Транзистор управляет реле: ● Проект 12: Управляем реле через транзистор

Содержание

Реле и транзисторы: как они работают в качестве электронных переключателей | hardware

Меня часто спрашивают, как управлять с помощью микроконтроллера мощными потребителями тока — лампами, питающимися от сети 220 В, мощными тенами. В этой статье собран материал по работе электронных ключей — как они устроены, как работают, как их можно применить в радиолюбительской практике (перевод [1]).

Сначала стоит разобраться в том, что же такое электронный ключ? В сущности это просто выключатель (или переключатель) который замыкает/размыкает сильноточную цепь по внешнему электрическому сигналу (тоже входной ток, но намного меньшей мощности). Обычно, когда на вход электронного ключа подается слабый ток управления, ключ замыкается и пропускает через себя мощный ток в силовой цепи. Когда ток управления пропадает, то ключ размыкается и мощный потребитель тока отключается. На фото представлены основные представители электронных ключей — реле и транзисторы.

1 — мощный транзистор IRFP450 MOSFET, который можно применять в ключевых источниках питания, в генераторах развертки ЭЛТ-мониторов.

2IRF840B, тоже довольно мощный транзистор, собрат IRFP450. Может безопасно, продолжительное время, без использования радиатора (или охлаждающего вентилятора) коммутировать токи до 8A при напряжении 500V.

UPD140601: как верно прокомментировал Ross, на самом деле без радиатора IRF840 долго в таких рабочих условиях не протянет, потому что рассеиваемая мощность превысит 50 Вт. Если взять транзистор с сопротивлением канала на 2 порядка меньше, тогда другое дело.

3 — два простых, дешевых транзистора. Слева транзистор структуры PNP, а справа NPN. Эти транзисторы могут управлять током до 0.15A при напряжении 50 .. 90V.

Обычно транзисторы могут коммутировать ток от 0.15A до 14A при напряжении от 50V до 500V (см. даташит на каждый конкретный транзистор), так что транзистор может переключить мощность до 7 киловатт, если на вход транзистора приложить совсем маленькую мощность — несколько милливатт.

Приведенные на фото реле могут коммутировать токи от 5A до 15A при напряжении до 240V. Не очень правильно будет сравнивать реле с транзисторами MOSFET, но они почти не генерируют тепло и не нуждаются в радиаторах.

4 — самое простое реле, подходящее для большинства случаев. У этого реле 5 ножек, две подключены к обмотке, а еще три — к контактам на переключение.

5 — мощное реле на 20A, вытащенное из микроволновой печи.

6 — два реле, установленные на приемный радиомодуль (может обучаться на срабатывание от нужного приходящего по радио кода). Сам приемник потребляет меньше 5mA, но может при этом переключить ток до 12A при напряжении 36V, что составит 360 ватт!

7 — два мощных 135-ваттных транзистора 2N3055 от старого усилителя звука, со своим родным радиатором. Это устаревшие биполярные транзисторы, и они не настолько эффективны, как современные транзисторы MOSFET. Однако два таких транзистора в некоторых случаях могут заменить один IRFP450, чтобы коммутировать больше 75 ватт мощности.

8 — приемник кода RC от большой детской радиоуправляемой игрушки — автомобиля. Использует два одинаковых реле для прямого и обратного хода двигателя машинки. Странно, что эти реле системы SPDT, что означает, что у них не используются контакты N/C.

9 — два реле системы DPDT, которые эквивалентны 4 отдельным реле (в каждом из этих реле по 2 контактные группы).

Электронные ключи применяются в тех случаях, когда использование простых кнопок и выключателей неудобно или невозможно — например, для запуска автомобильного стартера, или для выключения ядерного реактора, или в электронных проектах, которые по радиосигналу могут управлять включением/выключением освещения или приводом гаражной двери. В этом руководстве будет сделана попытка объяснить самым простым языком, как работают такие электронные ключи. И начнем с самого простого — реле.

[Что такое электронное реле]

Если коротко, то реле представляет из себя электромагнит, который управляет замыканием контактов. Работает это точно так же, как если бы контакты замыкались механическим нажатием кнопки, но в случае реле усилие для замыкания берется от магнитного поля обмотки реле. Выходные контакты реле могут управлять очень большой электрической мощностью — на порядки большей, чем прикладываемая мощность к обмотке электромагнита реле. При этом входная цепь обмотки (где действует слабый управляющий ток) полностью изолирована от выходной мощной цепи, что очень важно для безопасного управления высоковольтными нагрузками (220, 380 V и выше).

Чаще всего у реле есть 5 контактов — вход 1 (на анимационном рисунке помечен +), вход 2 (на рисунке помечен как -), COM (COMmon, общий контакт), N/O (Normally Open, по умолчанию разомкнуто, когда обмотка не получает питание), N/C (Normally Closed, по умолчанию замкнуто, когда обмотка не получает питание).

Чтобы лучше понять работу реле, вспомним, что эти контакты означают и для чего нужны:

Вход 1: один из концов обмотки электромагнита реле, в нашем примере это вход для положительного полюса входного тока для обмотки. Когда на этот контакт приложен плюс напряжения (достаточного, чтобы реле сработало) относительно контакта Вход 2, то реле переключает контакты в активное состояние. Почти все реле нечувствительны к полярности входного тока, поэтому можно на Вход 1 подать +, а на Вход 2 подать минус, и наоборот, на Вход 1 подать -, а на Вход 2 подать +, и в любом случае реле нормально сработает. Некоторые реле, которые имеют массивный инерционный якорь, могут даже срабатывать от переменного входного напряжения (подробности см. в паспорте на реле).

Вход 2: другой конец обмотки электромагнита реле. Все то же самое, что и для Вход 1, только полюс в нашем примере отрицательный.
COM: это общий электрод выходных контактов переключателя. При срабатывании или отпускании реле этот контакт перекидывается на контакт N/O или N/C (контакты N/O и N/C работают в противофазе, т. е. COM может быть замкнут либо на N/O, либо на N/C). Контакт COM (как и контакты N/O и N/C) можете использовать по своему усмотрению для коммутации электрической нагрузки.
N/C: контакт, который нормально замкнут на COM. Т. е. контакт N/C замкнут на COM, когда обмотка реле обесточена. Когда на обмотку реле подано рабочее напряжение, то контакты N/C и COM размыкаются.
N/O: контакт, который нормально разомкнут с COM. Т. е. когда обмотка реле обесточена, то контакты N/O и COM разомкнуты. Когда на обмотку реле подано рабочее напряжение, то контакты N/O и COM замыкаются.

Для улучшения токопроводимости и уменьшения искрения поверхности контактов часто покрывают специальными металлами и сплавами на основе серебра, никеля, ванадия, а иногда для покрытия контактов применяется даже золото или платина (если это реле для коммутации сигналов в качественной аудиоаппаратуре или высокочастотной радиотехнике).

Если у Вас есть 9V батарейка (например «Крона») и обычное реле, то попробуйте подключить обмотку реле к + и — батарейки. При подключении Вы услышите щелчок, который происходит из-за притягивания якоря реле к сердечнику электромагнита и переключения контактов. При отключении обмотки от батарейки произойдет также щелчок, но слабее. При отключении контакта обмотки от батареи Вы также увидите искру, которая возникает от ЭДС самоиндукции обмотки реле.

Если принцип переключения контактов все еще непонятен для Вас, то его можно представить к виде псевдокода и иллюстрирующей процесс анимационной картинки:

Если input = on (Power ON, через обмотку течет ток)
   COM + N/O (COM замкнут на N/O)
Иначе (Power OFF, обмотка обесточена)
   COM + N/C (COM замкнут на N/C)

[Как использовать реле]

Как было уже упомянуто, реле используется для того, чтобы маломощные устройства (электронные компоненты, устройства) могли включать и выключать устройства, которые потребляют намного больше энергии. Самый распространенный пример применения — автомобиль. Теперь Вас не должно удивлять, почему Вы слышите щелчки при включении индикаторной лампочки, потому что Вы знаете — это срабатывает электромагнит реле. Мигания лампочки может создавать маленькая микросхема таймера, например

555 timer (NE555, LM555).

Таймер 555 часто используется для создания импульсов (для простого включения и выключения) на любую нужную длительность, однако эта микросхема 555 сгорит, если будет пропускать через себя ток больше 200 ма. Так что невозможно просто так, без реле, подключить индикаторные лампочки к таймеру 555, потому что даже самые маломощные лампочки потребляют 700 ма и более. Теперь, если мы будем использовать таймер 555 для включения реле, то контактами реле можно запитывать мощные индикаторные лампочки. В этом случае через микросхему таймера будет течь ток около 50 .. 100 ма, что вполне безопасно, а в силовой цепи, питающей индикаторные лампочки, могут течь токи до 5А.

Если у Вас дорогая, новая машина, то мало шансов, что Вы услышите щелчки при мигании индикаторных ламп, поскольку современная тенденция — применять везде, где можно, мощные транзисторы MOSFET, а в качестве индикаторных ламп ставить экономичные светодиоды.

На интерактивной flash-анимации показан простой сценарий, в котором используются оба контакта N/O и N/C, чтобы включать либо красную, либо зеленую лампу (в зависимости от того, запитана обмотка реле, или нет). Наведите курсор мыши на серый выключатель, и нажмите левую кнопку мыши. При этом красная лампа погаснет, а зеленая загорится.

На следующем рисунке показан пример использования реле вместе с таймером NE555.

Кратковременное замыкание кнопки S1 запускает формирование длительной выдержки времени, в течение которого реле включено, и замыкает контакты NO и C. По окончании времени выдержки схема возвращается в исходное состояние, реле обесточивается, и становятся замкнутыми контакты NC и C. Такое устройство можно использовать для включения освещения на лестнице — по истечении заданного времени свет автоматически выключится. RC-цепочка, подключенная к выводам 6 и 7 таймера NE555, определяет выдержку времени. Диод, подключенный параллельно обмотке реле, защищает микросхему таймера NE555 от опасного выброса ЭДС самоиндукции, которое возникает при обесточивании обмотки реле (обмотка обладает значительной индуктивностью). Чтобы схема работала нормально, выбирайте подходящее реле — с током срабатывания не более 200mA (это максимум, который позволяет выход микросхемы таймера) при напряжении от 4.5 до 11 вольт. Напряжение питания схемы подберите в соответствии с параметрами реле — от 5 до 12 вольт.

Вместо микросхемы таймера NE555 можно использовать любой микроконтроллер AVR, например ATmega32A или ATtiny85 [4]. Микроконтроллер точно так же, как и таймер 555, может переключать свой выход с 0 на 1. Однако имейте в виду, что выходной допустимый ток у микроконтроллера существенно меньше, а выходное напряжение может меняться только в пределах от 0 до 5V. Например, для ATmega32A выходной ток не может превышать 40mA на один порт. Поэтому в общем случае для усиления порта микроконтроллера используют транзисторные ключи [2]. Вход транзисторного ключа подключен к микроконтроллеру, а выход — к обмотке реле.

[Что такое транзистор]

В предыдущем разделе мы упомянули транзисторы в качестве усилителя / буфера сигналов от микроконтроллера. Но не успели разобраться, как транзисторы выглядят и по какому принципу работают. На фото показан внешний вид транзисторов различного назначения.

Транзистор на сегодняшний день все еще часто используется в электронных схемах, и он является одним из элементарных компонентов радиоэлектроники (наряду с диодами, резисторами и конденсаторами). Несмотря на то, что принцип работы транзистора для новичка трудно понять с первого раза, транзистор по сути очень прост и очень хорошо работает вместе с реле. Как Вы уже наверное заметили, у транзистора 3 ножки, и простые биполярные транзисторы бывают двух типов: PNP и NPN.

Самыми первыми появились транзисторы PNP, и они изготавливались на основе полупроводника германия. Потом освоили изготовление транзисторов из кремния, и более распространенными стали транзисторы структуры NPN. Транзисторы обеих структур (PNP и NPN) работают по одинаковому принципу, отличие только в полярности рабочего напряжения питания, и в некоторых параметрах. В настоящее время чаще используют транзисторы NPN.

В ключевых схемах назначение транзистора то же самое, что и у реле. Когда слабый открывающий ток течет через эмиттерный переход (между базой Б и эмиттером Э), то канал между коллектором (К) и эмиттером (Э) открывается, и может пропускать ток больше базового в десятки и сотни раз. Эмиттер в этом случае играет роль общего электрода, и для транзисторов NPN в ключевом режиме эмиттер часто подключен к общему отрицательному проводу питания, к земле GND.

Транзисторы иногда используют вместо реле, и они переключают большую мощность, как и реле, от слабого сигнала. Но в отличие от реле, скорость переключения транзисторов может быть очень высокой (время перехода из выключенного состояния во включенное и наоборот очень мало), поэтому их применяют для управления звуковыми динамиками и импульсными трансформаторами в ключевых источниках питания. Большинство самых обычных транзисторов могут переключаться со скоростью 1 миллион раз в секунду. Транзисторы также выгодно отличаются от реле малыми габаритами, поэтому они могут использоваться в тех местах, где реле использовать невозможно или непрактично. Однако транзисторы могут быть повреждены сильными электромагнитными полями, статическим электричеством и перегревом, что накладывает определенные ограничения на области применения транзисторов.

[Как работает транзистор]

Транзистор работает усилителем мощности. На вход прикладывается маленькая управляемая мощность, а на выходе снимается в десятки и даже сотни раз бОльшая мощность. Это происходит за счет изменения сопротивления между выводами коллектора и эмиттера в зависимости от тока, который протекает между базой и эмиттером.

К сожалению, расположение выводов базы, эмиттера и коллектора (цоколевка) может меняться от одного типа транзистора к другому, так что для того, чтобы понять, где база, а где эмиттер и где коллектор, обращайтесь к документации на транзистор. Есть способы, позволяющие с помощью тестера определить цоколевку, но это существенно сложнее, чем просто заглянуть в даташит.

Транзисторы, в отличие от реле, могут открываться не полностью (иметь некое сопротивления канала эмиттер — коллектор), что прямо пропорционально току, протекающему через базу. Эту пропорцию называют коэффициент усиления тока транзистора, h21Э. Например, если коэффициент усиления транзистора равен 100, то при токе 1mA, протекающем через базу, ток через канал коллектор — эмиттер может достигать 100mA, что на техническом языке называют усилением. Транзистор, также в отличие от реле, может сильно нагреваться при протекании через него тока. Обычно высокий нагрев получается при большой рассеиваемой мощности на сопротивлении канала коллектор — эмиттер, когда транзистор не полностью открыт. Поэтому нагрев и потери мощности минимальные тогда, когда транзистор либо полностью закрыт, либо полностью открыт.

Все транзисторы имеют некий порог входного напряжения, по превышении которого транзистор начинает открываться. Для большинства обычных кремниевых биполярных транзисторов это напряжение составляет 0.5 .. 0.8V. Для германиевых транзисторов это напряжение меньше, и составляет около 0.2 .. 0.4V. Иногда этот порог называют напряжением отсечки. Если входное напряжение ниже напряжения отсечки, то ток через каналы база — эмиттер и коллектор — эмиттер не течет, транзистор полностью закрыт.

Также все транзисторы имеют максимальный входной ток, после превышения которого эффект усиления перестает проявляться. Т. е. выше этого порога усиление перестает проявляться, выходной ток перестает расти. При этом напряжение между базой и эмиттером близко и даже выше напряжения между коллектором и эмиттером. Такое состояние транзистора называют насыщением, и при этом считается, что транзистор полностью открыт.

В этой статье мы рассматриваем применение транзистора в качестве электронного ключа, поэтому будут использоваться только два состояния транзистора — либо он полностью закрыт (состояние отсечки тока), либо полностью открыт (состояние насыщения). Ниже приведена анимация, упрощенно показывающая общий принцип работы транзистора. Обратите внимание, что ток эмиттера равен сумме токов базы и коллектора, причем ток базы в 100 раз меньше тока коллектора (коэффициент усиления тока равен 100).

По этой картинке можно проще понять, почему малого тока базы достаточно, чтобы открыть силовой канал проводимости коллектор — эмиттер (потому что маленький входной ток как бы открывает вентиль основного канала). Также можно условно понять состояние насыщения — поток воды переполняет трубу, и труба не может пропустить через себя воды больше, чем позволяет диаметр трубы. Конечно же, такое представление является упрощенным, очень приблизительно отражающим реальные процессы, которые происходят в транзисторе.

[Как использовать транзистор]

Очень часто транзистор используется как электронный ключ. Когда управляющий ток течет между базой и эмиттером, открывается силовой канал между эмиттером и коллектором, сопротивление между эмиттером и коллектором резко падает. К примеру, можно включать/выключать светодиоды в зависимости от сигнала тока, приходящего от таймера 555 (как на анимации ниже) или от микроконтроллера. Между управляющим выходом таймера 555 (или выходным портом микроконтроллера) и базой транзистора почти всегда ставят токоограничивающий защитный резистор (на этой анимации для упрощения резистор не показан). Для упрощения также не показаны токоограничительные резисторы, которые должны стоять последовательно с каждым светодиодом.

Ранее уже упоминалась возможность управлять реле с помощью микроконтроллера. Для этого обычно также применяются транзисторы. Ниже приведена простая схема на транзисторе KT315 (его можно заменить аналогом на BC547), предназначенная для коммутации сетевой нагрузки 220V с помощью реле (это может быть лампа, или нагреватель, или асинхронный двигатель).

Диод VD1 нужен для предотвращения повреждения транзистора высоковольтным импульсом ЭДС самоиндукции, который возникает при обесточивании обмотки реле.

[Общие замечания по применению реле и транзисторов]

Реле бывают с самыми разными параметрами, определяющими его назначение и область применения. Чем реле мощнее (то есть чем больше ток и напряжение, которое реле может коммутировать), тем больше размеры реле из-за увеличения размеров электромагнита и контактной группы. Чем реле больше по размеру, тем оно будет требовать бОльшей мощности для управления. Поэтому старайтесь подобрать реле, наиболее подходящее Вам по параметрам.

Важно также подобрать нужное напряжение источника питания для реле. Если напряжение будет слишком низким, то реле не будет надежно срабатывать (или не будет срабатывать вовсе). Если напряжение будет слишком большим, то на обмотке реле будет рассеиваться слишком большая мощность, обмотка будет перегреваться и реле может выйти из строя. Чтобы правильно выбрать напряжение питания обмотки реле, см. параметры реле в его паспорте или даташите.

Для управления реле с помощью микроконтроллера применяйте транзисторы в качестве буферных ключей.

Вы могли бы задаться вопросом — в чем разница между мощными, обычными биполярными транзисторами и транзисторами MOSFET. Мощные транзисторы могут выдержать бОльшие токи и напряжения, и имеют специальные корпуса (обычно максимальные токи порядка 10 .. 20A, и напряжения до 600V и более). Корпус мощного транзистора рассчитан на крепление к теплоотводящей поверхности (например, радиатору). Обычные транзисторы имеют простые пластмассовые миниатюрные корпуса, и могут обычно выдерживать напряжения до 150V и токи до 2A.

Транзистор MOSFET, несмотря на то, что принцип его работы и параметры абсолютно отличаются от традиционных биполярных транзисторов, применяются для тех же целей, что и биполярные транзисторы. Ниже приведен пример схемы для управления реле на транзисторе MOSFET.

Под транзисторами MOSFET часто подразумевают мощные транзисторы. Действительно, параметры у MOSFET значительно превышают параметры биполярных транзисторов по току и напряжению. В закрытом состоянии сопротивление канала сток — исток транзисторов MOSFET близко к бесконечности, а в открытом состоянии падает практически до нуля. Поэтому транзисторы MOSFET могут безопасно работать при переключении очень больших мощностей, выделяя при этом малое количество тепла. Транзисторы MOSFET, как и биполярные, могут плавно изменять сопротивление силового канала, однако это сопротивление зависит от входного напряжения, а не от входного тока. Во многих случаях можно с небольшими модификациями схемы заменить биполярный транзистор на транзистор MOSFET. Обратная замена возможна далеко не всегда.

Меня наверное можно назвать «радиоэлектронным старьевщиком». Не могу равнодушно мимо любой выброшенной радиоэлектронной железки — хочется забрать домой, починить или хотя бы разобрать на запчасти. В старой аппаратуре можно найти реле и транзисторы, вполне работоспособные и достойные лучшей участи, чем гниение на свалке. Реле могут стоять в микроволновых печах, кондиционерах, телевизорах, холодильниках, источниках бесперебойного электропитания, музыкальных центрах, радиоуправляемых игрушках. Транзисторы встречаются почти в любой электронной аппаратуре, и последнее время все больше встречаются транзисторы с планарным монтажом на плату (SMD), а транзисторы со штыревыми выводами встречаются реже.

[Что обозначают аббревиатуры SPDT, SPST, DPST, DPDT]

Аббревиатура Расшифровка
аббревиатуры
Обозначение в Великобритании Обозначение в США Описание Графический символ
SPST Single pole, single throw One-way Two-way Простой выключатель, имеющий два положения — включено или выключено. Два контакта могут быть либо замкнуты друг с другом, либо разомкнуты. Применяется, например, для включения освещения.
SPDT Single pole, double throw Two-way Three-way Простой переключатель. Общий контакт C (COM, Common) соединяется либо с контактом L1, либо с L2.
SPCO
SPTT
Single pole changeover или Single pole, triple throw     По контактам то же самое, что и SPDT. Некоторые производители реле используют SPCO/SPTT для обозначения переключателей, имеющих выключенное среднее, центральное положение, в котором все контакты разомкнуты.
DPST Double pole, single throw Double pole Double pole То же самое, что и две отдельных контактных группы SPST, управляемые одновременно одним механизмом.
DPDT Double pole, double throw     То же самое, что и две отдельных контактных группы SPDT, управляемые одновременно одним механизмом.
DPCO Double pole changeover или Double pole, centre off     По контактам эквивалентно DPDT. Некоторые производители используют DPCO для обозначения переключателей, имеющих среднее, выключенное положение.
    Intermediate switch Four-way switch Переключатель DPDT, имеющий внутреннее соединение контактов таким образом, что переключение меняет полярность подведенного напряжения. Используется редко.

[Ссылки]

1. How Electronic Switches Work For Noobs: Relays and Transistors site:instructables.com.
2. usb-Relay — маленькое USB-устройство, управляющее включением и выключением реле.
3. Транзистор — это просто. Очень хорошие видеоуроки, объясняющие принцип работы полупроводников.
4. Доступ к портам I/O AVR на языке C (GCC, WinAVR).
5. Как работают транзисторы MOSFET.

Включение реле через транзисторный ключ

Микроконтроллерами можно производить управление мощными устройствами – лампами накаливания, нагревательными ТЭНами, даже электроприводами. Для этого используются транзисторные ключи – устройства для коммутации цепи. Это универсальные приборы, которые можно применить буквально в любой сфере деятельности – как в быту, так и в автомобильной технике.

Что такое электронный ключ?

Ключ – это, если упростить, обыкновенный выключатель. С его помощью замыкается и размыкается электрическая цепь. У биполярного транзистора имеется три вывода:

На биполярных полупроводниках строятся электронные ключи – конструкция простая, не требует наличия большого количества элементов. При помощи переключателя осуществляется замыкание и размыкание участка цепи. Происходит это с помощью сигнала управления (который вырабатывает микроконтроллер), подаваемого на базу транзистора.

Коммутация нагрузки

Простыми схемами на транзисторных ключах можно производить коммутацию токов в интервале 0,15. 14 А, напряжений 50. 500 В. Все зависит от конкретного типа транзистора. Ключ может производить коммутацию нагрузки 5-7 кВт при помощи управляющего сигнала, мощность которого не превышает сотни милливатт.

Можно применять вместо транзисторных ключей простые электромагнитные реле. У них имеется достоинство – при работе не происходит нагрев. Но вот частота циклов включения и отключения ограничена, поэтому использовать в инверторах или импульсных блоках питания для создания синусоиды их нельзя. Но в общем принцип действия ключа на полупроводниковом транзисторе и электромагнитного реле одинаков.

Электромагнитное реле

Реле – это электромагнит, которым производится управление группой контактов. Можно провести аналогию с обычным кнопочным выключателем. Только в случае с реле усилие берется не от руки, а от магнитного поля, которое находится вокруг катушки возбуждения. Контактами можно коммутировать очень большую нагрузку – все зависит от типа электромагнитного реле. Очень большое распространение эти устройства получили в автомобильной технике – с их помощью производится включение всех мощных потребителей электроэнергии.

Это позволяет разделить все электрооборудование автомобиля на силовую часть и управляющую. Ток потребления у обмотки возбуждения реле очень маленький. А силовые контакты имеют напыление из драгоценных или полудрагоценных металлов, что исключает вероятность появления дуги. Схемы транзисторных ключей на 12 вольт можно применять вместо реле. При этом улучшается функциональность устройства – включение бесшумное, контакты не щелкают.

Выводы электромагнитного реле

Обычно в электромагнитных реле имеется 5 выводов:

  1. Два контакта, предназначенных для управления. К ним подключается обмотка возбуждения.
  2. Три контакта, предназначенных для коммутации. Один общий контакт, который нормально замкнут и нормально разомкнут с остальными.

В зависимости от того, какая схема коммутации применяется, используются группы контактов. Полевой транзисторный ключ имеет 3-4 контакта, но функционирование происходит таким же примерно образом.

Как работает электромагнитное реле

Принцип работы электромагнитного реле довольно простой:

  1. Обмотка через кнопку соединяется с питанием.
  2. В разрыв цепи питания потребителя включаются силовые контакты реле.
  3. При нажатии на кнопку подается питание на обмотку, происходит притягивание пластины и замыкание группы контактов.
  4. Подается ток на потребителя.

Примерно по такой же схеме транзисторные ключи работают – нет только группы контактов. Их функции выполняет кристалл полупроводника.

Проводимость транзисторов

Один из режимов работы транзистора – ключевой. По сути, он выполняет функции выключателя. Затрагивать схемы усилительных каскадов нет смысла, они не относятся к этому режиму работы. Полупроводниковые триоды применяются во всех типах устройств – в автомобильной технике, в быту, в промышленности. Все биполярные транзисторы могут иметь такой тип проводимости:

  1. P-N-P.
  2. N-P-N.

К первому типу относятся полупроводники, изготовленные на основе германия. Эти элементы получили широкое распространение более полувека назад. Чуть позже в качестве активного элемента начали использовать кремний, у которого проводимость обратная – n-p-n.

Принцип работы у приборов одинаков, отличаются они только лишь полярностью питающего напряжения, а также отдельными параметрами. Популярность у кремниевых полупроводников на данный момент выше, они почти полностью вытеснили германиевые. И большая часть устройств, включая транзисторные ключи, изготавливаются на биполярных кремниевых элементах с проводимостью n-p-n.

Транзистор в режиме ключа

Транзистор в режиме ключа выполняет те же функции, что и электромагнитное реле или выключатель. Ток управления протекает следующим образом:

  1. От микроконтроллера через переход «база — эмиттер».
  2. При этом канал «коллектор — эмиттер» открывается.
  3. Через канал «коллектор — эмиттер» можно пропустить ток, величина которого в сотни раз больше, нежели базового.

Особенность транзисторных переключателей в том, что частота коммутации намного выше, нежели у реле. Кристалл полупроводника способен за одну секунду совершить тысячи переходов из открытого состояния в закрытое и обратно. Так, скорость переключения у самых простых биполярных транзисторов — около 1 млн раз в секунду. По этой причине транзисторы используют в инверторах для создания синусоиды.

Принцип работы транзистора

Элемент работает точно так же, как и в режиме усилителя мощности. По сути, к входу подается небольшой ток управления, который усиливается в несколько сотен раз за счет того, что изменяется сопротивление между эмиттером и коллектором. Причем это сопротивление зависит от величины тока, протекающего между эмиттером и базой.

В зависимости от типа транзистора меняется цоколевка. Поэтому, если вам нужно определить выводы элемента, нужно обратиться к справочнику или даташиту. Если нет возможности обратиться к литературе, можно воспользоваться справочниками для определения выводов. Еще есть особенность у транзисторов – они могут не полностью открываться. Реле, например, могут находиться в двух состояниях – замкнутом и разомкнутом. А вот у транзистора сопротивление канала «эмиттер — коллектор» может меняться в больших пределах.

Пример работы транзистора в режиме ключа

Коэффициент усиления – это одна из основных характеристик транзистора. Именно этот параметр показывает, во сколько раз ток, протекающий по каналу «эмиттер — коллектор», выше базового. Допустим, коэффициент равен 100 (обозначается этот параметр h21Э). Значит, если в цепь управления подается ток 1 мА (ток базы), то на переходе «коллектор — эмиттер» он будет 100 мА. Следовательно, произошло усиление входящего тока (сигнала).

При работе транзистор нагревается, поэтому он нуждается в пассивном или активном охлаждении – радиаторах и кулерах. Но нагрев происходит только в том случае, когда проход «коллектор — эмиттер» открывается не полностью. В этом случае большая мощность рассеивается – ее нужно куда-то девать, приходится «жертвовать» КПД и выпускать ее в виде тепла. Нагрев будет минимальным только в тех случаях, когда транзистор закрыт или открыт полностью.

Режим насыщения

У всех транзисторов имеется определенный порог входного значения тока. Как только произойдет достижение этого значения, коэффициент усиления перестает играть большую роль. При этом выходной ток не изменяется вообще. Напряжение на контактах «база — эмиттер» может быть выше, нежели между коллектором и эмиттером. Это состояние насыщения, транзистор открывается полностью. Режим ключа говорит о том, что транзистор работает в двух режимах – либо он полностью открыт, либо же закрыт. Когда полностью перекрывается подача тока управления, транзистор закрывается и перестает пропускать ток.

Практические конструкции

Практических схем использования транзисторов в режиме ключа очень много. Нередко их используют для включения и отключения светодиодов с целью создания спецэффектов. Принцип работы транзисторных ключей позволяет не только делать «игрушки», но и реализовывать сложные схемы управления. Но обязательно в конструкциях необходимо использовать резисторы для ограничения тока (они устанавливаются между источником управляющего сигнала и базой транзистора). А вот источником сигнала может быть что угодно – датчик, кнопочный выключатель, микроконтроллер и т. д.

Работа с микроконтроллерами

При расчете транзисторного ключа нужно учитывать все особенности работы элемента. Для того чтобы работала система управления на микроконтроллере, используются усилительные каскады на транзисторах. Проблема в том, что выходной сигнал у контроллера очень слабый, его не хватит для того, чтобы включить питание на обмотку электромагнитного реле (или же открыть переход очень мощного силового ключа). Лучше применить биполярный транзисторный ключ, которым произвести управление MOSFET-элементом.

Применяются несложные конструкции, состоящие из таких элементов:

  1. Биполярный транзистор.
  2. Резистор для ограничения входного тока.
  3. Полупроводниковый диод.
  4. Электромагнитное реле.
  5. Источник питания 12 вольт.

Диод устанавливается параллельно обмотке реле, он необходим для того, чтобы предотвратить пробой транзистора импульсом с высоким ЭДС, который появляется в момент отключения обмотки.

Сигнал управления вырабатывается микроконтроллером, поступает на базу транзистора и усиливается. При этом происходит подача питания на обмотку электромагнитного реле – канал «коллектор — эмиттер» открывается. При замыкании силовых контактов происходит включение нагрузки. Управление транзисторным ключом происходит в полностью автоматическом режиме – участие человека практически не требуется. Главное – правильно запрограммировать микроконтроллер и подключить к нему датчики, кнопки, исполнительные устройства.

Использование транзисторов в конструкциях

Нужно изучать все требования к полупроводникам, которые собираетесь использовать в конструкции. Если планируете проводить управление обмоткой электромагнитного реле, то нужно обращать внимание на его мощность. Если она высокая, то использовать миниатюрные транзисторы типа КТ315 вряд ли получится: они не смогут обеспечить ток, необходимый для питания обмотки. Поэтому рекомендуется в силовой технике применять мощные полевые транзисторы или сборки. Ток на входе у них очень маленький, зато коэффициент усиления большой.

Не стоит применять для коммутации слабых нагрузок мощные реле: это неразумно. Обязательно используйте качественные источники питания, старайтесь напряжение выбирать таким, чтобы реле работало в нормальном режиме. Если напряжение окажется слишком низким, то контакты не притянутся и не произойдет включение: величина магнитного поля окажется маленькой. Но если применить источник с большим напряжением, обмотка начнет греться, а может и вовсе выйти из строя.

Обязательно используйте в качестве буферов транзисторы малой и средней мощности при работе с микроконтроллерами, если необходимо включать мощные нагрузки. В качестве силовых устройств лучше применять MOSFET-элементы. Схема подключения к микроконтроллеру такая же, как и у биполярного элемента, но имеются небольшие отличия. Работа транзисторного ключа с использованием MOSFET-транзисторов происходит так же, как и на биполярных: сопротивление перехода может изменяться плавно, переводя элемент из открытого состояния в закрытое и обратно.

В этом эксперименте мы познакомимся с реле, с помощью которого с Arduino можно управлять мощной нагрузкой не только постоянного, но и переменного тока.

Необходимые компоненты:

Реле – это электрически управляемый, механический переключатель, имеет две раздельные цепи: цепь управления, представленная контактами (А1, А2), и управляемая цепь, контакты 1, 2, 3 (см. рис. 12.1).

Цепи никак не связаны между собой. Между контактами А1 и А2 установлен металлический сердечник, при протекании тока по которому к нему притягивается подвижный якорь (2). Контакты же 1 и 3 неподвижны. Стоит отметить, что якорь подпружинен, и пока мы не пропустим ток через сердечник, якорь будет прижатым к контакту 3. При подаче тока, как уже говорилось, сердечник превращается в электромагнит и притягивается к контакту 1. При обесточивании пружина снова возвращает якорь к контакту 3.

При подключении реле к Arduino контакт микроконтроллера не может обеспечить мощность, необходимую для нормальной работы катушки. Поэтому следует усилить ток – поставить транзистор. Для усиления удобнее применять n-p-n-транзистор, включенный по схеме ОЭ (см. рис. 12.2). При таком способе можно подключать нагрузку с большим напряжением питания, чем питание микроконтроллера.
Резистор на базе – ограничительный. Может варьироваться в широких пределах (1–10 кОм), в любом случае, транзистор будет работать в режиме насыщения. В качестве транзистора может быть любой n-p-n-транзистор. Коэффициент усиления практически не имеет значения. Выбирается транзистор по току коллектора (нужный нам ток) и напряжению коллектор–эмиттер (напряжение, которым запитывается нагрузка).

Для включения реле, подключенного по схеме с ОЭ, на вывод Arduino необходимо подать 1, для выключения – 0. Подключим реле к плате Arduino по схеме на рис. 12.3 и напишем скетч управления реле. Каждые 5 секунд реле будет переключаться (включаться/выключаться). При переключении реле раздается характерный щелчок.
Содержимое скетча показано в листинге 12.1.

Порядок подключения:

1. Подключаем элементы к плате Arduino по схеме на рис. 12.3.
2. Загружаем в плату Arduino скетч из листинга 12.1.
3. Каждые 5 секунд происходит щелчок переключения реле если подключить контакты реле, например в разрыв подключенной к сети 220 В патрона с лампой накаливания, то увидим процесс включения/выключения лампы накаливания раз в 5 секунд (рис. 12.3).

Работа транзистора в режиме ключа является базовой во всей электронике, особенно в цифровой.

С чего все начиналось

Раньше, когда еще не было сверхмощных компьютеров и сверхскоростного интернета, сообщения передавали с помощью азбуки Морзе. В азбуке Морзе использовались три знака: точка, тире и… пауза. Чтобы передавать сообщения на далекие расстояния использовался так называемый телеграфный КЛЮЧ.

Нажали на черную большую пипочку – ток побежал, отжали – получился обрыв цепи и ток перестал течь. ВСЕ! То есть меняя скорость и продолжительность нажатия на пипочку, мы можем закодировать любое сообщение. Нажали на пипку – сигнал есть, отжали пипку – сигнала нет.

Транзисторный ключ

Ключ, собранный на транзисторе, называется транзисторным ключом. Транзисторный ключ выполняет только две операции: вКЛЮЧено и выКЛЮЧено, промежуточный режим между “включено” и “выключено” мы будем рассматривать в следующих главах. Электромагнитное реле выполняет ту же самую функцию, но его скорость переключения очень медленная с точки зрения современной электроники, да и коммутирующие контакты быстро изнашиваются.

Что из себя представляет транзисторный ключ? Давайте рассмотрим его поближе:

Знакомая схемка не так ли? Здесь все элементарно и просто 😉 Подаем на базу напряжение необходимого номинала и у нас начинает течь ток через цепь от плюсовой клеммы +Bat2—>лампочка—>коллектор—>эмиттер—>к минусовой клемме Bat2. Напряжение на Bat2 должно быть равно рабочему напряжению питания лампочки. Если все так, то лампочка испускает свет. Вместо лампочки может быть какая-либо другая нагрузка. Резистор “R” здесь требуется для того, чтобы ограничить значение управляющего тока на базе транзистора. Про него более подробно я писал еще в этой статье.

Условия для работы транзисторного ключа

Итак, давайте вспомним, какие требования должны быть, чтобы полностью “открыть” транзистор? Читаем статью принцип усиления биполярного транзистора и вспоминаем:

1) Для того, чтобы полностью открыть транзистор, напряжение база-эмиттер должно быть больше 0,6-0,7 Вольт.

2) Сила тока, текущая через базу должна быть такой, чтобы электрический ток мог течь через коллектор-эмиттер абсолютно беспрепятственно. В идеале, сопротивление через коллектор-эмиттер должно стать равным нулю, в реале же оно будет иметь доли Ома. Такой режим называется “режимом насыщения“.

Этот рисунок – воображение моего разума. Здесь я нарисовал тот самый режим насыщения.

Как мы видим, коллектор и эмиттер в режиме насыщения соединяются накоротко, поэтому лампочка горит на всю мощь.

Базовая схема транзисторного ключа

А что теперь надо сделать, чтобы лампочка вообще не горела? Отключить ее ручками? Зачем? Ведь у нас есть управляемый резистор: коллектор-эмиттер, сопротивление которого мы можем менять, прогоняя через базу определенную силу тока 😉 Итак, что нужно для того, чтобы лампочка вообще перестала гореть? Возможны два способа:

Первый способ. Полностью отключить питание от резистора базы, как на рисунке ниже

В реальности вывод базы является своего рода маленькой антенной, которая может принимать различные наводки и помехи из окружающего пространства. От этих наводок в базе может начать течь ток малого номинала. А как вы помните, для того, чтобы открыть транзистор много и не надо. И может даже случится так, что лампочка будет даже очень тихонько светится!

Как же выйти из этой ситуации? Да очень легко! Достаточно поставить резистор между базой и эмиттером, то есть сделать так, чтобы при отключении напряжения, на базе напряжение было равно нулю. А какой вывод транзистора у нас находится под нулем? Эмиттер! То есть научным языком, мы должны сделать так, чтобы потенциал на базе был равен потенциалу на эмиттере 😉

И что, теперь каждый раз при отключении заземлять базу? В идеале – да. Но есть более хитрое решение 😉 Достаточно поставить резистор между базой и эмиттером. Его номинал в основном берут примерно в 10 раз выше, чем номинал базового резистора.

Так как в схеме появился еще один резистор, то базовый резистор назовем RБ , а резистор между базой и эмиттером не будем придумывать и назовем RБЭ. Схема примет вот такой вид:

Как же ведет себя резистор RБЭ в схеме? Если ключ S замкнут, то этот резистор не оказывает никакого влияния на работу схемы, так как через него протекает и без того малая сила тока, которая управляет базой. Ну а если ключ S разомкнут, то, как я уже сказал, потенциал на базе будет равняться потенциалу эмиттера, то есть нулю.

Второй способ. Добиться того, чтобы UБЭ

Что в первом, что во втором случае транзистор у нас не пропускает ток через коллектор-эмиттер. В этом случае говорят, что транзистор находится в режиме “отсечки“.

Расчет транзисторного ключа

Как же рассчитать примерно значение резистора базы? Есть нехитрые формулы. Для того, чтобы их разобрать, рассмотрим вот такую схемку:

Для начала можно найти ток базы:

IБ – это базовый ток, в Амперах

kНАС– коэффициент насыщения. В основном берут в диапазоне от 2-5. Он уже зависит от того, насколько глубоко вы хотите вогнать ваш транзистор в насыщение. Чем больше коэффициент, тем больше режим насыщения.

IK– коллекторный ток, в Амперах

Ну а дальше дело за малым

Это самый простой расчет без всяких заморочек.

Расчет транзисторного ключа на практике

Ну что же, давайте рассчитаем наш базовый резистор для этой схемы в режиме насыщения. На базу будем подавать распространенное питание в 5 В.

Возьмем транзистор средней мощности КТ819Б и лампочку-нагрузку для нашего транзисторного ключа. Лампочка на 6 В.

Транзистор КТ819Б структуры NPN

А вот и его цоколевка

Почти стандартная распиновка слева-направо: Эмиттер-Коллектор-База.

Лампочка при питании 6 В светит примерно вот так:

А вот такую силу тока потребляет наша подопечная, если ее соединить напрямую к блоку питания.

0,23 Ампера. Именно такую силу тока должна кушать наша лампочка в режиме насыщения, когда транзистор полностью открыт. То есть это у нас будет коллекторный ток Ik . Так как сопротивление нити накала лампочки меняется при подключении ее к источнику питания, то лучше всего сразу же измерить ее силу тока, как мы и сделали.

Теперь дело за малым. Надо замерить коэффициент бета. Для этого случая на моем рабочем столе есть прибор транзисторметр. Итак, у меня получилось значение 148

Итак, находим ток базы по формуле

Чем больше силы тока мы подаем на базу, тем больше мы вводим транзистор в режим глубокого насыщения. Здесь уже вы сами должны выбрать значение коэффициента насыщения. Как я уже писал выше, чем больше коэффициент, тем сильнее уходит транзистор в режим насыщения. Режим глубокого насыщения чреват тем, что он задерживает выключение транзистора, но хорош тогда, когда надо долго держать нагрузку включенной, так как в этом случае транзистор греется меньше всего. Если вы не забыли, мощность, рассеиваемая на транзисторе будет равна P=UКЭ х IН

P – это мощность в Ваттах

UКЭ – напряжение между коллектором и эмиттером, В

IН – сила тока, протекающая через нагрузку и коллектор-эмиттер, А

Из формулы: чем меньше UКЭ , тем меньше будет греться транзистор

Поэтому, берем среднее значение коэффициента насыщения равное 3. Получаем:

Теперь считаем базовый резистор по формуле:

Берем ближайший из ряда, то есть 1 кОм.

Давайте посмотрим, будет ли работать наш транзисторный ключ? Итак, RБ берем рассчитанное значение в 1 кОм.

Собираем схему и смотрим, как она работает

В данном случае синие провода – это питание с Bat2 (MEILI), а другие два провода – это питание с блока питания Bat1 (YaXun)

Как вы помните, лампочка у нас потребляла силу тока в 0,23 Ампер при прямом включении ее к блоку питания. Сейчас же она кажет почти то же самое значение с небольшой погрешностью. Но можно все равно сказать, что при открытом транзисторном ключе сопротивление коллектора-эмиттера очень мало. То есть все напряжение поступает на лампу.

Так как амперметр на YaXun стрелочный и не может измерять очень маленькие значение тока, то воспользуемся мультиметром и посмотрим, сколько же потребляет наш транзистор в режиме полного открытия. Для этого ставим мультиметр в разрыв цепи. Более подробно, как измерять силу тока и напряжение мультиметром, вы можете прочитать в этой статье.

Мы получили 4,5 мА. Очень близко к расчетному 4,7 мА. Не забываем подтянуть базу к земле резистором большим номиналом RБЭ, иначе база может поймать помеху и открыть невзначай транзистор, что приведет к ложному срабатыванию. В нашем случае мы берем резистор от 10 кОм и более.

Ну все, такой транзисторный ключ будет уже защищен от ложных срабатываний и его можно использовать в своих электронных безделушках.

Применение транзисторного ключа в связке с МК

Транзисторный ключ очень часто можно увидеть в схемах, где МК или другой логический элемент коммутирует мощную нагрузку. Как вы помните, максимальную силу тока, которую может выдать МК на одну ножку, равняется 20 миллиампер. Поэтому чаще всего можно увидеть вот такое схемотехническое решение на биполярном транзисторе в режиме ключа:

В резистор RБЭ нет необходимости, потому как выходы МК “подтягивается” к нулю еще при программировании.

Заключение

В настоящее время биполярные транзисторы уже морально устаревают. На смену им приходят мощные полевые транзисторы и твердотельные реле, так как они практически не потребляют ток. Также часто в режиме ключа используют диоды, тиристоры, терморезисторы и даже электронные лампы. Электронные ключи широко применяются в различных автоматических устройствах, в логических схемах и системах управления. Чем же хорош ключ на биполярном транзисторе? Я думаю, скорее всего своей дешевизной, широким распространением и долговечностью самих биполярных транзисторов.

Силовой ключ (5 А; 24 В) на полевом транзисторе (IRF520 MOSFET) для Arduino —

Силовой ключ выполнен на полевом транзисторе IRF520 и предназначен для включения/выключения мощной нагрузки, которая питается напряжением постоянного тока.


Управлять силовым ключем можно с помощью Arduino или другого микроконтроллера, при подаче на вход ключа высокого уровня от 5 В, он откроется и включит нагрузку. При токе нагрузки более 1 ампера нужен радиатор для транзистора. Практическое измерение нескольких экземпляров этого MOSFET модуля показало, что ключ открывается при подаче сигнала управления на затвор от 3,4 Вольт.
Полевой транзистор позволяет использовать ШИМ (широтно-импульсную модуляцию), т.е можно менять скорость работы электродвигателя или яркость светодиодной ленты, лампы (светодиода) и т.д.

Если управляющий сигнал ниже 5 Вольт, то нужно использовать другой ключ, работающий от низкого постоянного напряжения (от 3 Вольт).

Для управления мощной нагрузкой переменного тока можно использовать твердотельное реле. А для коммутации маломощной нагрузки постоянного и переменного тока можно применить обычное реле.

Технические характеристики силового ключа на MOSFET транзисторе “IRF520”:

  • управление нагрузкой с напряжением питания постоянного тока, В: 0-24
  • рабочий ток нагрузки, А: 0-5
  • уровень управляющего сигнала, В: 5-20
  • размеры платы, мм: 33.4*25.6

Подключение:

  • “V+” — плюсовой контакт подключения нагрузки пост. тока
  • “V-” — минусовой контакт подключения нагрузки пост. тока
  • “Vin” — “+” контакт, сюда подключить питание для нагрузки (от 0 до 24 В)
  • “GND” — “-” контакт питания для нагрузки
  • “SIG – “плюсовой контакт для подключения управ. сигнала (например с ARDUINO)
  • “Vcc” – не используется
  • “GND – “минусовой контакт для подключения управ. сигнала

Принципиальная схема силового ключа на IRF520:

Варианты использования:

управление силовым ключом с помощью сенсорной кнопки “TTP223”

Преимущества:

  • бесшумная работа
  • нет механических частей
  • можно использовать ШИМ (PWM)

Описание на “IRF520” (datasheet)

припаяй это по-человечески!: Как сделать переключатель обмоток и налепить кучу ошибок!

Категорически всех приветствую! Давно не было обновлений, но тут внешние факторы замучали. Из хорошего — появился в личном пользовании карманный осциллограф-мультиметр-генератор Hantek 2D72, из плохого — лаборатория ППЧ попала во вражеское окружение, потом случились праздники, часть деталей переехала домой, а дома тоже никак не получается организовать работу, вот так и перебиваюсь.


И будучи подпираем со всех сторон обстоятельствами, я похоронил все проекты, требующие интеллектуального преодоления и взялся доделать довольно простой проект — давно задуманный лабораторный БП. Собираю я его по мотивам всем известного ПИДБП (гугл ит!) из «кубиков»-модулей, и по мере сил они компонуются в относительно продуманную конструкцию. Кубиков много, тут и трансформатор, и выпрямитель, и «мозг» на LM324 и ИОН, и измерительная часть…

Трансформатор для лабораторного БП достался мне со множеством выводов. Если не опускаться ниже величины 12 Вольт, требуемых для ИОН, я могу пользоваться обмотками на 13В и 27В. Большая часть современной аппаратуры цифровая, с напряжениями 3,3В и 5В, так что припаять выпрямитель к обмотке на 27В — немалый риск, на ключевом транзисторе (он у меня 2Т825Г) будет рассеиваться слишком много энергии, что приведет рано или поздно к беде. Вот условный пример. Например, у нас есть скажем нагрузка с напряжением 3В и током 2А. Допустим, лампа — для простоты. То есть 6 Ватт. На эмиттере транзистора 27×1.44=38.88В выпрямленных, значит транзистор должен погасить 35,88В которые помноженные на 2 Ампера тока нагрузки дадут 71,76 Ватта мощности для отопления квартиры. В реальности будет меньше, ибо напряжение на выходе выпрямителя неизбежно просядет, но тем не менее, лишних ватт так шестьдесят куда-то надо будет девать. У любого транзистора есть зона ОБР (область безопасных режимов) из которой нежелательно выходить и даже не приближаться к краю. Так что в том же эксперименте если взять обмотку на 13В то 13×1.44=18,72В и соответственно 15,72×2=31,44 лишних Ватта будут греть транзистор, что тоже немало, однако намного меньше 71,76 Вт, и значит в целом безопаснее.

Я не буду заморачиваться слишком сильно, как пример, запитывать ИОН от отдельного трансформатора, чтобы совсем опустить напряжение выпрямителя, и не буду городить гирлянды реле. Мне нужен всего один порог переключения, при увеличении выходного напряжения выше порога 10В выпрямитель нужно переключить с обмотки 13В на обмотку 27В. Это можно сделать всего лишь одним переключающим контактом и реле понадобится только одно. У меня не фабрика реле, хоть одно имеется — и на том спасибо!

Нагуглить по теме можно немало. В русскоязычном сегменте строителей блоков питания есть несколько «направлений». Симисторные переключатели — сразу в лес. Дорого, ненадежно и громоздко. Схема «Владимир 65» — в качестве датчика напряжения используется «энциклопедическая» микросхема TL431, которая через транзистор управляет 12-вольтовым реле. От этой схемы тоже пришлось откреститься, поскольку подходящего реле с контактами на нужный ток у меня нет, а делитель в цепи управления TL431 выполнен неочевидным способом, так что сходу пересчитать параметры не получится. То есть надо макетировать и крутить параметры паяльником, что не очень здорово.

Мне осталась одна забава, (пальцы в рот, да веселый свист!) — самому придумать эту простую переключалку, чтобы можно было использовать реле с катушкой на 24В. В качестве порогового элемента я остановился на консервативном варианте — компараторе LM393 (LM2903). Несмотря на то, что компаратор у меня запитан от внешнего ИОН с напряжением 12,15В, и опорное напряжение можно было сформировать делителем, я решил опору сделать на TL431, которая дает 2,5В as is, работая как тупой стабилитрон, но предсказуемо и точно, требуя меньшего минимального тока стабилизации.

И при внешней простоте конструкции я умудрился налепить немало ошибок. Надеюсь, что разбор моих ошибок поможет не совершать их тем, кто их еще не совершал.

Как известно, компаратор LM393 не может генерировать вытекающий ток. Если по-русски — выходной каскад компаратора представляет собой ключ, замыкающий выход (1 ножка) на минус. Следовательно, его надо подтягивать к плюсу питания резистором в любом случае. 

Но я путаю все время логику работы компаратора. В моем понимании, когда компаратор сработал это означает, что ключ открылся, то есть на выходе логический 0. А в понимании разработчиков, когда компаратор сработал, на выходе 1, то есть ключ закрыт. Википедия однозначно говорит, что я осел, но кто ее читает-то?


Компара́тор аналоговых сигналов (от лат. comparare «сравнивать») — сравнивающее устройство: электронная схема, принимающая на свои входы два аналоговых сигнала и выдающая сигнал высокого уровня, если сигнал на неинвертирующем входе («+») больше, чем на инвертирующем (инверсном) входе («−»), и сигнал низкого уровня, если сигнал на неинвертирующем входе меньше, чем на инверсном входе.

А исходя из моих заблуждений, я сперва прицепил выход компаратора к плюсу через светодиод оптопары и готовился пить боржоми, почивая на лаврах. Да, исходя из постулата

«Граждане, опасайтесь случайных гальванических связей!»
мной в качестве исполнительного элемента сразу и без раздумий был выбран оптрон из самых популярных — PC817, а значит, главная задача — зажечь его светодиод тем или иным способом, остальное — дело техники.
Первый вариант. Не попал в фазу.
В таком виде схема заработала, но не так, как мне хотелось. Все было на месте, и порог я выставил 10,2 В без труда, и гистерезис на месте тоже, 9,2В напряжение отключения реле. Только вот все наоборот. Реле при напряжении ниже 10В включено, а выше 10В — выключено. Мне это не подошло. То есть, нормально замкнутый контакт реле требуется подключить к обмотке с напряжением 27В и конденсатор фильтра сразу заряжается до 38В. Не проще ли его сперва зарядить до 18 и до греха не доводить?
Поскольку модуль был уже спаян (и довольно компактно спаян!), вариантов переделки было не очень много. Самое простое — перекрестить ноги компаратора + и — мне не подошло, ибо неудобно и все считай заново перепаивать. Поэтому я переставил светодиод вниз.
Второй вариант. Убил гистерезис.
В этом варианте, компаратор, открывшись, гасит светодиод и реле отпускает. То есть условие выполняется. Но пропал гистерезис! Пришлось крутить фазу еще одним элементом — транзистором.
Третий вариант. И фаза и гистерезис в порядке.
Здесь, когда на выходе компаратора единица, транзистор открыт, светодиод зажжен, измеряемое напряжение приподнято через резистор R1 и гистерезис на месте.
Казус вышел и с выходным каскадом, там я попробовал включить реле прямо через оптрон, и несмотря на то, что транзистор оптрона держит 50В на коллекторе, и небольшой ток обмотки реле 30 мА, оптрон практически сразу вышибло. Так что я схватил первый попавшийся средней мощности транзистор и сделал выходной каскад с ним. Конечно же сюда пойдет всякий мусор типа КТ814Г, любой другой p-n-p транзистор с допустимым напряжением больше 30В и током коллектора от 100 мА и выше.
Дальше мне осталось добавить в схему источник питания для реле — выпрямитель — и собрать все в кучу.
Принципиальная схема.

Здесь PDF
За гистерезис отвечает резистор R6, его пришлось увеличить чтобы не уменьшать порог отключения реле слишком сильно. В качестве транзистора, управляющего оптроном, T1, я поставил «цифровой», со встроенными резисторами базы — очень удобно.
Конструкция собрана как обычно, на макетке. Так удобнее вносить изменения на ходу.
Лицевая сторона платы.

Задняя сторона платы.

Что же касается самой схемы, по ряду причин мне ее удобнее было рисовать в EasyEda. Когда я начал ее рисовать, в приложении не сразу нашлась кнопка FLIP, так что схему я начертил справа налево и не понял как перенумеровать элементы. Больше не буду 🙂 Схема 100% рабочая, можете использовать ее всяко — как фотодатчик там, или индикатор затопления свинарника, ну или как у меня, чтобы переключать обмотки. Второй компаратор свободен, так что можно добавить второй уровень переключения аналогично первому, добавив второй выходной каскад и реле.

Контактно-транзисторный регулятор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Контактно-транзисторный регулятор

Cтраница 1

Контактно-транзисторный регулятор представляет собой значительный шаг вперед по сравнению с прежними вибрационными регуляторами напряжения. Контакты контактно-транзисторного регулятора нагружены только незначительным током базы транзистора и, работая в гораздо более легких условиях, чем контакты вибрационного регулятора, не подгорают и не изнашиваются.  [1]

Наиболее распространенным контактно-транзисторным регулятором является реле-регулятор РР-362, в котором роль контактов, разрывающих цепь тока возбуждения, выполняет транзисторе, а контакты регулятора напряжения только управляют работой.  [2]

В контактно-транзисторном регуляторе РР362 ( рис. 65) транзистор VT1 запирается при замыкании контактов электромагнитного реле напряжения. Управляющая обмотка 1 реле напряжения РН включена параллельно контактам выпрямителя, и, следовательно, сила тока в ней зависит от напряжения на этих контактах.  [3]

В контактно-транзисторных регуляторах коммутацию в цепи обмотки возбуждения осуществляет транзистор, которым управляет контактное реле.  [5]

В контактно-транзисторном регуляторе ( КТР) РР362 ( рис. 4.19) током в обмотке возбуждения управляет транзистор VT, а управление транзистором осуществляет реле K.  [7]

В контактно-транзисторном регуляторе силой тока в обмотке возбуждения управляет транзистор VT, а управление транзистором осуществляет реле регулятора напряжения K.  [8]

В контактно-транзисторном регуляторе РР-362 ( рис. 69) транзистор 77 запирается при замыкании контактов электромагнитного реле напряжения РН. Управляющая обмотка / реле напряжения включена параллельно контактам выпрямителя, и, следовательно, сила тока в ней зависит от напряжения на этих контактах.  [9]

Принцип действия контактно-транзисторного регулятора заключается в следующем.  [10]

Вторым преимуществом контактно-транзисторного регулятора является возможность увеличить ток обмотки возбуждения генератора, не опасаясь, что это вызовет значительную эрозию контактов. Как указывалось, увеличение силы тока обмотки возбуждения позволяет улучшить характеристики и использование генератора.  [11]

С помощью вибрационного или контактно-транзисторного регулятора включается и выключается в цепь обмотки возбуждения резистор, а с помощью бесконтактного транзисторного регулятора подключается и отключается обмотка возбуждения от цепи электроснабжения. Таким образом, регулятор напряжения является элементом системы автоматического регулирования дискретного ( цифрового) типа.  [12]

По принципу регулирования напряжения электронные ( бесконтактные) регуляторы напряжения идентичны с контактно-транзисторными регуляторами, но в них электромеханические реле заменены электронными приборами.  [13]

Контактно-транзисторный регулятор представляет собой значительный шаг вперед по сравнению с прежними вибрационными регуляторами напряжения. Контакты контактно-транзисторного регулятора нагружены только незначительным током базы транзистора и, работая в гораздо более легких условиях, чем контакты вибрационного регулятора, не подгорают и не изнашиваются.  [14]

Страницы:      1    2

Подключение нагрузки к Ардуино — RadioRadar

Многие новички, после нескольких простых экспериментов с программируемыми микроконтроллерами Arduino, пытаются реализовать свои собственные задумки, но сталкиваются с довольно распространённой проблемой – подключением нагрузки.

Дело в том, что на выходах Ардуино можно получить напряжение только 5 В (это уровень логической единицы). При этом сила тока будет не более 40 мА. Таких параметров может быть недостаточно для многих внешних схем и узлов. Например, 40 мА не смогут заставить работать большинство электродвигателей, даже питающихся напряжением 5 В.

Поэтому ниже рассмотрим варианты подключения различных типов нагрузок.

Основной принцип – запуск/останов внешнего блока по логическим уровням «единица-ноль» на выходе Ардуино. И лучше всего предусмотреть защиту микроконтроллера от скачков напряжения из подключаемой схемы.

 

Подключение слабых нагрузок

Простейший пример – светодиод. Большинство таких диодов имеет предельный порог по току в 20 мА (0,02А). Поэтому подключать их к Ардуино лучше всего через токоограничивающий резистор. Как его рассчитать, мы рассмотрели в отдельной статье, на всякий случай напомним формулу:

R = U / I

Здесь R – сопротивление участка цепи, в которую входят и ограничивающий резистор, и сам диод (их сопротивления складываются). Но так как собственное сопротивление диода ничтожно мало, то им в данной задаче можно просто пренебречь. Тогда получаем:

Rогр = 5 В / 0,02 А = 250 Ом.

То есть при включении в цепь питания резистора номиналом свыше 250 Ом мы получим падение силы тока ниже 0,02 А (что и нужно для светодиода).

Аналогично можно рассчитывать токоограничивающий резистор для других элементов.

Типовое включение маломощных элементов на примере того же светодиода можно увидеть ниже.

Рис. 1. Типовое включение маломощных элементов на примере светодиода

 

Некоторые модели плат Arduino могут активировать встроенную систему токоограничения, тогда резистор может даже не понадобится.

 

Подключение мощных нагрузок, питающихся постоянным током

Здесь нужно оговорить отдельно, что внешняя схема должна питаться от другого источника тока/напряжения, который соответствует характеру потребления.

Ардуино может включаться в цепь управления через посредника, например, через транзистор или аналогичную схему/элемент. Начнём с простых биполярных транзисторов.

Через биполярный транзистор

Классическая схема включения будет выглядеть так.

Рис. 2. Классическая схема включения через биполярный транзистор

 

Номинал резистора, подключённого к базе, приведён для примера. На самом деле его значение необходимо рассчитать в соответствии с ТТХ транзистора (входной уровень напряжения зависит от коэффициента усиления в режиме насыщения и напряжения питания в управляемой цепи).

На роль транзистора подойдёт практически любой n-p-n.

Такая схема проста в реализации и доступна по цене, но не подходит для управления цепями с очень мощными нагрузками.

Альтернатива – ниже.

Через полевой транзистор

Действительно силовые схемы можно подключать к Ардуино через полевики.

Типовая схема включения выглядит следующим образом.

Рис. 3. Классическая схема включения через полевой транзистор

 

Использовать полевые транзисторы с малой нагрузкой не стоит, так как, во-первых, они медлительны в переключении, а во-вторых, будут изрядно греться.

При подключении к затвору применяется всё тот же ограничительный резистор, который необходимо правильно рассчитать исходя из параметров питания и характеристик самого полевика.

А второй (10К) – используется для защиты самого микроконтроллера и исключения помех в работе транзистора (исключает Z-состояние).

В случае подключения двигателей или других реактивных нагрузок без защиты лучше всего предусмотреть обратный пробой и установить диод. Например, так. Несмотря на то, что в современных полевых транзисторах диоды часто уже встроены, на деле они не всегда справляются с задачей.

Рис. 4. Индуктивная нагрузка

 

Чтобы повысить «управляемость» цепи, лучше всего выбирать мосфеты с пометкой «Logic Level» (они предназначены для работы с цифровыми логическими уровнями).

Через транзисторы Дарлингтона

Что называется «решение из коробки». В радиомагазинах можно найти готовые микросхемы, такие как ULN2003, которые представляют собой набор независимых составных транзисторов Дарлингтона. Схема управления реализуется очень просто.

Рис. 5. Схема управления

 

Здесь каждый выход Ардуино управляет отдельным составным транзистором (выход строго напротив). При необходимости транзисторы можно включать параллельно (каждый «тянет» нагрузку по 500 мА).

Через оптореле

Это практически идеальное решение, лишённое множества недостатков, связанных с другими способами.

Твердотельные реле обеспечивают полную гальваническую развязку цепи управления и основной цепи, в них нет никаких механических деталей, они позволяют работать с высокими токами и т.д.

Схема подключения нагрузки с оптореле будет выглядеть следующим образом.

Рис. 6. Схема подключения нагрузки с оптореле

 

Резистор перед реле отвечает за ограничение тока. Рассчитывается как и в предыдущих примерах.

Оптореле не подойдёт только для случаев управления «быстрыми» схемами.

Другие методы

Выше мы обозначили только основные применяемые способы. На деле существует множество других методов подлючения мощных нагрузок к Ардуино и к другим микроконтроллерам:

1.Через семисторы (триаки)

Рис. 7. Подлючения мощных нагрузок к Ардуино и к другим микроконтроллерам через семисторы

 

2.Через классические реле (требуется ещё один посредник для управления самим реле)

Рис. 8. Подлючения мощных нагрузок к Ардуино и к другим микроконтроллерам через классические реле

 

3.Коммутация с одновременной стабилизацией

Рис. 9. Коммутация с одновременной стабилизацией

 

4.Драйвер с защитой от коротких замыканий

Рис. 10. Драйвер с защитой от коротких замыканий

 

Автор: RadioRadar

Реле времени на полевом транзисторе.

Простое реле времени (или простое реле времени для начинающих 2) на биполярном транзисторе не сложно в изготовлении но на таком реле нельзя получить большие задержки. Длительность задержки определяет RC-цепь состоящая (для реле времени да биполярном транзисторе) из конденсатора, резистора в цепи базы и перехода база-эмиттер транзистора. Чем больше ёмкость конденсатора тем больше задержка. Чем больше суммарное сопротивление резистора в цепи базы и перехода база-эмиттер тем больше задержка. Увеличить сопротивление перехода база-эмиттер, для получения большой задержки, нельзя т.к. это неизменный параметр используемого транзистора. Сопротивление резистора в цепи базы нельзя увеличивать до бесконечности т.к. транзистору для открытия требуется ток, как минимум, в h31э меньший чем ток для необходимый для включения реле. Если например для включения реле требуется 100мА, h31э=100 то для открытия транзистора требуется ток базы Iб=1мА. Для открытия полевого транзистора с изолированным затвором большой ток не требуется, в данном случае можно даже пренебречь этим током и считать что ток для открытия такого транзистора не требуется. Полевой транзистор с изолированным затвором управляется напряжением поэтому можно использовать RC цепь с любым сопротивлением и следовательно делать любые задержки. Рассмотрим схему:

Рисунок 1 — Реле времени на полевом транзисторе

Эта схема похожа на схему с биполярным транзистором из предыдущей стати только здесь вместо биполярного транзистора n-MOSFET (n канальный полевой транзистор с изолированным затвором (и индуцированным каналом)) и добавлен резистор (R1) для разряда конденсатора C1. Резистор R3 не обязателен:

Рисунок 2 — Реле времени на полевом транзисторе без R3

Полевые транзисторы с изолированным затвором могут быть испорчены статическим электричеством поэтому с ними нужно обращаться аккуратно: стараться не касаться вывода затвора руками и заряженными предметами, по возможности заземлять вывод затвора и т.д. 

Процесс проверки транзистора и готового устройства показан на видео:

Т.к. на параметры RC цепи пренебрежимо мало влияют параметры транзистора то расчёт длительности задержки осуществить достаточно несложно. В данной схеме на длительность задержки по прежнему влияет длительность удерживания кнопки и чем меньше сопротивление резистора R2 тем слабее это влияние, но не стоит забывать о том что этот резистор нужен для ограничения тока в момент замыкания контактов кнопки, если его сопротивление сделать слишком низким или заменить перемычкой то при нажатии на кнопку может выйти из строя блок питания или сработать его защита от к.з. (если она есть), контакты кнопки могут приплавиться друг к другу, к тому же данный резистор ограничивает ток при установке резистором R1 минимального сопротивления. Резистор R2 также понижает напряжение (UCmax) до которого заряжается конденсатор C1, при нажатой кнопке SB1, что приводит к уменьшению длительности задержки. Если сопротивление резистора R2 низкое то на длительность задержки оно влияет незначительно. На длительность задержки влияет напряжение на затворе относительно истока при котором транзистор закрывается (далее напряжение закрытия). Для расчёта длительности задержки можно воспользоваться программой: 



КАРТА БЛОГА (содержание)

Анализ драйвера транзисторного реле

Из вашей диаграммы не ясно, что вход должен быть \ $ + 12 \: \ textrm {V} \ $ для активации реле. Но давайте предположим, что вы правы в этой детали. (У меня нет причин не соглашаться с вами по этому поводу.)


Начнем с резистора \ $ 2.2 \: \ textrm {k} \ Omega \ $ от базы к земле. Этот резистор помогает удерживать базу около земли (BJT = OFF ), если на входе нет определенного сигнала активации; помогает защитить базу BJT от возможных повреждений обратных напряжений; и обеспечивает простой путь постоянного тока к земле от базы BJT (в противном случае он может иметь только диодный путь к земле.) Представьте себе случай, когда где-то в схеме также есть источник \ $ — 12 \: \ textrm {V} \ $. И предположим, что это случайно было подключено к активирующему входу (левая сторона резистора \ $ 4.7 \: \ textrm {k} \ Omega \ $) неуклюжим идиотом. Переход база-эмиттер BJT будет иметь обратное смещение и, следовательно, будет подвергаться прямому действию полного напряжения. Но большинство малосигнальных BJT не могут выдержать более \ $ 5-6 \: \ textrm {V} \ $ обратного напряжения перед сходом лавины (что может привести к необратимому повреждению.) В этом случае очень помогает резистор \ $ 2.2 \: \ textrm {k} \ Omega \ $, поддерживая достаточно низкое обратное напряжение, чтобы быть в безопасности. Я мог бы продолжить. Но идея состоит в том, чтобы сделать вход надежным .

В дополнение к защите / надежности, их выбор упорядочивает вещи так, что 32% приложенного входного напряжения становится приложенным напряжением Тевенина, приложенным через эквивалентный последовательный резистор \ $ 1.5 \: \ textrm {k} \ Omega \ $. Таким образом, базовый ток будет \ $ I_B = \ frac {0.32 \ cdot V_ {IN} -V_ {BE}} {1.5 \: \ textrm {k} \ Omega} \ $. В вашем примере это примерно \ $ 2 \: \ textrm {mA} \ $ базового тока для приложенного \ $ + 12 \: \ textrm {V} \ $ напряжения активации.

Ваше реле, как вы его описываете, требует \ $ \ frac {12 \: \ textrm {V}} {392 \: \ Omega} \ приблизительно 31 \: \ textrm {mA} \ $. Назовем это \ $ 30 \: \ textrm {mA} \ $. При \ $ 2 \: \ textrm {mA} \ $ базовом токе это означает \ $ \ beta = 15 \ $. Это часто нормально для насыщения \ $ \ beta \ $ с использованием малосигнальных BJT. Так что я был бы счастлив оставить эту схему базового привода в покое.

Но, читая свой «анализ», вы, кажется, думаете, что будет достаточно чего-нибудь лучше, чем примерно \ $ 100 \: \ mu \ textrm {A} \ $ base current. Вы аргументируете это на основании \ $ \ beta = 300 \ $ для 2N3904. Проблемы здесь следующие: (1) хотя \ $ \ beta \ $ для любого одного BJT может быть относительно плоским в широком динамическом диапазоне коллекторных токов, \ $ \ beta \ $ любого конкретного BJT будет отличаться друг от друга на в 2 раза или около того; и (2) эти более высокие «плоские» значения \ $ \ beta \ $ применяются только тогда, когда напряжение коллектор-эмиттер больше одного или двух вольт, и вы хотите использовать его в качестве переключателя, поэтому это значение \ $ \ beta \ $ больше не применимо; и (3) поэтому вам нужно запланировать использование гарантированного насыщения \ $ \ beta \ $, что будет намного меньше.Я бы посчитал \ $ \ beta \ le 20 \ $ для 2N3904 «достаточно хорошим». Значение вашей схемы \ $ \ beta = 15 \ $ прекрасно лежит в этом кармане. Так что я оставлю это себе.


Ваше реле включает в себя не только указанное вами сопротивление, но и индуктивность. В самые первые моменты активации, прежде чем сопротивление станет преобладающим, индуктивность ограничит скорость изменения тока. Короче говоря, потребуется немного времени, чтобы ток достиг предельного значения около \ $ 30 \: \ textrm {mA} \ $, обсуждавшегося ранее, потому что индуктивность имеет «инерцию» (относительно быстрого изменения тока). и удерживает ток от мгновенного достижения этого значения.Однако эта инерция работает в обоих направлениях. Поэтому, когда вы пытаетесь отключить источник тока, отключив BJT от , индуктивность реле сопротивляется этому так же сильно.

Знак напряжения на индуктивности вашего реле основан ТОЛЬКО на направлении изменения тока. Таким образом, при включении на приложенное напряжение, конечно же, будет положительным, поскольку ток «нарастает». Но при выключении знак напряжения меняется на противоположный. Теперь величина этого обратного напряжения зависит от того, насколько быстро падает ток.Если оно мгновенно упадет до нуля (невозможно), то обратное напряжение будет бесконечным. Мы оба знаем, что этого не происходит. Но именно поэтому здесь помогает какая-то защита. Вам необходимо обеспечить некоторый метод «мягкой посадки», чтобы индуктивность не вызывала очень высокое обратное напряжение, которое повреждает все, что находится рядом с ней. Диод отлично справляется с этим. Некоторые люди будут использовать стабилитрон плюс диод, чтобы обеспечить более высокое напряжение и, следовательно, более быстрое падение тока.

Это закрывает диод реле.Диод на переходе коллектор-эмиттер BJT — это совсем другая история, и, вероятно, в нем нет необходимости. Но все BJT также могут быть переведены в реверсивно-активный режим, и этот диод будет препятствовать тому, чтобы коллектор BJT был достаточно отрицательным, чтобы его можно было включить на через \ $ 2.2 \: \ textrm {k} \ Omega \ $, если коллектор почему-то загнали больше отрицательного, чем заземленного. Я предполагаю, что, возможно, кто-то может добавить его (если не вы просто зададите вопрос), потому что узел сборщика выведен на винтовой зажим и…. еще раз … дизайнер защищает от «идиотов», которые могут вызвать проблемы при подключении (в зависимости от предохранителя, который, возможно, перегорит, чтобы «исправить» проблему, созданную идиотом). Но я ‘ Я просто любитель и, возможно, профессиональный инженер научит меня кое-чему в этом аспекте.


Мне не так интересно писать книгу по осциллографам. И здесь есть гораздо лучшие люди, которые могли бы написать его, если бы это было необходимо. Но я думаю, вам будет хорошо, если вы просто научитесь использовать свой прицел на этой схеме.Вы можете использовать зонд 10X, если он у вас есть (вы должны). Я думаю, что на этих ранних этапах у вас будет больше всего проблем с самого начала, и у вас будет самая большая потребность в изучении запуска. Как только вы освоитесь с этим, все остальное будет проще. Но есть много обучающих программ.

Релейные схемы

»Примечания по электронике

При использовании реле, электромеханических реле или герконов необходимо соблюдать некоторые меры предосторожности для обеспечения максимальной надежности цепей и работы.


Технология реле включает:
Основы реле Герконовое реле Характеристики герконового реле Релейные схемы Твердотельное реле


Реле, в том числе герконовые реле, очень просты в использовании, однако при их использовании можно принять несколько простых мер предосторожности, чтобы обеспечить наилучшую производительность и максимальную надежность.

Понимание некоторых схемотехники, необходимой для реле, может иметь большое значение, особенно при сопряжении реле с другими электронными схемами.

Рассмотрение схем реле можно разделить на две основные области: схемы драйверов и коммутируемые схемы.

Применение правильных компонентов и защиты для обоих может существенно повлиять на работу схемы, а также на надежность реле.

Цепи управления реле

В релейных схемах, используемых для управления реле, часто используются полупроводниковые устройства.Хотя в простейших релейных схемах просто включается переключатель, замыкающий цепь, для применения реле часто требуется слабый сигнал, возможно, от какой-либо схемы микроконтроллера или другого устройства для приведения в действие реле.

При такой работе необходим полупроводниковый драйвер. Самый простой — биполярный транзистор, хотя полевые транзисторы работают одинаково хорошо.

Цепь реле с общим эмиттером NPN
Реле приводится в действие катушкой. Это создает магнитное поле, которое используется для приведения в действие реле, будь то герконовое реле или электромеханическое реле.Может означает, что когда полупроводниковый переключатель находится во включенном состоянии, ток начнет течь. Оно будет постепенно расти из-за индуктивности, и это будет означать, что до срабатывания реле пройдет определенное время. Однако, когда переключатель внезапно открывается, возникает большая обратная ЭДС. Он может быть достаточно большим, чтобы повредить драйвер.

Уровень генерируемой обратной ЭДС будет равен -L di / dt — другими словами, чем выше скорость изменения, тем больше генерируемое напряжение обратной ЭДС.Даже при низких значениях питающей шины генерируемые противо-ЭДС могут возрасти до нескольких сотен вольт, если переключение происходит достаточно быстро. Этого более чем достаточно, чтобы разрушить полупроводниковый прибор.

Схема управления реле простого транзистора с общим эмиттером

Для подавления этой обратной ЭДС поперек катушки обычно размещается диод. Поскольку обратная ЭДС будет иметь полярность, противоположную нормальному напряжению на катушке, диод, который смещен в обратном направлении при нормальной работе, перейдет в прямую проводимость, и весь ток, вызванный, кроме обратной ЭДС, рассеется, тем самым подавляя обратную ЭДС. .Используя схему диодной защиты для драйвера реле, на него будет воздействовать только максимальное напряжение питания плюс напряжение прямой проводимости диода, которое составляет 0,6 или 0,7 вольт.

В идеале ограничивающий диод должен располагаться как можно ближе к катушке реле. В случае схем герконового реле код можно даже поместить внутри мю-металлического экрана — это помогает снизить уровень генерируемых радиочастотных помех и может улучшить характеристики ЭМС.

Когда эта схема используется в типичной схеме драйвера общего эмиттера, которая, вероятно, является наиболее обычной формой, можно видеть, что диод подключается непосредственно к катушке реле.

Когда на вход подается высокое напряжение, это приводит к тому, что ток течет в цепи базы, включая транзистор, заставляя ток течь через катушку реле и приводя в действие переключатель.

В этой конкретной схеме резистор последовательной базы выбран равным 2 кОм. Это обеспечивает достаточный базовый ток для включения транзистора реле. В схеме требуется ограничить базовый ток. Резистор от базы до 0В выбран равным 22 кОм. Это должно быть примерно в десять раз больше, чем у последовательного резистора, и это необходимо для обеспечения возврата базы к нулю вольт, если база разомкнута или напряжение возбуждения снято.

Значения следует выбирать для конкретных условий схемы, коэффициента усиления транзистора, рабочего тока реле и т. Д.

Также возможно использовать транзисторы PNP вместо показанной версии NPN. При этом, очевидно, необходимо поменять местами источники питания, но также необходимо поменять полярность диодов.

Релейная схема эмиттерного повторителя NPN
Хотя схема реле с общим эмиттером будет самой популярной, иногда полезно использовать конфигурацию с общим коллектором или эмиттерным повторителем для схемы реле.

Эта схема реле просто заменяет резистор эмиттера катушкой реле. И снова диод включен в цепь реле, чтобы предотвратить повреждение от обратной ЭДС, индуцированной при выключении.

Базовый резистор помещается в схему для ограничения тока базы, хотя во многих случаях это может не требоваться.

Простая схема управления реле с эмиттерным повторителем

Как и в схеме с общим эмиттером, в этой схеме также может использоваться PNP-транзистор, но с обратной полярностью диода и питанием.

В некоторых случаях может потребоваться более высокий уровень усиления по току. Эту проблему можно решить с помощью транзистора Дарлингтона. Однако имейте в виду, что падение напряжения на базе эмиттера в два раза больше, чем у одиночного транзистора, то есть 1,2 В вместо 0,6 В для кремниевого транзистора и Дарлингтона.

Релейные переключаемые цепи

Несмотря на то, что важно правильно спроектировать цепи для управления реле, есть также моменты, которые следует отметить в отношении цепей, которые также переключаются реле.Это особенно важно для герконовых реле, контакты которых более подвержены повреждению.

Одной из ключевых областей важности является текущее состояние после закрытия контактов. Даже при управлении цепями, которые могут считаться слаботочными, пусковой ток, вызванный конденсаторами, используемыми для развязки, и т. Д. Может привести к сильным всплескам тока при переключении. Это может значительно сократить срок службы герконового реле, поскольку пусковой ток может во много раз превышать номинальный максимальный ток.

Даже относительно небольшие конденсаторы могут использовать пики тока на многих ампер, и это может значительно сократить срок службы контактов реле, особенно герконов.

Этот факт можно уменьшить, сбалансировав количество развязки и выбрав минимальное значение, совместимое с применением хорошей развязки на шинах напряжения или линиях, которые переключаются. Также можно использовать резисторы малой серии для уменьшения перенапряжения. Здесь необходимо рассчитать падение напряжения на последовательном резисторе, и если какой-либо ток проходит, его необходимо удерживать в допустимых пределах.

Есть много разных схем, которые можно использовать с реле. Фактическая схема реле, которая лучше всего, будет зависеть от многих факторов и часто возникает из-за окружающих цепей, которые добавляют общие требования.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

Работа транзистора как переключателя

В этом руководстве по транзистору мы узнаем о работе транзистора как переключателя. Переключение и усиление — это две области применения транзисторов и транзисторов, поскольку коммутатор является основой для многих цифровых схем. Мы изучим различные режимы работы (активный, насыщение и отключение) транзистора, то, как транзистор работает как переключатель (как NPN, так и PNP), а также некоторые практические прикладные схемы, использующие транзистор в качестве переключателя.

Введение

Транзисторы — это трехслойное трехполюсное полупроводниковое устройство, которое часто используется в операциях усиления и переключения сигналов. Как одно из важных электронных устройств, транзистор нашел применение в огромном количестве приложений, таких как встроенные системы, цифровые схемы и системы управления.

Вы можете найти транзисторы как в цифровой, так и в аналоговой области, поскольку они широко используются для различных приложений, таких как схемы переключения, схемы усилителя, схемы питания, цифровые логические схемы, регуляторы напряжения, схемы генераторов и т. Д.

В этой статье основное внимание уделяется переключающему действию транзистора и дается краткое объяснение транзистора как переключателя.

Краткое описание BJT

Существует два основных семейства транзисторов: транзисторы с биполярным переходом (BJT) и полевые транзисторы (FET). Биполярный транзистор или просто БЮТ представляет собой трехслойное полупроводниковое устройство с тремя выводами и двумя переходами. Он состоит из двух PN-переходов, соединенных спина к спине с общим средним слоем.

Когда мы говорим термин «транзистор», он часто относится к BJT. Это устройство с контролем тока, в котором выходной ток регулируется входным током. Название биполярное указывает на то, что два типа носителей заряда, то есть электроны и дырки, проводят ток в BJT, где дырки являются носителями положительного заряда, а электроны — носителями отрицательного заряда.

Транзистор имеет три области: базу, эмиттер и коллектор. Эмиттер является сильно легированным выводом и испускает электроны в базу.Вывод базы слегка легирован и передает электроны, инжектированные эмиттером, на коллектор. Вывод коллектора умеренно легирован и собирает электроны с базы. Этот коллектор больше по сравнению с двумя другими областями, поэтому он может рассеивать больше тепла.

BJT бывают двух типов: NPN и PNP. Оба они работают одинаково, но различаются по смещению и полярности источника питания. В транзисторе PNP материал N-типа зажат между двумя материалами P-типа, тогда как в случае транзистора NPN материал P-типа зажат между двумя материалами N-типа.

Эти два транзистора могут быть сконфигурированы в различных типах, таких как общий эмиттер, общий коллектор и общая базовая конфигурация.

Если вы хотите работать с MOSFET в качестве коммутатора, сначала изучите основы MOSFET.

Рабочие режимы транзисторов

В зависимости от условий смещения, таких как прямое или обратное, транзисторы имеют три основных режима работы, а именно области отсечки, активности и насыщения.

Активный режим

В этом режиме транзистор обычно используется в качестве усилителя тока.В активном режиме два перехода смещены по-разному, что означает, что переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, тогда как переход коллектор-база смещен в обратном направлении. В этом режиме ток течет между эмиттером и коллектором, и величина протекающего тока пропорциональна базовому току.

Cutoff Mode

В этом режиме коллекторный базовый переход и эмиттерный базовый переход смещены в обратном направлении. Поскольку оба PN-перехода имеют обратное смещение, ток почти не протекает, за исключением небольших токов утечки (обычно порядка нескольких наноампер или пикоампер).BJT в этом режиме выключен и, по сути, представляет собой разомкнутую цепь.

Область отсечки в основном используется в коммутационных и цифровых логических схемах.

Режим насыщения

В этом режиме работы переходы эмиттер-база и коллектор-база смещены в прямом направлении. Ток свободно течет от коллектора к эмиттеру с практически нулевым сопротивлением. В этом режиме транзистор полностью включен и представляет собой замкнутую цепь.

Область насыщения также в основном используется в коммутационных и цифровых логических схемах.

На рисунке ниже показаны выходные характеристики BJT. На приведенном ниже рисунке область отсечки имеет рабочие условия, когда выходной ток коллектора равен нулю, нулевой базовый входной ток и максимальное напряжение коллектора. Эти параметры приводят к образованию большого обедненного слоя, который также не позволяет току течь через транзистор. Следовательно, транзистор полностью выключен.

Аналогично, в области насыщения транзистор смещен таким образом, что прикладывается максимальный ток базы, что приводит к максимальному току коллектора и минимальному напряжению коллектор-эмиттер.Это приводит к уменьшению размера обедненного слоя и пропусканию максимального тока через транзистор. Следовательно, транзистор полностью открыт.

Следовательно, из приведенного выше обсуждения мы можем сказать, что транзисторы можно заставить работать как твердотельный переключатель ВКЛ / ВЫКЛ, работая транзистором в областях отсечки и насыщения. Этот тип коммутационного приложения используется для управления светодиодами, двигателями, лампами, соленоидами и т. Д.

Транзистор как переключатель

Транзистор может использоваться для переключения для размыкания или замыкания цепи.Твердотельное переключение этого типа обеспечивает значительную надежность и меньшую стоимость по сравнению с обычными реле.

В качестве переключателей можно использовать транзисторы NPN и PNP. В некоторых приложениях в качестве переключающего устройства используется силовой транзистор, при этом может потребоваться другой транзистор уровня сигнала для управления мощным транзистором.

NPN-транзистор как переключатель

На основе напряжения, приложенного к клемме базы, выполняется операция переключения транзистора.Когда между базой и эмиттером приложено достаточное напряжение (V IN > 0,7 В), напряжение коллектор-эмиттер примерно равно 0. Следовательно, транзистор действует как короткое замыкание. Коллекторный ток V CC / R C протекает через транзистор.

Аналогично, когда на вход не подается напряжение или нулевое напряжение, транзистор работает в области отсечки и действует как разомкнутая цепь. В этом типе коммутационного соединения нагрузка (здесь светодиод используется в качестве нагрузки) подключается к коммутационному выходу с контрольной точкой.Таким образом, когда транзистор включен, ток будет течь от источника к земле через нагрузку.

Пример транзистора NPN в качестве переключателя

Рассмотрим пример ниже, где сопротивление базы R B = 50 кОм, сопротивление коллектора R C = 0,7 кОм, V CC равно 5 В, а значение бета равно 125. В основании подается входной сигнал в диапазоне от 0 В до 5 В. Мы собираемся увидеть выход на коллекторе, изменяя напряжение V I в двух состояниях: 0 и 5 В, как показано на рисунке.

I C = V CC / R C , когда V CE = 0

I C = 5 В / 0,7 кОм

I C = 7,1 мА

Базовый ток I B = I C / β

I B = 7,1 мА / 125

I B = 56,8 мкА

Из приведенных выше расчетов максимальное или пиковое значение тока коллектора в цепи составляет 7,1 мА, когда напряжение V CE равно нулю.И соответствующий ток базы для этого тока коллектора составляет 56,8 мкА.

Итак, ясно, что при увеличении тока базы выше 56,8 мкА транзистор переходит в режим насыщения.

Рассмотрим случай, когда на входе подается нулевое напряжение. Это приводит к тому, что базовый ток равен нулю, и, поскольку эмиттер заземлен, базовый переход эмиттера не смещен в прямом направлении. Следовательно, транзистор находится в состоянии ВЫКЛ, а выходное напряжение коллектора равно 5 В.

Когда V I = 0 В, I B = 0 и I C = 0,

V C = V CC — (I C * R C )

= 5V — 0

= 5V

Предположим, что приложенное входное напряжение составляет 5 вольт, тогда базовый ток можно определить, применив закон Кирхгофа для напряжения.

Когда V I = 5 В,

I B = (V I — V BE ) / R B

Для кремниевого транзистора V BE = 0.7 В

Таким образом, I B = (5 В — 0,7 В) / 50 кОм

= 86 мкА, что больше 56,8 мкА

Следовательно, поскольку базовый ток превышает 56,8 мкА, транзистор будет доведен до насыщения, т. е. он будет полностью включен, когда на входе приложено 5 В. Таким образом, выход на коллекторе становится примерно нулевым.

Транзистор PNP как переключатель

Транзистор PNP работает так же, как NPN для операции переключения, но ток течет от базы.Этот тип переключения используется для конфигураций с отрицательным заземлением. Для транзистора PNP клемма базы всегда смещена отрицательно по отношению к эмиттеру.

При этом переключении базовый ток протекает, когда базовое напряжение более отрицательное. Проще говоря, низкое напряжение или более отрицательное напряжение вызывает короткое замыкание транзистора, в противном случае это будет разомкнутая цепь.

При этом нагрузка подключается к транзисторному коммутационному выходу с опорной точкой. Когда транзистор включен, ток течет от источника через транзистор к нагрузке и, наконец, к земле.

Пример транзистора PNP в качестве переключателя

Подобно схеме транзисторного переключателя NPN, вход схемы PNP также является базой, но эмиттер подключен к постоянному напряжению, а коллектор подключен к земле через нагрузку, как показано на рисунке .

В этой конфигурации база всегда смещена отрицательно по отношению к эмиттеру за счет соединения базы на отрицательной стороне и эмиттера на положительной стороне входного источника питания. Итак, напряжение V BE отрицательное, а напряжение питания эмиттера относительно коллектора положительное (V CE положительное).

Следовательно, для проводимости транзистора эмиттер должен быть более положительным как по отношению к коллектору, так и по отношению к базе. Другими словами, база должна быть более отрицательной по отношению к эмиттеру.

Для расчета токов базы и коллектора используются следующие выражения.

I C = I E — I B

I C = β * I B

I B = I C / β

. нагрузка требует тока 100 мА, а бета-значение транзистора равно 100.Тогда ток, необходимый для насыщения транзистора, равен

Минимальный базовый ток = ток коллектора / β

= 100 мА / 100

= 1 мА

Следовательно, когда базовый ток равен 1 мА, транзистор будет полностью открыт. . Но для гарантированного насыщения транзистора требуется практически на 30 процентов больше тока. Итак, в этом примере требуемый базовый ток составляет 1,3 мА.

Практические примеры транзистора в качестве переключателя

Транзистор для переключения светодиода

Как обсуждалось ранее, транзистор можно использовать в качестве переключателя.На схеме ниже показано, как транзистор используется для переключения светоизлучающего диода (LED).

  • Когда переключатель на клемме базы разомкнут, ток через базу не течет, поэтому транзистор находится в состоянии отсечки. Таким образом, транзистор работает как разомкнутый контур, и светодиод гаснет.
  • Когда переключатель замкнут, базовый ток начинает течь через транзистор, а затем достигает насыщения, в результате чего светодиод загорается.
  • Резисторы устанавливаются для ограничения токов, протекающих через базу и светодиод.Также можно изменять интенсивность светодиода, изменяя сопротивление на пути тока базы.

Транзистор для работы реле

Также можно управлять работой реле с помощью транзистора. С помощью небольшой схемы транзистора, способного возбуждать катушку реле, так что внешняя нагрузка, подключенная к ней, управляется.

  • Рассмотрим схему ниже, чтобы узнать, как работает транзистор для включения катушки реле.Входной сигнал, приложенный к базе, приводит к переходу транзистора в область насыщения, в результате чего в цепи происходит короткое замыкание. Таким образом, на катушку реле подается напряжение и срабатывают контакты реле.
  • При индуктивных нагрузках, особенно при переключении двигателей и катушек индуктивности, внезапное отключение питания может поддерживать высокий потенциал на катушке. Это высокое напряжение может привести к значительному повреждению остальной цепи. Следовательно, мы должны использовать диод параллельно с индуктивной нагрузкой, чтобы защитить схему от индуцированных напряжений индуктивной нагрузки.

Транзистор для управления двигателем
  • Транзистор также может использоваться для однонаправленного управления и регулирования скорости двигателя постоянного тока путем переключения транзистора через равные промежутки времени, как показано на рисунке ниже.
  • Как упоминалось выше, двигатель постоянного тока также является индуктивной нагрузкой, поэтому мы должны разместить на нем диод свободного хода для защиты цепи.
  • Переключая транзистор в областях отсечки и насыщения, мы можем многократно включать и выключать двигатель.
  • Также можно регулировать скорость двигателя от состояния покоя до полной скорости, переключая транзистор на различных частотах. Мы можем получить частоту переключения от управляющего устройства или микросхемы, например микроконтроллера.

У вас есть четкое представление о том, как транзистор можно использовать в качестве переключателя? Мы надеемся, что предоставленная информация с соответствующими изображениями и примерами проясняет всю концепцию переключения транзисторов. Далее, если у вас есть сомнения, предложения и комментарии, вы можете написать ниже.

Заключение

Полное руководство по использованию транзистора в качестве переключателя. Изучите основы биполярного переходного транзистора, области работы транзистора, работу транзисторов NPN и PNP в качестве переключателя, практическое применение переключающего транзистора.

Транзисторные схемы | Electronics Club

Транзисторные схемы | Клуб электроники

Типы | Токи | Функциональная модель | Использовать как переключатель | Выход IC | Датчики | Инвертор | Дарлингтон пара

Следующая страница: Емкость

См. Также: Транзисторы

На этой странице объясняется работа транзисторов в простых схемах, в основном их использование в качестве переключателей.Практические вопросы, такие как тестирование, меры предосторожности при пайке и идентификация выводов, рассматриваются в страница транзисторов.

Типы транзисторов

Есть два типа стандартных (биполярных) транзисторов, NPN и PNP , с разными обозначениями схем. Буквы относятся к слоям полупроводникового материала, из которых изготовлен транзистор. Большинство используемых сегодня транзисторов являются NPN-транзисторами, потому что их проще всего сделать из кремния. Эта страница в основном посвящена транзисторам NPN, и новичкам следует сначала сосредоточиться на этом типе.

Выводы имеют маркировку база (B), коллектор (C) и эмиттер (E). Эти термины относятся к внутренней работе транзистора, но их не так много. Помогите понять, как используется транзистор, поэтому относитесь к ним как к ярлыкам.

Обозначения схем транзисторов

Пара Дарлингтона — это два транзистора, соединенных вместе. чтобы дать очень высокий коэффициент усиления по току.

Помимо стандартных (биполярный переход) транзисторов, есть полевых транзисторов , которые обычно обозначают как FET s.У них разные символы схем и свойства, и они не рассматриваются на этой странице.

Rapid Electronics: транзисторы


Токи транзисторов

На схеме показаны два пути тока через транзистор.

Малый базовый ток управляет большим током коллектора .

Когда переключатель замкнут , небольшой ток течет в основание (B) транзистор. Этого достаточно, чтобы светодиод B тускло светился.Транзистор усиливает этот небольшой ток, чтобы позволить большему току течь через его коллектор (C) к его эмиттеру (E). Этот ток коллектора достаточно велик, чтобы светодиод C светился ярко.

При разомкнутом переключателе базовый ток не течет, поэтому транзистор отключается коллекторный ток. Оба светодиода выключены.

Вы можете построить эту схему с двумя стандартными 5-миллиметровыми красными светодиодами и любым маломощным универсальным Транзистор NPN (например, BC108, BC182 или BC548).Это хороший способ проверить транзистор и убедиться, что он работает.

Транзистор усиливает ток и может использоваться как переключатель, как описано на этой странице.

С подходящими резисторами (и конденсаторами для переменного тока) транзистор может усиливать напряжение, такое как аудиосигнал. но это еще не рассматривается на этом веб-сайте.

Режим общего эмиттера

Это устройство, в котором эмиттер (E) находится в цепи управления (базовый ток) а в управляемой цепи (коллекторный ток) называется общим эмиттерным режимом .Это наиболее широко используемая схема транзисторов, поэтому ее нужно изучить в первую очередь.



Функциональная модель NPN-транзистора

Функционирование транзистора сложно объяснить и понять с точки зрения его внутренней структуры. Более полезно использовать эту функциональную модель.

  • Переход база-эмиттер ведет себя как диод.
  • A базовый ток I B протекает только при напряжении V BE через переход база-эмиттер равен 0.7В или больше.
  • Малый базовый ток I B управляет большим током коллектора Ic варьируя сопротивление R CE .
  • Ic = h FE × I B (если транзистор не открыт и не насыщен). h FE — коэффициент усиления по току (строго по постоянному току), Типичное значение для h FE равно 100 (это отношение, поэтому у него нет единиц измерения).
  • Сопротивление коллектор-эмиттер R CE регулируется током базы I B :
    I B = 0 , R CE = бесконечность, транзистор выключен
    I B малый , R CE уменьшенный, транзистор частично включен
    I B повышен , R CE = 0, транзистор полностью открыт («насыщен»)
Дополнительные примечания:
  • Базовый ток I B должен быть ограничен, чтобы предотвратить повреждение транзистора. и резистор может быть подключен последовательно с базой.
  • Транзисторы имеют максимальный ток коллектора Ic.
  • Коэффициент усиления по току h FE может широко варьироваться , даже для однотипных транзисторов!
  • Транзистор, заполненный на на (с R CE = 0), называется « насыщенный ».
  • При насыщении транзистора напряжение коллектор-эмиттер В CE снижается почти до 0В.
  • При насыщении транзистора определяется ток коллектора Ic. питающим напряжением и внешним сопротивлением в цепи коллектора, а не коэффициент усиления транзистора по току.В результате соотношение Ic / I B для насыщенного транзистора коэффициент усиления по току меньше h FE .
  • Ток эмиттера I E = Ic + I B , но Ic намного больше, чем I B , поэтому примерно I E = Ic.

Использование транзистора в качестве переключателя

Когда транзистор используется в качестве переключателя, он должен быть либо ВЫКЛ. , либо полностью ВКЛ. . Он никогда не должен быть включен частично (со значительным сопротивлением между C и E), потому что в В этом состоянии транзистор может перегреться и выйти из строя.

В полностью открытом состоянии напряжение V CE на транзисторе почти равно нулю, и транзистор находится в считается насыщенным , потому что он больше не может пропускать ток коллектора Ic.

Устройство, переключаемое транзистором, называется нагрузкой .

При выборе транзистора для использования в качестве переключателя необходимо учитывать его максимальный ток коллектора. Ic (макс.) и его минимальное усиление по току ч FE (мин.) . Номинальное напряжение транзистора может быть проигнорировано при напряжении питания менее 15 В.

Технические данные транзистора

Большинство поставщиков предоставляют данные о транзисторах, которые они продают, например Быстрая электроника.

Мощность, развиваемая переключающим транзистором, должна быть очень маленькой

Мощность, развиваемая в транзисторе, отображается как нагрева , и транзистор будет разрушен, если станет слишком горячим. Это не должно быть проблемой для транзистора, используемого в качестве переключателя, если он был выбран и настроен правильно, потому что мощность, развиваемая внутри него, будет очень маленькой.

Мощность (тепло), развиваемая в транзисторе:

Power = Ic × V CE

  • Когда OFF : Ic равен нулю, поэтому мощность равна нулю .
  • Когда полный ВКЛ : V CE почти равен нулю, поэтому мощность очень мала .
Может ли реле быть лучше транзисторного переключателя?

Транзисторы не могут переключать переменный ток или высокое напряжение (например, электросеть), и они обычно не лучший выбор для коммутации больших токов (> 5A).Реле подходят для всех этих ситуаций, но учтите, что для переключения тока катушки реле может все же потребоваться маломощный транзистор. Для получения дополнительной информации, включая преимущества и недостатки, см. страницу реле.

Защитный диод для нагрузок с катушкой, таких как реле и двигатели

Если транзистор переключает нагрузку с помощью катушки, такой как двигатель или реле, диод должен быть подключен к нагрузке, чтобы защитить транзистор от кратковременное высокое напряжение, возникающее при отключении нагрузки.

На схеме показано, как защитный диод подключен к нагрузке «в обратном направлении», в данном случае катушка реле.

Для этого подходит сигнальный диод типа 1N4148.

Зачем нужен защитный диод?

Ток, протекающий через катушку, создает магнитное поле, которое внезапно схлопывается. при отключении тока. Внезапный коллапс магнитного поля вызывает кратковременное высокое напряжение на катушке, которое может повредить транзисторы и микросхемы.Защитный диод позволяет индуцированному напряжению пропускать кратковременный ток через катушку. (и диод), поэтому магнитное поле исчезает быстро, а не мгновенно. Это предотвращает индуцированное напряжение становится достаточно высоким, чтобы вызвать повреждение транзисторов и микросхем.


Подключение транзистора к выходу включения / выключения цифровой ИС

Большинство микросхем не могут обеспечивать большие выходные токи, поэтому может потребоваться использование транзистора. для переключения большего тока, необходимого для таких устройств, как лампы, двигатели и реле.Микросхема таймера 555 необычна тем, что может обеспечивать относительно большой ток до 200 мА, Достаточно для многих реле и других нагрузок без транзистора.

Базовый резистор ограничивает ток, протекающий в базу транзистора, чтобы предотвратить его повреждение. но он также должен пропускать достаточный базовый ток, чтобы транзистор был полностью насыщен. при включении.

Транзистор, который не полностью насыщен при включении, может перегреться и выйти из строя. особенно если транзистор переключает большой ток (> 100 мА).

В следующем разделе объясняется, как выбрать транзистор и базовый резистор для обеспечения полного насыщения.

Переключение нагрузки с другим напряжением питания

Транзистор может использоваться для включения ИС, подключенной к источнику низкого напряжения (например, 5 В) для переключения тока нагрузки с отдельным источником постоянного тока (например, 12 В).

Два источника питания должны быть связаны. Обычно их соединения 0 В связаны и транзистор NPN используется на выходе IC. Однако, если на выходе ИС используется транзистор PNP, положительные (+) соединения вместо этого должны быть связаны.

Выбор транзистора и базового резистора для цифрового выхода ИМС

Следуйте этому пошаговому руководству, чтобы выбрать подходящий транзистор для подключения к выходу включения / выключения. цифровой ИС (логический вентиль, счетчик, PIC, микроконтроллер и т. д.) для переключения нагрузки, такой как лампа, двигатель или реле. Данные о транзисторах можно получить у большинства поставщиков, например см. Быстрая электроника.

1. Выберите правильный тип транзистора, NPN или PNP

Вы хотите, чтобы нагрузка включалась, когда выход IC высокий? Или когда он или низкий?

  • Для включения, когда на выходе IC высокий , используйте NPN-транзистор .
  • Для включения, когда на выходе IC низкий уровень , используйте PNP-транзистор .

Транзисторы NPN и PNP подключаются по-разному, как показано на схемах ниже, но Расчеты и требуемые свойства одинаковы для обоих типов транзисторов.

Транзисторный переключатель NPN
нагрузка включена, когда выход IC высокий

Транзисторный переключатель PNP
нагрузка включена, когда выход IC низкий

2.Узнайте напряжение питания и характеристики нагрузки.

Для определения требуемых свойств транзистора вам необходимо знать следующие значения:

  • Вс = напряжение питания нагрузки.
  • R L = сопротивление нагрузки (например, сопротивление катушки реле).
  • Ic = ток нагрузки (= Vs / R L ).
  • Максимальный выходной ток микросхемы — см. Техническое описание микросхемы. Если вы не можете найти эту информацию, примите низкое значение, например 5 мА.
  • Vc = напряжение питания IC (обычно это Vs, но оно будет другим, если IC и нагрузка имеют отдельные источники питания).

Примечание: не путайте IC (интегральная схема) с Ic (ток коллектора).

3. Определить требуемые свойства транзистора

Выберите транзистор правильного типа (NPN или PNP из шага 1), чтобы удовлетворить следующие требования:

  • Максимальный ток коллектора Ic (макс.) транзистора должен быть больше тока нагрузки:
    Ic (max)> напряжение питания Vs
    сопротивление нагрузки R L
  • Минимальный коэффициент усиления по току транзистора h FE (мин) должен быть не менее 5 умноженный на ток нагрузки Ic, деленный на максимальный выходной ток IC.
    ч FE (мин)> 5 × ток нагрузки Ic
    макс. IC current
4. Определите значение для базового резистора R
B

Базовый резистор (R B ) должен пропускать ток, достаточный для обеспечения нормальной работы транзистора. полностью насыщен при включении, и хорошо бы увеличить ток базы (I B ) примерно в пять раз значение, которое просто насыщает транзистор.Воспользуйтесь приведенной ниже формулой, чтобы найти подходящее сопротивление для R B и выбрать ближайшее стандартное значение.

R B = 0,2 × R L × h FE (см. Примечание)

Примечание: Если ИС и нагрузка имеют разные напряжения питания, например 5 В для ИС но 12 В для нагрузки используйте формулу ниже для R B :

R B = Vc × h FE , где Vc — напряжение питания
IC
5 × Ic
5.Проверьте, нужен ли вам защитный диод

Если включаемой и выключаемой нагрузкой является двигатель, реле или соленоид (или любое другое устройство с катушкой): диод должен быть подключен к нагрузке, чтобы защитить транзистор от короткого замыкания. высокое напряжение, возникающее при отключении нагрузки. Обратите внимание, что диод подключен «наоборот», как показано на рисунке. на диаграммах выше.

Пример

Выход из КМОП-микросхемы серии 4000 необходим для работы реле с 100, включается, когда выход IC высокий.Напряжение питания составляет 6 В как для ИС, так и для нагрузки. ИС может обеспечивать максимальный ток 5 мА.

  • Требуется NPN транзистор , потому что катушка реле должна быть включена, когда выход IC высокий.
  • Ток нагрузки = Vs / R L = 6/100 = 0,06 A = 60 мА, поэтому транзистор должен иметь Ic (макс.)> 60 мА .
  • Максимальный ток от ИС составляет 5 мА, поэтому транзистор должен иметь ч FE (мин)> 60 (5 × 60 мА / 5 мА).
  • Выберите транзистор малой мощности общего назначения BC182 с Ic (макс.) = 100 мА и ч FE (мин) = 100 .
  • R B = 0,2 × R L × h FE = 0,2 × 100 × 100 = 2000, поэтому выберите R B = 1k8 или 2k2 .
  • Для катушки реле требуется защитный диод .

Rapid Electronics: транзисторы


Использование транзистора в качестве переключателя с датчиками

На схемах ниже показано, как подключить LDR (датчик освещенности) к транзистору, чтобы светочувствительный переключатель цепи на светодиоде. Есть две версии: одна включается в темноте, другая при ярком свете.Переменный резистор регулирует чувствительность. Для переключения светодиода можно использовать любой транзистор малой мощности общего назначения.

Если транзистор переключает нагрузку с помощью катушки (например, двигателя или реле) вместо светодиода, вы должны включить защитный диод поперек нагрузки.

Если переменный резистор находится между + Vs и базой, вы должны добавить резистор с фиксированным номиналом не менее 1к (10к в примере ниже), чтобы защитить транзистор, когда переменный резистор уменьшен до нуля, в противном случае чрезмерная база ток разрушит транзистор.

Светодиод загорается, когда LDR темно

Светодиод загорается при яркости LDR

Обратите внимание, что переключающее действие этих простых схем не очень хорошее, потому что будет промежуточная яркость, когда транзистор будет частично на (не насыщенный). В этом состоянии транзистор может перегреться, если он не коммутирует небольшой ток. Нет проблем с малым током светодиода, но больший ток лампы, двигателя или реле может вызвать перегрев.

Другие датчики, например термистор, могут использоваться с этими схемами, но для них может потребоваться другой переменный резистор. Вы можете рассчитать приблизительное значение переменного резистора (Rv), используя мультиметр для определения минимального и максимального значений сопротивления датчика (Rmin и Rmax), а затем по этой формуле:

Значение переменного резистора:
Rv = квадратный корень из (Rmin × Rmax)

Например, LDR: Rmin = 100, Rmax = 1M, поэтому Rv = квадратный корень из (100 × 1M) = 10к.

Вы можете сделать гораздо лучшую схему переключения, подключив датчики к подходящему IC (чип). Действие переключения будет намного более резким без частичного включения.



Транзисторный инвертор (НЕ затвор)


Дарлингтон пара

Пара Дарлингтона — это два транзистора, соединенных вместе, так что ток, усиливаемый первым, усиливается. далее вторым транзистором.

Пара ведет себя как одиночный транзистор с очень высоким коэффициентом усиления по току, так что для включения пары требуется лишь крошечный базовый ток.

Коэффициент усиления по току пары Дарлингтона (h FE ) равен двум индивидуальным коэффициентам усиления. (h FE1 и h FE2 ), умноженные вместе — это дает паре очень высокий коэффициент усиления по току, например 10000.

Коэффициент усиления по току пары Дарлингтона:
ч FE = h FE1 × h FE2

Обратите внимание, что для включения пары Дарлингтона должно быть 0,7 В на обоих переходах база-эмиттер, которые являются соединены последовательно так 1.Для включения требуется 4В.

Rapid Electronics: транзисторы Дарлингтона

Транзисторы Дарлингтона

пары Дарлингтона доступны в виде корпуса «транзистор Дарлингтона» с тремя выводами. (B, C и E) эквивалентно стандартному транзистору.

Вы также можете сделать свою собственную пару Дарлингтона из двух обычных транзисторов. TR1 может быть маломощным, но TR2 может потребоваться высокая мощность. Максимальный ток коллектора Ic (max) для пары такой же, как Ic (max) для TR2.

Цепь сенсорного переключателя

Пара Дарлингтона достаточно чувствительна, чтобы реагировать на небольшой ток, проходящий через ваша кожа, и его можно использовать для изготовления сенсорного переключателя , как показано на схеме.

Для этой схемы, которая просто зажигает светодиод, два транзистора могут быть любого общего назначения. транзисторы малой мощности назначения.

100к резистор защищает транзисторы, если контакты соединены куском провода.

Схема сенсорного переключателя


Rapid Electronics любезно разрешили мне использовать их изображения на этом веб-сайте, и я очень благодарен за их поддержку.У них есть широкий ассортимент компонентов, инструментов и материалов для электроники, и я рад рекомендую их как поставщика.


Следующая страница: Емкость | Исследование


Политика конфиденциальности и файлы cookie

Этот сайт не собирает личную информацию. Если вы отправите электронное письмо, ваш адрес электронной почты и любая личная информация будет используется только для ответа на ваше сообщение, оно не будет передано никому. На этом веб-сайте отображается реклама, если вы нажмете на рекламодатель может знать, что вы пришли с этого сайта, и я могу быть вознагражден.Рекламодателям не передается никакая личная информация. Этот веб-сайт использует некоторые файлы cookie, которые классифицируются как «строго необходимые», они необходимы для работы веб-сайта и не могут быть отклонены, но они не содержат никакой личной информации. Этот веб-сайт использует службу Google AdSense, которая использует файлы cookie для показа рекламы на основе использования вами веб-сайтов. (включая этот), как объяснил Google. Чтобы узнать, как удалить файлы cookie и управлять ими в своем браузере, пожалуйста, посетите AboutCookies.org.

клуб электроники.инфо © Джон Хьюс 2021

Знакомство с транзисторами и реле

Давайте продолжим наше ознакомительное путешествие по различным электронным компонентам. Ранее мы рассмотрели конденсаторов и катушек индуктивности . Мы также рассмотрели потенциометров , кнопок и датчиков температуры в сочетании с Arduino.

На этот раз мы кратко рассмотрим транзисторов и реле .

Основы

Транзистор (слева) и реле (справа).

Сходства

Причина, по которой мы собираемся рассмотреть эти два типа компонентов в одном посте, заключается в том, что они часто в основном делают одно и то же. Оба они работают как электронные переключатели . Вместо нажатия кнопки пальцем они реагируют на электрический сигнал. Чаще всего они не пропускают ток, пока не получат напряжение на клемме управления (некоторые, конечно, работают наоборот).

Различия

Несмотря на то, что базовая функциональность схожа, приложения для них часто сильно различаются.

Транзисторы

Транзисторы обычно имеют три вывода: два для входа и выхода тока и один для управления. Названия этих терминалов зависят от типа. Существует два основных типа транзисторов: BJT и FET , каждый из которых имеет несколько подтипов.

Подборка транзисторов (источник: http://bournetocode.com)

Транзисторы обычно дешевы и могут быть очень маленькими. У них нет механически движущихся частей, поэтому они могут включаться и выключаться очень быстро.Соединив множество транзисторов, вы можете создать логическую схему . А с безумным количеством безумно маленьких транзисторов, соединенных вместе, вы можете изготавливать компоненты компьютера, такие как CPU и SSD . Посмотрите видео ниже, чтобы получить представление о размерах транзисторов, используемых в микрочипах.

В ранее написанном сообщении о двигателях постоянного тока мы рассмотрим пример, в котором мы используем транзистор в качестве переключателя.

Заявление об ограничении ответственности : поступает сухой технический разговор! Не стесняйтесь переходить к следующему абзацу 🙂
При исследовании транзисторов вы найдете много разговоров о транзисторах NPN и PNP , которые могут быть довольно загадочными. Это подтипы семейства транзисторов BJT . Основное различие между NPN и PNP состоит в том, что для транзисторов NPN требуется, чтобы цифровых HIGH был «включен», в то время как транзисторам PNP требуется цифровых LOW для «включения».Как показывает практика, транзисторы NPN следует размещать рядом с транзисторами GND и PNP рядом с транзисторами Vcc или аналогичными.

Источник

: https://en.wikipedia.org/wiki/Bipolar_junction_transistor

Еще одно приложение, в котором можно использовать транзисторы, — это усилители (в отличие от переключателей).

Реле

Традиционное реле — это электромагнитный переключатель . Есть много разных типов реле.Обычный тип имеет две пары клемм (или более), где ток через одну пару клемм замыкает переключатель между другой парой клемм.

Рисунок 5-контактного реле без тока, протекающего через магнитную катушку. При подаче тока на клеммы катушки катушка будет тянуть якорь вниз к «нормально разомкнутой» клемме. (источник: http://glolab.com)

Поскольку эти реле имеют механически движущиеся части, они имеют ограниченную скорость включения и выключения.У них также обычно есть максимальное количество переключателей, которые они могут сделать до износа. Таким образом, реле , а не , подходят для PWMing и тому подобного, где вы переключаетесь часто и / или быстро.

Одним из основных преимуществ реле является то, что две пары клемм полностью разделены ( гальванически развязан, ). Если протекают большие токи без частых или быстрых переключений, реле часто является предпочтительным компонентом.

Щелкающий звук, который вы слышите при включении указателя поворота на (по крайней мере) старых автомобилях, — это звук включения и выключения реле.

У вас также есть твердотельных реле (SSR), которые работают как механические реле, за исключением того, что у них нет движущихся частей. Таким образом, вы получаете гальваническую развязку без механических ограничений: лучшее из обоих миров! В ТТР вместо механического якоря обычно используется оптический датчик и светодиод. Однако они обычно намного дороже и работают только как переключатели, в то время как транзисторы также могут использоваться как усилители (как упоминалось ранее).

Пример с транзистором и реле

Иногда в цепи нужны и транзисторы, и реле.

Допустим, у вас есть двигатель постоянного тока ( M1 ), который требует большой мощности. Вы хотите контролировать это с помощью Arduino или другого микроконтроллера. Мощность, необходимая для запуска двигателя, слишком велика для вашего повседневного транзистора, поэтому вы полагаете, что реле ( RY1 ) — это то, что вам нужно.

Однако вы не хотите потреблять ток, необходимый для управления реле, непосредственно с вывода GPIO на микроконтроллере (так как это может повредить микроконтроллер), поэтому вы решили использовать вместо этого транзистор ( Q1 ). Q1 в данном случае представляет собой транзистор PNP , которому нужен цифровой LOW , чтобы пропустить ток. Убедитесь, что Q1 может выдерживать ток, который будет протекать через RY1 .

Vcc обычно то же напряжение, что и микроконтроллер.

R1 предназначен для ограничения тока, проходящего через порт микроконтроллера, поскольку некоторый ток будет «протекать» через управляющий вывод транзистора.

И последнее, но не менее важное: у нас есть D1, , который представляет собой обратный диод .Мы объясняем, почему мы используем обратноходовые диоды в , в этом посте . Реле имеет встроенный индуктор (читайте , этот пост , чтобы узнать об этом компоненте), который не любит изменения тока. Поэтому, когда вы выключите транзистор, катушка индуктивности будет продолжать потреблять ток, который может повредить транзистор. При использовании обратного диода этот ток будет «погашен» в небольшой цепи D1 RY1 из-за сопротивления цепи вместо повреждения транзистора.

Результирующая схема показана ниже:

Подводя итог: микроконтроллер будет пропускать ток через транзистор и, следовательно, через реле.Это создает магнитное поле в реле, которое замыкает внутренний релейный переключатель. В результате цепь двигателя замыкается, и через двигатель течет ток, заставляя его вращаться.

Заключительные слова

Транзисторы используются в целом ряде различных приложений. Мы могли бы подробнее поговорить об использовании транзисторов в усилителях, но мы отложим это на другой день. Размер микрочипов-транзисторов просто ошеломляет, но по сути они делают то же самое, что и их гораздо более крупные братья и сестры.

Реле

более однобокие в своем применении, но определенно имеют некоторые преимущества перед транзисторами.

Самое главное — правильно выбрать инструмент для работы!

Электротехника — Управляющее реле, транзистор постоянно выходит из строя

Причина, по которой транзистор умирает, заключается в том, что вы не установили обратный диод через катушку реле.

Катушки реле имеют значительную индуктивность. Это означает, что ток не может изменяются мгновенно без бесконечного напряжения.

Для изменения тока через индуктор:

А = В с / ч

Где A — изменение тока в амперах, В — приложенное напряжение, с время подачи напряжения в секундах, а H — индуктивность в единицах Генри.

Его можно перевернуть, чтобы узнать, какое высокое напряжение должно быть приложено. за определенное время для определенной индуктивности:

В = А · ч / с

После того, как реле поработало некоторое время, ток катушки будет 63. мА.Допустим, транзистор отключается более 1 мкс (длительное время для такой транзистор), и что индуктивность катушки реле составляет 1 мГн. (63 мА) (1 мГн) / (1 мкс) = 63 В. Ваш транзистор рассчитан на 40 В CE абсолютный максимум, поэтому явно будут злоупотреблять. И это предполагало довольно длительное время выключения 1 мкс и приложенное напряжение будет устойчивым в течение этого времени. Оба эти предположения нереалистичны.

На самом деле происходит то, что напряжение быстро повышается до точки, транзистор выходит из строя и все равно пропускает ток.Это вредит транзистор каждый раз, когда реле выключается, в конечном итоге до точки отказ.

Решение состоит в том, чтобы добавить диод на катушку реле:

Когда транзистор выключается, даже если мгновенно, диод позволяет току катушки продолжать течь. Нижняя часть катушки будет только на одно падение диода выше уровня питания 5 В. Это обратное напряжение и сопротивление катушки вызывает падение тока катушки, что открывает реле.

Диодное падение и сопротивление катушки постоянному току обычно достаточны. сбросить магнитное поле и разомкнуть контакт реле примерно за то время, берет контакты в движение, или меньше.

В приложениях, где важна скорость, дополнительное сопротивление может добавляются последовательно с диодом:

Это вызывает более высокое начальное обратное напряжение на катушке, что снижает его ток и, следовательно, его магнитное поле, быстрее. Обратите внимание, что обратное напряжение, вызванное катушкой, все еще известно и ограничено. Мы знаем что ток катушки никогда не превышает 63 мА, поэтому напряжение на резистор не превысит (63 мА) (82 Ом) = 5,2 В. В этом примере сразу после выключения напряжение на коллекторе транзистора будет около 10.9 В. Это происходит от напряжения 5 В в верхней части катушки реле. удерживается на уровне 700 мВ для напряжения на диоде и 5,2 В на R2. Поскольку транзистор рассчитан на 40 В, это вполне соответствует спецификации.

опубликовано около 1 года назад

~ 1г назад

ULN2803 Relay Driver: Datasheet, Specification, Circuit

Что такое ULN2803?

ULN2803 — это драйвер реле. ULN2803 — это драйвер реле с массивом транзисторов Дарлингтона, который может работать при высоких напряжениях и токах. Пары Дарлингтона соединены в параллельную конфигурацию для увеличения допустимой нагрузки по току. Компонент содержит восемь пар Дарлингтона NPN с высоковольтными выходами и фиксирующими диодами с общим катодом, которые напрямую связаны с переключением индуктивных нагрузок. Каждая пара Дарлингтона имеет номинальный ток коллектора около 500 мА.

В этом блоге представлен общий обзор транзистора ULN2803, включая описание его контактов, функции и характеристики, альтернативные продукты и т. Д., чтобы помочь вам быстро понять, что такое ULN2803. Мы будем рады узнать, что этот блог может быть полезен людям, любящим электронные компоненты.

Каталог


ULN2803 Распиновка

Номер контакта

Описание

БАЗОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ для массивов Дарлингтона

1

1B-база 1-го транзистора

2

2B- База 2-го транзистора

3

3B- База 3-го транзистора

4

4B- База 4-го транзистора

5

5B- База 5-го транзистора

6

6B- База 6-го транзистора

7

7B- База 7-го транзистора

8

8B- База 8-го транзистора

ОБЩИЕ ТЕРМИНАЛЫ

9

GND- Эмиттер всех транзисторов

10

COM — узел с общим катодом (отрицательный) для обратных диодов.

СОЕДИНЕНИЯ КОЛЛЕКТОРА для DARLINGTON ARRAY

11

8С-коллектор 8-го транзистора

12

7C-Коллектор 7-го транзистора

13

6С-Коллектор 6-го транзистора

14

5С-Коллектор 5-го транзистора

15

4С-коллектор 4-го транзистора

16

3C-коллектор 3-го транзистора

17

2С-коллектор 2-го транзистора

18

1С-Коллектор 1-го транзистора


ULN2803 Контур

ULN2803 Контур 1

ULN2803 Контур 2


ULN2803 Приложения

ULN2803 широко используется в следующих приложениях:

  • Отбойные молотки
  • Драйверы дисплея
  • Логические буферы
  • Газовый и светодиодный разрядник
  • Логические буферы
  • Драйверы реле
  • Драйверы для ламп
  • Линейные драйверы

ULN2803 Характеристики

Технические характеристики, а также характеристики ULN2803 следующие:

  • Допустимое максимальное напряжение между эмиттером и коллектором для каждого транзистора Дарлингтона составляет 50 вольт.
  • Максимальный ток, который может проходить через коллектор каждой пары Дарлингтона, составляет 500 мА.
  • Между эмиттером и базой пары Дарлингтона максимально допустимое напряжение составляет 30 вольт.
  • В каждой паре Дарлингтона присутствует обратный диод, и максимальный ток, который может проходить через него, составляет 500 мА.
  • Время нарастания 130 нс.
  • Обычно время спада составляет 20 микросекунд.
  • Рабочая температура ULN2803 находится в диапазоне от -65 ° C до 150 ° C.
  • Для работы этого чипа дополнительное питание не требуется.

ULN2803 Преимущество

ULN2803 Чип

ULN2803 — это высоковольтная, сильноточная транзисторная матрица ИС, специально предназначенная для микроконтроллеров, которым необходимо управлять мощными нагрузками. ИС состоит из восьми транзисторов, соединенных Дарлингтоном NPN, и общего фиксирующего диода для переключения нагрузки, подключенной к выходу. Эта ИС широко используется для управления высокими нагрузками, такими как лампы, реле, двигатели и т. Д.Его номинальный ток обычно составляет 50 В / 500 мА.


ULN2803 Пакет

Здесь мы берем ULN2803A в качестве примера для представления ULN2803 пакета .


ULN2803 Параметры

Драйверы в упаковке

8

Напряжение переключения (макс.) (В)

50O

выходное напряжение (макс.) (В)

50

Пиковый выходной ток (мА)

500

Время задержки (тип.) (Нс)

130

Совместимость входов

КМОП, TTL

об. При минимальном номинальном токе (тип.) (МВ)

900

Iвых / канал (макс.) (МА)

500

Iout_off (Тип) (мкА)

50

Рейтинг

Каталог


ULN2803 Эквиваленты

Для ULN2803 нет замены PIN-to-PIN, но есть аналогичные функционирующие ИС, такие как ULN2003, ULN2004.Вы можете переделать восемь транзисторов Дарлингтона или восемь полевых МОП-транзисторов, чтобы заменить ULN2803.


Где использовать ULN2803

Микросхема ULN2803 может использоваться в следующих случаях:

  • Для управления индуктивными нагрузками они используют логику, полученную от блока управления. В ULN2803 массив Дарлингтона действует как 8 отдельных переключателей и, таким образом, может быть выключен и включен по желанию. Каждый набор из этих пар Дарлингтона способен управлять нагрузками большой мощности, использующими логику блока управления.
  • Если вы хотите управлять несколькими нагрузками, можно использовать этот чип, поскольку он способен управлять восемью нагрузками одновременно. Тем не менее, полевых МОП-транзисторов, а также транзисторов, которые используются в этом чипе, будет достаточно, и одновременное размещение восьми нагрузок будет сложной задачей, но этот чип широко используется для замены устройств массовой коммутации.
  • Эту микросхему также можно использовать для программируемого распределения нагрузки. если у нас есть одна нагрузка низкой мощности, а также одна нагрузка высокой мощности, тогда несколько массивов могут быть подключены параллельно для управления нагрузкой высокой мощности.

ULN2803 Производитель

Texas Instruments Inc. (TI) — американская технологическая компания, которая разрабатывает и производит полупроводники и различные интегральные схемы, которые она продает разработчикам и производителям электроники по всему миру. Штаб-квартира находится в Далласе, штат Техас, США. TI входит в десятку ведущих мировых производителей полупроводников по объему продаж. Texas Instruments специализируется на разработке аналоговых микросхем и встроенных процессоров, на которые приходится более 80% их доходов.TI также производит технологию цифровой обработки света (DLP) и продукты для образовательных учреждений, включая калькуляторы, микроконтроллеры и многоядерные процессоры. На сегодняшний день у TI более 43 000 патентов по всему миру.


Как работает ULN2803

ULN2803 IC состоит из восьми пар Дарлингтона NPN, которые обеспечивают надлежащее усиление тока, требуемое нагрузкой. Все мы знаем, что транзисторы используются для усиления тока, но здесь пары транзисторов Дарлингтона используются внутри ИС для обеспечения необходимого усиления.

Пара Дарлинтона — это два транзистора, которые действуют как один транзистор, обеспечивая высокий коэффициент усиления по току. В этой паре ток, усиленный первым транзистором, дополнительно усиливается следующим транзистором, обеспечивая высокий ток на выходной клемме.

Когда не подается базовое напряжение, то есть когда на входные контакты ИС не поступает сигнал, не будет тока базы, и транзистор останется в выключенном состоянии. Когда на вход подается высокий логический уровень, оба транзистора начинают проводить, обеспечивая путь к земле для внешней нагрузки, к которой подключен выход.Таким образом, при подаче входного сигнала соответствующий выходной контакт опускается до нуля, позволяя подключенной нагрузке завершить свой путь.


Лист данных на компоненты

ULN2803A Лист данных


FAQ

ULN2803 — это матрица высоковольтных и сильноточных транзисторов Дарлингтона, которая в основном используется в качестве драйвера реле с возможностью одновременной обработки 8 реле. Напряжение коллектор-эмиттер составляет около 50 В, а входное напряжение — 30. В.

  • Какая польза от ULN2803 для управления реле?

Объяснение: Нам нужен ULN2803 для управления реле, потому что катушка реле требует для подачи питания тока 10 мА или более.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *