สวัสดีผู้อ่านที่รัก ในบทความนี้เราจะดูความแตกต่าง ทรานซิสเตอร์สนามผลจากไบโพลาร์เราจะพบว่าทรานซิสเตอร์ทั้งสองตัวใช้ในพื้นที่ใด

เอาล่ะ มาเริ่มกันเลย…

ในบรรดาอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ มีสองกลุ่มใหญ่ ซึ่งรวมถึงสนาม-สนามและไบโพลาร์ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์และวิทยุในฐานะเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องขยายสัญญาณ และตัวแปลงสัญญาณไฟฟ้า เพื่อให้เข้าใจถึงความแตกต่างที่สำคัญระหว่างอุปกรณ์เหล่านี้จำเป็นต้องพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติม

ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์

บริเวณตัวนำของโครงสร้างประกอบด้วยชิ้นส่วนเซมิคอนดักเตอร์ "บัดกรี" สามส่วน สลับกันตามประเภทของการนำไฟฟ้า เซมิคอนดักเตอร์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าของผู้บริจาค (อิเล็กทรอนิกส์) ถูกกำหนดให้เป็น n-type และมีค่าการนำไฟฟ้าของตัวรับ (รู) - p-type ดังนั้นเราจึงสามารถสังเกตตัวเลือกการสลับได้เพียงสองตัวเลือกเท่านั้น - p-n-p หรือ n-p-n จากคุณสมบัตินี้ ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ที่มีโครงสร้าง n-p-n และ p-n-p มีความโดดเด่น

ส่วนทั่วไปของชิปทรานซิสเตอร์ที่สัมผัสกับอีกสองตัวเรียกว่า "ฐาน" อีกสองคนคือ "นักสะสม" และ "ตัวปล่อย" ระดับความอิ่มตัวของฐานที่มีตัวพาประจุ (อิเล็กตรอนหรือตำแหน่งว่างของอิเล็กตรอน "รู") จะกำหนดระดับการนำไฟฟ้าของคริสตัลทรานซิสเตอร์ทั้งหมด ดังนั้นการนำไฟฟ้าของการเปลี่ยนทรานซิสเตอร์จึงถูกควบคุมซึ่งช่วยให้สามารถใช้เป็นองค์ประกอบขยายสัญญาณหรือสวิตช์ได้

ทรานซิสเตอร์สนามผล

ส่วนนำไฟฟ้าของโครงสร้างคือช่องเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p หรือ n ในโลหะ กระแสโหลดไหลผ่านช่องผ่านอิเล็กโทรดที่เรียกว่า "เดรน" และ "แหล่งที่มา" พื้นที่หน้าตัดของช่องนำไฟฟ้าและความต้านทานขึ้นอยู่กับแรงดันย้อนกลับที่จุดเชื่อมต่อ p-n ของส่วนต่อประสานโลหะและเซมิคอนดักเตอร์ของช่อง อิเล็กโทรดควบคุมที่เชื่อมต่อกับพื้นที่โลหะเรียกว่า "เกต"

ช่องทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามสามารถเชื่อมต่อทางไฟฟ้ากับโลหะประตู - ประตูที่ไม่หุ้มฉนวนหรือสามารถแยกออกจากช่องด้วยอิเล็กทริกบาง ๆ - ประตูฉนวน

ทรานซิสเตอร์ตัวไหนดีกว่ากัน field-effect หรือ bipolar?

ดังนั้นเราจึงได้เรียนรู้ว่าความแตกต่างที่สำคัญระหว่างทรานซิสเตอร์ทั้งสองประเภทนี้คือการควบคุม ลองดูข้อดีอื่น ๆ ของทรานซิสเตอร์สนามผลเมื่อเปรียบเทียบกับทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์:

• ความต้านทานอินพุตสูงสำหรับกระแสตรงและ ความถี่สูงดังนั้นการสูญเสียการควบคุมเล็กน้อย
• ประสิทธิภาพสูง (เนื่องจากไม่มีการสะสมและการสลายของพาหะรายย่อย)
• การแยกทางไฟฟ้าของวงจรอินพุตและเอาต์พุตเกือบสมบูรณ์ ความสามารถในการส่งผ่านต่ำ เนื่องจากคุณสมบัติการขยายของทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามนั้นเกิดจากการถ่ายโอนของพาหะประจุหลัก ขีด จำกัด บนของการขยายที่มีประสิทธิผลนั้นสูงกว่าของไบโพลาร์
• ลักษณะกำลังสองของโวลต์-แอมแปร์ (คล้ายกับไตรโอด)
• เสถียรภาพที่อุณหภูมิสูง
• ระดับเสียงรบกวนต่ำ เนื่องจากทรานซิสเตอร์แบบ Field-Effect ไม่ได้ใช้ปรากฏการณ์การฉีดสารพาหะประจุส่วนน้อย ซึ่งทำให้ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ “มีเสียงดัง”
• การใช้พลังงานต่ำ

การสะสมและการสลายของตัวพาประจุส่วนน้อยนั้นหายไปในทรานซิสเตอร์แบบสนามแม่เหล็ก ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมประสิทธิภาพของพวกมันจึงสูงมาก (ตามที่ระบุไว้โดยผู้พัฒนาอุปกรณ์ไฟฟ้า) และเนื่องจากตัวพาประจุหลักที่ถูกถ่ายโอนมีหน้าที่รับผิดชอบในการขยายในทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนาม ขีดจำกัดบนของการขยายที่มีประสิทธิผลสำหรับทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามจึงสูงกว่าสำหรับทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์

ที่นี่เราสังเกตความเสถียรที่อุณหภูมิสูง การรบกวนในระดับต่ำ (เนื่องจากไม่มีการฉีดพาหะประจุส่วนน้อย เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นในไบโพลาร์) และประสิทธิภาพในแง่ของการใช้พลังงาน

กระแสหรือสนาม, การควบคุมทรานซิสเตอร์

สำหรับคนส่วนใหญ่ที่จัดการกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง อุปกรณ์พื้นฐานควรรู้จักทรานซิสเตอร์ภาคสนามและไบโพลาร์ อย่างน้อยจากชื่อ "ทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนาม" ก็เห็นได้ชัดว่ามันถูกควบคุมโดยสนาม สนามไฟฟ้าประตูในขณะที่ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ถูกควบคุมโดยกระแสฐาน

ปัจจุบันและภาคสนาม ความแตกต่างที่นี่คือสิ่งสำคัญ ในทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ กระแสคอลเลกเตอร์จะถูกควบคุมโดยการเปลี่ยนกระแสควบคุมพื้นฐาน ในขณะที่เพื่อควบคุมกระแสเดรนของทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนาม ก็เพียงพอที่จะเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ระหว่างเกตและแหล่งกำเนิด และไม่มีกระแสควบคุมเช่นนี้ จำเป็น

ปฏิกิริยาต่อความร้อนที่แตกต่างกัน

สำหรับทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทานของตัวสะสม-ตัวปล่อยจะเป็นลบ (นั่นคือ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความต้านทานจะลดลง และกระแสของตัวสะสม-ตัวส่งสัญญาณจะเพิ่มขึ้น) สำหรับทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามแม่เหล็ก สิ่งที่ตรงกันข้ามจะเป็นจริง - ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของแหล่งเดรนเป็นค่าบวก (เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความต้านทานจะเพิ่มขึ้น และกระแสของแหล่งเดรนจะลดลง)

ผลที่ตามมาที่สำคัญของข้อเท็จจริงข้อนี้คือหากทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ไม่สามารถเชื่อมต่อแบบขนานได้ (เพื่อเพิ่มพลังงาน) โดยไม่มีตัวต้านทานปรับสมดุลกระแสในวงจรตัวปล่อยดังนั้นด้วยทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามทุกอย่างจะง่ายกว่ามาก - ต้องขอบคุณระบบอัตโนมัติ การปรับสมดุลของกระแสเดรน-ซอร์สเมื่อโหลด/ความร้อนเปลี่ยนแปลง - สามารถเปิดพร้อมกันได้อย่างอิสระโดยไม่ต้องปรับตัวต้านทานให้เท่ากัน มันเชื่อมต่อกับ คุณสมบัติอุณหภูมิ ทางแยกพีเอ็นและเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p- หรือ n อย่างง่าย ด้วยเหตุนี้ ทรานซิสเตอร์ภาคสนามจึงมีโอกาสน้อยที่จะพบกับความร้อนเอาท์พุตที่ไม่สามารถย้อนกลับได้มากเท่ากับทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์

