Транзистор как реле. Электронные ключи на основе реле и транзисторов: принципы работы и применение

Как работают электронные ключи на основе реле и транзисторов. Каковы их основные характеристики и особенности применения. Чем отличаются реле от транзисторов при использовании в качестве электронных переключателей. Какие преимущества и недостатки есть у каждого типа ключей.

Содержание

Реле как электронный ключ: принцип действия и характеристики

Реле представляет собой электромеханическое устройство, которое позволяет управлять мощной нагрузкой с помощью слабого управляющего сигнала. Как работает реле в качестве электронного ключа?

  • При подаче напряжения на обмотку реле создается магнитное поле
  • Магнитное поле притягивает якорь, который механически переключает контакты
  • Контакты замыкают или размыкают силовую цепь с нагрузкой

Основные характеристики реле как электронного ключа:

  • Напряжение срабатывания обмотки (обычно 3-24В)
  • Коммутируемый ток и напряжение контактов
  • Время срабатывания (единицы-десятки миллисекунд)
  • Количество и тип контактных групп (NO, NC, переключающие)

Транзисторы в роли электронных ключей: биполярные и полевые

Транзисторы также широко применяются в качестве электронных ключей. Какие особенности имеют транзисторные ключи?


Биполярные транзисторы

Принцип работы ключа на биполярном транзисторе:

  • При подаче тока в базу открывается канал коллектор-эмиттер
  • Через открытый канал протекает ток нагрузки
  • При снятии тока базы транзистор закрывается

Полевые транзисторы

Особенности ключа на полевом транзисторе:

  • Управляется напряжением на затворе
  • Очень высокое входное сопротивление
  • Малое сопротивление канала в открытом состоянии
  • Высокое быстродействие

Сравнение реле и транзисторов как электронных ключей

Каковы основные отличия реле и транзисторов при использовании в качестве электронных ключей?

ПараметрРелеТранзисторы
Быстродействие Низкое (мс)Высокое (нс-мкс)
Гальваническая развязкаЕстьНет
Коммутируемая мощностьВысокаяСредняя
ГабаритыБольшиеМалые

Области применения реле и транзисторов как электронных ключей

В каких устройствах и системах применяются электронные ключи на основе реле и транзисторов?

Применение реле:

  • Коммутация мощных нагрузок в промышленной автоматике
  • Системы безопасности и сигнализации
  • Управление электродвигателями
  • Коммутация высоковольтных цепей

Применение транзисторных ключей:

  • Импульсные источники питания
  • Управление светодиодами и подсветкой
  • Цифровые схемы и логические элементы
  • Усилители мощности звуковой частоты

Схемы включения транзисторных ключей

Рассмотрим основные схемы включения транзисторов для работы в ключевом режиме:


Схема с общим эмиттером

Наиболее распространенная схема включения биполярного транзистора:

  • Нагрузка включается в коллекторную цепь
  • Управляющий сигнал подается на базу через резистор
  • Эмиттер соединяется с общим проводом

Схема с общим истоком

Типовая схема для полевых транзисторов:

  • Нагрузка включается в цепь стока
  • Управляющее напряжение подается на затвор
  • Исток соединяется с общим проводом

Особенности управления реле от микроконтроллера

При использовании реле совместно с микроконтроллерами следует учитывать ряд моментов:

  • Выходной ток порта микроконтроллера недостаточен для прямого управления реле
  • Необходимо использовать транзисторный ключ для усиления управляющего сигнала
  • Требуется защитный диод параллельно обмотке реле
  • Следует обеспечить гальваническую развязку цепей микроконтроллера и нагрузки

Защита транзисторных ключей от перегрузок

Для повышения надежности работы транзисторных ключей применяются следующие методы защиты:

  • Ограничение тока базы/затвора резисторами
  • Защита от перенапряжений с помощью стабилитронов
  • Снабберные RC-цепочки для подавления выбросов напряжения
  • Тепловая защита с помощью термисторов
  • Ограничение скорости нарастания тока и напряжения

Выбор элементной базы для электронных ключей

На какие параметры следует обращать внимание при выборе компонентов для электронных ключей?


Выбор реле:

  • Напряжение и ток управляющей обмотки
  • Коммутируемый ток и напряжение контактов
  • Количество и тип контактных групп
  • Быстродействие и ресурс срабатываний

Выбор транзисторов:

  • Максимальное напряжение коллектор-эмиттер/сток-исток
  • Максимальный ток коллектора/стока
  • Мощность рассеивания
  • Статические и динамические параметры

Заключение

Электронные ключи на основе реле и транзисторов являются важнейшими элементами современной электроники. Выбор конкретного типа ключа зависит от требований к быстродействию, коммутируемой мощности, габаритам и другим параметрам. Правильное применение электронных ключей позволяет создавать эффективные системы управления различными устройствами и нагрузками.


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

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

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

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

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

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

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

Обычно транзисторы могут коммутировать ток от 0. 15A до 14A при напряжении от 50V до 500V (см. даташит на каждый конкретный транзистор), так что транзистор может переключить мощность до 7 киловатт, если на вход транзистора приложить совсем маленькую мощность — несколько милливатт.

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

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

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

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

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

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

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

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

[Что такое электронное реле]

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

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

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

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

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

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

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

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

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

[Как использовать реле]

Как было уже упомянуто, реле используется для того, чтобы маломощные устройства (электронные компоненты, устройства) могли включать и выключать устройства, которые потребляют намного больше энергии. Самый распространенный пример применения — автомобиль. Теперь Вас не должно удивлять, почему Вы слышите щелчки при включении индикаторной лампочки, потому что Вы знаете — это срабатывает электромагнит реле. Мигания лампочки может создавать маленькая микросхема таймера, например 555 timer (NE555, LM555).

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

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

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

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

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

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

[Что такое транзистор]

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

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

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

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

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

[Как работает транзистор]

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

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

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

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

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

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

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

[Как использовать транзистор]

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

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

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

[Общие замечания по применению реле и транзисторов]

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

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

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

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

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

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

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

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

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

[Ссылки]

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

Ключ на полевом транзисторе своими руками

Пожалуй, даже далёкий от электроники человек слышал, что существует такой элемент, как реле. Простейшее электромагнитное реле содержит в себе электромагнит, при подаче на который напряжения происходит замыкание двух других контактов. С помощью реле мы может коммутировать довольно мощную нагрузку, подавая или наоборот, снимая напряжение с управляющих контактов. Наибольшее распространение получили реле, управляющиеся от 12-ти вольт. Также встречаются реле на напряжение 3, 5, 24 вольта.

Однако коммутировать мощную нагрузку можно не только с помощью реле. В последнее время широкое распространение получили мощные полевые транзисторы. Одно из их главных предназначений – работа в ключевом режиме, т.е. транзистор либо закрыт, либо полностью открыт, когда сопротивление перехода Сток – Исток практически равно нулю. Открыть полевой транзистор можно подав напряжение на затвор относительно его истока. Сравнить работу ключа на полевом транзисторе можно с работой реле – подали напряжение на затвор, транзистор открылся, цепь замкнулась. Сняли напряжение с затвора – цепь разомкнулась, нагрузка обесточена.
При этом ключ на полевом транзисторе имеет перед реле некоторые преимущества, такие, как:
  • Большая долговечность. Довольно часто реле выходят из строя из-за наличия механически подвижных частей, транзистор же при правильных условиях эксплуатации имеет гораздо больший срок службы.
  • Экономичность. Обмотка реле потребляет ток, причём иногда весьма значительный. Затвор транзистора же потребляет ток только в момент подачи на него напряжения, затем он практически не потребляет тока.
  • Отсутствие щелчков при переключении.

