Mikrokontroléry môžu produkovať výkonné ovládacie prvky - žiarovky, vykurovanie Tena, dokonca aj elektrické pohony. K tomu použite tranzistorové klávesy - prístroj na prepínanie obvodu. Jedná sa o univerzálne zariadenia, ktoré môžu byť aplikované doslovne v ľubovoľnej oblasti činnosti - tak v každodennom živote, ako aj v automobilovom inžinierstve.
Čo je elektronický kľúč?
Kľúč je, ak je zjednodušený, jednoduchý prepínač. S ním je elektrický obvod uzamknutý a odomknutý. Bipolárny tranzistor má tri závery:
Zberateľ. Vysielač. Základňa.V bipolárnych polovodičoch sú vytvorené elektronické kľúče - dizajn je jednoduchý, nevyžaduje prítomnosť veľkého množstva prvkov. Pomocou spínača sa obvod uzavrie a odomkne. To sa deje s riadiacim signálom (produkovaným mikrokontrolérom), ktorý je napájaný na základňu tranzistora.
Spínanie záťaže
Jednoduché obvody na tranzistorových spínačoch môžu vykonávať prúdovú komutáciu v rozsahu 015 14 A, napätie 50 500 Vt. Všetko závisí od typu tranzistora. Kľúč môže vykonávať prepínanie záťaže 5-7 kW pomocou riadiaceho signálu, ktorého výkon nepresahuje stovky milliwattov.
Jednoduché elektromagnetické relé môžu byť použité namiesto tranzistorových kľúčov. Majú výhodu - pri práci nie je vykurovanie. Ale tu je frekvencia zapínania a vypínania cyklovobmedzené, takže používajte v meničoch alebo impulzných výkonových blokoch na vytvorenie sínusoidu, ktoré nemôžu. Ale vo všeobecnom princípe kľúčovej operácie na polovodičovom tranzistore a elektromagnetickom relé je rovnaké.
Elektromagnetické relé
Relé je elektromagnet, ktorý je riadený skupinou kontaktov. Môžete urobiť analógiu s bežným tlačidlovým spínačom. Iba v prípade relé sa úsilie neberie ručne, ale z magnetického poľa, ktoré sa nachádza okolo cievky budenia. Kontakty možno prepnúť na veľmi veľké zaťaženie - to všetko závisí od typu elektromagnetického relé. Veľmi rozšírené boli tieto zariadenia získané v automobilovej technike - s pomocou nich je zahrnutie všetkých silných spotrebiteľov elektrickej energie.
Umožňuje vám oddeliť všetky elektrické zariadenia vozidla od elektrickej jednotky a regulátora. Spotreba prúdu vo vinutí relé je veľmi malá. A napájacie kontakty sú striekané drahokamy alebo polodrahokamy, čo vylučuje pravdepodobnosť oblúka. Obvody 12V tranzistorové spínače môžu byť použité namiesto relé. Tým sa vylepšuje funkčnosť zariadenia - zaradenie je tiché, kontakty nie sú kliknuté.
Závery elektromagnetického relé
Normálne je v elektromagnetickom relay 5 záverov: 19) dva kontakty určené na ovládanie. Na ne je napojené vinutie budenia.
Tri kontakty určené na prepínanie. Jeden spoločný kontakt, ktorý je bežne uzavretý a bežne otvorený pre ostatných.BV závislosti od použitej schémy spínania sa používajú skupiny kontaktov. Kľúč tranzistorového poľa má 3-4 kontakty, ale operácia prebieha rovnakým spôsobom.
Ako pracuje elektromagnetické relé
Princíp elektromagnetických relé je pomerne jednoduchý:
po navíjanie tlačidlo pripojené k napájaniu. V napájacom reťazci spotrebiteľa sú uvedené kontakty napájacieho relé. Keď kliknete na vinutie je pod napätím, je príťažlivosť doska a zaisťovacie skupinu kontaktov. Spotrebiteľovi sa poskytuje prúd.Približne rovnaké schémy fungujú tranzistorové kľúče - nie sú len skupiny kontaktov. Ich funkcie sú vykonávané kryštálom polovodiča.
Vodivosť tranzistora
Jedným z prevádzkových režimov tranzistora je kľúč. V podstate slúži ako prepínač. Ovplyvnenie obvodov zosilňujúcich kaskád nemá zmysel, ale netýkajú sa tohto režimu činnosti. Semiconductor tryodы použiť vo všetkých typov zariadení - v automobilovom priemysle, živote v priemysle. Všetky bipolárne tranzistory môžu mať nasledujúci typ vodivosti:
P-N-P. N-P-N.Prvý typ zahŕňa polovodiče, vyrobené na základe Nemecka. Tieto prvky sa rozšírili pred viac ako polstoročím. O niečo neskôr, ako aktívny člen začal používať kremík, ktorá má inverzný vodivosti - N-p-n.
Princíp fungovania zariadení je rovnaký, líšia sa len polaritou napätiaoddelené parametre. Obľúbenosť silikónových polovodičov je v súčasnosti vyššia, takmer úplne nahradili germánium. A väčšina zariadení, vrátane tranzistorových kľúčov, sa vyrába na bipolárnych silikónových článkoch s vodivosťou n-p-n.
Tranzistor v kľúčovom režime
Kľúčový tranzistor má rovnaké funkcie ako elektromagnetické relé alebo spínač. Administrácia prúdu je nasledovné :.
z mikroprocesora prostredníctvom prechodu báza - emitor " v tomto kanáli, " kolektor - emitor "otvára
kanálu." Kolektor - emitor "môže prechádzať prúd , ktorého hodnota je stokrát vyššia ako základná.Zvláštnosťou tranzistorových spínačov je, že spínacia frekvencia je omnoho vyššia ako spínacia frekvencia relé. Kryštál polovodiča môže urobiť tisíce prechodov z otvoreného stavu do uzavretej a zadnej časti za sekundu. Takže rýchlosť spínania najjednoduchších bipolárnych tranzistorov je približne 1 milión krát za sekundu. Z tohto dôvodu sa v meničoch používajú tranzistory na vytvorenie sínusoidu.
Princíp tranzistora
Produkt funguje presne rovnakým spôsobom ako v režime zosilňovača. V skutočnosti, je vstup na malý prúd je vedený ovládací prvok, ktorý zvyšuje niekoľko sto krát vzhľadom na to, že zmeny odporu medzi emitorom a kolektorom. A tento odpor je závislý na prúde, ktorý tečie medzi vysielačom a základňu.
Podstavec sa mení v závislosti od typu tranzistora. Takže ak chcete, aby preskúmala zisteniami prvok potrebnýpozrite referenčnú alebo technickú dokumentáciu. Ak nemáte prístup k literatúre, môžete použiť vodítka na určenie záverov. V tranzistoroch je aj funkcia - nemusí sa úplne otvoriť. Relé môžu byť napríklad v dvoch štátoch - zatvorené a otvorené. V tranzistore sa však odpor kanálu "žiarič - zberač" môže veľmi líšiť.
Príklad fungovania tranzistora v kľúčovom režime
Zisk je jednou z hlavných charakteristík tranzistora. Tento parameter udáva, koľkokrát je prúd prechádzajúci kanálom "zberač-kolektor" vyšší ako základňa. Predpokladajme, že koeficient je 100 (tento parameter je h 21E). V dôsledku toho, ak je riadiaci obvod napájaný prúdom 1 mA (prúd základne), potom pri prechode "kolektor-emitor" bude 100 mA. V dôsledku toho došlo k nárastu vstupného prúdu (signálu).
Pri práci sa tranzistor zahrieva, takže potrebuje pasívne alebo aktívne chladenie - radiátory a chladiče. Ohrev sa však vyskytuje iba vtedy, keď nie je úplne otvorený priechod "kolektor - žiarič". V tomto prípade musí byť veľká rozptyľujúca sila - musí to byť niekde robiť, musí "obetovať" účinnosť a uvoľniť ju vo forme tepla. Ohrev bude minimálny iba v prípadoch, keď je tranzistor uzavretý alebo úplne otvorený.
Režim sýtosti
Všetky tranzistory majú určitý prah pre vstupný prúd. Akonáhle sa dosiahne táto hodnota, zisk už nebude hrať hlavnú úlohu. Súčasne výstupprúd sa vôbec nezmení. Napätie na kontaktoch "základňa-vysielač" môže byť vyššie ako medzi kolektorom a žiaričom. V tomto stave saturácie je tranzistor úplne otvorený. Kľúčový režim hovorí, že tranzistor funguje v dvoch režimoch - či je úplne otvorený alebo zatvorený. Keď sa riadiaci prúd úplne prekrýva, tranzistor zatvorí a zastaví vysielací prúd.
Praktické stavby
Praktické schémy na používanie tranzistorov v režime klávesnice sú veľmi veľké. Často sa používajú na zapnutie a vypnutie LED, aby sa vytvorili špeciálne efekty. Princíp fungovania tranzistorových kľúčov umožňuje nielen vytvárať "hračky", ale aj implementovať komplexné schémy riadenia. Ale nevyhnutne v konštrukciách je nutné použiť rezistory na obmedzenie prúdu (sú inštalované medzi zdrojom riadiaceho signálu a základňou tranzistora). Ale zdroj signálu môže byť čokoľvek - spínač tlačidlá snímač, mikrokontrolér a tak ďalej D.
Práca s mikroprocesormi
Pri výpočte kľúča tranzistor musí vziať do úvahy všetky vlastnosti položky .. Na to, aby riadiaci systém fungoval na mikroprocesore, sa používajú zosilňovače kaskády na tranzistoroch. Problém je v tom, že výstup z regulátora je veľmi slabá, že nie je dosť pre zapnutí napájania na elektromagnetickú cievkou relé (alebo otvoreného prechodu veľmi silný výkon kľúčové). Je lepšie aplikovať bipolárny tranzistorový kľúč na riadenie prvku MOSFET.Používajú sa jednoduché štruktúry pozostávajúce z nasledujúcich prvkov:
bipolárny tranzistor. Rezistor na obmedzenie vstupného prúdu. Polovodičová dióda. Elektromagnetické relé. Napájanie 12 voltov.Dióda je inštalovaná paralelne s cívkou relé, je potrebné zabrániť poruche tranzistora impulzom s vysokým EMF, ktorý sa objaví v momente navíjania. Riadiaci signál je vyrobený mikrokontrolérom, vstupuje do základne tranzistora a zosilňuje. V tomto prípade je prívod elektrického prúdu elektromagnetického relé - otvorí sa kanál "kolektor-emitor". Pri zatváraní napájacích kontaktov sa zaťaženie zapne. Prevádzka tranzistorového kľúča sa uskutočňuje v plne automatickom režime - účasť ľudí prakticky nie je potrebná. Hlavná vec - Správne naprogramujte mikrokontrolér a pripojte ho k senzorom, tlačidlám, ovládačom.
Použitie tranzistorov v konštrukciách
Je potrebné preskúmať všetky požiadavky na polovodiče, ktoré sa budú používať v konštrukcii. Ak máte v pláne riadiť vinutie elektromagnetického relé, potom musíte venovať pozornosť jeho sily. Ak je vysoká, potom je nepravdepodobné, že sa použijú miniatúrne tranzistory, ako napríklad KT315: nebudú schopné zabezpečiť prúd potrebný na napájanie vinutia. Preto sa odporúča používať výkonné výkonové tranzistory alebo zostavy v energetike. Prúd na vstupe od nich je veľmi malý, ale veľký koeficientzískať.
Nie je potrebné používať silné relé na komutáciu slabých záťaží: je nerozumné. Uistite sa, že používate vysokokvalitné zdroje napájania, skúste zvoliť napätie tak, aby relé fungovalo v normálnom režime. Ak je napätie príliš nízke, kontakty sa nebudú priťahovať a nebude sa zapínať: veľkosť magnetického poľa bude malá. Ak však použijete zdroj s vysokým napätím, vinutie sa začne ohrievať a možno úplne mimo. Pri práci s mikrokontrolérom používajte ako vyrovnávacie pamäte nízke a stredné výkonové tranzistory, ak potrebujete zahrnúť výkonné záťaže. Ako elektrické zariadenia je lepšie používať prvky MOSFET. Schéma pripojenia mikrokontroléra je rovnaká ako pri bipolárnom prvku, ale existujú malé rozdiely. Práca tranzistorového kľúča s tranzistormi MOSFET je rovnaká ako práca bipolárnych tranzistorov: prechodový odpor sa môže plynule meniť a prekladať prvok z otvoreného stavu do uzavretého a dozadu.