ดังนั้น เพื่อให้ได้กระแสสวิตชิ่งที่สูง คุณสามารถประกอบสวิตช์คอมโพสิตจากทรานซิสเตอร์ฟิลด์เอฟเฟกต์แบบขนานหลายตัว ซึ่งใช้งานจริงในสถานที่หลายแห่ง เช่น ในอินเวอร์เตอร์

แต่ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ไม่สามารถขนานกันได้ พวกมันต้องการตัวต้านทานปรับสมดุลกระแสในวงจรอีซีแอลอย่างแน่นอน มิฉะนั้น เนื่องจากความไม่สมดุลในสวิตช์คอมโพสิตที่ทรงพลัง ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ตัวใดตัวหนึ่งจะประสบกับการสลายตัวทางความร้อนที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ไม่ช้าก็เร็ว คีย์คอมโพสิตของฟิลด์แทบจะไม่ได้รับผลกระทบจากปัญหานี้ ลักษณะเหล่านี้ คุณสมบัติทางความร้อนมีความเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติของทางแยก n- และ p-channel และทางแยก p-n แบบธรรมดา ซึ่งแตกต่างอย่างสิ้นเชิง

พื้นที่ใช้งานของทรานซิสเตอร์เหล่านี้และทรานซิสเตอร์อื่นๆ

ความแตกต่างระหว่างทรานซิสเตอร์ภาคสนามและทรานซิสเตอร์สองขั้วแยกขอบเขตการใช้งานอย่างชัดเจน ตัวอย่างเช่น ในวงจรไมโครดิจิทัล ซึ่งจำเป็นต้องใช้กระแสไฟขั้นต่ำในสถานะสแตนด์บาย ทรานซิสเตอร์แบบฟิลด์เอฟเฟกต์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นในปัจจุบัน ในวงจรไมโครแอนะล็อก ทรานซิสเตอร์สนามผลช่วยให้ได้คุณสมบัติการขยายเชิงเส้นสูงในช่วงแรงดันไฟฟ้าและพารามิเตอร์เอาท์พุตที่หลากหลาย

ปัจจุบันวงจรแบบม้วนต่อม้วนถูกนำมาใช้อย่างสะดวกด้วยทรานซิสเตอร์แบบสนามแม่เหล็ก เนื่องจากการแกว่งของแรงดันไฟฟ้าของเอาต์พุตเป็นสัญญาณสำหรับอินพุตนั้นทำได้ง่าย โดยเกือบจะสอดคล้องกับระดับแรงดันไฟฟ้าของวงจร วงจรดังกล่าวสามารถเชื่อมต่อเอาต์พุตของวงจรหนึ่งเข้ากับอินพุตของอีกวงจรหนึ่งได้ และไม่จำเป็นต้องใช้ตัวจำกัดแรงดันไฟฟ้าหรือตัวแบ่งตัวต้านทาน

สำหรับทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ การใช้งานโดยทั่วไปยังคงอยู่: แอมพลิฟายเออร์ สเตจ โมดูเลเตอร์ อุปกรณ์ตรวจจับ อินเวอร์เตอร์ลอจิก และวงจรไมโครลอจิกของทรานซิสเตอร์

สนามชนะเพราะอะไร?

ตัวอย่างที่โดดเด่นของอุปกรณ์ที่ใช้ทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนาม ได้แก่ นาฬิกาข้อมืออิเล็กทรอนิกส์และรีโมทคอนโทรล รีโมทสำหรับทีวี เนื่องจากการใช้โครงสร้าง CMOS อุปกรณ์เหล่านี้จึงสามารถทำงานได้นานหลายปีโดยใช้แหล่งพลังงานขนาดเล็กเพียงแหล่งเดียว - แบตเตอรี่หรือตัวสะสม เนื่องจากแทบไม่ใช้พลังงานเลย

ปัจจุบันมีการค้นพบทรานซิสเตอร์แบบ Field-Effect มากขึ้นเรื่อยๆ ประยุกต์กว้างในอุปกรณ์วิทยุต่าง ๆ ซึ่งพวกเขาสามารถแทนที่ไบโพลาร์ได้สำเร็จแล้ว การใช้งานในอุปกรณ์ส่งสัญญาณวิทยุทำให้สามารถเพิ่มความถี่ของสัญญาณพาหะได้ทำให้อุปกรณ์ดังกล่าวมีภูมิคุ้มกันสัญญาณรบกวนสูง

มีความต้านทานออนต่ำใช้ในขั้นตอนสุดท้ายของเครื่องขยายสัญญาณเสียงกำลังสูง (Hi-Fi) ซึ่งสามารถเปลี่ยนทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์และแม้แต่หลอดสุญญากาศได้สำเร็จอีกครั้ง

ในอุปกรณ์ต่างๆ พลังงานสูงตัวอย่างเช่น ในมอเตอร์ซอฟต์สตาร์ท ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์เกตแบบหุ้มฉนวน (IGBT) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่รวมทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์และทรานซิสเตอร์แบบสนามแม่เหล็กเข้าด้วยกัน ได้ประสบความสำเร็จในการแทนที่ไทริสเตอร์แล้ว

วิดีโอ ความแตกต่างระหว่างทรานซิสเตอร์แบบ Field-Effect และแบบไบโพลาร์

ที่นี่ฉันแยกสิ่งสำคัญดังกล่าวออกมา คำถามเชิงปฏิบัติเช่นการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์อินดัคทีฟกับเอาต์พุตทรานซิสเตอร์ซึ่งในสมัยใหม่ อุปกรณ์อุตสาหกรรม- ทุกที่. นอกจากนี้ ยังมีคำแนะนำการใช้งานจริงสำหรับเซ็นเซอร์และลิงก์ไปยังตัวอย่างต่างๆ อีกด้วย

หลักการเปิดใช้งาน (การทำงาน) ของเซ็นเซอร์สามารถเป็นอะไรก็ได้ - อุปนัย (ความใกล้เคียง), ออปติคัล (โฟโตอิเล็กทริค) ฯลฯ

ส่วนแรกที่อธิบายไว้ ตัวเลือกที่เป็นไปได้เอาท์พุทเซ็นเซอร์ ไม่น่าจะมีปัญหาในการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์กับหน้าสัมผัส (เอาต์พุตรีเลย์) แต่ด้วยทรานซิสเตอร์และการเชื่อมต่อกับคอนโทรลเลอร์ไม่ใช่ทุกอย่างจะง่ายนัก

ด้านล่างนี้เป็นไดอะแกรมสำหรับเชื่อมต่อเซ็นเซอร์กับเอาต์พุตทรานซิสเตอร์ โหลด - ตามกฎแล้วนี่คืออินพุตของคอนโทรลเลอร์

เซนเซอร์ โหลด (โหลด) เชื่อมต่อตลอดเวลากับ "ลบ" (0V) การจ่ายไฟแยก "1" (+V) จะถูกเปลี่ยนโดยทรานซิสเตอร์ เซ็นเซอร์ NO หรือ NC - ขึ้นอยู่กับวงจรควบคุม (วงจรหลัก)

เซนเซอร์ โหลด (โหลด) เชื่อมต่อกับ "บวก" (+V) อย่างต่อเนื่อง ที่นี่ ระดับแอคทีฟ ("1") ที่เอาต์พุตเซ็นเซอร์ต่ำ (0V) ในขณะที่กำลังจ่ายให้กับโหลดผ่านทรานซิสเตอร์ที่เปิดอยู่

ฉันขอเรียกร้องให้ทุกคนอย่าสับสน การดำเนินการของแผนงานเหล่านี้จะอธิบายโดยละเอียดด้านล่าง

แผนภาพด้านล่างแสดงสิ่งเดียวกันโดยพื้นฐาน เน้นที่ความแตกต่างในวงจรเอาต์พุต PNP และ NPN

ในภาพด้านซ้ายมีเซ็นเซอร์พร้อมทรานซิสเตอร์เอาท์พุต เอ็นพีเอ็น- สลับแล้ว สายสามัญซึ่งในกรณีนี้คือสายลบของแหล่งจ่ายไฟ

ด้านขวาเป็นเคสที่มีทรานซิสเตอร์ พีเอ็นพีที่ทางออก กรณีนี้เป็นกรณีที่พบบ่อยที่สุดเนื่องจากในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่เป็นเรื่องปกติที่จะต้องสร้างสายลบของแหล่งจ่ายไฟร่วมกันและเปิดใช้งานอินพุตของตัวควบคุมและอุปกรณ์บันทึกอื่น ๆ ที่มีศักยภาพเชิงบวก

จะตรวจสอบเซ็นเซอร์อุปนัยได้อย่างไร?