Схема


Схема ключа на полевого транзистора представлена ниже:

Резистор R1 в ней является токоограничивающим, он нужен для того, чтобы уменьшить ток, потребляемый затвором в момент открытия, без него транзистор может выйти из строя. Номинал этого резистора можно спокойно изменять в широких пределах, от 10 до 100 Ом, это не скажется на работе схемы.
Резистор R2 подтягивает затвор к истоку, тем самым уравнивая их потенциалы тогда, когда на затвор не подаётся напряжение. Без него затвор останется «висеть в воздухе» и транзистор не сможет гарантированно закрыться. Номинал этого резистора также можно менять в широких пределах – от 1 до 10 кОм.
Транзистор Т1 – полевой N-канальный транзистор. Его нужно выбирать исходя из мощности, потребляемой нагрузкой и величины управляющего напряжения. Если оно меньше 7-ти вольт, следует взять так называемый «логический» полевой транзистор, который надёжно открывает от напряжения 3.3 – 5 вольт. Их можно найти на материнских платах компьютеров. Если управляющее напряжение лежит в пределах 7-15 вольт, можно взять «обычный» полевой транзистор, например, IRF630, IRF730, IRF540 или любые другие аналогичные. При этом следует обратить внимание на такую характеристику, как сопротивление открытого канала. Транзисторы не идеальны, и даже в открытом состоянии сопротивление перехода Сток – Исток не равно нулю. Чаще всего оно составляет сотые доли Ома, что совершенно не критично при коммутации нагрузки небольшой мощности, но весьма существенно при больших токах. Поэтому, чтобы снизить падение напряжения на транзисторе и, соответственно, уменьшить его нагрев, нужно выбирать транзистор с наименьшим сопротивлением открытого канала.
«N» на схеме – какая-либо нагрузка.
Недостатком ключа на транзисторе является то, что он может работать только в цепях постоянного тока, ведь ток идёт только от Стока к Истоку.

Изготовление ключа на полевом транзисторе


Собрать такую простую схему можно и навесным монтажом, но я решил изготовить миниатюрную печатную плату с помощью лазерно-утюжной технологии (ЛУТ). Порядок действий, следующий:
1) Вырезаем кусок текстолита, подходящий под размеры рисунка печатной платы, зачищаем его мелкой наждачной бумагой и обезжириваем спиртом или растворителем.

2) На специальной термотрансферной бумаге печатаем рисунок печатной платы. Можно использовать глянцевую бумагу из журналов или кальку. Плотность тонера на принтере следует выставить максимальную.

3) Переносим рисунок с бумаги на текстолит, используя утюг. При этом следует контролировать, чтобы бумажка с рисунком не смещалась относительно текстолита. Время нагрева зависит от температуры утюга и лежит в пределах 30 – 90 секунд.

4) В итоге на текстолите появляется рисунок дорожек в зеркальном отображении. Если тонер местами плохо прилип к будущей плате, можно подправить огрехи в помощью женского лака для ногтей.

5) Далее, кладём текстолит травиться. Существует множество способов изготовить раствор для травления, я пользуюсь смесью лимонной кислоты, соли и перекиси водорода.

После травления плата приобретает такой вид:

6) Затем необходимо удалить тонер с текстолита, проще всего это сделать с помощью жидкости для снятия лака для ногтей. Можно использовать ацетон и другие подобные растворители, я применил нефтяной сольвент.

7) Дело за малым – теперь осталось просверлить отверстия в нужных местах и залудить плату. После этого она приобретает такой вид:


Плата готова к запаиванию в неё деталей. Потребуются всего два резистора и транзистор.

На плате имеются два контакта для подачи на них управляющего напряжения, два контакта для подключения источника, питающего нагрузку, и два контакта для подключения самой нагрузки. Плата со впаянными деталями выглядит вот так:


В качестве нагрузки для проверки работы схемы я взял два мощных резистора по 100 Ом, включенных параллельно.

Использовать устройство я планирую в связке с датчиком влажности (плата на заднем плане). Именно с него на схему ключа поступает управляющее напряжение 12 вольт. Испытания показали, что транзисторный ключ прекрасно работает, подавая напряжение на нагрузку. Падение напряжение на транзисторе при этом составило 0,07 вольта, что в данном случае совсем не критично. Нагрева транзистора на наблюдается даже при постоянной работе схемы. Успешной сборки!



Скачать плату и схему:
plata.zip [4.93 Kb] (cкачиваний: 1378)

Включение реле через транзисторный ключ

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

Что такое электронный ключ?

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

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

Коммутация нагрузки

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

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

Электромагнитное реле

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

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

Выводы электромагнитного реле

Обычно в электромагнитных реле имеется 5 выводов:

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

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

Как работает электромагнитное реле

Принцип работы электромагнитного реле довольно простой:

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

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

Проводимость транзисторов

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

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

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

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

Транзистор в режиме ключа

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

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

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

Принцип работы транзистора

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

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

Пример работы транзистора в режиме ключа

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

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

Режим насыщения

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

Практические конструкции

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

Работа с микроконтроллерами

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

Применяются несложные конструкции, состоящие из таких элементов:

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

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

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

Использование транзисторов в конструкциях

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

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

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

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

Необходимые компоненты:

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

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

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

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

Порядок подключения:

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

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

С чего все начиналось

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

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

Транзисторный ключ

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

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

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

Условия для работы транзисторного ключа

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

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

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

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

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

Базовая схема транзисторного ключа

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

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

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

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

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

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

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

Второй способ. Добиться того, чтобы UБЭ

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

Расчет транзисторного ключа

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

Для начала можно найти ток базы:

IБ – это базовый ток, в Амперах

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

IK– коллекторный ток, в Амперах

Ну а дальше дело за малым

Это самый простой расчет без всяких заморочек.

Расчет транзисторного ключа на практике

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

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

Транзистор КТ819Б структуры NPN

А вот и его цоколевка

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

Лампочка при питании 6 В светит примерно вот так:

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

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

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

Итак, находим ток базы по формуле

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

P – это мощность в Ваттах

UКЭ – напряжение между коллектором и эмиттером, В

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

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

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

Теперь считаем базовый резистор по формуле:

Берем ближайший из ряда, то есть 1 кОм.

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

Собираем схему и смотрим, как она работает

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

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

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

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

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

Применение транзисторного ключа в связке с МК

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

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

Заключение

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

Почему в автомобиле используется так много реле вместо транзисторов?

Могу ли я сохранить это действительно простым? У автомобиля есть множество условий, при которых он сильно эксплуатируется. И, как указали другие выше, они довольно значительны. Требования включают в себя надежную модель качества компонентов.

Итог … причина для реле над твердотельными устройствами суммируется одним словом.

ЦЕНА.

Предоставлять реле дешевле, чем предоставлять твердотельные устройства для выполнения этой функции. Когда цены на твердотельные устройства будут ниже, чем у реле, производители автомобилей перейдут на твердотельные устройства. Стоимость является основной движущей силой, когда дело доходит до таких решений.

Редактировать:

10-амперное реле стоит в 10 раз дороже, чем 10-амперный автомобильный усилитель мощности. — прохожий

Так что я не совсем уверен, что это справедливое сравнение. Я думаю, что большинство автомобильных реле несут больше тока, чем это. (От 25 до 60 ампер?) Кроме того, помните, что мы полностью изолированы между сигналом и выходом с помощью реле. Предположим, что автопроизводители хотят сохранить эту концепцию изоляции. Сколько будет стоить запуск оптико-изолированного мосфета на 30 А? О, и лучше поместите это в хороший штекер в контейнере, лучше всего, если это идеальная замена для существующего реле.

Кроме того, есть еще один фактор, связанный с ценой. Помните, что где-то есть поставщики, которые инвестировали миллионы и миллионы долларов в автоматизацию и оснащение своих заводов по производству реле. Кроме того, они нанимают целую кучу людей. Как вы думаете, что эти ребята взимают за реле? Ответ: Столько, сколько они думают, что могут сойти с рук. Угадайте, что произойдет, когда производители автомобильного оригинального оборудования (OEM) скажут тем людям, которые думают о переходе на технологию Mosfet … как вы уже догадались, цена сразу падает. Возможно, не имеет значения, что они теряют деньги, у них огромная амортизация, постоянные затраты и много сотрудников.

