Pozdravljeni dragi bralci. V tem članku si bomo ogledali razliko tranzistor z učinkom polja od bipolarnega, bomo ugotovili, na katerih področjih se uporabljata oba tranzistorja.

Torej, začnimo ...

Med polprevodniškimi napravami obstajata dve veliki skupini, ki vključujeta polje-polje in bipolarno. Široko se uporabljajo v elektroniki in radijski tehniki kot generatorji, ojačevalniki in pretvorniki električnih signalov. Da bi razumeli glavno razliko med temi napravami, jih je treba podrobneje obravnavati.

Bipolarni tranzistorji

Prevodno območje strukture je sestavljeno iz treh "spajkanih" polprevodniških delov, ki se izmenjujejo glede na vrsto prevodnosti. Polprevodnik z donorsko (elektronsko) prevodnostjo je označen kot n-tip, z akceptorsko (luknjo) prevodnostjo pa p-tip. Tako lahko opazimo le dve možnosti menjave - p-n-p ali n-p-n. Na podlagi te značilnosti se razlikujejo bipolarni tranzistorji s strukturami n-p-n in p-n-p.

Skupni del tranzistorskega čipa, ki je v stiku z drugima dvema, se imenuje "baza". Druga dva sta »zbiralnik« in »oddajnik«. Stopnja nasičenosti baze z nosilci naboja (elektroni ali "luknje" elektronskih prostih mest) določa stopnjo prevodnosti celotnega tranzistorskega kristala. Tako se nadzoruje prevodnost tranzistorskih prehodov, kar omogoča uporabo kot element za ojačanje moči signala ali stikalo.

Tranzistorji z učinkom polja

Prevodni del strukture je polprevodniški kanal p- ali n-tipa v kovini. Tok obremenitve teče skozi kanal skozi elektrodi, imenovani "odtok" in "vir". Površina prečnega prereza prevodnega kanala in njegova upornost sta odvisna od povratne napetosti na p-n spoju kovinsko-polprevodniškega vmesnika kanala. Krmilna elektroda, povezana s kovinskim območjem, se imenuje "vrata".

Kanal tranzistorja na učinku polja ima lahko električno povezavo s kovino vrat - neizolirana vrata ali pa je od nje ločena s tanko plastjo dielektrika - izolirana vrata.

Kateri tranzistorji so boljši, poljski ali bipolarni?

In tako smo izvedeli, da je glavna razlika med tema dvema vrstama tranzistorjev nadzor. Oglejmo si še druge prednosti tranzistorjev z učinkom polja v primerjavi z bipolarnimi:

• visoka vhodna impedanca za enosmerni tok in visoka frekvenca, zato majhne izgube krmiljenja
• visoka učinkovitost (zaradi odsotnosti kopičenja in resorpcije manjših nosilcev)
• skoraj popolna električna izolacija vhodnih in izhodnih vezij, nizka prepustna zmogljivost, saj so ojačevalne lastnosti poljskih tranzistorjev posledica prenosa glavnih nosilcev naboja, njihova zgornja meja efektivnega ojačanja je višja kot pri bipolarnih
• kvadratna volt-amperska karakteristika (podobna triodi)
• visoka temperaturna stabilnost
• nizka raven hrupa, saj poljski tranzistorji ne uporabljajo pojava vbrizgavanja manjšinskih nosilcev naboja, zaradi česar so bipolarni tranzistorji "hrupni"
• nizka poraba energije

V tranzistorjih z učinkom polja ni kopičenja in resorpcije manjšinskih nosilcev naboja, zato je njihova zmogljivost zelo visoka (kot ugotavljajo razvijalci električne opreme). In ker so preneseni glavni nosilci naboja odgovorni za ojačanje v poljskih tranzistorjih, je zgornja meja efektivnega ojačanja za poljske tranzistorje višja kot pri bipolarnih.

Tu opazimo visoko temperaturno stabilnost, nizko stopnjo motenj (zaradi odsotnosti vbrizgavanja manjšinskih nosilcev naboja, kot se zgodi pri bipolarnih) in učinkovitost v smislu porabe energije.

Tokovno ali poljsko, tranzistorsko krmiljenje

Za večino ljudi, ki se tako ali drugače ukvarjajo z elektroniko, osnovna naprava treba je poznati poljske in bipolarne tranzistorje. Vsaj iz imena "tranzistor na učinku polja" je očitno, da ga krmili polje, električno polje vrata, medtem ko je bipolarni tranzistor krmiljen z baznim tokom.

Tok in polje, razlika je kardinalna. V bipolarnih tranzistorjih se kolektorski tok krmili s spreminjanjem osnovnega krmilnega toka, medtem ko je za krmiljenje odvodnega toka tranzistorja z učinkom polja dovolj, da se spremeni napetost med vrati in virom, krmilnega toka kot takega pa ni. potrebno.

Različna reakcija na segrevanje

Za bipolarne tranzistorje je temperaturni koeficient upora kolektor-emiter negativen (to je, ko se temperatura poveča, se upor zmanjša in tok kolektor-emiter se poveča). Pri tranzistorjih z učinkom polja je ravno nasprotno - temperaturni koeficient odtoka-izvora je pozitiven (z naraščajočo temperaturo se upor povečuje in tok odtok-izvor se zmanjšuje).

Pomembna posledica tega dejstva je, da če bipolarnih tranzistorjev ni mogoče enostavno povezati vzporedno (z namenom povečanja moči), brez tokovnih izenačevalnih uporov v emiterskem vezju, potem je s poljskimi tranzistorji vse veliko preprostejše - zahvaljujoč avtomatski uravnoteženje toka drain-source pri spremembi obremenitve/ogrevanja - lahko jih poljubno vključite vzporedno brez izravnalnih uporov. To je posledica temperaturne lastnosti p-n spoj in preprost polprevodnik p- ali n-tipa. Zaradi tega je veliko manj verjetno, da bodo tranzistorji z učinkom polja doživeli ireverzibilno toplotno uhajanje izhodne moči kot bipolarni.

Za doseganje visokih preklopnih tokov lahko torej enostavno sestavite kompozitno stikalo iz več vzporednih poljskih tranzistorjev, ki se marsikje uporablja v praksi, na primer v inverterjih.

Toda bipolarni tranzistorji ne morejo biti samo vzporedni; zagotovo potrebujejo tokovne izravnalne upore v oddajnih vezjih. V nasprotnem primeru bo zaradi neravnovesja v močnem kompozitnem stikalu eden od bipolarnih tranzistorjev prej ali slej doživel nepopravljivo toplotno okvaro. Ta težava skoraj ne vpliva na sestavljene ključe polja. Te značilnosti toplotne lastnosti so povezani z lastnostmi enostavnega n- in p-kanala ter p-n spoja, ki se radikalno razlikujeta.

Področja uporabe teh in drugih tranzistorjev

Razlike med poljskimi in bipolarnimi tranzistorji jasno ločujejo njihova področja uporabe. Na primer, v digitalnih mikrovezjih, kjer je potrebna minimalna poraba toka v stanju pripravljenosti, se tranzistorji z učinkom polja danes uporabljajo veliko širše. V analognih mikrovezjih tranzistorji z učinkom polja pomagajo doseči visoko linearnost ojačevalne karakteristike v širokem razponu napajalnih napetosti in izhodnih parametrov.

Vezja tipa kolut na kolut so danes priročno implementirana s tranzistorji z učinkom polja, ker je nihanje napetosti izhodov kot signalov za vhode zlahka doseženo in skoraj sovpada z nivojem napajalne napetosti vezja. Takšna vezja lahko preprosto povežejo izhod enega z vhodom drugega in niso potrebni omejevalniki napetosti ali uporovni delilniki.

Kar zadeva bipolarne tranzistorje, ostajajo njihove tipične aplikacije: ojačevalniki, njihove stopnje, modulatorji, detektorji, logični pretvorniki in tranzistorska logična mikrovezja.

Polje zmaga, zakaj?

Izjemni primeri naprav, ki temeljijo na poljskih tranzistorjih, so elektronske ročne ure in daljinski upravljalniki. daljinski upravljalnik za TV. Zaradi uporabe CMOS struktur lahko te naprave delujejo tudi do nekaj let iz enega samega miniaturnega vira energije - baterije ali akumulatorja, saj ne porabijo tako rekoč nič energije.

Trenutno se tranzistorji z učinkom polja vedno pogosteje pojavljajo široka uporaba v različnih radijskih napravah, kjer že uspešno nadomeščajo bipolarne. Njihova uporaba v radijskih oddajnih napravah omogoča povečanje frekvence nosilnega signala, kar takim napravam zagotavlja visoko odpornost proti hrupu.

Zaradi nizkega vklopnega upora se uporabljajo v končnih stopnjah močnostnih zvočnih ojačevalnikov (Hi-Fi), kjer ponovno uspešno nadomeščajo bipolarne tranzistorje in celo vakuumske cevi.

V napravah visoka moč Na primer, pri mehkih zaganjalnikih motorjev že uspešno nadomeščajo tiristorje bipolarni tranzistorji z izoliranimi vrati (IGBT), naprave, ki združujejo bipolarne in poljske tranzistorje.

Video, razlika med tranzistorjem na efekt polja in bipolarnim

Tukaj sem posebej izpostavil tako pomembno praktično vprašanje, kot povezovanje induktivnih senzorjev s tranzistorskim izhodom, ki v moderni industrijska oprema- povsod. Poleg tega so na voljo resnična navodila za senzorje in povezave do primerov.

Princip aktivacije (delovanja) senzorjev je lahko kakršen koli - induktiven (bližinska), optičen (fotoelektrični) itd.

Prvi del opisan možne možnosti senzorski izhodi. Pri povezovanju senzorjev s kontakti (relejni izhod) ne bi smelo biti težav. A pri tranzistorskih in priklopu na krmilnik ni vse tako preprosto.

Spodaj so kot primer diagrami za povezovanje senzorjev s tranzistorskim izhodom. Obremenitev - praviloma je to vhod krmilnika.

Senzor. Obremenitev (obremenitev) je stalno priključena na "minus" (0V), napajanje diskretnega "1" (+V) preklaplja tranzistor. NO ali NC senzor - odvisno od krmilnega vezja (glavni tokokrog)

Senzor. Obremenitev (obremenitev) je stalno priključena na "plus" (+V). Tukaj je aktivna raven (diskretni "1") na izhodu senzorja nizka (0 V), medtem ko se napajanje obremenitvi napaja skozi odprt tranzistor.

Pozivam vse, da se ne zmedejo; delovanje teh shem bo podrobno opisano spodaj.

Spodnji diagrami prikazujejo v bistvu isto. Poudarek je na razlikah v izhodnih vezjih PNP in NPN.

Na levi sliki je senzor z izhodnim tranzistorjem NPN. Zamenjal skupna žica, ki je v tem primeru negativna žica napajalnika.

Na desni je ohišje s tranzistorjem PNP na poti ven. Ta primer je najpogostejši, saj je v sodobni elektroniki običajno, da je negativna žica napajalnika skupna in aktivirajo vhode krmilnikov in drugih snemalnih naprav s pozitivnim potencialom.

Kako preveriti induktivni senzor?

Če želite to narediti, ga morate napajati, to je, da ga priključite na vezje. Nato - aktivirajte (iniciirajte). Ko je aktiviran, indikator zasveti. Toda navedba ne zagotavlja pravilno delovanje induktivni senzor. Morate priključiti breme in izmeriti napetost na njem, da ste 100% prepričani.

Zamenjava senzorjev

Kot sem že napisal, obstajajo v osnovi 4 tipi senzorjev s tranzistorskim izhodom, ki se delijo glede na notranja struktura in shema povezave:

• PNP ŠT
• PNP NC
• NPN ŠT
• NPN NC

Vse te tipe senzorjev je mogoče med seboj zamenjati, t.j. so zamenljivi.

To se izvaja na naslednje načine:

• Sprememba inicialne naprave - mehansko se spremeni konstrukcija.
• Spreminjanje obstoječega priključnega vezja senzorja.
• Preklop vrste izhoda senzorja (če so takšna stikala na ohišju senzorja).
• Reprogramiranje programa - sprememba aktivne stopnje podani vnos, spreminjanje programskega algoritma.

Spodaj je primer, kako lahko zamenjate senzor PNP z senzorjem NPN s spremembo diagrama povezave:

Zamenjava PNP-NPN. Na levi je originalni diagram, na desni pa spremenjeni.

Razumevanje delovanja teh vezij bo pomagalo razumeti dejstvo, da je tranzistor ključni element, ki jih lahko predstavimo z običajnimi relejnimi kontakti (primeri so spodaj v zapisu).

Torej, tukaj je diagram na levi. Predpostavimo, da je tip senzorja NE. Takrat (ne glede na vrsto tranzistorja na izhodu), ko senzor ni aktiven, so njegovi izhodni "kontakti" odprti in skozi njih ne teče tok. Ko je senzor aktiven, so kontakti zaprti z vsemi posledicami. Natančneje, s tokom, ki teče skozi te kontakte)). Tok, ki teče, povzroči padec napetosti na bremenu.

Notranja obremenitev je prikazana s pikčasto črto z razlogom. Ta upor obstaja, vendar njegova prisotnost ne zagotavlja stabilno delo senzor mora biti senzor povezan z vhodom krmilnika ali drugim bremenom. Upornost tega vhoda je glavna obremenitev.

Če v senzorju ni notranje obremenitve in kolektor "visi v zraku", se to imenuje "vezje odprtega kolektorja". To vezje deluje SAMO s priključenim bremenom.

Mogoče bo to zanimivo:

Torej, v vezju z izhodom PNP, ko je aktiviran, se napetost (+V) dovaja na vhod krmilnika skozi odprt tranzistor in se aktivira. Kako lahko dosežemo isto z izhodom NPN?

Obstajajo situacije, ko želeni senzor Nimam ga pri roki, a stroj bi moral delovati "trenutno".

Ogledamo si spremembe v diagramu na desni. Najprej je zagotovljen način delovanja izhodnega tranzistorja senzorja. Da bi to naredili, se v vezje doda dodaten upor; njegov upor je običajno približno 5,1 - 10 kOhm. Zdaj, ko senzor ni aktiven, se napetost (+V) dovaja na vhod krmilnika preko dodatnega upora in vhod krmilnika je aktiviran. Ko je senzor aktiven, je na vhodu krmilnika diskretna "0", ker je vhod krmilnika zaprt NPN tranzistor, in skoraj ves tok dodatnega upora poteka skozi ta tranzistor.

Da, ne ravno to, kar smo želeli. V tem primeru pride do preoblikovanja delovanja senzorja. Toda senzor deluje v načinu in krmilnik prejema informacije. V večini primerov je to dovolj. Na primer, v načinu štetja impulzov - tahometer ali število obdelovancev.

Kako doseči popolno funkcionalnost? 1. način - mehansko premakniti ali predelati kovinsko ploščo (aktivator). Ali svetlobna reža, če govorimo o optičnem senzorju. Metoda 2 je reprogramiranje vhoda krmilnika tako, da je diskretno »0« aktivno stanje krmilnika, »1« pa pasivno stanje. Če imate pri roki prenosni računalnik, je druga metoda hitrejša in lažja.

Simbol senzorja bližine

Vklopljeno diagrami vezja Induktivni senzorji (senzorji bližine) so označeni drugače. Glavna stvar pa je, da je kvadrat zasukan za 45° in v njem dve navpični črti. Kot na spodnjih diagramih.

BREZ NC senzorjev. Shematski diagrami.

Na zgornjem diagramu je normalno odprt (NO) kontakt (konvencionalno označen kot PNP tranzistor). Drugo vezje je normalno zaprto, tretje vezje pa sta oba kontakta v enem ohišju.

Barvno kodiranje vodnikov senzorjev

obstaja standardni sistem senzorske oznake. Trenutno se tega držijo vsi proizvajalci.

Pred namestitvijo pa se je dobro prepričati o pravilni povezavi s pomočjo priročnika za povezavo (navodila). Poleg tega so barve žic praviloma označene na samem senzorju, če to omogoča njegova velikost.

To je oznaka.

Modra - Minus moči

Rjava - Plus

Črna - Izhod

Bela - drugi izhod ali kontrolni vhod, morate pogledati navodila.

Sistem označevanja induktivnih senzorjev

Vrsta senzorja je označena z digitalno-abecedno kodo, ki kodira glavne parametre senzorja. Spodaj je sistem označevanja priljubljenih senzorjev Autonics.

Prenesite navodila in priročnike za nekatere vrste induktivnih senzorjev:

/ Induktivni senzorji približuje. Podroben opis parametri, pdf, 135,28 kB, preneseno: 1183 krat./

Pravi senzorji

Senzorje je problematično kupiti, izdelek je specifičen, električarji pa jih ne prodajajo v trgovinah. Lahko pa jih kupite na Kitajskem, na AliExpressu.

Hvala vsem za pozornost, veselim se vprašanj o povezovanju senzorjev v komentarjih!

6. januar 2017

V praksi je pogosto treba krmiliti kakšno močno električno napravo z uporabo digitalnega vezja (na primer mikrokrmilnika). To je lahko močna LED, ki porabi velik tok, ali naprava, ki se napaja iz omrežja 220 V. Razmislimo o tipičnih rešitvah te težave.

Vrste nadzora

Običajno lahko ločimo tri skupine metod:

1. Upravljanje obremenitve DC.
   • Tranzistorsko stikalo na osnovi bipolarnega tranzistorja.
   • Tranzistorsko stikalo na osnovi tranzistorja MOS (MOSFET).
   • IGBT tranzistorsko stikalo.
2. Upravljanje obremenitve AC.
   • Tiristorsko stikalo.
   • Triak ključ.
3. Univerzalna metoda.
   • Rele.

Izbira metode krmiljenja je odvisna od vrste obremenitve in vrste uporabljene digitalne logike. Če je vezje zgrajeno na čipih TTL, potem je treba zapomniti, da jih krmili tok, v nasprotju s CMOS, kjer se nadzor izvaja z napetostjo. Včasih je pomembno.

Bipolarno tranzistorsko stikalo

Za tok $I_(LED) = 0(,)075\,A$ mora biti krmilni tok $\beta = 50$-krat manjši:

Vzemimo, da je padec napetosti na prehodu emiter-baza enak $V_(EB) = 0(,)7\,V$.

Odpornost je bila zaokrožena navzdol, da se zagotovi trenutna marža.

Tako smo našli vrednosti uporov R1 in R2.

Darlingtonov tranzistor

Če je obremenitev zelo močna, lahko tok skozi njo doseže več amperov. Za tranzistorje velike moči je lahko koeficient $\beta$ nezadosten. (Poleg tega, kot je razvidno iz tabele, je za močne tranzistorje že majhna.)

V tem primeru se lahko uporabi kaskada dveh tranzistorjev. Prvi tranzistor krmili tok, ki vklopi drugi tranzistor. To povezovalno vezje se imenuje Darlingtonovo vezje.

V tem vezju se koeficienti $\beta$ obeh tranzistorjev pomnožijo, kar ima za posledico zelo velik koeficient prenosa toka.

Če želite povečati hitrost izklopa tranzistorjev, lahko oddajnik in bazo vsakega povežete z uporom.

Upori morajo biti dovolj veliki, da ne vplivajo na tok baza-emiter. Tipične vrednosti so 5…10 kOhm za napetosti 5…12 V.

Darlingtonovi tranzistorji so na voljo v obliki ločeno napravo. Primeri takih tranzistorjev so podani v tabeli.

V nasprotnem primeru delovanje ključa ostane enako.

Ključ tranzistorja z efektom polja

V prihodnosti bomo tranzistor na učinku polja posebej imenovali MOSFET, to je tranzistor na učinku polja z izoliranimi vrati (aka MOS, aka MOS). Priročne so, ker jih krmili izključno napetost: če je napetost vrat večja od napetosti praga, se tranzistor odpre. V tem primeru krmilni tok ne teče skozi tranzistor, ko je odprt ali zaprt. To je bistvena prednost pred bipolarnimi tranzistorji, pri katerih tok teče ves čas, ko je tranzistor odprt.

Prav tako bomo v prihodnosti uporabljali samo n-kanalne MOSFET-je (tudi za potisno-vlečna vezja). To je zato, ker so n-kanalni tranzistorji cenejši in imajo boljše delovanje.

Najenostavnejše stikalno vezje z uporabo MOSFET-a je prikazano spodaj.

Spet je obremenitev priključena "od zgoraj", na odtok. Če ga povežete "od spodaj", vezje ne bo delovalo. Dejstvo je, da se tranzistor odpre, če napetost med vrati in izvorom preseže prag. Ko je priključen "od spodaj", bo obremenitev povzročila dodaten padec napetosti in tranzistor se morda ne odpre ali se ne odpre popolnoma.

Pri potisnem in vlečnem krmiljenju vezje za praznjenje kondenzatorja dejansko tvori RC vezje, v katerem največji tok uvrstitev bo enaka

kjer je $V$ napetost, ki krmili tranzistor.

Tako bo dovolj, da namestite upor 100 ohmov, da omejite tok polnjenja in praznjenja na 10 mA. Toda večji kot je upor upora, počasneje se bo odpiral in zapiral, saj se bo povečala časovna konstanta $\tau = RC$. To je pomembno, če se tranzistor pogosto preklaplja. Na primer v krmilniku PWM.

Glavni parametri, na katere morate biti pozorni, so mejna napetost $V_(th)$, največji tok skozi odvod $I_D$ in upor odtok-izvor $R_(DS)$ odprtega tranzistorja.

Spodaj je tabela s primeri značilnosti MOSFET-jev.

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

Največje vrednosti so podane za $V_(th)$. Dejstvo je, da se lahko za različne tranzistorje, tudi iz iste serije, ta parameter zelo razlikuje. Če pa je največja vrednost, recimo, 3 V, potem je ta tranzistor zagotovljen za uporabo v digitalnih vezjih z napajalno napetostjo 3,3 V ali 5 V.

Upornost odtoka-vira zgornjih modelov tranzistorjev je precej majhna, vendar je treba zapomniti, da lahko pri visokih napetostih nadzorovane obremenitve tudi to povzroči sproščanje znatne moči v obliki toplote.

Hitro preklopno vezje

Kot je bilo že omenjeno, če napetost na vratih glede na vir preseže mejno napetost, se tranzistor odpre in upor odtoka-vira je nizek. Vendar pa napetost ob vklopu ne more nenadoma skočiti na prag. In pri nižjih vrednostih tranzistor deluje kot upor in odvaja toploto. Če je treba obremenitev pogosto vklopiti (na primer v krmilniku PWM), je priporočljivo čim hitreje preklopiti tranzistor iz zaprtega stanja v odprto stanje in nazaj.

Še enkrat bodite pozorni na lokacijo obremenitve za n-kanalni tranzistor - nahaja se "na vrhu". Če ga postavite med tranzistor in maso, bo zaradi padca napetosti na obremenitvi napetost gate-source lahko nižja od praga, tranzistor se ne bo popolnoma odprl in se lahko pregreje ter odpove.

Gonilnik tranzistorja z učinkom polja

Če morate še vedno priključiti breme na n-kanalni tranzistor med odvodom in maso, potem obstaja rešitev. Uporabite lahko že pripravljen čip - gonilnik z visoko stranjo. Zgoraj - ker je tranzistor na vrhu.

Na voljo so tudi gonilniki obeh zgornjih in spodnjih krakov (na primer IR2151) za izdelavo potisno-vlečnega vezja, vendar to ni potrebno za preprosto vklop bremena. To je potrebno, če bremena ni mogoče pustiti "viseti v zraku", ampak ga je treba potegniti na tla.

Oglejmo si vezje gonilnika visoke strani na primeru IR2117.

Vezje ni zelo zapleteno in uporaba gonilnika vam omogoča najbolj učinkovito uporabo tranzistorja.

IGBT

Še ena zanimiv razred polprevodniške naprave, ki se lahko uporabljajo kot stikalo, so bipolarni tranzistorji z izoliranimi vrati (IGBT).

Združujejo prednosti MOS in bipolarnih tranzistorjev: so napetostno krmiljeni in imajo visoke največje dovoljene napetosti in tokove.

Stikalo na IGBT lahko upravljate na enak način kot stikalo na MOSFET. Ker se IGBT bolj uporabljajo v močnostni elektroniki, se običajno uporabljajo v povezavi z gonilniki.

Na primer, glede na podatkovni list se lahko IR2117 uporablja za krmiljenje IGBT.

Primer IGBT je IRG4BC30F.

AC nadzor obremenitve

Vse prejšnje sheme je odlikovalo dejstvo, da je obremenitev, čeprav močna, delovala na enosmerni tok. Tokokrogi so imeli jasno definirane ozemljitvene in napajalne vode (ali dve liniji - za krmilnik in breme).

Za tokokroge AC je treba uporabiti različne pristope. Najpogostejši so tiristorji, triaki in releji. Štafeto si bomo ogledali malo kasneje, zdaj pa govorimo o prvih dveh.

Tiristorji in triaki

Tiristor je polprevodniška naprava, ki je lahko v dveh stanjih:

• odprt - prehaja tok, vendar samo v eno smer,
• zaprt - ne dopušča toka skozi.

Ker tiristor prepušča tok le v eno smer, ni zelo primeren za vklop in izklop bremena. Polovica časa za vsako obdobje izmeničnega toka je naprava v mirovanju. Lahko pa se v zatemnilniku uporablja tiristor. Tam ga je mogoče uporabiti za nadzor moči, tako da iz vala moči odreže del zahtevane moči.

Triac je pravzaprav dvosmerni tiristor. To pomeni, da omogoča prehod ne polovičnih valov, temveč polnega vala napajalne napetosti bremena.

Obstajata dva načina za odpiranje triaka (ali tiristorja):

• uporabite (vsaj za kratek čas) sprostitveni tok na krmilno elektrodo;
• na njegove "delovne" elektrode nanesite dovolj visoko napetost.

Druga metoda za nas ni primerna, saj bo imela napajalna napetost konstantno amplitudo.

Ko se triak odpre, ga lahko zaprete tako, da spremenite polarnost ali zmanjšate tok skozi njega na vrednost, ki je manjša od tako imenovanega zadrževalnega toka. Ker pa je napajanje zagotovljeno z izmeničnim tokom, se bo to samodejno zgodilo na koncu pol-cikla.

Pri izbiri triaka je pomembno upoštevati velikost zadrževalnega toka ($I_H$). Če vzamete močan triak z visokim zadrževalnim tokom, bo tok skozi obremenitev morda premajhen in triak se preprosto ne bo odprl.

Triak ključ

Za galvanska izolacija Za krmilna in napajalna vezja je bolje uporabiti optični sklopnik ali poseben triak gonilnik. Na primer MOC3023M ali MOC3052.

Ti optični sklopniki so sestavljeni iz infrardeče LED in fototriaka. Ta fototriak se lahko uporablja za krmiljenje zmogljivega triak stikala.

MOC3052 ima padec napetosti LED za 3 V in tok 60 mA, zato boste morda morali uporabiti dodatno LED pri povezovanju z mikrokrmilnikom. tranzistorsko stikalo.

Vgrajeni triak je zasnovan za napetost do 600 V in tok do 1 A. To je dovolj za nadzor močnih gospodinjski aparati prek drugega napajalnega triaka.

Razmislite o vezju za krmiljenje uporovne obremenitve (na primer žarnica z žarilno nitko).

Tako ta optični sklopnik deluje kot gonilnik triaka.

Obstajajo tudi gonilniki z ničelnim detektorjem - na primer MOC3061. Preklopijo le na začetku obdobja, kar zmanjša motnje v električnem omrežju.

Upori R1 in R2 se izračunajo kot običajno. Upornost upora R3 se določi glede na temensko napetost v napajalnem omrežju in tok odklepanja močnostnega triaka. Če vzamete prevelikega, se triak ne bo odprl, če je premajhen, bo tok tekel zaman. Morda bo potreben močan upor.

Koristno bi bilo spomniti, da je 220 V v električnem omrežju vrednost efektivne napetosti. Najvišja napetost je $\sqrt2 \cdot 220 \približno 310\,V$.

Induktivni nadzor obremenitve

Pri pogonu induktivnega bremena, kot je električni motor, ali ko je na liniji hrup, lahko napetost postane dovolj visoka, da povzroči spontano odpiranje triaka. Za boj proti temu pojavu je potrebno v vezje dodati dušilec - to je gladilni kondenzator in upor vzporedno s triakom.

Dušilec ne izboljša veliko emisij, vendar je bolje z njim kot brez njega.

Keramični kondenzator mora biti zasnovan za napetost, ki je višja od vrha v napajalniku. Še enkrat se spomnimo, da je za 220 V to 310 V. Bolje je, da ga vzamete z rezervo.

Tipične vrednosti: $C_1 = 0(,)01\,uF$, $R_4 = 33\,Ohm$.

Obstajajo tudi modeli triakov, ki ne potrebujejo dušilnika. Na primer BTA06-600C.

Primeri triakov

Primeri triakov so podani v spodnji tabeli. Tukaj je $I_H$ zadrževalni tok, $\max\ I_(T(RMS))$ je največji tok, $\max\ V_(DRM)$ je največja napetost, $I_(GT)$ je tok odklepanja .

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

Rele

Elektromagnetni releji

Z vidika mikrokontrolerja je sam rele močno breme, in to induktivno. Zato morate za vklop ali izklop releja uporabiti na primer tranzistorsko stikalo. Diagram povezave in tudi izboljšanje te sheme smo obravnavali prej.

Releji navdušujejo s svojo preprostostjo in učinkovitostjo. Na primer, rele HLS8-22F-5VDC je krmiljen z napetostjo 5 V in je sposoben preklopiti obremenitev, ki zahteva tok do 15 A.

Polprevodniški releji

Glavno prednost releja - enostavnost uporabe - zasenči več pomanjkljivosti:

• to mehanska naprava in kontakti se lahko umažejo ali celo zvarijo drug na drugega,
• manjša hitrost preklopa,
• relativno veliki preklopni tokovi,
• stiki kliknite.

Nekatere od teh pomanjkljivosti so odpravljene v tako imenovanih polprevodniških relejih. To so pravzaprav polprevodniške naprave z galvansko izolacijo, ki vsebujejo polno zmogljivo stikalno vezje.

Zaključek

Tako imamo v našem arzenalu dovolj metod za nadzor obremenitve, da rešimo skoraj vse težave, ki se lahko pojavijo pri radioamaterju.

Ključ na rami! – značilnosti uporabe visokonapetostnih gonilnikov, ki jih proizvaja IR

Urejevalnik shem

Vsi diagrami so narisani v KiCAD-u. V zadnjem času ga uporabljam za svoje projekte, zelo je priročen, priporočam. Z njegovo pomočjo ne morete samo risati vezja, ampak tudi oblikovati tiskana vezja.

Naslednji članki bodo vključevali naprave, ki morajo nadzorovati zunanje obremenitve. Z zunanjo obremenitvijo mislim na vse, kar je pritrjeno na noge mikrokontrolerja - LED diode, žarnice, releje, motorje, aktuatorje... no, saj razumete. In ne glede na to, kako otrcana je ta tema, da bi se izognili ponavljanju v naslednjih člankih, še vedno tvegam, da ne bom izviren - oprostite mi :). Na kratko bom v priporočilni obliki pokazal najpogostejše načine povezovanja tovora (če želite nekaj dodati, bom zelo vesel).
Takoj se strinjamo, da govorimo o digitalnem signalu (mikrokrmilnik je še vedno digitalna naprava) in ne bomo odstopali od splošne logike: 1 - vključeno, 0 -izklopljeno. Začnimo.

Enosmerna bremena vključujejo: LED, svetilke, releje, enosmerne motorje, servomotorje, različne aktuatorje itd. Takšno breme je najpreprosteje (in najpogosteje) povezano z mikrokontrolerjem.

1.1 Povezava obremenitve skozi upor.
Najenostavnejša in verjetno najpogosteje uporabljena metoda, ko gre za LED.

Za omejitev toka, ki teče skozi nogo mikrokrmilnika, na dovoljeno vrednost je potreben upor 20 mA. Imenuje se balast ali dušenje. Vrednost upora lahko približno izračunate, če poznate upor obremenitve Rн.

Gašenje =(5v / 0,02A) – Rн = 250 – Rn

Kot lahko vidite, je tudi v najslabšem primeru, ko je upor obremenitve enak nič, 250 Ohmov dovolj, da tok ne preseže 20 mA. To pomeni, da če tam nečesa ne želite šteti, postavite 300 ohmov in vrata boste zaščitili pred preobremenitvijo. Prednost metode je očitna - preprostost.

1.2 Povezava obremenitve z uporabo bipolarnega tranzistorja.
Če se zgodi, da vaša obremenitev porabi več kot 20 mA, potem upor seveda ne bo pomagal. Morate nekako povečati (beri okrepiti) tok. Kaj se uporablja za ojačanje signala? prav. Tranzistor!

Primerneje je uporabljati za krepitev n-p-n tranzistor, povezan v skladu z vezjem OE. S to metodo lahko na mikrokrmilnik priključite breme z višjo napajalno napetostjo od napajalnika. Upor na bazi je omejevalni. Lahko se spreminja v širokem območju (1-10 kOhm), v vsakem primeru pa bo tranzistor deloval v načinu nasičenja. Tranzistor je lahko karkoli n-p-n tranzistor. Dobiček je praktično nepomemben. Tranzistor izberemo glede na kolektorski tok (tok, ki ga potrebujemo) in napetost kolektor-emiter (napetost, ki napaja breme). Pomembna je tudi disipacija moči - da se ne pregreje.

Od pogostih in lahko dostopnih lahko uporabite BC546, BC547, BC548, BC549 s poljubnimi črkami (100mA) in celo isti KT315 bo naredil (tisti, ki imajo ostanke iz starih zalog).
- Podatkovni list za bipolarni tranzistor BC547

1.3 Povezava obremenitve z uporabo poljskega tranzistorja.
No, kaj pa, če je tok naše obremenitve znotraj desetih amperov? Bipolarni tranzistor Ne bo ga mogoče uporabiti, saj so krmilni tokovi takšnega tranzistorja veliki in bodo najverjetneje presegli 20 mA. Izhod je lahko kompozitni tranzistor (preberite spodaj) ali tranzistor z učinkom polja (alias MOS, alias MOSFET). Tranzistor z učinkom polja je preprosto čudovita stvar, saj ga ne krmili tok, temveč potencial na vratih. To omogoča, da mikroskopski tok vrat nadzoruje velike tokove obremenitve.

Za nas je primeren kateri koli n-kanalni tranzistor z učinkom polja. Izbiramo, tako kot bipolarno, po toku, napetosti in disipaciji moči.

Pri vklopu tranzistorja z učinkom polja morate upoštevati več točk:
- ker so vrata pravzaprav kondenzator, pri preklopu tranzistorja tečejo skoznje veliki tokovi (kratkotrajni). Da bi omejili te tokove, je v vratih nameščen omejevalni upor.
— tranzistor krmilijo nizki tokovi in ​​če je izhod mikrokrmilnika, na katerega so priključena vrata, v visokoimpedančnem Z-stanju, se bo poljsko stikalo začelo nepredvidljivo odpirati in zapirati ter loviti motnje. Da bi odpravili to vedenje, je treba nogo mikrokrmilnika "pritisniti" na tla z uporom približno 10 kOhm.
Pri tranzistorju z učinkom polja na ozadju vsega tega pozitivne lastnosti obstaja pomanjkljivost. Strošek nadzora nizkega toka je počasnost tranzistorja. Seveda bo obvladal PWM, a če bo dovoljena frekvenca presežena, se bo odzval s pregrevanjem.

1.4 Povezava obremenitve z uporabo sestavljenega Darlingtonovega tranzistorja.
Alternativa uporabi tranzistorja z učinkom polja za visokotokovne obremenitve je uporaba kompozitnega Darlingtonovega tranzistorja. Navzven je enak tranzistor kot na primer bipolarni, v notranjosti pa se za krmiljenje močnega izhodnega tranzistorja uporablja predojačevalno vezje. To omogoča, da nizki tokovi poganjajo močno breme. Uporaba Darlingtonovega tranzistorja ni tako zanimiva kot uporaba sklopa takih tranzistorjev. Obstaja tako čudovito mikrovezje kot ULN2003. Vsebuje kar 7 Darlingtonovih tranzistorjev, od katerih lahko vsakega obremenimo s tokom do 500 mA, za povečanje toka pa jih lahko povežemo vzporedno.

Mikrovezje je zelo enostavno povezati z mikrokontrolerjem (samo pin na pin), ima priročno ožičenje (vhod nasproti izhod) in ne potrebuje dodatnega ožičenja. Kot rezultat te uspešne zasnove se ULN2003 pogosto uporablja v radioamaterski praksi. V skladu s tem ga ne bo težko dobiti.
- Podatkovni list za sklop Darlington ULN2003

Če morate nadzorovati naprave AC (najpogosteje 220v), potem je vse bolj zapleteno, vendar ne veliko.

2.1 Povezava obremenitve z uporabo releja.
Najenostavnejša in verjetno najbolj zanesljiva povezava je uporaba releja. Sama tuljava releja je visokotokovno breme, zato je ne morete priključiti neposredno na mikrokrmilnik. Rele lahko povežete preko polja ali bipolarnega tranzistorja ali preko istega ULN2003, če potrebujete več kanalov.

Prednosti te metode so visok preklopni tok (odvisno od izbranega releja), galvanska izolacija. Slabosti: omejena hitrost/pogostost aktivacije in mehanska obraba delov.
Nima smisla priporočati nekaj za uporabo - relejev je veliko, izberite glede na zahtevane parametre in ceno.

2.2 Povezava obremenitve z uporabo triaka (triaka).
Če morate nadzorovati močno obremenitev izmeničnega toka in še posebej, če morate nadzorovati moč, ki se dovaja obremenitvi (dimerji), potem preprosto ne morete storiti brez uporabe triaka (ali triaka). Triac se odpre s kratkim tokovnim impulzom skozi krmilno elektrodo (za negativne in pozitivne polvalove napetosti). Triak se sam zapre, ko na njem ni napetosti (ko gre napetost čez ničlo). Tu se začnejo težave. Mikrokrmilnik mora nadzorovati trenutek, ko napetost preide skozi ničlo in v točno določenem trenutku poslati impulz za odpiranje triaka - to je konstantna zasedenost regulatorja. Druga težava je pomanjkanje galvanske izolacije v triaku. To morate storiti na ločenih elementih, kar zaplete vezje.

Čeprav so sodobni triaki krmiljeni z dokaj nizkim tokom in jih je mogoče neposredno (preko omejevalnega upora) povezati z mikrokontrolerjem, jih je zaradi varnosti treba vklopiti prek optičnih ločilnih naprav. Poleg tega to ne velja samo za krmilna vezja triaka, ampak tudi za ničelna kontrolna vezja.

Precej dvoumen način povezovanja tovora. Ker po eni strani zahteva aktivno sodelovanje mikrokrmilnika in razmeroma zapleteno zasnovo vezja. Po drugi strani pa vam omogoča zelo prilagodljivo manipuliranje z bremenom. Druga pomanjkljivost uporabe triakov je veliko število digitalni šum, ki nastane med njihovim delovanjem - potrebna so dušilna vezja.

Triacs so precej razširjeni in na nekaterih področjih so preprosto nenadomestljivi, zato jih ni težko dobiti. Triacs tipa BT138 se zelo pogosto uporabljajo v radioamaterstvu.