ในการทำเช่นนี้คุณจะต้องจ่ายไฟให้กับมันนั่นคือเชื่อมต่อกับวงจร จากนั้น - เปิดใช้งาน (เริ่มต้น) มัน เมื่อเปิดใช้งาน ไฟแสดงสถานะจะสว่างขึ้น แต่ข้อบ่งชี้ไม่รับประกัน การดำเนินงานที่เหมาะสมเซ็นเซอร์อุปนัย คุณต้องเชื่อมต่อโหลดและวัดแรงดันไฟฟ้าที่โหลดเพื่อให้แน่ใจ 100%

การเปลี่ยนเซ็นเซอร์

ตามที่ฉันได้เขียนไปแล้ว มีเซนเซอร์พื้นฐาน 4 ประเภทที่มีเอาต์พุตทรานซิสเตอร์ ซึ่งแบ่งตาม โครงสร้างภายในและแผนภาพการเชื่อมต่อ:

• เลขที่ พี.เอ็น.พี
• พีเอ็นพี เอ็นซี
• เลขที่ พี.เอ็น
• เอ็นพีเอ็น เอ็นซี

เซ็นเซอร์ประเภทนี้ทั้งหมดสามารถแทนที่กันได้เช่น พวกมันใช้แทนกันได้

สิ่งนี้ถูกนำไปใช้ในลักษณะต่อไปนี้:

• การเปลี่ยนแปลงอุปกรณ์เริ่มต้น - การออกแบบมีการเปลี่ยนแปลงทางกลไก
• การเปลี่ยนวงจรเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ที่มีอยู่
• การสลับประเภทของเอาต์พุตเซ็นเซอร์ (หากมีสวิตช์ดังกล่าวบนตัวเซ็นเซอร์)
• การตั้งโปรแกรมโปรแกรมใหม่ - การเปลี่ยนระดับที่ใช้งานอยู่ ป้อนข้อมูลที่ได้รับ, การเปลี่ยนอัลกอริธึมของโปรแกรม

ด้านล่างนี้คือตัวอย่างวิธีที่คุณสามารถเปลี่ยนเซ็นเซอร์ PNP เป็น NPN ได้โดยการเปลี่ยนแผนภาพการเชื่อมต่อ:

การทดแทน PNP-NPN ด้านซ้ายคือไดอะแกรมต้นฉบับ ด้านขวาคือไดอะแกรมที่แก้ไข

การทำความเข้าใจการทำงานของวงจรเหล่านี้จะช่วยให้เข้าใจข้อเท็จจริงที่ว่าทรานซิสเตอร์คืออะไร องค์ประกอบสำคัญซึ่งสามารถแสดงได้ด้วยหน้าสัมผัสรีเลย์ธรรมดา (ตัวอย่างอยู่ด้านล่างในรูปแบบ)

ดังนั้นแผนภาพจึงอยู่ทางด้านซ้าย สมมติว่าประเภทเซนเซอร์คือ NO จากนั้น (โดยไม่คำนึงถึงประเภทของทรานซิสเตอร์ที่เอาต์พุต) เมื่อเซ็นเซอร์ไม่ทำงาน "หน้าสัมผัส" เอาต์พุตของเซ็นเซอร์จะเปิดและไม่มีกระแสไหลผ่านเซ็นเซอร์เหล่านั้น เมื่อเซ็นเซอร์ทำงาน หน้าสัมผัสจะถูกปิด และผลที่ตามมาทั้งหมด แม่นยำยิ่งขึ้นด้วยกระแสที่ไหลผ่านหน้าสัมผัสเหล่านี้)) กระแสที่ไหลทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมโหลด

โหลดภายในจะแสดงด้วยเส้นประด้วยเหตุผล มีตัวต้านทานนี้อยู่ แต่ไม่รับประกันว่าจะมีตัวต้านทานอยู่หรือไม่ การทำงานที่มั่นคงเซ็นเซอร์ เซ็นเซอร์จะต้องเชื่อมต่อกับอินพุตของตัวควบคุมหรือโหลดอื่น ๆ ความต้านทานของอินพุตนี้คือโหลดหลัก

หากไม่มีโหลดภายในในเซ็นเซอร์ และตัวสะสม "ค้างอยู่ในอากาศ" จะเรียกว่า "วงจรตัวสะสมแบบเปิด" วงจรนี้ใช้งานได้กับโหลดที่เชื่อมต่อเท่านั้น

บางทีนี่อาจจะน่าสนใจ:

ดังนั้นในวงจรที่มีเอาต์พุต PNP เมื่อเปิดใช้งานแรงดันไฟฟ้า (+V) จะถูกส่งไปยังอินพุตคอนโทรลเลอร์ผ่านทรานซิสเตอร์แบบเปิดและจะถูกเปิดใช้งาน เราจะบรรลุผลเช่นเดียวกันกับเอาต์พุต NPN ได้อย่างไร

มีสถานการณ์เมื่อ เซ็นเซอร์ที่ต้องการไม่อยู่ในมือ แต่เครื่องน่าจะทำงานได้ "ตอนนี้"

เราดูการเปลี่ยนแปลงในแผนภาพทางด้านขวา ประการแรกจะรับประกันโหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์เอาท์พุตเซ็นเซอร์ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ตัวต้านทานเพิ่มเติมจะถูกเพิ่มเข้าไปในวงจร โดยทั่วไปความต้านทานจะอยู่ที่ประมาณ 5.1 - 10 kOhm ในตอนนี้ เมื่อเซ็นเซอร์ไม่ทำงาน แรงดันไฟฟ้า (+V) จะถูกจ่ายให้กับอินพุตของคอนโทรลเลอร์ผ่านตัวต้านทานเพิ่มเติม และอินพุตของคอนโทรลเลอร์จะถูกเปิดใช้งาน เมื่อเซ็นเซอร์ทำงาน จะมีเลข “0” แยกกันที่อินพุตตัวควบคุม เนื่องจากอินพุตของตัวควบคุมถูกสับเปลี่ยนเปิด ทรานซิสเตอร์ NPNและกระแสของตัวต้านทานเพิ่มเติมเกือบทั้งหมดไหลผ่านทรานซิสเตอร์นี้

ใช่ ไม่ใช่สิ่งที่เราต้องการอย่างแน่นอน ในกรณีนี้ จะเกิดการเปลี่ยนขั้นตอนการทำงานของเซ็นเซอร์ แต่เซ็นเซอร์ทำงานในโหมด และผู้ควบคุมจะได้รับข้อมูล ในกรณีส่วนใหญ่ก็เพียงพอแล้ว ตัวอย่างเช่น ในโหมดการนับชีพจร - เครื่องวัดวามเร็วหรือจำนวนชิ้นงาน

ทำอย่างไรจึงจะมีฟังก์ชันการทำงานเต็มรูปแบบ? วิธีที่ 1 - เคลื่อนย้ายหรือสร้างแผ่นโลหะใหม่ (ตัวกระตุ้น) โดยอัตโนมัติ หรือช่องว่างของแสงหากเรากำลังพูดถึงเซ็นเซอร์ออปติคอล วิธีที่ 2 คือการตั้งโปรแกรมอินพุตคอนโทรลเลอร์ใหม่เพื่อให้ Discrete “0” เป็นสถานะแอ็คทีฟของคอนโทรลเลอร์ และ “1” เป็นสถานะพาสซีฟ หากคุณมีแล็ปท็อป วิธีที่สองก็เร็วและง่ายกว่า

สัญลักษณ์เซ็นเซอร์ความใกล้ชิด

บน แผนภาพวงจรเซ็นเซอร์อุปนัย (เซ็นเซอร์ความใกล้ชิด) ถูกกำหนดให้แตกต่างกัน แต่สิ่งสำคัญคือมีสี่เหลี่ยมจัตุรัสหมุน 45° และมีเส้นแนวตั้งสองเส้นอยู่ในนั้น ดังแผนภาพที่แสดงด้านล่างนี้

ไม่มีเซ็นเซอร์ NC แผนผัง

ในแผนภาพด้านบนจะมีหน้าสัมผัสเปิดแบบปกติ (NO) (ทรานซิสเตอร์ PNP ที่กำหนดตามอัตภาพ) โดยปกติแล้ววงจรที่สองจะปิด และวงจรที่สามจะมีหน้าสัมผัสทั้งคู่ในตัวเครื่องเดียว

รหัสสีของสายเซนเซอร์

มีอยู่ ระบบมาตรฐานเครื่องหมายเซ็นเซอร์ ผู้ผลิตทุกรายในปัจจุบันยึดมั่นในเรื่องนี้

อย่างไรก็ตาม ก่อนการติดตั้ง เป็นความคิดที่ดีที่จะตรวจสอบให้แน่ใจว่าการเชื่อมต่อนั้นถูกต้องโดยอ้างอิงจากคู่มือการเชื่อมต่อ (คำแนะนำ) นอกจากนี้ตามกฎแล้วสีของสายไฟจะถูกระบุบนเซ็นเซอร์เองหากขนาดอนุญาต

นี่คือเครื่องหมาย

สีน้ำเงิน - กำลังลบ

สีน้ำตาล-พลัส

สีดำ - ออก

สีขาว - เอาต์พุตที่สองหรืออินพุตควบคุมคุณต้องดูคำแนะนำ

ระบบการกำหนดเซ็นเซอร์อุปนัย

ประเภทของเซ็นเซอร์ระบุด้วยรหัสตัวอักษรดิจิทัล ซึ่งเข้ารหัสพารามิเตอร์หลักของเซ็นเซอร์ ด้านล่างนี้คือระบบการติดฉลากสำหรับเซ็นเซอร์ Autonics ยอดนิยม

ดาวน์โหลดคำแนะนำและคู่มือสำหรับเซ็นเซอร์อินดักทีฟบางประเภท:

/ เซ็นเซอร์อุปนัยใกล้เข้ามา คำอธิบายโดยละเอียดพารามิเตอร์, pdf, 135.28 kB, ดาวน์โหลด: 1183 ครั้ง/

เซ็นเซอร์จริง

การซื้อเซ็นเซอร์เป็นปัญหา เนื่องจากผลิตภัณฑ์มีความเฉพาะเจาะจง และช่างไฟฟ้าจะไม่จำหน่ายเซ็นเซอร์เหล่านี้ในร้านค้า หรือคุณสามารถซื้อได้ในประเทศจีนผ่าน AliExpress

ขอขอบคุณทุกท่านที่ให้ความสนใจ ฉันหวังว่าจะมีคำถามเกี่ยวกับการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ในความคิดเห็น!

06 ม.ค. 2560

ในทางปฏิบัติ มักมีความจำเป็นต้องควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้ากำลังแรงบางชนิดโดยใช้วงจรดิจิทัล (เช่น ไมโครคอนโทรลเลอร์) นี่อาจเป็น LED ที่ทรงพลังซึ่งกินกระแสไฟสูงหรืออุปกรณ์ที่ใช้พลังงานจากเครือข่าย 220 V ลองพิจารณาวิธีแก้ปัญหาทั่วไปสำหรับปัญหานี้

ประเภทของการควบคุม

ตามอัตภาพสามารถแยกแยะวิธีการได้สามกลุ่ม:

1. การจัดการโหลด กระแสตรง.
   • สวิตช์ทรานซิสเตอร์ที่ใช้ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์
   • สวิตช์ทรานซิสเตอร์ที่ใช้ทรานซิสเตอร์ MOS (MOSFET)
   • สวิตช์ทรานซิสเตอร์ IGBT
2. การจัดการโหลด กระแสสลับ.
   • สวิตช์ไทริสเตอร์
   • ไทรแอกคีย์
3. วิธีการสากล
   • รีเลย์

การเลือกวิธีการควบคุมขึ้นอยู่กับทั้งประเภทของโหลดและประเภทของลอจิกดิจิทัลที่ใช้ หากวงจรถูกสร้างขึ้นบนชิป TTL ก็ควรจำไว้ว่าวงจรนั้นถูกควบคุมโดยกระแส ตรงกันข้ามกับ CMOS ซึ่งการควบคุมจะดำเนินการด้วยแรงดันไฟฟ้า บางครั้งก็เป็นเรื่องสำคัญ

สวิตช์ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์

สำหรับปัจจุบัน $I_(LED) = 0(,)075\,A$ กระแสควบคุมควรน้อยกว่า $\beta = 50$ เท่า:

ขอให้เรานำแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมการเปลี่ยนฐานตัวปล่อยให้เท่ากับ $V_(EB) = 0(,)7\,V$

แนวต้านถูกปัดเศษลงเพื่อให้มีระยะขอบปัจจุบัน

ดังนั้นเราจึงพบค่าความต้านทาน R1 และ R2

ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตัน

หากโหลดมีกำลังมากกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านจะสามารถเข้าถึงหลายแอมแปร์ สำหรับทรานซิสเตอร์กำลังสูง ค่าสัมประสิทธิ์ $\beta$ อาจไม่เพียงพอ (ยิ่งกว่านั้นดังที่เห็นได้จากตารางสำหรับทรานซิสเตอร์ที่ทรงพลังนั้นมีขนาดเล็กอยู่แล้ว)

ในกรณีนี้สามารถใช้ทรานซิสเตอร์สองตัวได้ ทรานซิสเตอร์ตัวแรกจะควบคุมกระแส ซึ่งจะเปิดทรานซิสเตอร์ตัวที่สอง วงจรเชื่อมต่อนี้เรียกว่าวงจรดาร์ลิงตัน

ในวงจรนี้ ค่าสัมประสิทธิ์ $\beta$ ของทรานซิสเตอร์สองตัวจะถูกคูณ ส่งผลให้ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนกระแสมีขนาดใหญ่มาก

หากต้องการเพิ่มความเร็วในการปิดของทรานซิสเตอร์ คุณสามารถเชื่อมต่อตัวปล่อยและฐานของแต่ละตัวด้วยตัวต้านทานได้

ความต้านทานจะต้องมีขนาดใหญ่พอที่จะไม่ส่งผลกระทบต่อกระแสไฟฟ้าของตัวปล่อยฐาน ค่าทั่วไปคือ 5…10 kOhm สำหรับแรงดันไฟฟ้า 5…12 V.

ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันมีจำหน่ายในรูปแบบ อุปกรณ์แยกต่างหาก- ตัวอย่างของทรานซิสเตอร์ดังกล่าวแสดงไว้ในตาราง

มิฉะนั้นการทำงานของคีย์จะยังคงเหมือนเดิม

สวิตช์ทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนาม

ในอนาคต เราจะเรียกทรานซิสเตอร์ภาคสนามโดยเฉพาะว่า MOSFET ซึ่งก็คือทรานซิสเตอร์ภาคสนามที่มีเกทหุ้มฉนวน (หรือ MOS หรือ MIS) สะดวกเพราะถูกควบคุมโดยแรงดันไฟฟ้าเท่านั้น: หากแรงดันเกตมากกว่าแรงดันเกณฑ์ทรานซิสเตอร์จะเปิดขึ้น ในกรณีนี้ กระแสควบคุมจะไม่ไหลผ่านทรานซิสเตอร์ในขณะที่เปิดหรือปิด นี่เป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญเหนือทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ ซึ่งกระแสจะไหลตลอดเวลาที่ทรานซิสเตอร์เปิดอยู่

นอกจากนี้ ในอนาคตเราจะใช้ MOSFET แบบ n-channel เท่านั้น (แม้แต่วงจรพุช-พูล) เนื่องจากทรานซิสเตอร์แบบ n-channel ราคาถูกกว่าและมีประสิทธิภาพดีกว่า

วงจรสวิตช์ที่ง่ายที่สุดโดยใช้ MOSFET แสดงอยู่ด้านล่าง

อีกครั้งที่โหลดเชื่อมต่อ "จากด้านบน" เข้ากับท่อระบายน้ำ หากต่อจากด้านล่าง วงจรจะไม่ทำงาน ความจริงก็คือทรานซิสเตอร์จะเปิดขึ้นหากแรงดันไฟฟ้าระหว่างเกตและแหล่งกำเนิดเกินเกณฑ์ เมื่อเชื่อมต่อ "จากด้านล่าง" โหลดจะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าตกเพิ่มเติม และทรานซิสเตอร์อาจไม่เปิดหรือเปิดไม่สุด

ด้วยการควบคุมแบบกดดึง วงจรคายประจุของตัวเก็บประจุจะสร้างวงจร RC ขึ้นจริง กระแสสูงสุดอันดับจะเท่ากัน

โดยที่ $V$ คือแรงดันไฟฟ้าที่ควบคุมทรานซิสเตอร์

ดังนั้นจึงเพียงพอที่จะติดตั้งตัวต้านทาน 100 โอห์มเพื่อจำกัดกระแสประจุและคายประจุไว้ที่ 10 mA แต่ยิ่งความต้านทานของตัวต้านทานมากเท่าไร ตัวต้านทานก็จะเปิดและปิดช้าลงเท่านั้น เนื่องจากค่าคงที่เวลา $\tau = RC$ จะเพิ่มขึ้น นี่เป็นสิ่งสำคัญหากทรานซิสเตอร์เปลี่ยนบ่อยครั้ง ตัวอย่างเช่น ในตัวควบคุม PWM

พารามิเตอร์หลักที่คุณควรคำนึงถึงคือแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ $V_(th)$ กระแสสูงสุดที่ผ่านเดรน $I_D$ และความต้านทานของเดรน-ซอร์ส $R_(DS)$ ของทรานซิสเตอร์แบบเปิด

ด้านล่างนี้เป็นตารางพร้อมตัวอย่างคุณลักษณะของ MOSFET

แบบอย่าง	$V_(th)$	$\สูงสุด\I_D$	$\สูงสุด\R_(DS)$
2N7000	3 ว	200 มิลลิแอมป์	5 โอห์ม
IRFZ44N	4 วี	35 อ	0.0175 โอห์ม
IRF630	4 วี	9 อ	0.4 โอห์ม
IRL2505	2 วี	74 อ	0.008 โอห์ม

ค่าสูงสุดจะได้รับสำหรับ $V_(th)$ ความจริงก็คือสำหรับทรานซิสเตอร์ที่แตกต่างกันแม้จะมาจากแบตช์เดียวกันก็ตามพารามิเตอร์นี้ก็อาจแตกต่างกันอย่างมาก แต่ถ้าค่าสูงสุดคือ 3 V แสดงว่าทรานซิสเตอร์นี้รับประกันว่าจะใช้ในวงจรดิจิตอลที่มีแรงดันไฟฟ้า 3.3 V หรือ 5 V

ความต้านทานของแหล่งระบายของทรานซิสเตอร์รุ่นข้างต้นมีขนาดค่อนข้างเล็ก แต่ควรจำไว้ว่าที่แรงดันไฟฟ้าสูงของโหลดที่ควบคุมแม้สิ่งนี้สามารถนำไปสู่การปล่อยพลังงานที่สำคัญในรูปของความร้อนได้

วงจรสวิตชิ่งอย่างรวดเร็ว

ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว หากแรงดันไฟฟ้าที่เกตสัมพันธ์กับแหล่งกำเนิดเกินแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ ทรานซิสเตอร์จะเปิดขึ้นและความต้านทานของแหล่งกำเนิดเดรนจะต่ำ อย่างไรก็ตามแรงดันไฟฟ้าเมื่อเปิดเครื่องไม่สามารถข้ามไปที่เกณฑ์ได้ทันที และที่ค่าต่ำกว่า ทรานซิสเตอร์จะทำหน้าที่เป็นตัวต้านทานและกระจายความร้อน หากต้องเปิดโหลดบ่อยครั้ง (เช่นในตัวควบคุม PWM) ขอแนะนำให้เปลี่ยนทรานซิสเตอร์จากสถานะปิดเป็นสถานะเปิดและกลับโดยเร็วที่สุด

ให้ความสนใจกับตำแหน่งของโหลดสำหรับทรานซิสเตอร์ n-channel อีกครั้ง - มันอยู่ที่ "ด้านบน" หากคุณวางไว้ระหว่างทรานซิสเตอร์กับกราวด์ เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมโหลด แรงดันไฟฟ้าของแหล่งเกตอาจน้อยกว่าเกณฑ์ ทรานซิสเตอร์จะไม่เปิดอย่างสมบูรณ์ และอาจร้อนเกินไปและล้มเหลว

ไดร์เวอร์ทรานซิสเตอร์สนามผล

หากคุณยังคงต้องเชื่อมต่อโหลดกับทรานซิสเตอร์ n-channel ระหว่างท่อระบายน้ำกับกราวด์ แสดงว่ามีวิธีแก้ปัญหา คุณสามารถใช้ชิปสำเร็จรูป - ไดรเวอร์ด้านสูง ด้านบน - เนื่องจากทรานซิสเตอร์อยู่ด้านบน

นอกจากนี้ยังมีไดรเวอร์ของแขนทั้งบนและล่าง (เช่น IR2151) เพื่อสร้างวงจรพุชพูล แต่ไม่จำเป็นสำหรับการเปิดโหลดเพียงอย่างเดียว นี่เป็นสิ่งจำเป็นหากไม่สามารถทิ้งสิ่งของให้ "แขวนอยู่ในอากาศ" ได้ แต่ต้องดึงลงกับพื้น

ลองดูวงจรไดร์เวอร์ฝั่งสูงโดยใช้ IR2117 เป็นตัวอย่าง

วงจรไม่ซับซ้อนมากและการใช้ไดรเวอร์ทำให้คุณสามารถใช้ทรานซิสเตอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด

ไอจีบีที

อื่น ชั้นเรียนที่น่าสนใจอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่สามารถใช้เป็นสวิตช์ได้คือทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์เกตแบบหุ้มฉนวน (IGBT)

พวกเขารวมข้อดีของทั้งทรานซิสเตอร์ MOS และไบโพลาร์เข้าด้วยกัน: มีการควบคุมแรงดันไฟฟ้าและมีแรงดันไฟฟ้าและกระแสสูงสุดที่อนุญาตในระดับสูง

คุณสามารถควบคุมสวิตช์บน IGBT ได้ในลักษณะเดียวกับสวิตช์บน MOSFET เนื่องจาก IGBT ถูกใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังมากกว่า จึงมักใช้ร่วมกับไดรเวอร์

ตัวอย่างเช่น ตามเอกสารข้อมูล สามารถใช้ IR2117 เพื่อควบคุม IGBT ได้

ตัวอย่าง IGBT คือ IRG4BC30F

การควบคุมโหลดไฟฟ้ากระแสสลับ

รูปแบบก่อนหน้านี้ทั้งหมดมีความโดดเด่นด้วยความจริงที่ว่าโหลดถึงแม้จะทรงพลัง แต่ทำงานบนกระแสตรง วงจรมีการกำหนดกราวด์และสายไฟไว้อย่างชัดเจน (หรือสองเส้น - สำหรับตัวควบคุมและโหลด)

สำหรับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับต้องใช้แนวทางที่แตกต่างกัน สิ่งที่พบบ่อยที่สุดคือการใช้ไทริสเตอร์, ไทรแอกและรีเลย์ เราจะมาดูรีเลย์กันในภายหลัง แต่สำหรับตอนนี้เรามาพูดถึงสองรายการแรกกันดีกว่า

ไทริสเตอร์และไทรแอก

ไทริสเตอร์เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่สามารถมีได้สองสถานะ:

• เปิด - ผ่านกระแส แต่ไปในทิศทางเดียวเท่านั้น
• ปิด - ไม่อนุญาตให้กระแสไหลผ่าน

เนื่องจากไทริสเตอร์ส่งผ่านกระแสในทิศทางเดียวเท่านั้น จึงไม่เหมาะมากสำหรับการเปิดและปิดโหลด ครึ่งหนึ่งของเวลาในแต่ละช่วงเวลากระแสสลับที่อุปกรณ์ไม่ได้ใช้งาน อย่างไรก็ตามไทริสเตอร์สามารถใช้ในเครื่องหรี่ได้ ที่นั่นสามารถใช้เพื่อควบคุมพลังงาน โดยตัดพลังงานที่ต้องการออกจากคลื่นพลังงาน

จริงๆ แล้ว ไทรแอกก็คือไทริสเตอร์แบบสองทิศทาง ซึ่งหมายความว่าอนุญาตให้ส่งผ่านได้ไม่ครึ่งคลื่น แต่เป็นคลื่นเต็มของแรงดันไฟฟ้าโหลด

มีสองวิธีในการเปิด triac (หรือไทริสเตอร์):

• จ่ายกระแสไฟปลดล็อค (อย่างน้อยช่วงสั้น ๆ) ไปยังอิเล็กโทรดควบคุม
• ใช้ไฟฟ้าแรงสูงเพียงพอกับอิเล็กโทรดที่ "ใช้งานได้"

วิธีที่สองไม่เหมาะกับเราเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าจะมีแอมพลิจูดคงที่

หลังจากที่ไทรแอกเปิดขึ้นแล้ว ก็สามารถปิดได้โดยการเปลี่ยนขั้วหรือลดกระแสที่ไหลผ่านให้เหลือค่าน้อยกว่ากระแสยึดที่เรียกว่า แต่เนื่องจากแหล่งจ่ายไฟมาจากกระแสสลับ สิ่งนี้จะเกิดขึ้นโดยอัตโนมัติเมื่อสิ้นสุดครึ่งรอบ

เมื่อเลือก triac สิ่งสำคัญคือต้องคำนึงถึงขนาดของกระแสไฟที่ถือ ($I_H$) หากคุณใช้ไทรแอคอันทรงพลังที่มีกระแสไฟค้างสูง กระแสที่ผ่านโหลดอาจน้อยเกินไป และไทรแอคก็จะไม่เปิด

ไทรแอกคีย์

สำหรับ การแยกกัลวานิกสำหรับวงจรควบคุมและกำลังไฟควรใช้ออปโตคัปเปลอร์หรือไดรเวอร์ไตรแอคพิเศษ ตัวอย่างเช่น MOC3023M หรือ MOC3052

ออปโตคัปเปลอร์เหล่านี้ประกอบด้วย LED อินฟราเรดและโฟโตไทรแอก โฟโตไทรแอกนี้สามารถใช้เพื่อควบคุมสวิตช์ไทรแอคอันทรงพลัง

MOC3052 มีแรงดันไฟฟ้า LED 3V ลดลงและกระแสไฟ 60mA ดังนั้นคุณอาจจำเป็นต้องใช้ LED เพิ่มเติมเมื่อเชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์ สวิตช์ทรานซิสเตอร์.

Triac ในตัวได้รับการออกแบบสำหรับแรงดันไฟฟ้าสูงถึง 600 V และกระแสสูงถึง 1 A ซึ่งเพียงพอที่จะควบคุมพลังอันทรงพลัง เครื่องใช้ในครัวเรือนผ่านไทรแอกกำลังสอง

พิจารณาวงจรสำหรับควบคุมโหลดความต้านทาน (เช่น หลอดไส้)

ดังนั้นออปโตคัปเปลอร์นี้จึงทำหน้าที่เป็นตัวขับไตรแอค

นอกจากนี้ยังมีไดรเวอร์ที่มีตัวตรวจจับเป็นศูนย์ - เช่น MOC3061 พวกเขาเปลี่ยนเฉพาะตอนเริ่มต้นของช่วงเวลาซึ่งช่วยลดการรบกวนในระบบไฟฟ้า

ตัวต้านทาน R1 และ R2 คำนวณตามปกติ ความต้านทานของตัวต้านทาน R3 ถูกกำหนดโดยแรงดันไฟฟ้าสูงสุดในเครือข่ายแหล่งจ่ายไฟและกระแสการปลดล็อคของไทรแอกกำลัง ถ้าคุณเอาอันที่ใหญ่เกินไป triac จะไม่เปิด ถ้าเล็กเกินไปกระแสก็จะไหลไปเปล่าๆ อาจจำเป็นต้องใช้ตัวต้านทานกำลังสูง

จะมีประโยชน์หากจำได้ว่า 220 V ในเครือข่ายไฟฟ้าคือค่าของแรงดันไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ แรงดันไฟฟ้าสูงสุดคือ $\sqrt2 \cdot 220 \ประมาณ 310\,V$

การควบคุมโหลดแบบเหนี่ยวนำ

เมื่อขับโหลดแบบเหนี่ยวนำ เช่น มอเตอร์ไฟฟ้า หรือเมื่อมีเสียงรบกวนในสาย แรงดันไฟฟ้าอาจสูงพอที่จะทำให้ไทรแอกเปิดออกเอง เพื่อต่อสู้กับปรากฏการณ์นี้จำเป็นต้องเพิ่ม snubber ให้กับวงจร - นี่คือตัวเก็บประจุแบบปรับให้เรียบและตัวต้านทานขนานกับ triac

คนดูถูกไม่ได้ปรับปรุงสถานการณ์การปล่อยมลพิษมากนัก แต่ก็ดีกว่าถ้าไม่มีมัน

ตัวเก็บประจุเซรามิกต้องได้รับการออกแบบสำหรับแรงดันไฟฟ้าที่มากกว่าค่าพีคในแหล่งจ่ายไฟ โปรดจำไว้อีกครั้งว่าสำหรับ 220 V นี่คือ 310 V ควรใช้สำรองจะดีกว่า

ค่าทั่วไป: $C_1 = 0(,)01\,uF$, $R_4 = 33\,Ohm$

นอกจากนี้ยังมีรุ่น triac ที่ไม่ต้องใช้คนดูแคลน เช่น BTA06-600C

ตัวอย่างของไทรแอก

ตัวอย่างของไทรแอกแสดงไว้ในตารางด้านล่าง โดยที่ $I_H$ คือกระแสที่ค้างไว้, $\max\ I_(T(RMS))$ คือกระแสสูงสุด, $\max\ V_(DRM)$ คือแรงดันไฟฟ้าสูงสุด, $I_(GT)$ คือกระแสการปลดล็อค .

แบบอย่าง	$I_H$	$\สูงสุด\I_(T(RMS))$	$\สูงสุด\V_(DRM)$	$I_(GT)$
BT134-600D	10 มิลลิแอมป์	4 ก	600 โวลต์	5 มิลลิแอมป์
MAC97A8	10 มิลลิแอมป์	0.6 ก	600 โวลต์	5 มิลลิแอมป์
Z0607	5 มิลลิแอมป์	0.8 ก	600 โวลต์	5 มิลลิแอมป์
บีทีเอ06-600ซี	25 มิลลิแอมป์	6 ก	600 โวลต์	50 มิลลิแอมป์

รีเลย์

รีเลย์แม่เหล็กไฟฟ้า

จากมุมมองของไมโครคอนโทรลเลอร์ รีเลย์เองก็เป็นโหลดที่ทรงพลังและเป็นโหลดแบบอุปนัยด้วย ดังนั้นหากต้องการเปิดหรือปิดรีเลย์คุณต้องใช้สวิตช์ทรานซิสเตอร์เช่น แผนภาพการเชื่อมต่อและการปรับปรุงโครงการนี้ได้ถูกกล่าวถึงก่อนหน้านี้

รีเลย์สร้างความประทับใจด้วยความเรียบง่ายและมีประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่น รีเลย์ HLS8-22F-5VDC ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า 5 V และสามารถสลับโหลดที่ต้องใช้กระแสสูงถึง 15 A

โซลิดสเตตรีเลย์

ข้อได้เปรียบหลักของรีเลย์ - ใช้งานง่าย - ถูกบดบังด้วยข้อเสียหลายประการ:

• นี้ อุปกรณ์เครื่องจักรกลและหน้าสัมผัสอาจสกปรกหรือเชื่อมถึงกัน
• ความเร็วในการเปลี่ยนที่ต่ำกว่า
• กระแสที่ค่อนข้างใหญ่สำหรับการสลับ
• ผู้ติดต่อคลิก

ข้อบกพร่องบางประการเหล่านี้ถูกกำจัดออกไปในสิ่งที่เรียกว่าโซลิดสเตตรีเลย์ อันที่จริงสิ่งเหล่านี้เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีการแยกกัลวานิกซึ่งบรรจุอยู่ภายในวงจรสวิตช์อันทรงพลังที่เต็มเปี่ยม

บทสรุป

ดังนั้นเราจึงมีวิธีควบคุมโหลดเพียงพอในคลังแสงของเราเพื่อแก้ปัญหาเกือบทุกปัญหาที่อาจเกิดขึ้นสำหรับนักวิทยุสมัครเล่น

กุญแจบนไหล่ของคุณ! – คุณสมบัติของการใช้ไดรเวอร์ไฟฟ้าแรงสูงที่ผลิตโดย IR

บรรณาธิการโครงการ

ไดอะแกรมทั้งหมดวาดด้วย KiCAD ช่วงนี้ฉันใช้มันกับโปรเจ็กต์ของฉัน มันสะดวกมาก ฉันแนะนำเลย ด้วยความช่วยเหลือคุณไม่เพียง แต่สามารถวาดวงจรเท่านั้น แต่ยังสามารถออกแบบแผงวงจรพิมพ์ได้อีกด้วย

บทความต่อไปนี้จะรวมอุปกรณ์ที่ต้องควบคุมโหลดภายนอก สำหรับโหลดภายนอก ฉันหมายถึงทุกสิ่งที่ติดอยู่กับขาของไมโครคอนโทรลเลอร์ - ไฟ LED, หลอดไฟ, รีเลย์, มอเตอร์, แอคทูเอเตอร์... เอาล่ะ คุณเข้าใจแล้ว และไม่ว่าหัวข้อนี้จะแฮ็กแค่ไหนเพื่อหลีกเลี่ยงการซ้ำซ้อนในบทความต่อไปนี้ฉันยังคงเสี่ยงที่จะไม่เป็นต้นฉบับ - คุณจะยกโทษให้ฉัน :) ฉันจะแสดงวิธีเชื่อมต่อโหลดที่พบบ่อยที่สุดในรูปแบบการแนะนำสั้น ๆ (ถ้าคุณต้องการเพิ่มอะไรฉันจะดีใจเกินไปเท่านั้น)
ยอมรับทันทีว่าเรากำลังพูดถึงสัญญาณดิจิทัล (ไมโครคอนโทรลเลอร์ยังคงเป็นอุปกรณ์ดิจิทัล) และเราจะไม่เบี่ยงเบนไปจากตรรกะทั่วไป: 1 - รวมอยู่ด้วย, 0 -ปิด. เอาล่ะ.

โหลดไฟฟ้ากระแสตรงประกอบด้วย: ไฟ LED, หลอดไฟ, รีเลย์, มอเตอร์กระแสตรง, เซอร์โว, แอคทูเอเตอร์ต่างๆ ฯลฯ โหลดดังกล่าวเชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์ได้ง่ายที่สุด (และบ่อยที่สุด)

1.1 การเชื่อมต่อ โหลดผ่านตัวต้านทาน
วิธีที่ง่ายที่สุดและอาจใช้บ่อยที่สุดเมื่อพูดถึง LED

จำเป็นต้องมีตัวต้านทานเพื่อจำกัดกระแสที่ไหลผ่านขาไมโครคอนโทรลเลอร์ให้อยู่ในระดับที่อนุญาต 20mA- เรียกว่าบัลลาสต์หรือแดมปิ้ง คุณสามารถคำนวณค่าตัวต้านทานโดยประมาณได้โดยทราบค่าความต้านทานโหลด Rн

การดับ =(5v / 0.02A) – Rн = 250 – รน

อย่างที่คุณเห็นแม้ในกรณีที่เลวร้ายที่สุดเมื่อความต้านทานโหลดเป็นศูนย์ 250 โอห์มก็เพียงพอแล้วเพื่อให้แน่ใจว่ากระแสจะไม่เกิน 20 mA ซึ่งหมายความว่าหากคุณไม่ต้องการนับบางสิ่งที่นั่น ให้ใส่ 300 โอห์มและคุณจะปกป้องพอร์ตจากการโอเวอร์โหลด ข้อดีของวิธีนี้ชัดเจน - ความเรียบง่าย

1.2 การเชื่อมต่อ โหลดโดยใช้ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์
หากเป็นเช่นนั้นโหลดของคุณกินไฟมากกว่า 20mA แน่นอนว่าตัวต้านทานจะไม่ช่วยที่นี่ คุณต้องเพิ่ม (เพิ่มความแข็งแกร่งในการอ่าน) ในปัจจุบัน ใช้อะไรขยายสัญญาณครับ? ขวา. ทรานซิสเตอร์!

ใช้เสริมกำลังได้สะดวกกว่า n-p-nทรานซิสเตอร์ต่อตามวงจร OE- ด้วยวิธีนี้ คุณสามารถเชื่อมต่อโหลดที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าแหล่งจ่ายไฟเข้ากับไมโครคอนโทรลเลอร์ได้ ตัวต้านทานบนฐานมีขีดจำกัด มันสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในช่วงกว้าง (1-10 kOhm) ไม่ว่าในกรณีใดทรานซิสเตอร์จะทำงานในโหมดความอิ่มตัว ทรานซิสเตอร์สามารถเป็นอะไรก็ได้ n-p-nทรานซิสเตอร์. กำไรนั้นแทบไม่เกี่ยวข้องเลย ทรานซิสเตอร์ถูกเลือกตามกระแสของตัวสะสม (กระแสที่เราต้องการ) และแรงดันไฟฟ้าของตัวสะสม-อิมิตเตอร์ (แรงดันไฟฟ้าที่ให้พลังงานแก่โหลด) การกระจายพลังงานก็มีความสำคัญเช่นกัน - เพื่อไม่ให้ร้อนเกินไป

ในบรรดาตัวอักษรทั่วไปและเข้าถึงได้ง่ายคุณสามารถใช้ BC546, BC547, BC548, BC549 กับตัวอักษรใดก็ได้ (100mA) และแม้แต่ KT315 เดียวกันก็ทำได้เช่นกัน (ผู้ที่มีของเหลือจากหุ้นเก่า)
- เอกสารข้อมูลสำหรับทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ BC547

1.3 การเชื่อมต่อ โหลดโดยใช้ทรานซิสเตอร์สนามผล
จะเกิดอะไรขึ้นถ้ากระแสโหลดของเราอยู่ภายในสิบแอมแปร์? ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์จะไม่สามารถใช้งานได้เนื่องจากกระแสควบคุมของทรานซิสเตอร์ดังกล่าวมีขนาดใหญ่และน่าจะเกิน 20 mA เอาท์พุตอาจเป็นทรานซิสเตอร์แบบคอมโพสิต (อ่านด้านล่าง) หรือทรานซิสเตอร์แบบฟิลด์เอฟเฟกต์ (หรือที่รู้จักในชื่อ MOS หรือที่รู้จักในชื่อ MOSFET) ทรานซิสเตอร์สนามแม่เหล็กเป็นเพียงสิ่งมหัศจรรย์ เนื่องจากมันไม่ได้ถูกควบคุมโดยกระแส แต่โดยศักย์ไฟฟ้าที่ประตู ทำให้กระแสประตูด้วยกล้องจุลทรรศน์สามารถควบคุมกระแสโหลดขนาดใหญ่ได้

ทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามแบบ n-channel ใด ๆ ที่เหมาะกับเรา เราเลือกตามกระแสแรงดันและการกระจายพลังงานเช่นเดียวกับไบโพลาร์

เมื่อเปิดทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนาม คุณต้องพิจารณาหลายประเด็น:
- เนื่องจากอันที่จริงแล้วเกทนั้นเป็นตัวเก็บประจุ เมื่อทรานซิสเตอร์เปลี่ยน กระแสขนาดใหญ่จะไหลผ่านมัน (ระยะสั้น) เพื่อจำกัดกระแสเหล่านี้ ให้วางตัวต้านทานจำกัดไว้ที่เกต
— ทรานซิสเตอร์ถูกควบคุมโดยกระแสต่ำ และหากเอาท์พุตของไมโครคอนโทรลเลอร์ที่เกตเชื่อมต่ออยู่ในสถานะ Z อิมพีแดนซ์สูง สวิตช์ฟิลด์จะเริ่มเปิดและปิดอย่างไม่อาจคาดเดาได้ และจับสัญญาณรบกวนได้ เพื่อกำจัดพฤติกรรมนี้ ต้อง "กด" ขาไมโครคอนโทรลเลอร์กับพื้นด้วยตัวต้านทานประมาณ 10 kOhm
ที่สนามเอฟเฟกต์ทรานซิสเตอร์กับพื้นหลังของมันทั้งหมด คุณสมบัติเชิงบวกมีข้อเสียเปรียบ ค่าใช้จ่ายในการควบคุมกระแสไฟฟ้าต่ำคือความช้าของทรานซิสเตอร์ แน่นอนว่ามันจะรองรับ PWM แต่หากเกินความถี่ที่อนุญาต มันจะตอบสนองต่อคุณด้วยความร้อนสูงเกินไป

1.4 การเชื่อมต่อ โหลดโดยใช้ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันแบบผสม
อีกทางเลือกหนึ่งนอกเหนือจากการใช้ทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามสำหรับโหลดกระแสสูงคือการใช้ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันแบบคอมโพสิต ภายนอกเป็นทรานซิสเตอร์ตัวเดียวกับแบบไบโพลาร์ แต่ภายในวงจรปรีแอมพลิฟายเออร์ใช้เพื่อควบคุมทรานซิสเตอร์เอาท์พุตอันทรงพลัง สิ่งนี้ทำให้กระแสต่ำสามารถขับเคลื่อนโหลดที่ทรงพลังได้ การใช้ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันนั้นไม่น่าสนใจเท่ากับการใช้ชุดประกอบของทรานซิสเตอร์ดังกล่าว มีวงจรขนาดเล็กที่ยอดเยี่ยมเช่น ULN2003 ประกอบด้วยทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันมากถึง 7 ตัว ซึ่งแต่ละตัวสามารถโหลดด้วยกระแสสูงถึง 500 mA และสามารถเชื่อมต่อแบบขนานเพื่อเพิ่มกระแสได้

ไมโครเซอร์กิตเชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์ได้ง่ายมาก (เพียงปักหมุดต่อพิน) มีสายไฟที่สะดวก (อินพุตตรงข้ามเอาต์พุต) และไม่จำเป็นต้องเดินสายเพิ่มเติม จากการออกแบบที่ประสบความสำเร็จนี้ ULN2003 จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการฝึกวิทยุสมัครเล่น ดังนั้นการรับมันจึงไม่ใช่เรื่องยาก
- เอกสารข้อมูลสำหรับชุดประกอบ Darlington ULN2003

หากคุณต้องการควบคุมอุปกรณ์ AC (ส่วนใหญ่มักจะเป็น 220v) ทุกอย่างจะซับซ้อนกว่า แต่ก็ไม่มาก

2.1 การเชื่อมต่อ โหลดโดยใช้รีเลย์
การเชื่อมต่อที่ง่ายที่สุดและน่าเชื่อถือที่สุดคือการใช้รีเลย์ คอยล์รีเลย์นั้นเป็นโหลดกระแสสูง ดังนั้นคุณจึงไม่สามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับไมโครคอนโทรลเลอร์ได้ สามารถเชื่อมต่อรีเลย์ผ่านทรานซิสเตอร์แบบฟิลด์เอฟเฟกต์หรือไบโพลาร์ หรือผ่าน ULN2003 เดียวกันได้ หากต้องการหลายช่องสัญญาณ

ข้อดีของวิธีนี้คือกระแสสวิตชิ่งสูง (ขึ้นอยู่กับรีเลย์ที่เลือก) การแยกกัลวานิก ข้อเสีย: ความเร็ว/ความถี่ในการเปิดใช้งานที่จำกัด และการสึกหรอทางกลของชิ้นส่วน
มันไม่สมเหตุสมผลเลยที่จะแนะนำบางอย่างให้ใช้งาน - มีรีเลย์มากมายให้เลือกตามพารามิเตอร์และราคาที่ต้องการ

2.2 การเชื่อมต่อ โหลดใช้ไตรแอค (triac)
หากคุณต้องการควบคุมโหลด AC ที่ทรงพลัง และโดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าคุณต้องการควบคุมพลังงานที่จ่ายให้กับโหลด (ไดเมอร์) คุณก็ทำไม่ได้โดยไม่ต้องใช้ triac (หรือ triac) ไทรแอกถูกเปิดโดยพัลส์กระแสสั้นผ่านอิเล็กโทรดควบคุม (สำหรับครึ่งคลื่นแรงดันลบและบวก) ไทรแอกจะปิดตัวเองเมื่อไม่มีแรงดันไฟฟ้า (เมื่อแรงดันไฟฟ้าผ่านศูนย์) นี่คือจุดเริ่มต้นของความยากลำบาก ไมโครคอนโทรลเลอร์จะต้องควบคุมช่วงเวลาที่แรงดันไฟฟ้าข้ามศูนย์ และในช่วงเวลาที่กำหนดไว้อย่างแม่นยำ ให้ส่งพัลส์เพื่อเปิดไตรแอค - นี่คือการทำงานของคอนโทรลเลอร์คงที่ ปัญหาอีกประการหนึ่งคือการขาดการแยกกัลวานิกในไตรแอค คุณต้องทำในองค์ประกอบที่แยกจากกัน ซึ่งจะทำให้วงจรซับซ้อนขึ้น

แม้ว่าไทรแอกสมัยใหม่จะถูกควบคุมด้วยกระแสไฟฟ้าที่ค่อนข้างต่ำและสามารถเชื่อมต่อได้โดยตรง (ผ่านตัวต้านทานจำกัด) เข้ากับไมโครคอนโทรลเลอร์ แต่ด้วยเหตุผลด้านความปลอดภัย จะต้องเปิดอุปกรณ์เหล่านี้ผ่านอุปกรณ์แยกการเชื่อมต่อด้วยแสง ยิ่งไปกว่านั้น สิ่งนี้ไม่เพียงใช้กับวงจรควบคุมไตรแอคเท่านั้น แต่ยังรวมถึงวงจรควบคุมที่เป็นศูนย์ด้วย

วิธีที่ค่อนข้างคลุมเครือในการเชื่อมต่อโหลด เนื่องจากในอีกด้านหนึ่งจำเป็นต้องมีส่วนร่วมอย่างแข็งขันของไมโครคอนโทรลเลอร์และการออกแบบวงจรที่ค่อนข้างซับซ้อน ในทางกลับกัน ช่วยให้คุณสามารถจัดการโหลดได้อย่างยืดหยุ่นมาก ข้อเสียของการใช้ triac ก็คือ จำนวนมากสัญญาณรบกวนดิจิตอลที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงาน - จำเป็นต้องมีวงจรปราบปราม

ไทรแอกมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย และในบางพื้นที่ก็ไม่สามารถทดแทนได้ ดังนั้นการได้มาจึงไม่ใช่ปัญหา Triacs ประเภท BT138 มักใช้ในวิทยุสมัครเล่น