Меня не удивит, что реальное ценовое преимущество Mosfets над реле задерживается в реализации по чисто деловым причинам, скажем, на пять лет. Меня также не удивило бы, если бы у некоторых из этих компаний были хорошие сделки с OEM-производителями (например, я хочу вложить много денег в мой процесс, чтобы снизить мои затраты на рабочую силу и, следовательно, мою цену для вас, но я сделаю это только в том случае, если У меня есть пятилетнее договорное обязательство по продукту.)

Все своими руками Твердотельное реле своими руками

Опубликовал admin | Дата 18 июля, 2018

Твердотельное реле (ТТР) или Solid State Relay (SSR) — это электронные устройства, которые выполняют те же самые функции, что и электромеханическое реле, но не содержит движущихся частей. Серийные твердотельные реле используют технологии полупроводниковых устройств, таких как тиристоры и транзисторы.

То есть вместо подвижных контактов в ТТР используются электронные полупроводниковые ключи, в которых цепи управления имеют гальваническую развязку с силовыми, коммутируемыми цепями. Благо сейчас переключательных полевых транзисторов приобрести нет никаких проблем. Таким образом, для построения твердотельного реле нам потребуется MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) транзистор, русский эквивалент термина — МОП-транзистор или полевой транзистор с изолированным затвором, и оптрон. На страницах сайта есть статьи, посвященные транзисторным ключам с оптической изоляцией – «Транзисторный ключ переменного тока»

В данной статье рассмотрен ключ для коммутации переменного тока. Используя SMD компоненты по этой схеме можно изготовить ТТР переменного тока. Часть деталей монтируется на печатной плате, которая крепится к алюминиевой положке. Транзисторы устанавливаются на подложку через слюдяные прокладки. Конденсатор С1 лучше брать или танталовый или керамический. Его емкость можно уменьшить.
Еще одна статья – «Транзисторный ключ с оптической развязкой»

В этой схеме к качестве коммутирующих транзисторов используются биполярные транзисторы разных структур.

Есть еще одна схема гальванически развязанного ключа на моп-транзисторе с защитой от предельного тока нагрузки. О нем шла речь в статье «Mощный ключ постоянного тока на полевом транзисторе»

Все это хорошо, если напряжения, с которыми работают ТТР реализованные на MOSFET, позволяют управлять этими полевыми транзисторами. А как быть с коммутацией напряжения, например 3,3 вольта. Для открывания полевого транзистора этого напряжения явно не достаточно. Нужен какой-то преобразователь, способный поднять напряжение управления хотя бы до пяти вольт. Классический импульсный преобразователь использовать для реле – слишком громоздко. Но есть другие преобразователи – оптические, например — TLP590B.

Такие преобразователи на выходе обеспечивают напряжение порядка 9 вольт, что вполне достаточно для управления моп-транзисторами. Из документации на эти преобразователи видно, что они очень маломощные и способные отдать на выходе ток всего лишь порядка 12мкА. У моп-транзисторов есть такой параметр – Заряд затвора – Qg. Пока затвор данного транзистора не получит необходимый заряд – транзистор не начнет открываться. Скорость заряда зависит от тока, который может обеспечить цепь управления, чем больше ток управления, тем быстрее затвор получает необходимый заряд, тем быстрее открывается транзистор. Тем меньше будет время, когда коммутирующий транзистор будет находиться в активной зоне выходной характеристики – тем меньше на нем будет выделяться тепла. Но в нашем случае, когда транзистор работает не в преобразователе, на относительно высоких частотах, а в качестве реле, вкл – выкл, ток в 12 мкА будет достаточен. Правда лучше конечно выбирать ключевые транзисторы с малым зарядом затвора. Например.

Этот транзистор способен коммутировать напряжение 600В при токе стока 7А. Мощность стока при температуре +25 С — 100Вт. При этом заряд затвора Qg всего 8,2 нанокулона = 8,2nC. Для сравнения популярный транзистор IRF840 имеет Qg = 63nC.

Для управления низковольтными нагрузками можно применить транзистор irlr024zpbf. При данных режимах измерения ток стока – 5А, напряжение сток – исток – 44В, напряжение затвор – исток -5В, имеет типовое значение заряд затвора Qg = 6,6nC.

Но у меня таких транзисторов нет и я для реле использовал транзисторы IRL2505 с каналом типа n. У данного транзистора Qg = 130nC !

Другой транзистор с каналом типа р — IRF4905, у этого транзистора максимальный Qg = 180nC !!!

Схему собрал самую простую, ту что на рисунке 4

В качестве коммутирующего транзистора в этой схеме использован транзистор IRF4905 с каналом – р. Транзистор не был снабжен теплоотводом и в открытом состоянии нагревался до +60˚С при токе 2А. Напряжение 3,3В коммутировал нормально. Теперь, имея в своем распоряжении такой преобразователь, что нам мешает использовать в положительном проводе питания и транзистор с каналом n?

Результат превзошел мои ожидания. Транзистор IRF2505 без радиатора практически не грелся при токе нагрузки 4А. при напряжении на нагрузке 12,6 В В обоих экспериментах ток управления я выставил примерно 10 мА. Максимальный ток светодиода по документам – 50 мА. Больше 10 мА не стоит увеличивать ток – практически ни чего не меняется. Я очень доволен таким реле. Если описать параметры этой релюхи, применительно к электромагнитному реле, то они были бы такими. Напряжение срабатывания – какое хочешь ! Только подбирай R2. Ток срабатывания – 10 мА. Ток и напряжение коммутации – какое хочешь !!! (В разумных пределах конечно)Только подбирай транзисторы. Не слабо. Хотелось бы проверить данные устройства с коммутацией емкостных и индуктивных нагрузок. Это позже. Пока искал буквы на клавиатуре, пришла еще одна мысль. Если транзистор поставить в диагональ диодного моста, то можно коммутировать переменные напряжения. Таким реле можно коммутировать обмотки трансформаторов. Пока все. Всем удачи. К.В.Ю.

Скачать “Самодельное-твердотельное-реле” Самодельное-твердотельное-реле.rar – Загружено 904 раза – 80 КБ

Просмотров:4 433


Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 1

О какой нагрузке идет речь? Да о любой — релюшки, лампочки, соленоиды, двигатели, сразу несколько светодиодов или сверхмощный силовой светодиод-прожектор. Короче, все что потребляет больше 15мА и/или требует напряжения питания больше 5 вольт.

Вот взять, например, реле. Пусть это будет BS-115C. Ток обмотки порядка 80мА, напряжение обмотки 12 вольт. Максимальное напряжение контактов 250В и 10А.

Подключение реле к микроконтроллеру это задача которая возникала практически у каждого. Одна проблема — микроконтроллер не может обеспечить мощность необходимую для нормальной работы катушки. Максимальный ток который может пропустить через себя выход контроллера редко превышает 20мА и это еще считается круто — мощный выход. Обычно не более 10мА. Да напряжение у нас тут не выше 5 вольт, а релюшке требуется целых 12. Бывают, конечно, реле и на пять вольт, но тока жрут больше раза в два. В общем, куда реле не целуй — везде жопа. Что делать?

Первое что приходит на ум — поставить транзистор. Верное решение — транзистор можно подобрать на сотни миллиампер, а то и на амперы. Если не хватает одного транзистора, то их можно включать каскадами, когда слабый открывает более сильный.

Поскольку у нас принято, что 1 это включено, а 0 выключено (это логично, хотя и противоречит моей давней привычке, пришедшей еще с архитектуры AT89C51), то 1 у нас будет подавать питание, а 0 снимать нагрузку. Возьмем биполярный транзистор. Реле требуется 80мА, поэтому ищем транзистор с коллекторным током более 80мА. В импортных даташитах этот параметр называется Ic, в наших Iк. Первое что пришло на ум — КТ315 — шедевральный совковый транзистор который применялся практически везде 🙂 Оранжевенький такой. Стоит не более одного рубля. Также прокатит КТ3107 с любым буквенным индексом или импортный BC546 (а также BC547, BC548, BC549). У транзистора, в первую очередь, надо определить назначение выводов. Где у него коллектор, где база, а где эмиттер. Сделать это лучше всего по даташиту или справочнику. Вот, например, кусок из даташита:

Обратите внимание на коллекторный ток — Ic = 100мА (Нам подоходит!) и маркировку выводов.

Цоколевка нашего КТ315 определяется так

Если смотреть на его лицевую сторону, та что с надписями, и держать ножками вниз, то выводы, слева направо: Эмиттер, Колектор, База.

Берем транзистор и подключаем его по такой схеме:

Коллектор к нагрузке, эмиттер, тот что со стрелочкой, на землю. А базу на выход контроллера.

Транзистор это усилитель тока, то есть если мы пропустим через цепь База-Эмиттер ток, то через цепь Колектор-Эмиттер сможет пройти ток равный входному, помноженному на коэффициент усиления hfe.
hfe для этого транзистора составляет несколько сотен. Что то около 300, точно не помню.

Максимальное напряжение вывода микроконтроллера при подаче в порт единицы = 5 вольт (падением напряжения в 0.7 вольт на База-Эмиттерном переходе тут можно пренебречь). Сопротивление в базовой цепи равно 10000 Ом. Значит ток, по закону Ома, будет равен 5/10000=0.0005А или 0.5мА — совершенно незначительный ток от которого контроллер даже не вспотеет. А на выходе в этот момент времени будет Ic=Ibe*hfe=0.0005*300 = 0.150А. 150мА больше чем чем 100мА, но это всего лишь означает, что транзистор откроется нараспашку и выдаст максимум что может. А значит наша релюха получит питание сполна.

Все счастливы, все довольны? А вот нет, есть тут западло. В реле же в качестве исполнительного элемента используется катушка. А катушка имеет неслабую индуктивность, так что резко оборвать ток в ней невозможно. Если это попытаться сделать, то потенциальная энергия, накопленная в электромагнитом поле, вылезет в другом месте. При нулевом токе обрыва, этим местом будет напряжение — при резком прерывании тока, на катушке будет мощный всплеск напряжения, в сотни вольт. Если ток обрывается механическим контактом, то будет воздушный пробой — искра. А если обрывать транзистором, то его просто напросто угробит.

Надо что то делать, куда то девать энергию катушки. Не проблема, замкнм ее на себя же, поставив диод. При нормальной работе диод включен встречно напряжению и ток через него не идет. А при выключении напряжение на индуктивности будет уже в другую сторону и пройдет через диод.

Правда эти игры с бросками напряжения гадским образом сказываются на стабильности питающей сети устройства, поэтому имеет смысл возле катушек между плюсом и минусом питания вкрутить электролитический конденсатор на сотню другую микрофарад. Он примет на себя большую часть пульсации.

Красота! Но можно сделать еще лучше — снизить потребление. У реле довольно большой ток срывания с места, а вот ток удержания якоря меньше раза в три. Кому как, а меня давит жаба кормить катушку больше чем она того заслуживает. Это ведь и нагрев и энергозатраты и много еще чего. Берем и вставляем в цепь еще и полярный конденсатор на десяток другой микрофарад с резистором. Что теперь получается:

При открытии транзистора конденсатор С2 еще не заряжен, а значит в момент его заряда он представляет собой почти короткое замыкание и ток через катушку идет без ограничений. Недолго, но этого хватает для срыва якоря реле с места. Потом конденсатор зарядится и превратится в обрыв. А реле будет питаться через резистор ограничивающий ток. Резистор и конденсатор следует подбирать таким образом, чтобы реле четко срабатывало.
После закрытия транзистора конденсатор разряжается через резистор. Из этого следует встречное западло — если сразу же попытаться реле включить, когда конденсатор еще не разрядился, то тока на рывок может и не хватить. Так что тут надо думать с какой скоростью у нас будет щелкать реле. Кондер, конечно, разрядится за доли секунды, но иногда и этого много.

Добавим еще один апгрейд.
При размыкании реле энергия магнитного поля стравливается через диод, только вот при этом в катушке продолжает течь ток, а значит она продолжает держать якорь. Увеличивается время между снятием сигнала управления и отпаданием контактной группы. Западло. Надо сделать препятствие протеканию тока, но такое, чтобы не убило транзистор. Воткнем стабилитрон с напряжением открывания ниже предельного напряжения пробоя транзистора.
Из куска даташита видно, что предельное напряжение Коллектор-База (Collector-Base voltage) для BC549 составляет 30 вольт. Вкручиваем стабилитрон на 27 вольт — Profit!

В итоге, мы обеспечиваем бросок напряжения на катушке, но он контроллируемый и ниже критической точки пробоя. Тем самым мы значительно (в разы!) снижаем задержку на выключение.

Вот теперь можно довольно потянуться и начать мучительно чесать репу на предмет того как же весь этот хлам разместить на печатной плате… Приходится искать компромиссы и оставлять только то, что нужно в данной схеме. Но это уже инженерное чутье и приходит с опытом.

Разумеется вместо реле можно воткнуть и лампочку и соленоид и даже моторчик, если по току проходит. Реле взято как пример. Ну и, естественно, для лампочки не потребуется весь диодно-конденсаторный обвес.

Пока хватит. В следующий раз расскажу про Дарлингтоновские сборки и MOSFET ключи.

Weidmuller 1126940000 TOS 24VDC 48VDC0,1A Исполнение: TERMSERIES, твердотельные реле, 1 Нормально разомкнутый контакт (Биполярный транзистор), Номинальное напряжение: 24 В (DC) ±20 % , Номинальное напряжение переключения: 3…48 В DC, Ток: 100 мА, Винтов

TERMSERIES — твердотельные реле, ширина от 6 мм; Модуль в комплекте; 3…48 В DC 0,1 A — варианты выходов

Банковский перевод: счет на оплату формируется после оформления заказа или отправки заявки в произвольной форме на электронную почту [email protected]. Специалист свяжется с вами для уточнения деталей.

Самовывоз с нашего склада:
По адресу: Московская область, Люберецкий район, п. Томилино, мкр. Птицефабрика, стр. лит. А, офис 109. Мы есть на Яндекс.Карты.

Доставка до двери
Осуществляется курьерской службой или транспортной компанией (на Ваш выбор).
Мы работаем с ведущими транспортными компаниями и доставляем заказы во все регионы России и Казахстана.

Доставка до терминала
Транспортной компании в Москва – БЕСПЛАТНО.

Разница между реле и транзисторами

Реле — это переключатель с электрическим управлением. Реле обычно используются в цепи автоматического управления как своего рода автоматический переключатель, который использует небольшой ток для управления большой токовой нагрузкой. Таким образом, он играет роль автоматического регулирования, защиты, цепи преобразования и т. Д.

Транзистор — это своего рода твердотельное полупроводниковое устройство, которое имеет множество функций, таких как обнаружение, выпрямление, усиление, переключение, стабилизация напряжения, модуляция сигнала и т. Д.Как переключатель переменного тока, транзистор может управлять выходным током в зависимости от входного напряжения.

Реле и транзисторы имеют схожую базовую функцию, то есть оба играют роль электронных переключателей. Однако реле и транзисторы сильно отличаются друг от друга. Теперь давайте кратко рассмотрим разницу между реле и транзисторами.

Различные типы нагрузки, параметры напряжения и тока

Транзистор можно подключать только к нагрузке постоянного тока, а реле можно подключать к нагрузке переменного и постоянного тока.Реле потребляют большой ток во включенном состоянии, а большинство транзисторов — нет. Однако у реле намного лучший номинальный ток, чем у транзисторов. Грузоподъемность

Транзисторы имеют меньшую нагрузочную способность, чем реле. При использовании транзисторов иногда добавляются другие компоненты, такие как твердотельные реле, для управления большими нагрузками.

Перегрузочная способность

Перегрузочная способность транзистора меньше, чем у реле. Вообще говоря, при большом пусковом токе (например, лампочки, индуктивные нагрузки и т. Д.)), транзистор имеет меньшую перегрузочную способность и требует большего снижения номинальных характеристик.

Скорость переключения

Транзистор работает намного быстрее при переключении скорости, чем реле. Транзисторы могут работать на мегагерцовых скоростях, в то время как реле намного медленнее на 200-герцовых скоростях. Время переключения реле обычно составляет 50 мсек, а возможно и больше. Некоторые типы транзисторов могут переключаться за пикосекунды. Приложения

Транзистор обычно используется при высокочастотной скорости, такой как ПИД-регулирование температуры, управление шаговым двигателем, сервоуправление и управление электромагнитным клапаном.Транзистор в основном используется для управления позиционированием и испускает импульсы с выхода кристалла.

Реле не могут излучать импульсы, поэтому их нельзя использовать для управления позиционированием. Если реле используется для управления позиционированием шагового или серводвигателя, модуль позиционирования будет добавлен. На самом деле это не экономично. Однако сервосистемой можно управлять, просто используя транзисторный выход.

Прочие отличия

Реле изолированы от катушки управления.Транзисторы могут быть, но часто не изолированы от базы, затвора или триггера.

В номинальных рабочих условиях у реле есть срок службы, в то время как транзисторы только стареют без ограничения количества использований.

Поставщики и ресурсы беспроводной связи RF

О мире беспроводной связи RF

Веб-сайт RF Wireless World является домом для поставщиков и ресурсов радиочастотной и беспроводной связи. На сайте представлены статьи, руководства, поставщики, терминология, исходный код (VHDL, Verilog, MATLAB, Labview), тестирование и измерения, калькуляторы, новости, книги, загрузки и многое другое.

Сайт RF Wireless World охватывает ресурсы по различным темам, таким как RF, беспроводная связь, vsat, спутник, радар, оптоволокно, микроволновая печь, wimax, wlan, zigbee, LTE, 5G NR, GSM, GPRS, GPS, WCDMA, UMTS, TDSCDMA, Bluetooth, Lightwave RF, z-wave, Интернет вещей (IoT), M2M, Ethernet и т. Д. Эти ресурсы основаны на стандартах IEEE и 3GPP. В нем также есть академический раздел, который охватывает колледжи и университеты по инженерным дисциплинам и MBA.

Статьи о системах на основе Интернета вещей

Система обнаружения падений для пожилых людей на основе Интернета вещей : В статье рассматривается архитектура системы обнаружения падений, используемой для пожилых людей.В нем упоминаются преимущества или преимущества системы обнаружения падений Интернета вещей. Читать дальше➤
Также обратитесь к другим статьям о системах на основе Интернета вещей следующим образом:
• Система очистки туалетов самолета. • Система измерения столкновений • Система отслеживания скоропортящихся продуктов и овощей • Система помощи водителю • Система умной торговли • Система мониторинга качества воды. • Система Smart Grid • Система умного освещения на базе Zigbee • Интеллектуальная система парковки на базе Zigbee. • Система умной парковки на основе LoRaWAN


RF Статьи о беспроводной связи

В этом разделе статей представлены статьи о физическом уровне (PHY), уровне MAC, стеке протоколов и сетевой архитектуре на основе WLAN, WiMAX, zigbee, GSM, GPRS, TD-SCDMA, LTE, 5G NR, VSAT, Gigabit Ethernet на основе IEEE / 3GPP и т. Д. .стандарты. Он также охватывает статьи, относящиеся к испытаниям и измерениям, по тестированию на соответствие, используемым для испытаний устройств на соответствие RF / PHY. УКАЗАТЕЛЬ СТАТЬИ ДЛЯ ССЫЛКИ >>.


Физический уровень 5G NR : Обработка физического уровня для канала 5G NR PDSCH и канала 5G NR PUSCH рассмотрена поэтапно. Это описание физического уровня 5G соответствует спецификациям физического уровня 3GPP. Читать дальше➤


Основы повторителей и типы повторителей : В нем объясняются функции различных типов ретрансляторов, используемых в беспроводных технологиях.Читать дальше➤


Основы и типы замирания : В этой статье рассматриваются мелкомасштабные замирания, крупномасштабные замирания, медленные, быстрые замирания и т. Д., Которые используются в беспроводной связи. Читать дальше➤


Архитектура сотового телефона 5G : В этой статье рассматривается структурная схема сотового телефона 5G с внутренними модулями 5G. Архитектура сотового телефона. Читать дальше➤


Основы помех и типы помех: В этой статье рассматриваются помехи по соседнему каналу, помехи в совмещенном канале, Электромагнитные помехи, ICI, ISI, световые помехи, звуковые помехи и т. Д.Читать дальше➤


5G NR Раздел

В этом разделе рассматриваются функции 5G NR (New Radio), нумерология, диапазоны, архитектура, развертывание, стек протоколов (PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC) и т. Д. 5G NR Краткий указатель ссылок >>
• Мини-слот 5G NR • Часть полосы пропускания 5G NR • 5G NR CORESET • Форматы DCI 5G NR • 5G NR UCI • Форматы слотов 5G NR • IE 5G NR RRC • 5G NR SSB, SS, PBCH • 5G NR PRACH • 5G NR PDCCH • 5G NR PUCCH • Эталонные сигналы 5G NR • 5G NR m-последовательность • Золотая последовательность 5G NR • 5G NR Zadoff Chu Sequence • Физический уровень 5G NR • Уровень MAC 5G NR • Уровень 5G NR RLC • Уровень 5G NR PDCP


Учебные пособия по беспроводным технологиям

В этом разделе рассматриваются учебные пособия по радиочастотам и беспроводной связи.Он охватывает учебные пособия по таким темам, как сотовая связь, WLAN (11ac, 11ad), wimax, bluetooth, zigbee, zwave, LTE, DSP, GSM, GPRS, GPS, UMTS, CDMA, UWB, RFID, радар, VSAT, спутник, WLAN, волновод, антенна, фемтосота, тестирование и измерения, IoT и т. Д. См. УКАЗАТЕЛЬ >>


Учебное пособие по 5G — В этом учебном пособии по 5G также рассматриваются следующие подтемы по технологии 5G:
Учебное пособие по основам 5G. Частотные диапазоны Учебник по миллиметровым волнам Волновая рама 5G мм Зондирование волнового канала 5G мм 4G против 5G Испытательное оборудование 5G Сетевая архитектура 5G Сетевые интерфейсы 5G NR канальное зондирование Типы каналов 5G FDD против TDD Разделение сети 5G NR Что такое 5G NR Режимы развертывания 5G NR Что такое 5G TF


В этом руководстве GSM рассматриваются основы GSM, сетевая архитектура, сетевые элементы, системные спецификации, приложения, Типы пакетов GSM, структура или иерархия кадров GSM, логические каналы, физические каналы, Физический уровень GSM или обработка речи, вход в сеть мобильного телефона GSM, установка вызова или процедура включения питания, MO-вызов, MT-вызов, VAMOS, AMR, MSK, модуляция GMSK, физический уровень, стек протоколов, основы работы с мобильным телефоном, Планирование RF, нисходящая линия связи PS-вызовов и восходящая линия связи PS-вызовов.
➤Подробнее.

LTE ​​Tutorial , охватывающий архитектуру системы LTE, охватывающий основы LTE EUTRAN и LTE Evolved Packet Core (EPC). Он обеспечивает связь с обзором системы LTE, радиоинтерфейсом LTE, терминологией LTE, категориями LTE UE, структурой кадра LTE, физическим уровнем LTE, Стек протоколов LTE, каналы LTE (логические, транспортные, физические), пропускная способность LTE, агрегация несущих LTE, передача голоса по LTE, расширенный LTE, Поставщики LTE и LTE vs LTE продвинутые.➤Подробнее.


RF Technology Stuff

Эта страница мира беспроводной радиосвязи описывает пошаговое проектирование преобразователя частоты RF на примере преобразователя RF UP диапазона 70 МГц в диапазон C. для микрополосковой платы с использованием дискретных радиочастотных компонентов, а именно. Смесители, гетеродин, MMIC, синтезатор, опорный генератор OCXO, колодки аттенюатора. ➤Подробнее.
➤Проектирование и разработка радиочастотного трансивера ➤Конструкция RF-фильтра ➤Система VSAT ➤Типы и основы микрополосковой печати ➤ОсновыWaveguide


Секция испытаний и измерений

В этом разделе рассматриваются контрольно-измерительные ресурсы, испытательное и измерительное оборудование для тестирования ИУ на основе Стандарты WLAN, WiMAX, Zigbee, Bluetooth, GSM, UMTS, LTE.ИНДЕКС испытаний и измерений >>
➤Система PXI для T&M. ➤ Генерация и анализ сигналов ➤Измерения слоя PHY ➤Тест устройства на соответствие WiMAX ➤ Тест на соответствие Zigbee ➤ Тест на соответствие LTE UE ➤Тест на соответствие TD-SCDMA


Волоконно-оптическая технология

Оптоволоконный компонент , основы, включая детектор, оптический соединитель, изолятор, циркулятор, переключатели, усилитель, фильтр, эквалайзер, мультиплексор, разъемы, демультиплексор и т. д.Эти компоненты используются в оптоволоконной связи. Оптические компоненты INDEX >>
➤Учебное пособие по оптоволоконной связи ➤APS в SDH ➤SONET основы ➤SDH Каркасная конструкция ➤SONET против SDH


Поставщики и производители беспроводных радиочастотных устройств

Сайт RF Wireless World охватывает производителей и поставщиков различных радиочастотных компонентов, систем и подсистем для ярких приложений, см. ИНДЕКС поставщиков >>.

Поставщики радиочастотных компонентов, включая радиочастотный изолятор, радиочастотный циркулятор, радиочастотный смеситель, радиочастотный усилитель, радиочастотный адаптер, радиочастотный разъем, радиочастотный модулятор, радиочастотный трансивер, PLL, VCO, синтезатор, антенну, генератор, делитель мощности, сумматор мощности, фильтр, аттенюатор, диплексор, дуплексер, микросхема резистора, микросхема конденсатора, индуктор микросхемы, ответвитель, оборудование ЭМС, программное обеспечение для проектирования радиочастот, диэлектрический материал, диод и т. д.Производители RF компонентов >>
➤Базовая станция LTE ➤RF Циркулятор ➤RF Изолятор ➤Кристаллический осциллятор


MATLAB, Labview, встроенные исходные коды

Раздел исходного кода RF Wireless World охватывает коды, связанные с языками программирования MATLAB, VHDL, VERILOG и LABVIEW. Эти коды полезны для новичков в этих языках. ИНДЕКС ИСХОДНОГО КОДА >>
➤3-8 декодер кода VHDL ➤Код MATLAB для дескремблера ➤32-битный код ALU Verilog ➤T, D, JK, SR триггеры labview коды


* Общая информация о здравоохранении *

Выполните эти пять простых действий, чтобы остановить коронавирус (COVID-19).
СДЕЛАЙТЕ ПЯТЬ
1. РУКИ: часто мойте их.
2. КОЛЕНО: Откашляйтесь.
3. ЛИЦО: не трогайте его
4. НОГИ: держитесь на расстоянии более 3 футов (1 м) друг от друга
5. ЧУВСТВОВАТЬ: Болен? Оставайся дома

Используйте технологию отслеживания контактов >>, соблюдайте >> рекомендации по социальному дистанцированию и установить систему видеонаблюдения >> чтобы спасти сотни жизней. Использование концепции телемедицины стало очень популярным в таким странам, как США и Китай, чтобы остановить распространение COVID-19, поскольку это заразное заболевание.


RF Беспроводные калькуляторы и преобразователи

Раздел «Калькуляторы и преобразователи» охватывает ВЧ-калькуляторы, беспроводные калькуляторы, а также преобразователи единиц измерения. Сюда входят такие беспроводные технологии, как GSM, UMTS, LTE, 5G NR и т. Д. СПРАВОЧНЫЕ КАЛЬКУЛЯТОРЫ Указатель >>.
➤ Калькулятор пропускной способности 5G NR ➤5G NR ARFCN против преобразования частоты ➤Калькулятор скорости передачи данных LoRa ➤LTE EARFCN для преобразования частоты ➤Калькулятор антенн Яги ➤ Калькулятор времени выборки 5G NR


IoT-Интернет вещей Беспроводные технологии

Раздел IoT охватывает беспроводные технологии Интернета вещей, такие как WLAN, WiMAX, Zigbee, Z-wave, UMTS, LTE, GSM, GPRS, THREAD, EnOcean, LoRa, SIGFOX, WHDI, Ethernet, 6LoWPAN, RF4CE, Bluetooth, Bluetooth Low Power (BLE), NFC, RFID, INSTEON, X10, KNX, ANT +, Wavenis, Dash7, HomePlug и другие.Он также охватывает датчики Интернета вещей, компоненты Интернета вещей и компании Интернета вещей.
См. Главную страницу IoT >> и следующие ссылки.
➤ НИТЬ ➤EnOcean ➤Учебник по LoRa ➤Учебник по SIGFOX ➤WHDI ➤6LoWPAN ➤Zigbee RF4CE ➤NFC ➤Lonworks ➤CEBus ➤UPB



СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ


RF Wireless Учебники



Различные типы датчиков


Поделиться страницей

Перевести

Транзисторные реле | Преимущества | Недостатки

Транзисторные реле:

Это наиболее широко распространенный тип статических реле, настолько, что, когда мы говорим о статических реле, мы можем с уверенностью сделать вывод только о транзисторных реле.Транзистор, который действует как электронный клапан, может преодолеть большинство ограничений, создаваемых электронными клапанами, и, таким образом, позволил разработать электронные реле , более известные как статические реле .

Характеристики современных транзисторов таковы, что они могут заменить функциональные элементы, которые используются в электромеханическом реле, чтобы дать необходимые характеристики.

Технические характеристики, особенно подходящие для конструкции функциональных блоков, включают характеристики усиления и переключения, чувствительность и высокую скорость.Опыт показал, что транзисторные схемы могут не только выполнять основные функции реле, такие как суммирование, сравнение входов и их интегрирование, но также обеспечивают необходимую гибкость для соответствия различным требованиям реле.

Два основных устройства реле на основе транзисторных компараторов показаны на рис. (9.4). В любой из этих схем ток постоянной величины течет в цепи коллектора только тогда, когда на входе переменный ток. количества одновременно отрицательны; реле в цепи коллектора сработает, когда угол перекрытия превысит определенное значение, т.е.е. когда средний постоянный ток уровень в коллекторной цепи превышает срабатывание реле в результате совпадения фаз.

Преимущества транзисторных реле можно перечислить следующим образом:
  • Быстрый отклик, долгий срок службы, высокая устойчивость к ударам и вибрации.
  • Действие быстрого сброса — легко достигается высокое значение сброса и отсутствие перерегулирования благодаря отсутствию механической инерции и аккумуляции тепла.
  • Отсутствие трения подшипника или проблем с контактом (отсутствие коррозии, отскока или износа), поэтому требуется минимальное техническое обслуживание.
  • Простота усиления позволяет получить большую чувствительность.
  • Основные строительные блоки полупроводниковой схемы допускают большую степень сложности в формировании рабочих характеристик, позволяя на практике реализовать реле с пороговыми характеристиками, более близкими к идеальным требованиям.
  • Низкие уровни энергии, требуемые в измерительных цепях, позволяют миниатюризировать и минимизировать погрешности трансформатора тока.
  • Использование печатных плат (или интегральных схем), чтобы избежать ошибок подключения и упростить рационализацию серийного производства.
Статические реле на транзисторах имеют следующие ограничения:
  • Изменение характеристик в зависимости от температуры и возраста.
  • Зависимость надежности от большого количества мелких компонентов и их электрических соединений.
  • Низкая кратковременная перегрузочная способность по сравнению с электромагнитными реле.

Теперь стало возможным компенсировать все эти факторы.

Коммутация: с реле на биполярные переходные транзисторы

Сколько пультов дистанционного управления у вас дома? Разве вы не хотите, чтобы все эти вещи были как-то лучше интегрированы или чтобы вы могли добавить функцию удаленного управления на случайное устройство? Это обычная отправная точка для проекта и хороший опыт обучения для новичков.

Обычное решение, которое мы видели применяемым, — это подключить реле параллельно ко всем кнопкам, которые мы хотим нажимать.Когда реле срабатывает, например, по вашему выбору микроконтроллера, оно обрабатывается как нажатие кнопки. Хотя это действительно работает, реле не совсем идеальное решение для очень малых токовых нагрузок, с которыми мы имеем дело в таких ситуациях.

Как оказалось, есть несколько простых способов решить эту проблему. В этой статье мы сосредоточимся на использовании обычных биполярных переходных транзисторов вместо реле для замены физических переключателей. Короче говоря, как добавить транзисторы к существующей электронике, чтобы управлять ими по-новому.

Реле

Реле

по-прежнему являются хорошим решением в некоторых ситуациях. Когда вы имеете дело с большой мощностью или когда вам нужно что-то электрически идентичное замкнутому переключателю, реле — разумный выбор. Вы когда-нибудь задумывались, почему ваш цифровой USB-осциллограф издает щелчки? Это реле, переключающие различные режимы работы осциллографа — это сохраняет целостность сигнала.

С другой стороны, реле, как правило, большие, дорогие, медленные, требуют значительной мощности, добавляют в цепь большую катушку с проводом (это может привести к значительному шуму) и имеют механические части, склонные к выходу из строя.Твердотельные реле существуют и решают некоторые из этих проблем, но они не особенно дешевы.

Когда на катушку с проводом подается ток, реле замыкается, позволяя току пройти. На самом деле в схему обычно добавляют транзистор, чтобы обеспечить достаточную мощность для управления реле, в то время как диод защищает транзистор от всплеска обратного напряжения, вызванного отключением питания реле (энергия, запасенная в магнитном поле катушки, должна быть иди куда-нибудь!). Если реле подключено параллельно переключателю в каком-либо внешнем устройстве (например, пульте дистанционного управления), замыкание реле похоже на замыкание переключателя.

Биполярные переходные транзисторы (BJT)

BJT — очень распространенный тип транзисторов. Их функция — усиливать ток. Если перед продолжением будет полезен краткий обзор того, как они работают, это краткое руководство может помочь.

Небольшой ток между базой и эмиттером управляет гораздо большим током между коллектором и эмиттером. Если коллектор и эмиттер расположены параллельно разомкнутому переключателю, то состоянием этого переключателя можно легко управлять с помощью выходного контакта микроконтроллера.

Транзисторам

требуется контроль тока, а GPIO вашего микроконтроллера пытаются выдать заданное напряжение. Вам понадобится трансформатор напряжения в ток, также известный как резистор. (См. Закон Ома.) Точное значение может варьироваться, но 10 кОм — хорошая отправная точка для замены кнопок. Простая тестовая схема (с использованием переключателя для обеспечения необходимого тока вместо микроконтроллера) может выглядеть примерно так:

Если бы вы взяли мультиметр и измерили сопротивление транзистора от коллектора до эмиттера, оно упало бы от разомкнутой цепи до почти нуля, когда между базой и эмиттером имеется ток.На самом деле между коллектором и эмиттером есть падение напряжения (около 0,3 вольт, но это зависит от транзистора), когда BJT « включен », но для наших целей достаточно думать об этом как о переходе от бесконечного сопротивления к нулю. .

Разумным выбором БЮТ является маститый 2N2222. Он доступен по всему миру, стоит очень недорого, достаточно быстро и может рассеивать до 500 милливатт энергии, что в данном случае более чем достаточно. Однако большинство BJT типа NPN будут работать нормально.

Конкретный вариант использования

Рассмотрим следующий внешний динамик / радио с батарейным питанием розового цвета. Когда-то в нем был инфракрасный пульт, но теперь он потерян. Это не очень качественное устройство, но снова могло бы быть мало полезно, если бы был удобный способ его включения:

Наш первый шаг — разобрать его и определить, какие контакты переключателя «вкл.» Необходимо подключить для активации устройства:

Когда на устройство подается питание и переключатель установлен в положение «включено», мы видим 5 В относительно земли на двух контактах.Когда устройство выключено, только один из этих контактов имеет напряжение 5 В. Мы начинаем с припайки проводов к этим контактам, подачи питания на устройство и пересечения проводов. Устройство включилось, и по умолчанию перешло в режим Aux. Как удобно!

Теперь, когда мы изолировали контакты переключателя, которые необходимо подключить, мы можем смонтировать быструю схему без контроллера переключателя на основе BJT и протестировать ее.

Когда правый вывод резистора подключен к источнику питания, сопротивление коллектора / эмиттера падает до нуля при измерении мультиметром.Если он упадет, но не совсем до нуля, возможно, ваш транзистор вставлен в обратном направлении.

Так как это сработало, пришло время припаять его к монтажной плате и подключить к микроконтроллеру, в данном случае к плате ESP8266 mini-D1. Вместо подключения базы транзистора к источнику питания, мы подключим его к одному из выходных контактов mini-D1 (мы выбрали D0).

В этом случае прошивка заставляет ESP8266 повышать уровень вывода D0, когда он получает определенный сетевой пакет UDP от приложения смартфона Android.Если бы мы хотели контролировать все функции динамиков, нам пришлось бы повторить этот процесс для каждого переключателя. По общему признанию, это не такое элегантное решение, как реверс-инжиниринг ИК-протокола, но оно универсально, достаточно быстрое, чтобы стать дневным проектом, не требующим большого опыта, и работает довольно хорошо.

Поздравляем — теперь у вас есть самое простое устройство IoT: коммутатор, подключенный к Интернету. Прежде чем впадать в безумие, вы можете подумать о добавлении некоторой безопасности в зависимости от того, что вы подключаете.

Также обратите внимание, что у этого подхода есть некоторые недостатки. Не все переключатели работают с помощью простого электрического контакта: некоторые относительно распространенные переключатели зависят от изменения емкости. Также в средах с высоким уровнем шума возможно неожиданное срабатывание BJT, хотя это можно минимизировать, разместив базовый резистор как можно ближе к базе транзистора и, при необходимости, добавив небольшой заземленный металлический корпус (клетка Фарадея). вокруг BJT и близлежащих трасс. Наконец, когда BJT выходит из строя из-за перегрева, они часто создают короткое замыкание.Другими словами, помните о последствиях отказа вашей системы управления.

Знакомство с транзисторами и реле

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

На этот раз мы кратко рассмотрим транзисторов и реле .

Основы

Транзистор (слева) и реле (справа).

Сходства

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

Отличия

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

Транзисторы

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

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

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

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

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

Источник

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

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

Реле

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

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

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

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

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

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

Пример с транзистором и реле

Иногда в цепи нужны и транзисторы, и реле.

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

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

Vcc — это обычно то же напряжение, что и микроконтроллер.

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

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

Результирующая схема показана ниже:

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

Заключительные слова

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

Реле

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

Самое главное — правильно выбрать инструмент для работы!

Как подключить реле к транзистору — объяснение с помощью формул

Реле в / с Другие компоненты переключения нагрузки

В электронных схемах существуют различные методы включения выходного каскада, который может реагировать на небольшое входное триггерное напряжение и переключать большие нагрузки.Например, существуют транзисторы, которые могут выдерживать несколько сотен вольт без повреждения, но поскольку они могут переключать только высокие напряжения постоянного тока, их нельзя использовать для переключения больших токов и переменного напряжения.

Для работы с переменным напряжением обычно используется очень полезное устройство, называемое симистором или тиристором. Но опять же, они неэффективны при постоянном напряжении, поскольку они имеют тенденцию фиксироваться, когда постоянный ток проходит от анода к катоду.

Эти недостатки обусловлены особенностями их внутреннего полупроводникового состава, и поэтому они часто становятся совершенно бесполезными во многих приложениях.

Реле, с другой стороны, полностью избавлено от всех этих проблем и может считаться идеальным компонентом для переключения тяжелых выходных нагрузок. Поскольку они не являются полупроводниковыми компонентами, они не подчиняются спецификациям напряжения и могут работать с любым типом и величиной выходного напряжения. Еще одним большим преимуществом использования реле является то, что опасные потенциалы коммутационного выхода полностью отделены от чувствительной электронной схемы управления.

Реле, проводка транзисторов

Реле в основном представляет собой электромагнит, который используется для магнитного опускания подпружиненного вала, так что между подвижным валом и его двумя фиксированными полюсами могут устанавливаться чередующиеся замыкающие и размыкающие контакты.При отсутствии напряжения на катушке каждый из этих полюсов является нормально разомкнутым (N / O) и нормально замкнутым (N / C) соответственно.

Для питания реле или его конфигурации с электронной схемой обычно используется небольшая выходная схема, известная как схема управления реле.

Как показано на схеме, секция в основном состоит из транзистора T1, резистора R1 и обратного диода D1, подключенных через катушку реле.

Резистор R1 используется для смещения транзистора, и это напряжение смещения фактически является напряжением срабатывания, которое обычно принимается от источника, такого как ИС.

Как только транзистор получает напряжение запуска, он немедленно проводит и активирует реле. Это происходит потому, что конец реле, подключенного к транзистору, подтягивается к потенциалу земли, так что все напряжение питания проходит через катушку, чтобы запитать ее.

Каждой катушке индуктивности присуще свойство переключать обратно противоположную ЭДС, равную величине напряжения питания, в момент выключения. Именно это и происходит, когда транзистор выключен.Катушка реле мгновенно отбрасывает опасную ЭДС обратно в транзистор. Это может привести к необратимому повреждению транзистора, если и до тех пор, пока не будут приняты меры предосторожности. Диод D1 выполняет важную функцию нейтрализации этой ЭДС, замыкая ее накоротко и предотвращая ее прохождение через транзистор.

Расчет номинала резистора

Теперь давайте посмотрим, как мы можем рассчитать номинал резистора R1. Основная формула приведена здесь:

R1 = (Ub — 0.6) × Hfe ÷ ток реле,

Здесь Ub = напряжение источника на R1, 0,6 = минимальное напряжение смещения транзистора,

Hfe = коэффициент усиления прямого тока используемого T1 (150 номиналов)

Ток реле можно рассчитать следующим образом формула:

Реле I = Сопротивление катушки реле ÷ Напряжение питания,

Внешние нагрузки могут быть подключены к набору контактов реле двумя способами. Если требуется первоначальное включение нагрузки, она может быть запитана через замыкающие контакты.Если после переключения реле необходимо включить нагрузку, то она должна быть запитана через замыкающие контакты.

Из приведенного выше обсуждения вы можете легко понять, как подключить реле и как просто соответствующие цифры могут быть точно рассчитаны в течение нескольких минут.

Транзистор и реле с Arduino. — Робо Индия || Учебники || Изучите Arduino |

В этом руководстве объясняется следующая концепция: Переключение транзисторов, Работа реле, Переключение с реле на Arduino, Управление двигателем на Arduino с помощью реле.
1. Введение:

В этом руководстве объясняются следующие вещи —

  1. Переключение с помощью NPN-транзистора.
  2. Принцип работы и концепция реле
  3. Релейное переключение.
  4. Реле и Arduino
  5. Управление двигателем с помощью реле на Arduino

1.2 Переключение с помощью транзистора NPN.

сделайте следующую схему. Когда вы подаете сигнал высокого уровня на вход, он подключает светодиод к GND.Здесь мы принимаем ВЫСОКИЙ ввод с помощью кнопочного переключателя.

1.3 Реле:

Следующее видео Robo India объясняет работу и концепцию реле —

Для использования реле с микроконтроллером нам также потребуется транзистор для переключения.
1,3 46ND006-P:

Это реле, которое мы собираемся использовать. Это реле имеет два полюса, это означает, что есть два переключателя, но оба запускаются одной катушкой, поэтому они работают одновременно.Следующая диаграмма даст вам лучшее представление о реле, которое мы используем.

2. Необходимое оборудование

Для выполнения примера из этого руководства потребуется следующее оборудование.

3. Схема здания — 1 (понимание реле)

Эта схема предназначена для понимания концепции реле. У нашего реле два полюса, поэтому мы подключили к нему 4 светодиода. Два нормально подключенных контакта и два нормально открытых контакта.Также есть один индикатор состояния. Светодиод состояния показывает, что реле включено или выключено. Если светодиод состояния горит, это означает, что реле включено (общий подключен к нормально замкнутому контакту) и наоборот.

Красный светодиод — Светодиод состояния реле

Желтый светодиод — подключен к нормально замкнутому контакту реле

Зеленый светодиод — подключен к нормально разомкнутой клемме реле

Вывод можем нарисовать —

Если красный не горит — значит реле выключено — значит — Общие клеммы реле подключены к NC — Таким образом, горят желтые светодиоды.

Если красный горит — означает, что реле включено — означает — Общие клеммы реле подключены к NO — Таким образом, горят зеленые светодиоды.

Видео поможет вам разобраться.

3.1 Вы можете использовать R-Board от Robo India (совместим с UNO) —

вот схема:

или

3.2 Вы можете использовать оригинальную плату Arduino UNO —

вот схема:

4.Программирование:

Для работы транзисторного реле не требуется никакого специального программирования, требуется простое программирование цифрового выхода. Таким образом, программа, которую мы здесь добавили, такая же, как и в нашем другом руководстве по цифровому выходу — мигание светодиода. Во всем руководстве используется одинаковая кодировка.

Вы можете скачать код (Arduino Sketch) отсюда.

// Учебник по цифровому выводу от ROBO INDIA
//  www.roboindia.com 
// Цифровой выход включается светодиодом, который остается включенным в течение одной секунды и
// ВЫКЛ для другого.

// Определение контакта 2 как светодиода.
const int LED = 2; // из схемы мы видим, что мы подключили светодиод к выводу 2


void setup () {
 pinMode (светодиод, ВЫХОД); // Определение вывода светодиода как ВЫХОДНОГО вывода.
}

// Указанный ниже код работает вечно (бесконечный цикл)
void loop () {
 digitalWrite (светодиод, ВЫСОКИЙ); // светодиод включается (1 / HIGH / + 5V)
 задержка (1000); // Ждем одну секунду.
 digitalWrite (светодиод, LOW); // Светодиод гаснет (0 / LOW / 0V / GND)
 задержка (1000); // здесь и выше Задержка в миллисекундах (1000 = 1 секунда)
}

 
5.Цепь -2 (управление двигателем на Arduino с помощью реле):

Как мы уже упоминали ранее, кодировка одинакова для всего руководства. Здесь мы управляем одним двигателем постоянного тока на плате Arduino. Двигатель потребляет больше энергии, чем другая цепь, поэтому для его работы потребуется отдельный источник питания. Он не будет работать с USB-портом ноутбука / ПК.

Схема, которая вам понадобится, находится здесь —

5.1. Вы можете использовать Robo India R-Board (на базе Arduino UNO) —

вот схема вышеуказанной схемы:

5.2. Или вы можете использовать оригинальную плату Arduino —

вот схема вышеуказанной схемы:

7. выход:

Вот результат этого руководства. Вышеупомянутый код реализован на Robo India R-Board и Arduino UNO Both.

Если у вас есть какие-либо вопросы, напишите нам по адресу info@roboindia.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *