порога минимально допустимого напряжения, переключение или отключение нагрузки происходит с временной задержкой 12 секунд. Если значение напряжения превысит порог максимально допустимого напряжения переключение или отключение нагрузки произойдет с задержкой 0,2 секунды.


При отключении нагрузки ПЭФ-320 продолжает контролировать напряжения на всех фазах.

 

 

УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Устройство обеспечивает заданные режимы функционирования при соблюдении следующих условий:
– температура окружающей среды от минус 35 до +55ºС;
– атмосферное давление от 84 до 106,7 kPa;
– относительная влажность воздуха (при температуре +25 ºС) 30 … 80%.
Если температура изделия после транспортирования или хранения отличается от температуры среды, при которой предполагается эксплуатация, то перед подключением к электрической сети выдержать изделие в условиях эксплуатации в течение двух часов (т.к. на элементах изделия возможна конденсация влаги).
ВАЖНО! Изделие не предназначено для эксплуатации в условиях:
– значительной вибрации и ударов;
– высокой влажности;
– агрессивной среды с содержанием в воздухе кислот, щелочей, и т. п., а также сильных загрязнений (жир, масло, пыль и пр. ).

 

СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ

Схема подключения при величине нагрузки до 3,5 кВт.

Схема подключения при величине нагрузки более 3,5 кВт.
(мощность контакторов не более 3,5 кВт)
Подключение клеммы 12 обязательно.

 

ГАБАРИТНЫЕ РАЗМЕРЫ


Дополнительную информацию о параметрах и режимах работы устройства Вы можете найти в паспорте изделия (вкладка «файлы»)

Инструкция (Паспорт_ПЭФ-301.pdf, 311 Kb) [Скачать]

Цепь электронного релейного переключателя

— канал NPN, PNP, N&P

Схема цепи электронного релейного переключателя

и ее работа

Существует множество электрических и электронных устройств, которые классифицируются как выход Устройства , такие устройства используются для управления или управлять некоторым внешним физическим процессом машины или устройства. Эти устройства вывода обычно называются исполнительными механизмами.

Эти приводы преобразуют электрическую энергию в физические единицы, называемые силой, скоростью и т. Д.Реле — это, по сути, бинарный исполнительный механизм с двумя стабильными состояниями. В этой статье мы подробно обсудим схему релейного переключателя , ее конструкцию и особенности.

Что такое электрические реле?

Это переключатели с электрическим управлением, которые бывают различных форм, размеров и номинальной мощности. Электрические реле подходят практически для всех типов приложений. Реле могут иметь один или несколько контактов в одном корпусе. Реле питания большего размера в основном используются для коммутации сетевого напряжения или высокого тока, называемых «контакторами».Давайте посмотрим на классификации реле.

Электрические реле в основном делятся на две подкатегории, а именно:

Электромеханические реле:

Как следует из названия, электромеханические реле представляют собой электромагнитных устройств . По сути, он преобразует магнитный поток, генерируемый приложением электрического управляющего сигнала, в тянущую механическую силу, которая приводит в действие электрические контакты внутри релейного переключателя. Самая простая и наиболее распространенная форма электрохимических реле состоит из катушки возбуждения, намотанной на проницаемый железный сердечник.Эта возбуждающая катушка также называется первичной цепью.

Электрохимические реле используются в основном электрическое и электронное управление или коммутационные цепи . Они либо монтируются непосредственно на печатные платы, либо подключаются отдельно. В автономной конфигурации токи нагрузки обычно равны амперам.

Конструкция электромеханического реле

Реле настраиваются в двух режимах, а именно «нормально разомкнутый» или «нормально замкнутый».Одна пара контактов называется нормально разомкнутыми (NO) или замыкающими контактами, а другая группа — нормально замкнутыми (NC) или размыкающими контактами.

Теперь в нормально «открытом» положении контакты замыкаются только тогда, когда ток возбуждения «ВКЛ». В нормальном положении «ВКЛ.» Контакты переключателя подтянуты к индуктивной катушке. Одна из наиболее важных частей любого электрического реле — это катушка. Эта катушка преобразует электрический ток в электромагнитный поток. Эти магнитные потоки используются для механического управления контактами реле.Самая большая проблема с катушками реле заключается в том, что они представляют собой «высокоиндуктивные нагрузки». Катушка реле обычно изготавливается из катушек проволоки.

Когда ток течет через катушку, вокруг нее создается самоиндуцированное магнитное поле. Когда ток в катушке выключен, создается большое напряжение обратной ЭДС. Это происходит из-за столкновения магнитного потока с катушкой. Значение индуцированного обратного напряжения очень велико по сравнению с напряжением переключения. Этого напряжения достаточно, чтобы повредить любое полупроводниковое устройство, такое как транзистор, полевой транзистор или микроконтроллер, используемый для управления реле.

Примечание: Эти термины « нормально разомкнутый» и «нормально замкнутый » или замыкающие и размыкающие контакты относятся к состоянию электрических контактов, когда катушка реле «обесточена», т. Е. Отсутствует напряжение питания. подключен к катушке реле.

При использовании электрических реле следует помнить об одном важном моменте: «Не рекомендуется подключать контакты реле параллельно, чтобы выдерживать более высокие токи нагрузки». Пример: Никогда не пытайтесь запитать нагрузку 10 А с двумя параллельно включенными контактами реле, каждый из которых имеет номинальный ток 5 А.

Контакты реле состоят из токопроводящих деталей, которые позволяют току проходить через них при контакте. Они сконструированы так же, как выключатель. Как только контакты размыкаются, сопротивление между контактами становится очень высоким. Это приводит к разомкнутой цепи, и ток цепи не течет через реле.

Через некоторое время движущиеся части электрохимического реле изнашиваются и выходят из строя, или постоянное искрение и эрозия могут сделать реле непригодным для использования. Кроме того, они создают электрические помехи, поскольку контакты страдают от дребезга контактов, что может повлиять на электрическую цепь, к которой они подключены. Чтобы преодолеть сложность этого реле, был разработан другой тип реле, названный твердотельным реле.

Твердотельное реле:

Твердотельное реле не имеет движущихся частей. Это чисто электронное устройство. В этом типе реле нет движущихся частей, поскольку механические контакты заменены силовыми транзисторами, тиристорами или симисторами.

Отсутствие подвижных частей делает реле высоконадежным, долговечным и снижает электромагнитные помехи. Это делает твердотельное реле намного более быстрым и точным по сравнению с обычным электромеханическим реле. Требования к входной мощности твердотельного реле для управления обычно достаточно низки, чтобы сделать их совместимыми с большинством семейств ИС.

Поскольку выходное переключающее устройство твердотельного реле представляет собой полупроводниковое устройство, падение напряжения на выходных клеммах твердотельного реле при включенном состоянии намного выше, чем у электромеханического реле. Обычно оно находится в пределах 1,5–2,0 вольт. Для коммутации больших токов в течение длительного периода времени потребуется дополнительный радиатор.

Вы можете использовать их без необходимости добавления драйверов или усилителей. Однако они должны быть установлены на подходящую пластину радиатора или материал, чтобы предотвратить перегрев полупроводникового устройства переключения выхода, поскольку это полупроводниковое устройство. Конструкция и тип схемы переключения реле довольно огромны. Говорят, что реле переключает один или несколько полюсов так же, как простая схема переключателя.Каждый полюс реле имеет контакты, которые можно переключить тремя разными способами:

Различные способы переключения реле:

  • Нормально открытый контакт (NO): Это также называется замыкающим контактом. Этот контакт замыкает цепь при срабатывании реле. Он отключает цепь, когда реле находится в неактивном состоянии.
  • Нормально замкнутый контакт (NC): это называется размыкающим контактом. Функция противоположна замыкающему контакту. Когда реле срабатывает, цепь отключается.Когда реле деактивировано, цепь начинает подключаться.
  • Переключающие (CO) / двухходовые (DT) контакты: они используются для управления нормально разомкнутым контактом и нормально замкнутым контактом с общей клеммой. Это означает, что они используются для управления двумя типами цепей. По своему типу они называются именами контактов «размыкание перед замыканием» и «замыкание перед размыканием».

Важно:

Реле предназначены для двух основных операций. Один предназначен для применения с низким напряжением, а другой — для высокого напряжения.В приложениях с низким напряжением реле предназначено для снижения шума всей цепи. Для приложений с высоким напряжением они в основном предназначены для уменьшения возникновения дуги.

Некоторые из распространенных способов переключения реле:

Реле модуля интерфейса ввода-вывода: Модули ввода-вывода) — это еще один тип твердотельных реле, разработанный специально для сопрягать устройства, такие как компьютеры, микроконтроллеры или PIC, с нагрузками и переключателями. В основном на рынке доступны четыре типа модулей ввода / вывода.

Это входное напряжение переменного или постоянного тока для выхода логического уровня TTL или CMOS, а также логический вход TTL или CMOS для выходного напряжения переменного или постоянного тока. Каждый из модулей содержит все необходимые схемы для обеспечения полного интерфейса и изоляции в одном устройстве. Они доступны как отдельные твердотельные модули или интегрированы в 4-, 8- или 16-канальные устройства на рынке.

Цепь релейного переключателя NPN:

Типичная схема релейного переключателя NPN имеет катушку, управляемую транзисторным переключателем NPN.Когда базовое напряжение транзистора равно нулю, транзистор будет в области отсечки и действует как разомкнутый переключатель. В этой ситуации ток коллектора не течет, и катушка реле обесточена.

Если ток не течет в базу, то через катушку реле также не будет протекать ток. Если теперь в базу подается большой положительный ток для насыщения области NPN-транзистора, ток начинает течь от базы к эмиттеру.

Цепь релейного переключателя PNP:

Цепь релейного переключателя PNP требует разной полярности рабочего напряжения.Это похоже на схему переключения реле NPN с точки зрения ее способности управлять катушкой реле. Например, для типа PNP напряжение коллектор-эмиттер должно быть отрицательным, чтобы ток протекал от эмиттера к коллектору.

Релейные переключатели с N-каналом Схема:

Операция переключения реле MOSFET очень похожа на операцию переключения биполярного переходного транзистора (BJT). Основное различие между операциями заключается в том, что полевые МОП-транзисторы — это устройства, работающие от напряжения. Однако затвор электрически изолирован от канала сток-исток.N-канальные полевые МОП-транзисторы являются наиболее часто используемым типом полевых МОП-транзисторов. Положительное напряжение на выводе затвора включает полевой МОП-транзистор, а отрицательное напряжение на затворе делает его «выключенным». Это делает его идеальным для релейного переключателя MOSFET.

Релейные переключатели с P-каналом Схема:

В отличие от N-канального расширенного MOSFET, он работает только с отрицательными напряжениями затвора. В этой конфигурации клемма источника P-канала подключена к + Vdd, а клемма слива подключена к земле.Оба соединены через катушку реле. Когда на клемму затвора подается ВЫСОКИЙ уровень напряжения, то полевой МОП-транзистор с P-каналом будет соответственно отключен.

О чем следует помнить при выборе подходящего реле:

  • Убедитесь, что они имеют хорошую защиту катушки и защиту от прикосновения
  • Ищите стандартные реле с нормативными разрешениями
  • Выбирайте высокоскоростные переключающие реле
  • Разумно выберите тип контактов.
  • Убедитесь, что между цепью катушки и контактами в вашем реле есть изоляция

Давайте разберемся с работой цепи реле на примере:

Предположим, вам нужно включить лампу CFL с помощью релейного переключателя. В этой релейной схеме мы используем кнопку для срабатывания реле 5 В, которое, в свою очередь, замыкает вторую цепь и включает лампу.

Соберите следующие компоненты для разработки схемы:

  • Реле 5 В
  • Держатель лампы
  • CFL
  • Нажмите кнопку ВКЛ / ВЫКЛ
  • Perf-Board
  • Батарея 9 В
  • Источник питания переменного тока

Типичный ВКЛ / Переключатель ВЫКЛ добавлен с целью переключения релейного устройства. В приведенной выше схеме реле 5 В питается от батареи 9 В.Первоначально, когда переключатель разомкнут, через катушку не будет протекать ток. В результате общий порт реле подключается к нормально разомкнутому контакту. Следовательно, ЛАМПА останется выключенной.

Когда переключатель замкнут, ток начинает течь через катушку. Здесь в катушке создается магнитное поле, которое притягивает подвижный якорь из-за электромагнитной индукции, и Com-порт подключается к нормально замкнутому контакту реле. В результате CFL включится.

Основным недостатком твердотельных реле по сравнению с электромеханическими реле эквивалентной мощности является их более высокая стоимость. Доступны только однополюсные однополюсные типы, токи утечки в состоянии «ВЫКЛ» протекают через коммутационное устройство, а высокое падение напряжения в состоянии «ВКЛ» и рассеиваемая мощность приводят к дополнительным требованиям к отводу тепла. Кроме того, стандартные реле состояния не могут переключать очень малые токи нагрузки или высокочастотные сигналы, такие как аудио или видеосигналы.Однако для этого типа приложений доступны специальные твердотельные переключатели.

И электрохимическое, и твердотельное реле имеют большое значение в повседневной жизни. Вы можете выбрать любой из них в зависимости от ваших требований к устройству. Твердотельные реле имеют довольно большую и, возможно, устрашающую начальную цену по сравнению с электромеханическими реле.

Однако движение этого контакта твердотельного реле создается за счет электромагнитных сил от входного сигнала малой мощности. Это позволяет завершить цепь, содержащую сигнал большой мощности. Следовательно, твердотельные реле лучше электромеханических. Электромеханические реле относятся к относительно старой технологии, в которой используется простой подход к механической конструкции.

Приложения:

Существует широкий спектр приложений для реле. Вот некоторые из наиболее распространенных приложений:

  • Релейная цепь может использоваться для реализации логических функций
  • Они также обеспечивают критически важную логику безопасности
  • Реле могут использоваться для обеспечения функций задержки времени
  • Они используются для управления сильноточными цепями с помощью помощь слаботочных сигналов

В этой статье мы обсудили различные типы реле, их работу и области применения.Теперь вы хорошо знаете реле и их функции. Прочитав эту статью, вы сможете без каких-либо неудобств самостоятельно спроектировать реле.

Связанные электронные проекты Схемы:

Коммутаторы | Книга Ultimate Electronics

Ultimate Electronics: практическое проектирование и анализ схем


Переключатели, кнопки, несколько устойчивых состояний и девять способов моделирования цепей с помощью переключателей. Читать 20 мин

Переключатели или кнопки — это электронные компоненты, которые отключают или соединяют два узла цепи.В физической реализации схемы эти слова могут относиться к механическим переключателям или кнопкам, но также могут относиться к более сложным активным компонентам, которые выполняют аналогичное действие, таким как переключатели на основе транзисторов. Их также можно рассматривать как чисто теоретические конструкции при анализе схемы.

Коммутатор имеет два состояния: два узла могут быть подключены или отключены.

В идеальном переключателе подключенное состояние ведет себя как резистор R = 0 (короткое замыкание), а отключенное состояние ведет себя как резистор R = ∞ (обрыв цепи):

Переключатель, показанный выше, является переключателем «на одно направление», что означает, что переключаемый терминал может быть подключен или нет.В целом, это называется переключателем SPST для однополюсного одноходового переключателя. Это полезно в качестве простого выключателя, как и большинство знакомых вам выключателей света.


Другой вариант — это двойное переключение, когда вместо отключения коммутатор подключается к некоторому третьему узлу. В одном состоянии узлы P и A соединены вместе, а B отключен. В другом состоянии узлы P и B соединены вместе, в то время как A отключен. Это называется переключателем SPDT для однополюсного двухпозиционного переключателя:

Переключатель SPDT может быть полезен для подключения одного терминала к двум взаимоисключающим альтернативам.Например, мы можем переключаться между двумя разными входными каналами усилителя с помощью переключателя SPDT.

Переключатели

также могут быть изготовлены с более чем двумя вариантами подключения, такими как поворотный переключатель, который можно установить в одно из 10 различных положений. Их обычно называют «позициями», а не «броском», но концепция та же.


Практичные переключатели отличаются от идеальных переключателей по ряду важных аспектов.

Реальные переключатели имеют некоторое конечное ненулевое сопротивление в замкнутом состоянии. Это сопротивление вызывает падение напряжения, которое может быть или не быть значительным в зависимости от остальной части схемы. Обычно мы хотим, чтобы сопротивление переключателя во включенном состоянии было намного меньше, чем сопротивление того, к чему он подключен, чтобы мы могли приблизить его к нулю, но на практике нам, возможно, придется учитывать конечное сопротивление переключателя более высокими значениями. -текущие ситуации. См. Раздел «Резисторы в последовательном и параллельном» и «Алгебраическое приближение» для получения дополнительной информации.

Настоящие переключатели имеют ограничения по току , потому что их ненулевое сопротивление приводит к их перегреву во включенном (замкнутом) состоянии.См. «Практические резисторы: номинальная мощность (мощность)» для получения дополнительной информации.

Реальные переключатели имеют пределов напряжения для их выключенного (разомкнутого) состояния. Высокое напряжение между соседними компонентами внутри переключателя создает большое электрическое поле, которое, если оно достаточно высокое, может вызвать дугу или искру, где электрическое поле достаточно сильное, чтобы электроны прыгали по воздуху между двумя выводами. Это определенно нежелательно и может привести к повреждению переключателя и всего, к чему он подключен, из-за окисления и коррозии контактов, что приведет к повышению сопротивления в будущем и, в конечном итоге, к большему нагреву переключателя и возможному выходу из строя.

Реальные переключатели также могут иметь физическое поведение, такое как «подпрыгивание» или «дребезжание», , которое представляет собой быстрое переключение между включенным и выключенным состояниями в миллисекундах после замыкания переключателя. Это происходит из-за механической упругости переключателя, и так же, как автомобиль, едущий на лежачем полицейском, контакт может немного подпрыгнуть, прежде чем он успокоится и установит устойчивый контакт. Если у вас есть доступ к осциллографу, вы можете довольно легко увидеть это явление. Это приводит к набору методов «противодействия», включая использование как конденсаторов, так и программных решений для фильтрации этих переходных циклов открытия-закрытия. Если бы у нас не было противодействия, то каждый раз, когда вы нажимали клавишу на клавиатуре компьютера, он мог бы вводить этот символ десятки раз, а не только один раз!

Реальные коммутаторы имеют тенденцию к ухудшению со временем . Каждый раз, когда нажимается переключатель или кнопка, происходят движения, которые в конечном итоге могут привести к деформации материалов, полностью или настолько, чтобы не было такого большого давления на контакты переключателя. Кроме того, контакты переключателя со временем подвержены коррозии в зависимости от материалов, из которых они изготовлены, и окружающей среды, в которой они находятся, что может помешать установлению хорошего соединения.

Настоящие многопозиционные переключатели, такие как переключатели SPDT, показанные выше , не переключают состояния мгновенно . Некоторые из них являются «прерываемыми» в том смысле, что они мгновенно подключаются к обоим терминалам во время транспортировки. Другие — это «прерывание перед включением», когда коммутируемый терминал на мгновение вообще ни к чему не подключен. Любой из них может быть плохим в зависимости от вашего варианта использования. Если вы работаете с настоящим переключателем или кнопкой и не знаете, что это такое, это может быть одно из двух: по возможности, спроектируйте свою схему так, чтобы ни в том, ни в другом случае не разрываться.


С точки зрения электричества, реальной разницы между кнопкой и переключателем нет. Однако механически это происходит: переключатель механически переключается, чтобы оставаться открытым или оставаться закрытым, после чего он остается в этом положении. Напротив, кнопка имеет пружину, так что после снятия приложенной механической силы кнопка автоматически возвращается в свое «нормальное» состояние.

Кнопки подразделяются на «нормально открытые» и «нормально закрытые». Нормально разомкнутая кнопка (НЕТ) является разомкнутой цепью, пока не нажата.Нормально закрытая кнопка (NC) закрыта до нажатия.

Оба типа кнопок полезны. На рулевом колесе автомобиля может быть нормально открытая кнопка для включения звукового сигнала, позволяющая подавать ток на звуковой сигнал только при нажатии на него. В системе электромагнитного дверного замка может использоваться нормально закрытая кнопка , так что нажатие на кнопку отключает ток к замку, чтобы дверь могла быть открыта.

Фактически, их можно с пользой комбинировать: механизм дверной защелки каждой микроволновой печи включает в себя две кнопки NO и одну кнопку NC.Эти три элемента действуют вместе как защитная блокировка, чтобы гарантировать, что мощный магнетрон микроволновой печи не может быть включен, если дверца действительно не закрыта. Нормально открытые кнопки должны и указывать на то, что они нажаты верхней и нижней защелками двери. Нормально закрытая кнопка является дополнительной защитой, преднамеренно разработанной для срабатывания предохранителя, а не для того, чтобы позволить магнетрону работать (если только дверь не закрыта, а кнопка NC не открывается).

Exercise Щелкните, чтобы открыть схему выше и проверить конфигурацию кнопок.Все три кнопки должны быть нажаты различными частями дверной защелки, чтобы микроволновая печь начала готовку.


Часто бывает полезно, чтобы один физический переключатель или кнопка физически приводили в действие несколько электрических переключателей. Вместо «однополюсных» они называются многополюсными переключателями , такими как DPST (двухполюсные однополюсные) и DPDT (двухполюсные, двухпозиционные).

Это просто электрически независимые переключатели для каждого из полюсов; между ними нет электрического соединения, но есть механическое.Это означает, что они не могут переключаться в одно и то же время и могут иметь разные электрические свойства, такие как коррозия, на одном, но не на другом.

Многополюсные переключатели полезны во многих ситуациях, например, при переключении левого и правого каналов аудиосигнала. Другим примером может быть переключатель источника питания для схемы, которая требует двух разных входных напряжений питания (например, ± 12 В ):

Однако в этом примере мы хотели бы тщательно продумать все возможные крайние случаи, которые могут произойти: что, если один из двух внутренних переключателей SPST подвергнется коррозии, но не другой? Что, если один просто войдет в контакт на миллисекунду раньше другого? Это могут быть важные вопросы, которые следует учитывать в зависимости от рассматриваемой схемы.


Каждый раз, когда у нас есть переключатель в цепи, у нас есть несколько разных схем, которые нужно решить независимо.

Для схемы с одним двухпозиционным переключателем (включая любой SPST, SPDT, DPST или DPDT) теперь есть два возможных состояния схемы, каждое из которых имеет собственное решение.

В общем, для схемы с N разные двухпозиционные переключатели, схемное решение разбивается на 2N разные конфигурации, каждая со своим решением.(Если какие-либо переключатели имеют более двух возможных положений, мы умножаем их на это вместо числа 2.)

Это может показаться чрезвычайно сложной проблемой, и на самом деле это так! Например, если мы подумаем об отдельном доме или квартире как об одной цепи и рассмотрим все выключатели света и все выключатели питания на всех подключенных устройствах, то быстро найдется огромное количество возможных конфигураций. Если переключателей всего 10, их уже 210 = 1024 конфигурации с возможно разными решениями. Но это реальность: включение фена в ванной может привести к тусклому свету на кухне. Однако на практике мы часто хотим спроектировать схемы так, чтобы многие переменные были на примерно на независимо от других, что мы обсудим более подробно в разделах «Делители напряжения» и «Делители тока». Однако в целом взаимодействия действительно происходят, и мы должны решать заново, потому что все токи и напряжения могут измениться в любое время при переключении переключателя.


Вот простая резистивная схема с одним переключателем SPST внутри, помеченным SW1:

Exercise Щелкните схему, запустите вычислитель постоянного тока и посмотрите на токи в цепи. Когда SW1 открыт, ток через i3, i4, i5 фактически отсутствует. .

Обратите внимание, что из-за того, как имитаторы схем имитируют разомкнутые переключатели как очень высокие, но не бесконечные сопротивления, ток может быть не совсем нулевым, но будет чрезвычайно малым, возможно, несколько фемтоампер, которые «просачиваются» через переключатель. (См. Порядки величины, логарифмические шкалы и децибелы.)

Теперь дважды щелкните переключатель SW1 и установите его в положение «закрыто». Повторно запустите решатель постоянного тока. Какие токи сейчас? В этом случае большая часть тока проходит через ветви i3, i4, i5. .

Мы можем решить систему вручную, рассмотрев два случая по отдельности: SW1 открыт и SW1 закрыт.

При разомкнутом переключателе мы можем полностью удалить его, потому что разомкнутый переключатель — это разомкнутая цепь (R = ∞ ):

Из этой схемы видно, что резисторы R3, R4 и R5 питать нечем, поэтому все токи их ответвлений равны нулю:

i3 = i4 = i5 = 0

R1 и R2 — это просто резисторы, включенные последовательно, поэтому мы можем сложить их сопротивления, чтобы найти эффективное сопротивление:

Req = R1 + R2 = 2500 Ом

Теперь мы можем использовать закон Ома, чтобы найти полный ток:

I = VReq = 92500 = 0.0036 = 3,6 мА

По закону Кирхгофа токи ответвления i1 = i2 , итак:

i1 = i2 = 3,6 мА

Мы полностью решили все токи при разомкнутом переключателе, и теперь также будет легко найти узловые напряжения.

При замкнутом переключателе мы можем заменить его проводом, потому что замкнутый переключатель — это короткое замыкание (R = 0 ):

Из этой схемы у нас просто беспорядок из пяти последовательно включенных и параллельных резисторов. Мы можем осторожно применять правила комбинирования, чтобы получить эффективное сопротивление.

Во-первых, мы можем объединить R4 и R5 параллельно. Поскольку они имеют одинаковое сопротивление, параллельная комбинация составляет лишь половину их индивидуального сопротивления:

Req1 = R4 // R5 = R4R5R4 + R5 = 80022⋅800 = 400 Ом

Далее мы видим, что R3 просто последовательно с Req1, поэтому мы можем сложить их сопротивления, чтобы получить Req2:

Req2 = R3 + Req1 = 100 + 400 = 500 Ом

Затем мы объединяем параллельный R2 с Req2, чтобы получить Req3:

Req3 = R2 // Req2 = 2000⋅5002000 + 500 = 400 Ом

В качестве быстрого метода решения подобных параллельных сопротивлений вручную обратите внимание на фиксированное соотношение между значениями 2000 и 500: коэффициент 4. Вы можете эффективно представить себе сопротивление 500 Ом. резистор как 4 параллельных 2000 Ом резисторы, потому что N резисторы одинакового размера, включенные параллельно, будут иметь сопротивление R // = RxN. . Тогда вы можете думать о дополнительном R2 как о 5-м резисторе, параллельном остальным четырем! Это означает, что параллельная комбинация такая же, как если бы 4 + 1 = 5. из этих 2000 Ом резисторы, включенные параллельно, для общего эффективного сопротивления 20005 = 400 Ом. .

Наконец, мы можем объединить серии R1 и Req3, чтобы получить Req4:

Req4 = R1 + Req3 = 500 + 400 = 900 Ом

Отсюда снова легко использовать закон Ома, чтобы найти полный ток:

i1 = VR = 9900 = 0.01 = 10 мА

В этом случае выключателя замкнуты другие токи ответвления i2, i3, i4, i5 в исходной схеме есть свои значения. Но теперь, когда у нас есть полный ток, мы можем «раскрутить» наши упрощения резистора и посмотреть, как ток делится через каждую ветвь.

Если мы прокрутим назад последовательно-параллельные упрощения резисторов, первое разделение тока, которое мы должны учитывать, будет между i2 и i3. . Мы знаем, что общий ток делится:

10 мА = i1 = i2 + i3

Нам также известно отношение полных сопротивлений каждого пути: Req2 = 14R2 .При таком соотношении сопротивлений четыре к одному путь через Req2 будет пропускать в 4 раза больше тока для того же напряжения, что и R2. Это означает, что Req2 будет нести 45 тока, а R2 будет нести 15 . Выражается в токах:

i2 = 15i1 = 2 мА (через R2) i3 = 45i1 = 8 мА (через Req2)

Далее при прокрутке вверх следующее разделение происходит, когда i3 делится на i4 и i5 . Бывает, что R4 и R5 имеют одинаковое сопротивление, поэтому ток делится между ними поровну:

i4 = 12i3 = 4 мА (через R4) i5 = 12i3 = 4 мА (через R5)

Теперь мы решили для всех пяти токов ответвления и можем легко вычислить узловые напряжения.Этот пример демонстрирует, как использовать правила сочетания последовательного и параллельного резисторов для быстрого решения резистивных цепей.

Чтобы быстро проверить наши математические расчеты, мы можем щелкнуть схему ниже, чтобы открыть исходную схему в CircuitLab, дважды щелкнуть переключатель и установить его на закрытие, а затем запустить решатель постоянного тока для проверки текущих значений:

Exercise Щелкните, чтобы смоделировать схему после замыкания переключателя SW1.


До сих пор мы говорили только об установившемся режиме работы схемы с переключателями в ней.Это применимо, если в схеме есть только резистивные элементы. В модели электрических цепей с сосредоточенными элементами резисторы не имеют памяти и мгновенно находят новое состояние равновесия после переключения переключателя.

Однако, если в нашей схеме есть другие компоненты, которые обладают какой-либо памятью или изменяющимся во времени поведением, включая конденсаторы или катушки индуктивности, то мы имеем более сложную ситуацию, когда переключатель меняет состояние.

В этих случаях мы должны учитывать две вещи:

  1. Расчет нового установившегося состояния токов и напряжений в новой конфигурации переключателя.
  2. Расчет переходного режима , который включает промежуточные, временные напряжения и токи, которые применяются до тех пор, пока не будет достигнуто новое установившееся состояние равновесия.

Рассмотрим эту схему с переключателем, который замыкается в момент времени t = 10 мс. :

Exercise Щелкните схему и запустите моделирование во временной области. Это пример схемы, которая переключается между двумя разными устойчивыми состояниями, но при переходе между ними имеет интересное и важное поведение.Из-за конденсатора C1 сразу после замыкания переключателя временно протекает сильный ток (пик около 120 А), пока ситуация не стабилизируется до нового установившегося тока чуть ниже 2 А.

Программное обеспечение для моделирования позволяет легко исследовать подобные ситуации, но мы также можем получить интуицию аналитически. В момент сразу после замыкания переключателя конденсатор C1 «выглядит» как короткое замыкание, вызывая мгновенный пиковый ток около I = V1R1 = 120,1 = 120 А. протекать через предохранитель и R1.В долговременном установившемся состоянии конденсатор вообще не пропускает ток и поэтому выглядит разомкнутым, оставляя общий ток I = 126 + 0,1≈1,97 А. через лампу. Подробнее о конденсаторах мы поговорим в следующей главе.

В мире, где только установившееся состояние, только с идеальными источниками, резисторами и переключателями, если бы у нас было N двухпозиционных переключателей, нам, возможно, пришлось бы вычислить 2N установившиеся состояния цепи. Однако, как только мы допускаем переходное поведение, схема может или не может соответствовать ни одному из этих устойчивых состояний.

Например, рассмотрим эту простую схему переключения с переключателем SW1, который переключается на размыкание и замыкание четыре раза в секунду:

Щелкните схему и запустите моделирование во временной области. Как бы то ни было, у схемы никогда не бывает достаточно времени, чтобы перейти в какое-либо из своих устойчивых состояний. Вместо этого он всегда движется навстречу одному или другому.

Что произойдет, если мы изменим частоту переключения переключателя? Дважды щелкните генератор функции напряжения V2, измените частоту на 1 Гц вместо 4 Гц и повторно запустите моделирование во временной области.Теперь выходное напряжение почти достигает своего установившегося состояния при Vout = 6 В. когда переключатель замкнут (т.е. когда Vcontrol = 5 ).

Что произойдет, если мы изменим номинал конденсатора С1? Дважды щелкните C1 и измените его на «1 м» вместо «22 м» и повторно запустите моделирование во временной области. Теперь система очень быстро достигает своего нового устойчивого состояния после каждого переключения переключателя.

Аналитически этот пример имеет два легко решаемых установившихся состояния. (Обратите внимание, что в установившемся режиме мы можем рассматривать конденсаторы как разомкнутую цепь, как если бы они были полностью удалены из цепи.Мы рассмотрим это более подробно в следующей главе.) Когда переключатель разомкнут, ток не течет через R1 или R2, поэтому Vout = 0. . Когда переключатель замкнут, R1 и R2 образуют простой делитель напряжения с двумя равными сопротивлениями, поэтому Vout = 12 В 1 = 6 В. .

Переходное поведение немного сложнее описать. Позже мы поговорим о постоянных времени для RC-цепей. В этом случае при зарядке постоянная времени составляет:

τ1 = (R1 // R2) C1 = (3 Ом) (0,022 F) = 0,066 с

При разрядке R1 отключен, а постоянная времени немного больше:

τ2 = R2C1 = (6 Ом) (0.022 F) = 0,132 с

Наш переключатель переключается на открытие и закрытие с частотой 4 Гц, что означает, что он проходит полный цикл каждые 0,250 секунды. Он находится в каждом состоянии половину этого времени, или 0,125 секунды. Поскольку временные постоянные RC примерно аналогичны по продолжительности периоду переключения, у схемы есть время, чтобы добиться некоторого прогресса в достижении своей цели в установившемся состоянии, но она не добьется этого до конца.

Напротив, если мы сделаем постоянные времени RC намного короче, чем период переключения τRC≪τ например, заменив конденсатор 22 мФ на конденсатор 1 мФ, как описано выше, тогда схема успеет достичь своего окончательного значения.

Что произойдет, если вместо этого мы сделаем период переключения значительно короче, чем постоянная времени RC, τRC≫τswitching ? Что происходит с зубчатой ​​рябью Vout ? Смоделируйте и узнайте.

Мы поговорим гораздо больше о постоянных времени и RC-цепях в следующих главах.


В среде моделирования схем нам нужно тщательно продумать, что именно мы хотим, чтобы коммутатор делал в контексте нашего моделирования.

Некоторые «игрушечные» симуляторы позволяют интерактивное нажатие кнопок и переключателей во время симуляции, но за пределами самых ранних этапов обучения эти интерактивные симуляторы не имеют реального применения.Моделирование должно быть спроектировано для контролируемой повторяемости, чтобы мы могли понять эффекты внесения изменений в нашу схему, что требует повторяемого способа управления переключателями.

Простейшим переключателем является переключатель с управлением по времени , который моделируется как переключатель SPDT, который переключается из одного состояния в другое в заранее заданное время. Время срабатывания можно установить двойным щелчком переключателя.

Мы уже видели пример переключателя с таймером в моделировании схемы ранее в этом разделе:

Exercise Щелкните схему, чтобы открыть ее, а затем дважды щелкните переключатель SW1.Здесь вы можете видеть, что он настроен на изменение в момент времени «10 мин», что соответствует t = 10 мс. . Попробуйте изменить время переключения, а затем повторно запустите моделирование схемы.

Переключатели с управлением по времени легче всего понять при моделировании во временной области. Многие задачи в классе, связанные с RC- или RL-схемами, включают в себя вопрос о том, что происходит, когда переключатель замыкается или размыкается в определенное время, а переключатель с управлением по времени предоставляет простой способ смоделировать это напрямую.

Обратите внимание, что вы должны быть осторожны при определении переключателя для изменения состояний точно при t = 0. .В большинстве случаев симулятор автоматически «поступит правильно» и начнет с предварительно перевернутого состояния для самой первой точки данных, а затем сразу переключит переключатель на после t = 0 . Однако, если вы не уверены, измените время запуска на небольшое положительное значение, чтобы сначала смоделировать исходное состояние схемы.

Обычно, когда любое программное обеспечение для моделирования схем запускает моделирование во временной области, оно сначала находит начальное установившееся решение для системы перед t = 0 .

В такой схеме:

Exercise Щелкните, чтобы смоделировать схему выше.

Это начальное установившееся решение будет рассматривать конденсатор как уже заряженный до его долгосрочного значения постоянного тока, ВА = 1 В . Когда мы запустим моделирование во временной области, мы получим скучную ровную линию, потому что ничего не меняется!

Вместо этого мы установили «Skip Initial = Yes» в настройках моделирования во временной области. Это говорит симулятору полностью пропустить процесс определения начального состояния схемы до t = 0. , поэтому вместо этого конденсатор по умолчанию полностью разряжен.

Щелкните схему и запустите моделирование с «Пропустить начальный = Да», чтобы убедиться, что конденсатор теперь начинает работать незаряженным, а затем заряжается до своего конечного значения. Теперь измените его на «Skip Initial = No» (значение по умолчанию для CircuitLab) и посмотрите, что произойдет.

Хотя этот параметр «работает» для простых RC-цепей и т.п., он имеет тенденцию создавать проблемы с более сложными цепями, например, содержащими транзисторы или операционные усилители, поскольку они имеют внутреннее состояние (например, внутренние конденсаторы), которое не заряжается. к правильным начальным значениям.Вместо этого мы настоятельно рекомендуем просто использовать переключатель временной области, установленный для t = 0. чтобы быть полностью точным в отношении запуска вашей схемы, а не полагаться на эту настройку симулятора.

Переключатель, управляемый напряжением, — один из самых мощных элементов моделирования. (На практике транзисторы и реле могут действовать как переключатели, управляемые напряжением, но здесь мы просто говорим о теории и моделировании. ) Он переключается между открытием и закрытием в зависимости от разницы напряжений на его управляющих клеммах.

Ниже приведены несколько различных примеров использования переключателя, управляемого напряжением. Щелкните каждую, запустите моделирование, а затем попробуйте изменить и понять, как это работает.

1) В примере, который мы уже исследовали ранее в этом разделе, мы можем использовать генератор функции напряжения для создания выходного сигнала прямоугольной формы для создания управляющего сигнала для переключателя, управляемого напряжением. Обратите внимание, что мы установили амплитуду и смещение функционального генератора V2 в соответствии с точкой перехода напряжения переключателя SW2:

.

Exercise Щелкните, чтобы смоделировать схему выше.

2) Наша функция управления может быть простой функцией времени, например VCONTROL = 5 (T> 3) . Эта функция принимает значение 0 до момента t = 3. , и оценивается как 5 раз после:

Exercise Щелкните, чтобы смоделировать схему выше.

3) Наш контроль может быть кусочно-пошаговой функцией, например VCONTROL = PWS (0,0,0.9,5,1,0) . Функция PWS принимает список (ti, xi) пары, поэтому при t = 0 функция останется на V = 0 , до t = 0,9 в это время V = 5 , а затем при t = 1 управляющее напряжение вернется к нулю.Таким образом, мы можем создавать произвольно сложные сигналы:

Exercise Щелкните, чтобы смоделировать схему выше.

4) Вместо того, чтобы указывать наши пары время-значение в функции PWS, мы также можем указать их как файл CSV. Дважды щелкните источник CSV V2, чтобы увидеть внутри:

Exercise Щелкните, чтобы смоделировать схему выше.

5) Вместо PWS мы можем использовать PWSREPEAT, который повторяет один и тот же шаблон снова и снова:

Exercise Щелкните, чтобы смоделировать схему выше.

6) Мы также можем использовать источник цифровых часов для управления переключателем, управляемым напряжением:

Exercise Щелкните, чтобы смоделировать схему выше.

7) Наконец, мы можем использовать напряжение в самой цепи в качестве триггера. Этот пример немного сложнее, но он использует тот факт, что модель переключателя, управляемого напряжением, имеет гистерезис. Гистерезис означает, что после того, как переключатель переходит из одного состояния в другое, остается некоторая память, поэтому требуется большее покачивание, чтобы заставить его переключиться обратно в первое состояние.Это настраивается в параметре V_H переключателя SW2. Дважды щелкните SW2, попробуйте изменить напряжение гистерезиса V_H и повторно запустите моделирование:

Exercise Щелкните, чтобы смоделировать схему выше.


В следующем разделе, «Делители напряжения», мы рассмотрим типичное последовательное расположение резисторов, которое очень часто встречается при проектировании и анализе схем.


Роббинс, Майкл Ф. Ultimate Electronics: Практическое проектирование и анализ схем. CircuitLab, Inc., 2021, ultimateelectronicsbook. com. Доступно. (Авторское право © CircuitLab, Inc., 2021)

Что такое переключатель нагрузки? | Основы электроники

Выключатель нагрузки — это электронный компонент, не имеющий движущихся частей, который работает как реле. Как правило, два полевых МОП-транзистора действуют как переключающий элемент, один из которых является N-канальным устройством, а другой — P-канальным устройством.

Ниже мы рассмотрим, когда этот переключающий элемент включен или выключен, и что это влечет за собой.


Пусковой ток при включенном переключателе нагрузки

Когда переключатель нагрузки (Q1 на схеме ниже) включен, временно протекает большой ток, намного превышающий установившийся ток. Если заряд конденсатора близок к нулю, тогда возникает большой бросок тока, напряжение подается на выход Vo, что приводит к мгновенному и большому заряду в протекании тока. Этот чрезмерный ток часто называют пусковым током.

Пик пускового тока в значительной степени определяется входным напряжением Vi, Rds (on) полевого МОП-транзистора Q1 и ESR емкости нагрузки CL на стороне нагрузки и увеличивается вместе с входным напряжением Vi. Чрезмерно большой пусковой ток может вызвать сбои или неисправности системы. Превышение максимального номинального тока также может привести к разрушению.

Однако, добавляя конденсатор C2 параллельно с резистором R1, подключенным между затвором и базой полевого МОП-транзистора Q1, можно замедлить снижение напряжения затвора, что постепенно уменьшит Rds (вкл.) И подавит пусковой ток.

Эквивалентная принципиальная схема переключателя нагрузки


Противодействие пусковому току (когда переключатель нагрузки N-канального МОП-транзистора включен)

Переключатель нагрузки полевого МОП-транзистора

Нкн: RSQ020N03

Vin = 5 В, Io = 1 А, Q1_1G = 1 В? 12 В

  • Переключатель нагрузки Q1 включен, когда Q2 выключен (напряжение затвора Q1 будет больше, чем Vo (Q1 Vgs))
  • Переключатель нагрузки Q1 выключен, когда Q2 включен
  • В качестве контрмеры был добавлен C2 для минимизации пускового тока при включении Q1

Эквивалентная принципиальная схема переключателя нагрузки на полевом МОП-транзисторе

Нч


Обратный ток при выключении переключателя нагрузки

Даже когда переключатель нагрузки Q1 переключается с ВКЛ на ВЫКЛ, напряжение на выходном выводе Vo будет оставаться в течение определенного периода времени в зависимости от емкости CL нагрузки на выходной стороне.

Если напряжение на Vi ниже, чем Vo, обратный ток может течь с выхода Vo на вход Vin через паразитный диод, сформированный между стоком и истоком полевого МОП-транзистора Q1. Убедитесь, что номинальный ток полевого МОП-транзистора Q1 никогда не превышается ни при каких обстоятельствах. Кроме того, при определении значения емкости входного шунтирующего конденсатора CIN следует учитывать время нарастания с учетом условий нагрузки.

Эквивалентная принципиальная схема переключателя нагрузки

Страница продукта Схема транзисторного переключателя

— Электронная информация от PenguinTutor

Транзистор — это усилитель, который может увеличивать ток, протекающий по цепи.Его можно использовать в качестве переключателя, используя только транзистор в выключенном состоянии или во включенном состоянии, используя область насыщения транзистора. В качестве переключателя транзистор часто используется для получения сигнала от цифровой схемы и использования его для переключения нагрузок с большей нагрузкой, чем может обеспечить интегральная схема (ИС).

На схеме ниже показана обычная простая конфигурация схемы транзисторного переключателя. Он состоит из одного транзистора NPN и изображает два резистора. Резистор R L не обязательно является резистором, но представляет значение сопротивления переключаемого устройства.Это может быть лампа, реле или какое-либо другое устройство, которому требуется больший ток, чем вход может управлять напрямую. Резистор может потребоваться, если коммутируемое устройство не имеет достаточного собственного сопротивления (например, светодиоды). Резистор на базе R b — это резистор, используемый для предотвращения повреждения базы транзистора. Он должен быть достаточно большим, чтобы предотвратить повреждение транзистора, но при этом должен пропускать ток, достаточный для включения транзистора. Подробная информация о том, как определить размер резистора, объясняется ниже.

Как работает схема

Чтобы транзистор действовал как переключатель, он должен быть активирован как область насыщения. При включении в режиме насыщения транзистор действует как замкнутый переключатель, пропускающий ток через нагрузку.

Если переключаемая нагрузка представляет собой индуктивное устройство, такое как двигатель, соленоид или реле, то диод должен быть подключен в обратном направлении через нагрузку, чтобы предотвратить повреждение транзистора обратной ЭДС.

Хотя цель этого состоит в том, чтобы свести математику к минимуму, нам нужно использовать некоторую простую формулу, чтобы определить подходящее значение для базового резистора R b . Ключевое уравнение, используемое здесь, — это закон Ома.

Расчеты

Чтобы определить соответствующий уровень резистора, необходимо рассчитать соответствующий входной ток для насыщения транзистора. Вход обычно управляется гораздо более высоким током, чтобы гарантировать, что он находится в этой области насыщения (например,В 10 раз превышающий минимальный базовый входной ток насыщения).

Сначала нам нужно определить ток, протекающий через резистор R L . В зависимости от типа устройства его можно будет взять из таблицы данных на основе тока, необходимого для активации или работы устройства. Если это неизвестно — или нам нужно ограничить этот ток для защиты устройства, тогда сопротивление можно рассчитать с помощью закона Ома.

V cc — напряжение питания, V ce — падение напряжения между коллектором и эмиттером при насыщении.Значение V ce можно найти в паспорте транзистора.

Необходимо проверить техническое описание транзистора, чтобы убедиться в том, что транзистор проходит через максимальный ток. На транзисторе с меньшей мощностью это значение может быть довольно низким, например 100 мА на BC546, но на транзисторе высокой мощности оно может достигать 15 А на TIP3055. Если значение I c max слишком низкое, то необходимо использовать другой транзистор или добавить резистор для ограничения этого тока (если остальная часть схемы может работать с уменьшенным током).

После определения тока коллектора минимальный базовый ток можно найти, посмотрев на коэффициент усиления транзистора. Коэффициент усиления указан в техническом паспорте как hFE или β

.

Формула соотношения между током коллектора и током базы:

, которую мы транспонируем как:

Коэффициент усиления транзистора не является постоянным, но для переключателя, использующего наименьшее значение, транзистор будет находиться в области насыщения. Примерные значения усиления составляют от 200 до 450 для транзистора BC546 или 45 для транзистора TIP3055.

Чтобы обеспечить полное включение транзистора даже при изменении нагрузки, мы обычно умножаем базовый ток в 10 раз. Если базовый ток в десять раз больше необходимого базового тока превышает максимальный базовый ток, тогда значение ниже максимального. Вместо этого следует использовать базовый ток.

Чтобы подобрать резистор подходящего размера, воспользуемся следующей формулой.

Где V I — напряжение на входе базового резистора.

Практический пример

См. Мои примеры проектов с использованием транзисторных ключей

Коммутационные схемы — обзор

9.

5.11 Коммутация каналов и коммутация пакетов

В ISDN, которая представляет собой технологию с коммутацией каналов (по сравнению с коммутацией пакетов), сигналы от всех клиентов являются цифровыми и остаются цифровыми до места назначения. Голосовые или любые другие аналоговые сигналы сначала кодируются с помощью импульсной кодовой модуляции, то есть аналоговый сигнал дискретизируется, квантуется и кодируется в цифровом виде для передачи по сети.

При коммутации каналов 40 соединение (канал) устанавливается между двумя конечными точками до начала передачи данных и разрывается, когда сквозная связь завершается.Конечные точки распределяют и резервируют полосу пропускания соединения сразу после установки на весь срок, даже если данные не передаются во время временных пауз. Даже когда соединение использует мультиплексированные сигналы, назначенные биты в кадре мультиплексирования будут переданы и останутся выделенными для этого канала в течение всего срока действия этого соединения. Задержка передачи от конца до конца — это задержка распространения по сети, которая обычно очень мала — доли секунды даже для спутниковых каналов.Небольшие задержки могут быть большим преимуществом, когда сообщение необходимо передать в режиме реального времени.

Каналы с коммутацией каналов (также называемые услугами с коммутацией каналов) идеально подходят для популярного типа мультимедиа, известного как потоковый мультимедийный трафик. Потоковые медиа аналогичны вещательным медиа в том смысле, что аудио или видео материал создается, как только компьютер получает данные через Интернет. По самой своей природе потоковые мультимедиа должны непрерывно поступать на компьютер пользователя, поэтому они не могут следовать тем же правилам трафика, что и обычные данные, которые могут быть «прерывистыми» 41 и допускать длительные задержки (например, трафик электронной почты).Обычно мы классифицируем данные как прерывистые; однако видео также может быть прерывистым, но менее резким. Коммутация цепи, однажды установленная, эквивалентна прямому подключению. Он имеет желательно небольшую и постоянную задержку по цепи, и данные поступают в том же порядке, в котором они были отправлены, и в этом смысле он идеально подходит для передачи голоса, музыки и видео. С другой стороны, переключение каналов, даже несмотря на то, что оно быстрое и идеальное для потоковой передачи, может быть очень неэффективным, так как большинство каналов в любой момент времени будут бездействовать.Кроме того, по сравнению с коммутацией пакетов, пропускная способность канала полностью выделяется на время соединения. Поскольку соединение является выделенным, его нельзя использовать для передачи каких-либо других данных, даже если канал свободен, следовательно, пропускная способность канала тратится. При коммутации каналов выделенный канал резервируется, в то время как при коммутации пакетов происходит совместное использование ресурсов. Таким образом, коммутация пакетов в настоящее время является основной услугой. Пакетная коммутация обсуждается на протяжении всей главы, например, в разделе 9.5.12 и в конце раздела 9.5.14. Подводя итог, можно сказать, что при передаче цифрового сообщения (файла, веб-страницы и т. Д.) Через локальную сеть или Интернет используется коммутация пакетов, которая представляет собой метод передачи данных, при котором сообщение сначала разделяется на пакеты (относительно небольшая часть сообщения). ) и передаются к месту назначения по каналам, выделенным для соединения, только на время передачи пакета. Для Интернета обычно пакеты размером 64 килобайта называются дейтаграммами IP, а 1.5 килобайт для пакетов Ethernet. Каждый пакет имеет сообщение и идентификатор пункта назначения и пересылается по любому доступному каналу (т. Е. Дейтаграммы одной группы могут перемещаться по разным путям) до достижения одного и того же пункта назначения, что необязательно в одно и то же время. Порядковые номера пакетов для идентификации его места в сообщении и места назначения требуются, когда пакеты могут быть потеряны в пути, чтобы идентифицировать пропущенные пакеты. По прибытии пакеты собираются заново в том же порядке, что и в исходном сообщении.Отправка сообщения небольшими частями делает передачу данных более надежной, эффективной и успешной, чем отправка большого файла. Для перегруженных сетей больше шансов найти менее перегруженный путь для небольших пакетов. Кроме того, если пакет не получен, необходимо повторно отправить только недостающий. Также при потоковой передаче мультимедиа формат дейтаграммы полезен, так как часто можно допустить отбрасывание нескольких дейтаграмм.

Кнопочный выключатель на транзисторах

В этом уроке мы собираемся создать проект кнопочного переключателя ВКЛ-ВЫКЛ с использованием транзисторов.Эти переключатели обычно используются в прототипах, проектах, демонстрациях и более продвинутых продуктах, поскольку они обеспечивают знакомый способ размыкания / замыкания цепи. Схема, которую мы делаем, идеально подходит для использования в качестве кнопочного переключателя. Это позволит включать и выключать нагрузки с помощью кнопки.

Обычно эти переключатели могут быть выполнены с использованием двоичного делителя или микросхемы таймера 555, но они потребляют ток даже в выключенном состоянии, что немного усложняет процесс. Поэтому мы разработали эту схему с использованием двух транзисторов, они не потребляют ток в выключенном состоянии и подходят для питания от батарей.

Компоненты оборудования

Принципиальная схема

Рабочий Пояснение

Эта схема работает от батареи от 9 до 12 вольт постоянного тока. Первоначально схема останется в выключенном состоянии, потому что кнопка не была нажата и через транзистор не течет ток.

Когда вы нажимаете кнопку, ток будет течь через базу транзистора 2N304, который включит его. Теперь ток, протекающий через этот транзистор, будет током базы для второго транзистора 2N3906.Оба транзистора будут активированы, и в результате сработает реле 12 В. Вы можете подключить любое устройство переменного / постоянного тока в соответствии со значением реле и управлять им через эту цепь.

Поскольку второй транзистор включен параллельно первой кнопке, он гарантирует, что цепь останется включенной даже тогда, когда кнопка отскакивает. Для выключения цепи нажимается вторая кнопка. Он заземлит базу второго транзистора и отключится.В результате он прервет прохождение тока базы первого транзистора на землю. Это выключит всю систему.

Приложения и использует

Это Схема имеет на выходе реле 12 В, которое может быть подключено к любому переменному или постоянному току. прибор, имеющий то же значение напряжения, что и реле, чтобы включить / выключить его.

Как использовать биполярный переходной транзистор (BJT) в качестве…

Если вы ознакомились с нашим руководством «Различные области работы BJT», мы обсудили, как биполярный переходный транзистор (BJT) работает в области отсечки, насыщения и активных областей .Мы обсудили условия для того, чтобы BJT работал в этих разных регионах. В этом руководстве мы обсудим, как использовать эти две рабочие области, отсечку и насыщенность, чтобы мы могли использовать BJT в качестве переключателя. После завершения этого руководства вы сможете использовать BJT для простых приложений переключения.

Но перед этим, если вы новичок в электротехнике или электронике и понятия не имеете, что такое переключатель, давайте сначала кратко обсудим, что это такое. Если вы уже знакомы с переключателями, можете просто пропустить следующую часть.

Что такое коммутатор?

Обычно образ, который возникает у вас в голове, когда вы думаете о переключателе, — это изображение, показанное на рисунке 1. Этот тип переключателя представляет собой электрический переключатель, который мы обычно используем в наших домах для включения или выключения света. .

Рисунок 1. Электрический переключатель.

Существует множество типов переключателей, используемых в электротехнике или электронике. Мы можем разделить их в основном на электромеханические и электронные переключатели. Поскольку BJT работает как переключатель SPST, мы можем просто использовать переключатель SPST, чтобы легко объяснить, как работает переключатель.

Рисунок 2. Тумблер SPST и символ цепи переключателя SPST.

Переключатель — это электрическое или электронное устройство, которое может размыкать или замыкать цепь, останавливая или позволяя току в цепи. На рисунке 2 вы можете увидеть однополюсный однонаправленный переключатель (SPST) и обозначение цепи переключателя SPST. Количество полюсов в переключателе определяет, сколькими отдельными цепями он может управлять, в то время как счетчик хода переключателя говорит нам, к скольким позициям можно подключить каждый из полюсов переключателя.Переключатель SPST имеет один полюс и один ход, поэтому он может управлять только одной цепью, а его полюс может быть подключен только к одной клемме. Таким образом, тумблер SPST — это просто выключатель с двумя выводами (A и B), которые можно соединить вместе или отсоединить друг от друга, переключая рычаг (привод).

На рисунке 3 мы можем видеть принципиальную схему лампочки, подключенной непосредственно к сети переменного тока. Надеюсь, вы можете себе представить, что на самом деле лампочка подключается к сети переменного тока или сетевой розетке через электрическую вилку и застежку-молнию.Итак, чтобы включить лампочку, мы вставим вилку в розетку, а чтобы выключить ее, вытащим вилку из розетки. Чтобы сделать это менее хлопотным, мы можем вставить тумблер в схему, чтобы мы могли просто переключать рычаг тумблера, если мы хотим включить или выключить лампочку, вместо того, чтобы подключать или отключать электрическую вилку.

Рисунок 3. Лампочка, подключенная непосредственно к источнику 220 В переменного тока от сети переменного тока.

Как показано на рисунке 4, мы можем отрезать одну линию кабеля и вставить переключатель.

Рис. 4. Вырезание одной линии для вставки переключателя.

На рисунке 5 переключатель теперь вставлен, и лампочку можно легко включить или выключить, просто переключив рычаг тумблера. Вот так просто работает переключатель.

Рис. 5. Тумблер теперь вставлен, чтобы легко включить или выключить лампочку.

Сравнение BJT с тумблером SPST

На рисунке 6 тумблер SPST имеет три части или метки, которые мы можем сравнить с тремя клеммами BJT.Клеммы коллектора и эмиттера BJT аналогичны клеммам A и B тумблера. Базовая клемма BJT похожа на рычаг тумблера. Мы обсудим это позже.

Рисунок 6. Тумблер SPST и NPN BJT.

Почему мне нужно использовать BJT для переключения?

Существует множество причин, по которым вы могли бы использовать BJT или транзистор в качестве переключателя. Но для меня основная причина — это управление нагрузкой с более высоким потреблением тока или напряжения.Например, ваша нагрузка требует 100 мА, но вы можете потреблять только 20 мА от источника, что является обычным для вывода GPIO микроконтроллера. Или, может быть, вам нужно управлять реле 12 В с помощью микроконтроллера, но его контакт может выводить только 3,3 В или 5 В. Вы можете использовать транзистор, чтобы решить эту проблему.

Используя транзистор для переключения больших нагрузок, вы также можете автоматизировать процесс включения или выключения нагрузки дистанционно вместо использования электромеханического переключателя, которым нужно управлять вручную.Итак, исходя из этих причин, давайте начнем обсуждать операцию переключения BJT.

Операция переключения BJT

Функционирование BJT в качестве переключающего устройства действительно легко понять, особенно если вы уже узнали, как заставить BJT работать в области отсечки и насыщения. BJT действует как разомкнутый переключатель, когда он работает в области отсечки. На рисунке 7 вы можете видеть, что npn BJT работает в области отсечки, поскольку напряжение на клемме базы составляет 0 В.Следовательно, переход база-эмиттер не имеет прямого смещения, и если мы не будем учитывать ток утечки, все токи, I B и I C равны нулю. Вы также можете видеть на рисунке 7, что клеммы коллектора и эмиттера действуют как разомкнутый переключатель SPST. Поскольку I C равен нулю, напряжение на выводе коллектора и эмиттера, V CE (отсечка) , равно V CC .

Рис. 7. npn BJT, работающий в области отсечки, действует как разомкнутый переключатель.

Итак, чтобы BJT работал как открытый переключатель, все, что вам нужно сделать, это убедиться, что его переход база-эмиттер не смещен в прямом направлении. Теперь, чтобы BJT работал как замкнутый переключатель, он должен работать в области насыщения. На рисунке 8 мы предположили, что npn BJT работает в области насыщения. Как видите, выводы коллектора и эмиттера действуют как замкнутый переключатель SPST. В идеале между коллектором и эмиттером должно быть короткое замыкание, и падение напряжения на нем должно быть нулевым.Однако в действительности существует небольшое падение напряжения на выводах коллектора и эмиттера, которое известно как напряжение насыщения, V CE (sat) .

Рис. 8. npn BJT, работающий в области насыщения, действует как замкнутый переключатель.

Для того, чтобы BJT работал в области насыщения, переход база-эмиттер и переход база-коллектор должны быть смещены в прямом направлении, и должен быть достаточный базовый ток для создания тока насыщения коллектора, I C (sat) . Используя схему на рисунке 8, формула для расчета I C (sat) :

I C (sat) — это ток, который требуется для нагрузки R C .V CE (sat) указан в техническом описании BJT, который вы собираетесь использовать. После расчета I C (sat) , следующее, что нужно выяснить, — это минимальный базовый ток I B (min) , необходимый для обеспечения I C (sat) . Вы можете использовать это уравнение для расчета I B (мин) .

Чтобы убедиться, что BJT работает в области насыщения, вам просто нужно убедиться, что I B больше, чем I B (мин) .

Какую бета-версию DC использовать?

Теперь, если вы знаете V CE (sat) BJT, падение напряжения на нагрузке и ее сопротивление, вы можете рассчитать I C (sat) , а затем рассчитать I B (min) .Однако вы можете задаться вопросом, каково значение β DC ? Чтобы облегчить вам поиск, подсказка заключается в том, что вы можете найти β DC в таблице данных BJT, которую вы будете использовать. Итак, давайте проверим техническое описание очень часто используемого npn-транзистора общего назначения, 2N3904.

Рисунок 9. Значения 2N3904 h FE .

Если вы проверили таблицу 2N3904, вы можете найти что-то похожее на то, что показано на рисунке 9. Поскольку DC beta (β DC ) эквивалентен гибридному параметру (h FE ), вы можете подумать, что Здесь вы получите значение β DC , чтобы найти I B (min) .Однако h FE на рисунке 9 — это коэффициент усиления по току BJT, который работает как усилитель или в активной области. Значения, которые вы должны проверять, — это значения, в которых BJT находится в состоянии насыщения.

Рис. 10. Характеристики 2N3904 в области насыщения.

На рисунке 10 вы можете увидеть различные значения и информацию о 2N3904, работающем в области насыщения. Все это из таблицы. Основываясь на этой информации, вы увидите, что β DC , используемый в области насыщения для 2N3904, равен 10.Обратите внимание, что соотношение I C / I B всегда равно 10?

Не все BJT используют 10 для β DC , хотя до сих пор большинство транзисторов, которые я использовал, используют 10. BJT Дарлингтона, такие как TIP120, имеют отношение 250 I C / I B . Но для 2N3904 гарантированное значение β DC равно 10, чтобы он работал в области насыщения. Некоторые могут использовать 20, но, как мы обсуждали в руководстве по эксплуатации различных регионов BJT, β DC не является постоянным и изменяется в зависимости от температуры перехода.Поэтому лучше установить β DC на 10.

Приложение

Итак, чтобы увидеть, как BJT работает как переключатель в реальной жизни, давайте попробуем это простое приложение. Скажем, нам нужно управлять нагрузкой 12 В с потреблением тока 50 мА, используя Arduino Uno. Поскольку вывод GPIO Arduino Uno может выводить только 5 В максимум 20 мА, при строгом соблюдении условий в таблице данных ATmega328P, в этом случае нам нужно использовать транзисторный переключатель. Для этой демонстрации я просто буду использовать фиктивную нагрузку, которая будет состоять из 5 светодиодов с последовательно включенными резисторами, включенными параллельно.Каждый светодиод потребляет 10 мА, поэтому умножение на 5 дает в сумме 50 мА.

Рисунок 11. Принципиальная схема приложения.

Давайте посмотрим, какие значения у нас уже есть и какие значения нам еще предстоит решить. Надеюсь, у вас уже есть основы анализа схем. Однако, если еще нет, у нас есть для этого руководства. Вы можете проверить их здесь: Учебные пособия по теории цепей CircuitBread

В этом примере мы уже знаем, что I C (sat) — 50 мА, а 2N3904 β DC — 10. Итак, I B (min) — это просто:

Если вы еще раз посмотрите таблицу 2N3904 или рисунок 10, вы увидите, что при 50 мА I C максимально возможное значение V CE (sat) равно 0.3V и V BE (sat) составляет 0,95 В. I 1 до I 5 здесь все то же самое, что равно I C (sat) /5 = 50mA / 5 = 10mA. Светодиоды, которые я собираюсь здесь использовать, представляют собой желтые светодиоды с типичным прямым напряжением 2 В. Выходное напряжение вывода Arduino Uno GPIO составляет примерно 5 В. Значения, которые нам нужно решить, — это R1 – R5, которые имеют одинаковое сопротивление, и R B . Итак, давайте сначала решим R1 – R5:

Используя KVL на стороне коллектора и эмиттера,

R2 – R5 тоже имеют 970 Ом.Теперь давайте решим R B :

Снова используя KVL на стороне базы и эмиттера,

Значения выше рассчитаны для идеальных условий. Однако имейте в виду, что на самом деле устройства, которые мы используем, несовершенны, поэтому между расчетными значениями и фактическими показаниями мультиметра может быть небольшая разница. Итак, вот фактический результат:

Рисунок 12. Реальная схема и BJT, работающие в области отсечки или как открытый переключатель. Рисунок 13. Arduino Uno, 2N3904 и фиктивная нагрузка.Рис. 14. 2N3904 BJT npn и фиктивная нагрузка.

Как вы можете видеть на рисунках 12-14, у нас есть Arduino Uno, 2N3904 npn BJT, пять желтых светодиодов, пять резисторов 970 Ом (два резистора 1 кОм, соединенные параллельно с резистором 470 Ом), пять резисторов 810 Ом (120 Ом, 300 Ом, и резисторы 390 Ом последовательно), а также блок питания 12 В. Arduino Uno здесь просто запрограммирован на вывод низкого уровня, когда на выводе D2 высокий уровень, и на вывод высокого уровня, когда на D2 низкий уровень или соединение с землей. На рисунках 12-14 вывод D2 высокий, поэтому вывод D5 низкий. Следовательно, переход база-эмиттер транзистора 2N3904 не имеет прямого смещения, поэтому транзистор работает в области отсечки или как разомкнутый переключатель.Через клемму коллектора ток не течет, поэтому нагрузка ВЫКЛЮЧЕНА.

Рис. 15. БЮТ, работающий в области насыщения или как замкнутый переключатель.

На рисунке 15 вы можете видеть, что вывод D2 Arduino Uno подключен к земле, поэтому на выходе вывода D5 высокий уровень. Это делает переход база-эмиттер и переход база-коллектор смещенными в прямом направлении, и транзистор 2N3904 работает в области насыщения. Как видите, светодиоды горят.

Рисунок 16. Напряжение на выводе D5 Arduino Uno.

На рисунке 16 показано выходное напряжение D5 Arduino Uno. В идеале должно быть 5 В, но на самом деле всего 4,88 В. Но в этом нет ничего страшного.

Рис. 17. Напряжение на переходе базы и эмиттера, В BE .

На рисунке 17 мультиметр показывает падение напряжения на переходе база-эмиттер 2N3904. В таблице данных указано макс. 0,95 В, но в этой схеме напряжение V BE (sat) составляет 0,836 В.

Рисунок 18. Напряжение на выводах коллектора и эмиттера, В CE (sat) .

В таблице данных максимальное напряжение V CE (sat) при 50 мА IC составляет 0,3 В. Однако в этом приложении V CE (sat) составляет всего 165,4 мВ, как показано на рисунке 18. Чем меньше падение напряжения на выводах коллектора и эмиттера, тем лучше, потому что это означает, что в транзисторе будет меньше потерь мощности.

Рисунок 19. Ток, протекающий через базу, I B (мин) .

На рисунке 19 показан базовый ток, равный 4,98 мА. В идеале это должно быть 5 мА.

Рисунок 20. Ток, протекающий через коллектор, I C (sat) .

На рисунке 20 показан ток, измеренный мультиметром через коллектор. В идеале это должно быть 50 мА, но на самом деле измерение показывает 50,2 мА.

Рисунок 21. Падение напряжения между R1 и R5.

На рисунке 21 показано падение напряжения на последовательном резисторе светодиодов R1 – R5, которое составляет 9,9 В.

Рисунок 22. Падение напряжения между LED1 и LED5.

Я упоминал ранее, что типичное прямое напряжение желтого светодиода составляет 2 В, а на рисунке 22 мультиметр показывает падение напряжения на светодиодах 1,981 В, которое близко к 2 В.Падение напряжения на R B , 4,07 В, показано на рисунке 23.

Рисунок 23. Падение напряжения на R B .

Теперь, чтобы проверить, действительно ли BJT работает в области насыщения (рис. 24), я удалил резистор 390 Ом со стороны клеммы базы, чтобы еще больше увеличить I B . Как видите, ток, измеренный мультиметром на рисунке 24, составляет 9,10 мА. Это почти вдвое больше минимального тока базы, необходимого для работы транзистора в области насыщения.

Рисунок 24. I B увеличен, чтобы проверить, действительно ли BJT работает в области насыщения.

Но на рисунке 25 на дисплее мультиметра видно, что ток коллектора остается почти таким же. При базовом токе 4,98 мА ток коллектора составляет 50,2 мА, как показано на рисунках 19 и 20. На рисунке 25 измеренный ток составляет 50,3 мА, хотя базовый ток увеличился до 9,10 мА.

Рисунок 25. I C (sat) не увеличивается, хотя I B был увеличен.

Это показывает, что BJT действительно работает в области насыщения, потому что даже при увеличении I B значение I C (sat) больше не увеличивалось.


Сводка

Итак, мы закончили учебник! Мы обсудили, как работает переключатель, и сравнили BJT с переключателем SPST. Мы узнали, почему нам нужно использовать BJT для переключения, и обсудили операцию переключения BJT.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *