Hej kære læsere. I denne artikel vil vi se på forskellen felteffekt transistor fra bipolar, vil vi finde ud af, i hvilke områder begge transistorer bruges.

Så lad os begynde...

Blandt halvlederenheder er der to store grupper, som omfatter feltfelt og bipolar. De er meget udbredt i elektronik og radioteknik som generatorer, forstærkere og omformere af elektriske signaler. For at forstå hovedforskellen mellem disse enheder er det nødvendigt at overveje dem mere detaljeret.

Bipolære transistorer

Det ledende område af strukturen består af tre "loddede" halvlederdele, alternerende i henhold til typen af ​​ledningsevne. En halvleder med donor (elektronisk) ledningsevne er betegnet som n-type, og med acceptor (hul) ledningsevne - p-type. Således kan vi kun observere to alterneringsmuligheder - p-n-p eller n-p-n. Baseret på denne funktion skelnes der mellem bipolære transistorer med n-p-n- og p-n-p-strukturer.

Den fælles del af transistorchippen i kontakt med de to andre kaldes "basen". De to andre er "samler" og "emitter". Mætningsgraden af ​​basen med ladningsbærere (elektroner eller ledige elektroner "huller") bestemmer graden af ​​ledningsevne af hele transistorkrystallen. Således styres transistorovergangenes ledningsevne, hvilket gør det muligt at bruge det som et signaleffektforstærkningselement eller en switch.

Felteffekttransistorer

Den ledende del af strukturen er en p- eller n-type halvlederkanal i metallet. Belastningsstrømmen løber gennem kanalen gennem elektroder kaldet "drain" og "source". Tværsnitsarealet af den ledende kanal og dens modstand afhænger af den omvendte spænding ved p-n-krydset af kanalens metal-halvledergrænseflade. Styreelektroden forbundet til metalområdet kaldes "porten".

Felteffekttransistorkanalen kan have en elektrisk forbindelse med gatemetallet - en ikke-isoleret gate, eller den kan adskilles fra den af ​​et tyndt lag dielektrikum - en isoleret gate.

Hvilke transistorer er bedre, felteffekt eller bipolære?

Og så lærte vi, at hovedforskellen mellem disse to typer transistorer er kontrol. Lad os se på andre fordele ved felteffekttransistorer sammenlignet med bipolære:

• høj indgangsimpedans for jævnstrøm og høj frekvens, deraf de små kontroltab
• høj ydeevne (på grund af fraværet af akkumulering og resorption af mindre bærere)
• næsten fuldstændig elektrisk isolering af indgangs- og udgangskredsløb, lav gennemstrømningskapacitet, da felteffekttransistors forstærkende egenskaber skyldes overførslen af ​​hovedladningsbærerne, deres øvre grænse for effektiv forstærkning er højere end den for bipolære.
• kvadratisk volt-ampere karakteristik (ligner en triode)
• høj temperatur stabilitet
• lavt støjniveau, da felteffekttransistorer ikke bruger fænomenet med injektion af minoritetsladningsbærere, hvilket gør bipolære transistorer "støjende"
• lavt strømforbrug

Akkumuleringen og resorptionen af ​​minoritetsladningsbærere er fraværende i felteffekttransistorer, hvorfor deres ydeevne er meget høj (som bemærket af kraftudstyrsudviklere). Og da de overførte hovedladningsbærere er ansvarlige for forstærkningen i felteffekttransistorer, er den øvre grænse for den effektive forstærkning for felteffekttransistorer højere end for bipolære.

Her bemærker vi høj temperaturstabilitet, lavt interferensniveau (på grund af fraværet af injektion af minoritetsladningsbærere, som det sker i bipolære) og effektivitet med hensyn til energiforbrug.

Strøm eller felt, transistorstyring

For de fleste mennesker, der beskæftiger sig med elektronik på den ene eller anden måde, grundlæggende enhed felteffekt og bipolære transistorer bør kendes. I det mindste fra navnet "felteffekttransistor" er det indlysende, at den styres af et felt, elektrisk felt gate, mens den bipolære transistor styres af basisstrømmen.

Strøm og felt, forskellen her er kardinal. I bipolære transistorer styres kollektorstrømmen ved at ændre basisstyrestrømmen, mens det for at styre drænstrømmen af ​​en felteffekttransistor er nok at ændre spændingen påført mellem gate og source, og ingen styrestrøm som sådan er nødvendige.

Forskellig reaktion på opvarmning

For bipolære transistorer er temperaturkoefficienten for kollektor-emitter-modstand negativ (det vil sige med stigende temperatur falder modstanden, og kollektor-emitter-strømmen stiger). For felteffekttransistorer er det modsatte tilfældet - dræn-kildetemperaturkoefficienten er positiv (med stigende temperatur øges modstanden, og dræn-kildestrømmen falder).

En vigtig konsekvens af denne kendsgerning er, at hvis bipolære transistorer ikke bare kan forbindes parallelt (med det formål at øge effekten), uden strømudligningsmodstande i emitterkredsløbet, så er alt med felteffekttransistorer meget enklere - takket være den automatiske afbalancering af dræn-kildestrømmen, når belastningen/varmen ændres - de kan frit tændes parallelt uden udligningsmodstande. Dette skyldes temperaturegenskaber p-n kryds og en simpel p- eller n-type halvleder. Af denne grund er felteffekttransistorer meget mindre tilbøjelige til at opleve irreversibel termisk udgangseffekt end bipolære.

Så for at opnå høje koblingsstrømme kan man nemt sammensætte en sammensat switch fra flere parallelle felteffekttransistorer, som bruges mange steder i praksis, for eksempel i invertere.

Men bipolære transistorer kan ikke bare paralleliseres, de har bestemt brug for strømudligningsmodstande i emitterkredsløbene. Ellers vil en af ​​de bipolære transistorer på grund af en ubalance i en kraftig sammensat switch før eller siden opleve et irreversibelt termisk sammenbrud. Felt sammensatte nøgler er næppe påvirket af dette problem. Disse karakteristiske termiske funktioner er forbundet med egenskaberne af en simpel n- og p-kanal og p-n kryds, som er radikalt forskellige.

Anvendelsesområder for disse og andre transistorer

Forskellene mellem felteffekt- og bipolære transistorer adskiller klart deres anvendelsesområder. For eksempel i digitale mikrokredsløb, hvor der kræves et minimumsstrømforbrug i standbytilstand, anvendes felteffekttransistorer meget mere udbredt i dag. I analoge mikrokredsløb hjælper felteffekttransistorer med at opnå høj linearitet af forstærkningskarakteristikken over en lang række forsyningsspændinger og udgangsparametre.

Kredsløb af rulle-til-rulle-typen er bekvemt implementeret i dag med felteffekttransistorer, fordi udgangenes spændingssving som signaler til indgangene let opnås, næsten sammenfaldende med niveauet af forsyningsspændingen for kredsløbet. Sådanne kredsløb kan simpelthen forbinde udgangen af ​​en til indgangen på en anden, og der er ikke behov for spændingsbegrænsere eller modstandsdelere.

Hvad angår bipolære transistorer, forbliver deres typiske anvendelser: forstærkere, deres trin, modulatorer, detektorer, logiske invertere og transistorlogiske mikrokredsløb.

Feltet vinder, hvorfor?

Fremragende eksempler på enheder baseret på felteffekttransistorer er elektroniske armbåndsure og fjernbetjeninger. fjernbetjening til tv. På grund af brugen af ​​CMOS-strukturer kan disse enheder fungere i op til flere år fra en miniaturestrømkilde - et batteri eller en akkumulator, fordi de stort set ikke bruger energi.

I øjeblikket bliver felteffekttransistorer fundet mere og mere bred anvendelse i forskellige radioapparater, hvor de allerede med succes erstatter bipolære. Deres brug i radiotransmissionsenheder gør det muligt at øge frekvensen af ​​bæresignalet, hvilket giver sådanne enheder høj støjimmunitet.

Med en lav on-modstand bruges de i slutfasen af ​​effektforstærkere til højeffekts lydfrekvenser (Hi-Fi), hvor de igen med succes erstatter bipolære transistorer og endda vakuumrør.

I enheder høj effekt For eksempel i motorens bløde startere erstatter isolerede gate bipolære transistorer (IGBT'er), enheder, der kombinerer både bipolære og felteffekttransistorer, allerede med succes tyristorer.

Video, forskellen mellem en felteffekttransistor og en bipolær

Her bragte jeg særskilt sådan en vigtig frem praktisk spørgsmål, som at forbinde induktive sensorer med transistorudgang, som i moderne industrielt udstyr- overalt. Derudover findes rigtige instruktioner til sensorerne og links til eksempler.

Princippet om aktivering (drift) af sensorer kan være hvad som helst - induktiv (nærhed), optisk (fotoelektrisk) osv.

Den første del beskrevet mulige muligheder sensorudgange. Der skulle ikke være problemer med at forbinde sensorer med kontakter (relæudgang). Men med transistorer og tilslutning til en controller er ikke alt så simpelt.

Nedenfor er som et eksempel diagrammer for tilslutning af sensorer med transistorudgang. Belastning - som regel er dette controllerens input.

Sensor. Belastningen (Load) er konstant forbundet til "minus" (0V), forsyningen af ​​diskret "1" (+V) skiftes af en transistor. NO eller NC sensor - afhænger af styrekredsløbet (hovedkredsløb)

Sensor. Belastningen (Load) er konstant forbundet med "plus" (+V). Her er det aktive niveau (diskret "1") ved sensorudgangen lavt (0V), mens strøm tilføres belastningen gennem den åbnede transistor.

Jeg opfordrer alle til ikke at blive forvirrede, hvordan disse ordninger fungerer, vil blive beskrevet i detaljer nedenfor.

Diagrammerne nedenfor viser stort set det samme. Der lægges vægt på forskellene i PNP- og NPN-udgangskredsløbene.

På det venstre billede er der en sensor med en udgangstransistor NPN. Skiftet fælles ledning, som i dette tilfælde er strømforsyningens negative ledning.

Til højre er tilfældet med en transistor PNP på vej ud. Dette tilfælde er det mest almindelige, da det i moderne elektronik er sædvanligt at gøre den negative ledning af strømforsyningen almindelig og aktivere input fra controllere og andre optageenheder med et positivt potentiale.

Hvordan kontrollerer man en induktiv sensor?

For at gøre dette skal du forsyne den med strøm, det vil sige at forbinde den til kredsløbet. Derefter - aktiver (initier) den. Når den er aktiveret, lyser indikatoren. Men indikationen garanterer ikke korrekt drift induktiv sensor. Du skal tilslutte belastningen og måle spændingen på den for at være 100% sikker.

Udskiftning af sensorer

Som jeg allerede skrev, er der grundlæggende 4 typer sensorer med transistorudgang, som er opdelt efter indre struktur og tilslutningsdiagram:

• PNP NR
• PNP NC
• NPN NR
• NPN NC

Alle disse typer sensorer kan udskiftes med hinanden, dvs. de er udskiftelige.

Dette implementeres på følgende måder:

• Ændring af initieringsanordningen - designet ændres mekanisk.
• Ændring af det eksisterende sensortilslutningskredsløb.
• Skift af typen af ​​sensorudgang (hvis der er sådanne kontakter på sensorhuset).
• Omprogrammering af et program - ændring af det aktive niveau givet input, ændring af programalgoritmen.

Nedenfor er et eksempel på, hvordan du kan erstatte en PNP-sensor med en NPN-sensor ved at ændre tilslutningsdiagrammet:

PNP-NPN udskiftning. Til venstre er det originale diagram, til højre er det ændrede.

At forstå driften af ​​disse kredsløb vil hjælpe med at forstå det faktum, at en transistor er nøgleelement, som kan repræsenteres af almindelige relækontakter (eksempler er nedenfor i notationen).

Så diagrammet er til venstre. Lad os antage, at sensortypen er NO. Så (uanset typen af ​​transistor ved udgangen), når sensoren ikke er aktiv, er dens udgang "kontakter" åbne, og der løber ingen strøm gennem dem. Når sensoren er aktiv, er kontakterne lukkede, med alle de deraf følgende konsekvenser. Mere præcist, med strøm der løber gennem disse kontakter)). Strømmen skaber et spændingsfald over belastningen.

Den interne belastning er vist med en stiplet linje af en grund. Denne modstand findes, men dens tilstedeværelse garanterer ikke stabilt arbejde sensor, skal sensoren tilsluttes controllerindgangen eller anden belastning. Modstanden af ​​denne indgang er hovedbelastningen.

Hvis der ikke er nogen intern belastning i sensoren, og solfangeren "hænger i luften", så kaldes dette et "åbent solfangerkredsløb". Dette kredsløb fungerer KUN med en tilsluttet belastning.

Måske vil dette være interessant:

Så i et kredsløb med en PNP-udgang, når den er aktiveret, leveres spænding (+V) til controllerens input gennem en åben transistor, og den aktiveres. Hvordan kan vi opnå det samme med NPN-output?

Der er situationer, når den ønskede sensor Jeg har den ikke ved hånden, men maskinen burde virke "lige nu."

Vi ser på ændringerne i diagrammet til højre. Først og fremmest er driftstilstanden for sensorudgangstransistoren sikret. For at gøre dette tilføjes en ekstra modstand til kredsløbet, dens modstand er normalt omkring 5,1 - 10 kOhm. Nu, når sensoren ikke er aktiv, tilføres spænding (+V) til controllerindgangen gennem en ekstra modstand, og controllerindgangen aktiveres. Når sensoren er aktiv, er der et diskret "0" ved controllerindgangen, da controllerindgangen er shuntet åben NPN transistor, og næsten al strømmen af ​​den ekstra modstand passerer gennem denne transistor.

Ja, ikke lige hvad vi ønskede. I dette tilfælde sker en omfase af sensordriften. Men sensoren fungerer i mode, og controlleren modtager information. I de fleste tilfælde er dette nok. For eksempel i pulstællingstilstand - et omdrejningstæller eller antallet af emner.

Hvordan opnår man fuld funktionalitet? Metode 1 - mekanisk flyt eller genskabe metalpladen (aktivator). Eller lysgabet, hvis vi taler om en optisk sensor. Metode 2 er at omprogrammere controllerens input, så diskret "0" er den aktive tilstand for controlleren, og "1" er den passive tilstand. Hvis du har en bærbar computer ved hånden, så er den anden metode både hurtigere og nemmere.

Symbol for nærhedssensor

På kredsløbsdiagrammer Induktive sensorer (nærhedssensorer) betegnes forskelligt. Men det vigtigste er, at der er en firkant roteret 45° og to lodrette linjer i den. Som i diagrammerne vist nedenfor.

INGEN NC-sensorer. Skematiske diagrammer.

På det øverste diagram er der en normalt åben (NO) kontakt (konventionelt betegnet PNP-transistor). Det andet kredsløb er normalt lukket, og det tredje kredsløb er begge kontakter i et hus.

Farvekodning af sensorledninger

Eksisterer standard system sensormarkeringer. Alle producenter overholder det i øjeblikket.

Inden installationen er det dog en god idé at sikre sig, at tilslutningen er korrekt ved at henvise til tilslutningsmanualen (vejledningen). Derudover er trådfarverne som regel angivet på selve sensoren, hvis størrelsen tillader det.

Dette er markeringen.

Blå - Minus power

Brun - Plus

Sort - Afslut

Hvid - anden udgang eller kontrolindgang, du skal se på instruktionerne.

Betegnelsessystem for induktive sensorer

Sensortypen er angivet med en digital-alfabetisk kode, som koder sensorens hovedparametre. Nedenfor er mærkningssystemet for populære Autonics-sensorer.

Download instruktioner og manualer til nogle typer induktive sensorer:

/ Induktive sensorer nærmer sig. Detaljeret beskrivelse parametre, pdf, 135,28 kB, downloadet: 1183 gange./

Rigtige sensorer

Det er problematisk at købe sensorer, produktet er specifikt, og elektrikere sælger ikke disse i butikkerne. Alternativt kan du købe dem i Kina, på AliExpress.

Tak for jeres opmærksomhed, jeg ser frem til spørgsmål om tilslutning af sensorer i kommentarerne!

06. januar 2017

I praksis er der ofte behov for at styre en eller anden kraftfuld elektrisk enhed ved hjælp af et digitalt kredsløb (for eksempel en mikrocontroller). Dette kan være en kraftig LED, der bruger høj strøm, eller en enhed, der drives af et 220 V-netværk. Lad os overveje typiske løsninger på dette problem.

Typer af kontrol

Konventionelt kan tre grupper af metoder skelnes:

1. Belastningsstyring DC.
   • Transistorkontakt baseret på en bipolær transistor.
   • Transistor switch baseret på en MOS transistor (MOSFET).
   • IGBT transistor switch.
2. Belastningsstyring AC.
   • Tyristorkontakt.
   • Triac nøgle.
3. Universel metode.
   • Relæ.

Valget af styremetode afhænger af både typen af ​​belastning og typen af ​​digital logik, der anvendes. Hvis kredsløbet er bygget på TTL-chips, skal det huskes, at de styres af strøm, i modsætning til CMOS, hvor styringen udføres af spænding. Nogle gange er det vigtigt.

Bipolær transistorkontakt

For nuværende $I_(LED) = 0(,)075\,A$, skal kontrolstrømmen være $\beta = 50$ gange mindre:

Lad os tage spændingsfaldet over emitter-base-overgangen til at være lig med $V_(EB) = 0(,)7\,V$.

Modstanden blev rundet ned for at give en aktuel margin.

Således fandt vi værdierne af modstand R1 og R2.

Darlington transistor

Hvis belastningen er meget kraftig, kan strømmen gennem den nå flere ampere. For transistorer med høj effekt kan $\beta$-koefficienten være utilstrækkelig. (Desuden, som det kan ses af tabellen, er den allerede lille for kraftige transistorer.)

I dette tilfælde kan en kaskade af to transistorer bruges. Den første transistor styrer strømmen, som tænder den anden transistor. Dette forbindelseskredsløb kaldes et Darlington-kredsløb.

I dette kredsløb multipliceres $\beta$-koefficienterne for de to transistorer, hvilket resulterer i en meget stor strømoverførselskoefficient.

For at øge slukningshastigheden for transistorer kan du forbinde emitteren og bunden af ​​hver med en modstand.

Modstandene skal være store nok til ikke at påvirke base-emitterstrømmen. Typiske værdier er 5…10 kOhm for spændinger 5…12 V.

Darlington-transistorer er tilgængelige i formen separat enhed. Eksempler på sådanne transistorer er givet i tabellen.

Ellers forbliver betjeningen af ​​tasten den samme.

Felteffekt transistor nøgle

I fremtiden vil vi specifikt kalde en felteffekttransistor for en MOSFET, det vil sige felteffekttransistorer med en isoleret gate (alias MOS, aka MIS). De er praktiske, fordi de udelukkende styres af spænding: Hvis portspændingen er større end tærskelspændingen, åbner transistoren. I dette tilfælde løber styrestrømmen ikke gennem transistoren, mens den er åben eller lukket. Dette er en væsentlig fordel i forhold til bipolære transistorer, hvor strømmen løber hele tiden transistoren er åben.

Også i fremtiden vil vi kun bruge n-kanal MOSFET'er (selv til push-pull kredsløb). Dette skyldes, at n-kanal transistorer er billigere og har bedre ydeevne.

Det enkleste switch-kredsløb, der bruger en MOSFET, er vist nedenfor.

Igen er belastningen forbundet "ovenfra" til afløbet. Hvis du tilslutter det "nedefra", vil kredsløbet ikke fungere. Faktum er, at transistoren åbner, hvis spændingen mellem porten og kilden overstiger tærsklen. Når den er tilsluttet "nedefra", vil belastningen producere et yderligere spændingsfald, og transistoren åbner muligvis ikke eller åbner sig ikke helt.

Med push-pull kontrol danner kondensatorafladningskredsløbet faktisk et RC-kredsløb, hvori maksimal strøm rang vil være lige

hvor $V$ er den spænding, der styrer transistoren.

Således vil det være nok at installere en 100 Ohm modstand for at begrænse lade- og afladningsstrømmen til 10 mA. Men jo større modstanden er, jo langsommere vil den åbne og lukke, da tidskonstanten $\tau = RC$ vil stige. Dette er vigtigt, hvis transistoren skifter ofte. For eksempel i en PWM-controller.

De vigtigste parametre, som du skal være opmærksom på, er tærskelspændingen $V_(th)$, den maksimale strøm gennem afløbet $I_D$ og drain-source-modstanden $R_(DS)$ for en åben transistor.

Nedenfor er en tabel med eksempler på karakteristika for MOSFET'er.

Model	$V_(th)$	$\max\I_D$	$\max\R_(DS)$
2N7000	3 V	200 mA	5 ohm
IRFZ44N	4 V	35 A	0,0175 Ohm
IRF630	4 V	9 A	0,4 ohm
IRL2505	2 V	74 A	0,008 Ohm

Maksimale værdier er angivet for $V_(th)$. Faktum er, at for forskellige transistorer, selv fra samme batch, kan denne parameter variere meget. Men hvis den maksimale værdi for eksempel er 3 V, er denne transistor garanteret til brug i digitale kredsløb med en forsyningsspænding på 3,3 V eller 5 V.

Afløbskildemodstanden for de ovennævnte transistormodeller er ret lille, men det skal huskes, at ved høje spændinger af den kontrollerede belastning kan selv dette føre til frigivelse af betydelig effekt i form af varme.

Hurtigt skiftende kredsløb

Som allerede nævnt, hvis spændingen ved porten i forhold til kilden overstiger tærskelspændingen, åbner transistoren, og drænkildemodstanden er lav. Spændingen, når den er tændt, kan dog ikke pludselig springe til tærsklen. Og ved lavere værdier fungerer transistoren som en modstand, der spreder varme. Hvis belastningen skal tændes ofte (for eksempel i en PWM-controller), så er det tilrådeligt at skifte transistoren fra lukket tilstand til åben tilstand og tilbage så hurtigt som muligt.

Endnu en gang skal du være opmærksom på placeringen af ​​belastningen til n-kanal transistoren - den er placeret "ovenpå". Hvis du placerer den mellem transistoren og jorden, på grund af spændingsfaldet over belastningen, kan gate-source spændingen være mindre end tærsklen, transistoren vil ikke åbne helt og kan overophedes og svigte.

Driver til felteffekttransistorer

Hvis du stadig skal tilslutte belastningen til en n-kanal transistor mellem afløb og jord, så er der en løsning. Du kan bruge en færdiglavet chip - en high-side driver. Top - fordi transistoren er på toppen.

Drivere til både øvre og nedre arme er også tilgængelige (for eksempel IR2151) til at konstruere et push-pull-kredsløb, men dette er ikke nødvendigt for blot at tænde for lasten. Dette er nødvendigt, hvis lasten ikke kan efterlades "hængende i luften", men skal trækkes til jorden.

Lad os se på high-side driverkredsløbet ved at bruge IR2117 som eksempel.

Kredsløbet er ikke særlig kompliceret, og brugen af ​​en driver giver dig mulighed for at bruge transistoren mest effektivt.

IGBT

En anden interessant klasse halvlederenheder, der kan bruges som en switch, er isolerede gate bipolære transistorer (IGBT'er).

De kombinerer fordelene ved både MOS og bipolære transistorer: de er spændingskontrollerede og har høje maksimalt tilladte spændinger og strømme.

Du kan styre en switch på en IGBT på samme måde som en switch på en MOSFET. Fordi IGBT'er bruges mere i kraftelektronik, bruges de normalt sammen med drivere.

For eksempel kan IR2117 ifølge databladet bruges til at styre IGBT.

Et eksempel på IGBT er IRG4BC30F.

AC belastningskontrol

Alle tidligere ordninger var kendetegnet ved, at belastningen, selvom den var kraftig, fungerede på jævnstrøm. Kredsløbene havde klart definerede jord- og strømledninger (eller to linjer - for controlleren og belastningen).

For AC-kredsløb skal der anvendes forskellige tilgange. De mest almindelige er brugen af ​​tyristorer, triacs og relæer. Vi ser på stafetten lidt senere, men lad os nu tale om de to første.

Thyristorer og triacer

En tyristor er en halvlederenhed, der kan være i to tilstande:

• åben - passerer strøm, men kun i én retning,
• lukket - tillader ikke strøm at passere igennem.

Da en tyristor kun tillader strøm at flyde i én retning, er den ikke særlig velegnet til at tænde og slukke for en belastning. Halvdelen af ​​tiden for hver vekselstrømsperiode er enheden inaktiv. En tyristor kan dog bruges i en lysdæmper. Der kan den bruges til at styre strømmen ved at afskære et stykke af den nødvendige strøm fra strømbølgen.

En triac er faktisk en tovejs tyristor. Det betyder, at det ikke tillader at passere halvbølger, men en hel bølge af belastningsforsyningsspændingen.

Der er to måder at åbne en triac (eller tyristor):

• påføre (i det mindste kortvarigt) en oplåsningsstrøm til styreelektroden;
• påføre en tilstrækkelig høj spænding på sine "fungerende" elektroder.

Den anden metode er ikke egnet for os, da forsyningsspændingen vil have en konstant amplitude.

Efter at triacen er åbnet, kan den lukkes ved at ændre polariteten eller reducere strømmen gennem den til en værdi mindre end den såkaldte holdestrøm. Men da strømforsyningen leveres af vekselstrøm, vil dette automatisk ske i slutningen af ​​halvcyklussen.

Når du vælger en triac, er det vigtigt at tage højde for størrelsen af ​​holdestrømmen ($I_H$). Hvis du tager en kraftig triac med en høj holdestrøm, kan strømmen gennem belastningen være for lille, og triacen vil simpelthen ikke åbne.

Triac nøgle

For galvanisk isolering Til kontrol- og strømkredsløb er det bedre at bruge en optokobler eller en speciel triac-driver. For eksempel MOC3023M eller MOC3052.

Disse optokoblere består af en infrarød LED og en fototriac. Denne fototriac kan bruges til at styre en kraftig triac-kontakt.

MOC3052 har et 3V LED spændingsfald og en 60mA strøm, så du skal muligvis bruge en ekstra LED, når du tilslutter til en mikrocontroller. transistorkontakt.

Den indbyggede triac er designet til spænding op til 600 V og strøm op til 1 A. Dette er nok til at styre kraftige husholdningsapparater gennem den anden power triac.

Overvej et kredsløb til styring af en resistiv belastning (for eksempel en glødelampe).

Denne optokobler fungerer således som en triac-driver.

Der findes også drivere med nuldetektor - for eksempel MOC3061. De skifter kun i begyndelsen af ​​perioden, hvilket reducerer interferens i elnettet.

Modstande R1 og R2 beregnes som normalt. Modstanden af ​​modstanden R3 bestemmes baseret på spidsspændingen i strømforsyningsnetværket og oplåsningsstrømmen af ​​strømtriacen. Hvis du tager en, der er for stor, vil triacen ikke åbne sig, hvis den er for lille, vil strømmen flyde forgæves. En kraftig modstand kan være påkrævet.

Det ville være nyttigt at huske, at 220 V i det elektriske netværk er værdien af ​​den effektive spænding. Spidsspændingen er $\sqrt2 \cdot 220 \ca. 310\,V$.

Induktiv belastningskontrol

Når du kører en induktiv belastning, såsom en elektrisk motor, eller når der er støj på linjen, kan spændingen blive høj nok til at få triacen til at åbne spontant. For at bekæmpe dette fænomen er det nødvendigt at tilføje en snubber til kredsløbet - dette er en udjævningskondensator og en modstand parallelt med triacen.

Snubberen forbedrer ikke emissionssituationen meget, men den er bedre med end uden.

Den keramiske kondensator skal være designet til en spænding større end spidsværdien i strømforsyningen. Lad os huske endnu en gang, at for 220 V er dette 310 V. Det er bedre at tage det med en reserve.

Typiske værdier: $C_1 = 0(,)01\,uF$, $R_4 = 33\,Ohm$.

Der er også triac-modeller, der ikke kræver en snubber. For eksempel BTA06-600C.

Eksempler på triacs

Eksempler på triacs er givet i tabellen nedenfor. Her er $I_H$ holdestrømmen, $\max\ I_(T(RMS))$ er den maksimale strøm, $\max\ V_(DRM)$ er den maksimale spænding, $I_(GT)$ er oplåsningsstrømmen .

Model	$I_H$	$\max\I_(T(RMS))$	$\max\V_(DRM)$	$I_(GT)$
BT134-600D	10 mA	4 A	600 V	5 mA
MAC97A8	10 mA	0,6 A	600 V	5 mA
Z0607	5 mA	0,8 A	600 V	5 mA
BTA06-600C	25 mA	6 A	600 V	50 mA

Relæ

Elektromagnetiske relæer

Fra mikrocontrollerens synspunkt er relæet i sig selv en kraftig belastning, og en induktiv. For at tænde eller slukke for relæet skal du derfor bruge for eksempel en transistorkontakt. Tilslutningsdiagrammet og også forbedringen af ​​denne ordning blev diskuteret tidligere.

Relæer imponerer med deres enkelhed og effektivitet. For eksempel er HLS8-22F-5VDC-relæet styret af en spænding på 5 V og er i stand til at skifte en belastning, der kræver en strøm på op til 15 A.

Solid State relæer

Den største fordel ved relæet - brugervenlighed - overskygges af flere ulemper:

• Denne mekanisk anordning og kontakterne kan blive snavsede eller endda svejset til hinanden,
• lavere omskiftningshastighed,
• relativt store strømme til at skifte,
• kontaktpersoner klik.

Nogle af disse mangler er elimineret i såkaldte solid-state relæer. Disse er i virkeligheden halvlederenheder med galvanisk isolation, der indeholder et fuldgyldigt kraftfuldt afbryderkredsløb.

Konklusion

Således har vi nok belastningskontrolmetoder i vores arsenal til at løse næsten ethvert problem, der måtte opstå for en radioamatør.

Nøgle på din skulder! – egenskaber ved brugen af ​​højspændingsdrivere produceret af IR

Ordningsredaktør

Alle diagrammer er tegnet i KiCAD. På det seneste har jeg brugt det til mine projekter, det er meget praktisk, jeg anbefaler det. Med dens hjælp kan du ikke kun tegne kredsløb, men også designe trykte kredsløb.

Følgende artikler vil omfatte enheder, der skal styre eksterne belastninger. Med ekstern belastning mener jeg alt, hvad der er fastgjort til benene på mikrocontrolleren - LED'er, pærer, relæer, motorer, aktuatorer... ja, du forstår ideen. Og uanset hvor forhakket dette emne kan være, for at undgå gentagelser i de følgende artikler, risikerer jeg stadig ikke at være original - du vil tilgive mig :). Jeg vil kort, i anbefalende form, vise de mest almindelige måder at forbinde belastningen på (hvis du vil tilføje noget, vil jeg kun være alt for glad).
Lad os straks blive enige om, at vi taler om et digitalt signal (en mikrocontroller er stadig en digital enhed), og vi vil ikke afvige fra den generelle logik: 1 - inkluderet, 0 -slukket. Lad os begynde.

DC-belastninger omfatter: LED'er, lamper, relæer, DC-motorer, servoer, forskellige aktuatorer osv. En sådan belastning er enklest (og oftest) forbundet med en mikrocontroller.

1.1 Tilslutning belastninger gennem en modstand.
Den enkleste og nok oftest brugte metode, når det kommer til lysdioder.

En modstand er nødvendig for at begrænse strømmen, der løber gennem mikrocontrollerbenet, til tilladt 20mA. Det kaldes ballast eller dæmpning. Du kan tilnærmelsesvis beregne modstandsværdien ved at kende belastningsmodstanden Rн.

Rquenching =(5v / 0,02A) – Rn = 250 – Rн

Som du kan se, er 250 Ohm, selv i værste tilfælde, når belastningsmodstanden er nul, nok til at sikre, at strømmen ikke overstiger 20 mA. Det betyder, at hvis du ikke vil tælle noget der, så læg 300 Ohm og du vil beskytte porten mod overbelastning. Fordelen ved metoden er indlysende - enkelhed.

1.2 Tilslutning belastninger ved hjælp af en bipolær transistor.
Hvis det sker, at din belastning bruger mere end 20mA, så hjælper en modstand selvfølgelig ikke her. Du skal på en eller anden måde øge (læs styrke) strømmen. Hvad bruges til at forstærke signalet? Højre. Transistor!

Det er mere bekvemt at bruge til at styrke n-p-n transistor forbundet i henhold til kredsløbet OE. Med denne metode kan du tilslutte en belastning med en højere forsyningsspænding end strømforsyningen til mikrocontrolleren. Modstanden på basen er begrænsende. Det kan variere inden for et bredt område (1-10 kOhm), under alle omstændigheder vil transistoren fungere i mætningstilstand. Transistoren kan være hvad som helst n-p-n transistor. Gevinsten er praktisk talt irrelevant. Transistoren vælges ud fra kollektorstrømmen (den strøm, vi har brug for) og kollektor-emitterspændingen (spændingen, der driver belastningen). Strømtab har også betydning – for ikke at blive overophedet.

Af de almindelige og let tilgængelige, kan du bruge BC546, BC547, BC548, BC549 med alle bogstaver (100mA), og det samme vil KT315 gøre (dem, der har rester fra gamle lagre).
- Datablad for bipolær transistor BC547

1.3 Tilslutning belastninger ved hjælp af en felteffekttransistor.
Nå, hvad hvis strømmen af ​​vores belastning er inden for ti ampere? Bipolær transistor Det vil ikke være muligt at bruge det, da kontrolstrømmene for en sådan transistor er store og højst sandsynligt vil overstige 20 mA. Udgangen kan enten være en sammensat transistor (læs nedenfor) eller en felteffekttransistor (alias MOS, aka MOSFET). Felteffekttransistoren er simpelthen en vidunderlig ting, da den ikke styres af strøm, men af ​​potentiale ved porten. Dette gør det muligt for mikroskopisk gatestrøm at styre store belastningsstrømme.

Enhver n-kanals felteffekttransistor er egnet til os. Vi vælger ligesom bipolær efter strøm, spænding og effekttab.

Når du tænder for en felteffekttransistor, skal du overveje en række punkter:
- da porten i virkeligheden er en kondensator, når transistoren skifter, strømmer der store strømme igennem den (kort sigt). For at begrænse disse strømme er der placeret en begrænsningsmodstand i porten.
— transistoren er styret af lave strømme, og hvis udgangen på mikrocontrolleren, som porten er forbundet til, er i en højimpedans Z-tilstand, vil feltkontakten begynde at åbne og lukke uforudsigeligt og fange interferens. For at eliminere denne adfærd skal mikrocontrollerbenet "presses" til jorden med en modstand på omkring 10 kOhm.
Ved felteffekttransistoren på baggrund af det hele positive egenskaber der er en ulempe. Omkostningerne ved at kontrollere lavstrøm er transistorens langsommelighed. Selvfølgelig vil den håndtere PWM, men hvis den tilladte frekvens overskrides, vil den reagere på dig med overophedning.

1.4 Tilslutning belastninger ved hjælp af en sammensat Darlington-transistor.
Et alternativ til at bruge en felteffekttransistor til højstrømsbelastninger er at bruge en sammensat Darlington-transistor. Udvendigt er det den samme transistor som for eksempel en bipolær, men internt bruges et forforstærkerkredsløb til at styre den kraftige udgangstransistor. Dette tillader lave strømme at drive en kraftig belastning. Brugen af ​​en Darlington-transistor er ikke så interessant som brugen af ​​en samling af sådanne transistorer. Der er sådan et vidunderligt mikrokredsløb som ULN2003. Den indeholder hele 7 Darlington-transistorer, som hver kan belastes med en strøm på op til 500 mA, og de kan parallelkobles for at øge strømmen.

Mikrokredsløbet er meget nemt at forbinde til mikrocontrolleren (kun pin til pin), har praktisk ledningsføring (indgang modsat udgang) og kræver ikke yderligere ledninger. Som et resultat af dette succesfulde design er ULN2003 meget brugt i amatørradiopraksis. Derfor vil det ikke være svært at få det.
- Datablad for Darlington-samling ULN2003

Hvis du skal styre AC-enheder (oftest 220v), så er alt mere kompliceret, men ikke meget.

2.1 Tilslutning belastninger ved hjælp af et relæ.
Den enkleste og nok mest pålidelige forbindelse er at bruge et relæ. Selve relæspolen er en højstrømsbelastning, så du kan ikke tilslutte den direkte til mikrocontrolleren. Relæet kan tilsluttes via en felteffekt eller bipolær transistor, eller via samme ULN2003, hvis der er behov for flere kanaler.

Fordelene ved denne metode er høj koblingsstrøm (afhængigt af det valgte relæ), galvanisk isolering. Ulemper: begrænset hastighed/frekvens af aktivering og mekanisk slid på dele.
Det giver ingen mening at anbefale noget til brug - der er mange relæer, vælg i henhold til de nødvendige parametre og pris.

2.2 Tilslutning belastninger ved hjælp af en triac (triac).
Hvis du skal styre en kraftig AC-belastning, og især hvis du skal styre den strøm, der tilføres til lasten (dimer), så kan du simpelthen ikke undvære at bruge en triac (eller triac). Triacen åbnes af en kort strømimpuls gennem kontrolelektroden (for både negative og positive spændingshalvbølger). Triacen lukker sig selv, når der ikke er spænding på den (når spændingen går gennem nul). Det er her, vanskelighederne begynder. Mikrocontrolleren skal styre det øjeblik, hvor spændingen krydser nul, og på et præcist defineret tidspunkt sende en puls for at åbne triac - dette er en konstant belægning af controlleren. En anden vanskelighed er manglen på galvanisk isolation i triacen. Du skal gøre det på separate elementer, hvilket komplicerer kredsløbet.

Selvom moderne triacs styres af en ret lav strøm og kan tilsluttes direkte (via en begrænsningsmodstand) til en mikrocontroller, skal de af sikkerhedsmæssige årsager tændes gennem optiske afkoblingsenheder. Desuden gælder dette ikke kun for triac-styrekredsløbene, men også for nul-styrekredsløbene.

En ret tvetydig måde at forbinde belastningen på. Da det på den ene side kræver aktiv deltagelse af en mikrocontroller og et relativt komplekst kredsløbsdesign. På den anden side giver det dig mulighed for at manipulere belastningen meget fleksibelt. En anden ulempe ved at bruge triacs er stort antal digital støj skabt under deres drift - undertrykkelseskredsløb er nødvendige.

Triacs er ret udbredt, og på nogle områder er de simpelthen uerstattelige, så det er ikke noget problem at få dem. Triacs af typen BT138 bruges meget ofte i amatørradio.