Mikrokontrolery mogą produkować potężne urządzenia sterujące - lampy żarowe, ogrzewanie Tena, a nawet napędy elektryczne. W tym celu użyj kluczy tranzystorowych - urządzenia do przełączania obwodu. Są to uniwersalne urządzenia, które można stosować dosłownie w każdej dziedzinie działalności - zarówno w życiu codziennym, jak i inżynierii motoryzacyjnej.

Co to jest klucz elektroniczny?

Kluczem jest uproszczony prosty przełącznik. Dzięki niemu obwód elektryczny jest zablokowany i odblokowany. Tranzystor bipolarny ma trzy wnioski:

Kolektor.

Emiter.

Podstawa.

W półprzewodnikach bipolarnych budowane są klucze elektroniczne - konstrukcja jest prosta, nie wymaga obecności dużej liczby elementów. Za pomocą przełącznika obwód jest zamknięty i odblokowany. Dzieje się tak z sygnałem sterującym (wytwarzanym przez mikrokontroler), który jest podawany do podstawy tranzystora.

Przełączanie obciążenia

Proste obwody na przełącznikach tranzystorowych mogą powodować komutację prądu w zakresie 015 14 A, napięcie 50 500 Vt. Wszystko zależy od rodzaju tranzystora. Klucz może przenosić obciążenie 5-7 kW za pomocą sygnału sterującego, którego moc nie przekracza setek miliwatów. Zamiast kluczy tranzystorowych można stosować proste przekaźniki elektromagnetyczne. Mają tę przewagę - podczas pracy nie ma ogrzewania. Ale tutaj jest częstotliwość włączania i wyłączania cykliograniczone, więc użyj w inwerterach lub blokach mocy impulsu, aby utworzyć sinusoidę, której nie mogą. Ale w ogólnej zasadzie kluczowej operacji tranzystora półprzewodnikowego i przekaźnika elektromagnetycznego jest taki sam.

Przekaźnik elektromagnetyczny

Przekaźnik jest elektromagnesem kontrolowanym przez grupę styków. Możesz dokonać analogii za pomocą zwykłego przycisku. Tylko w przypadku wysiłku przekaźnikowego nie bierze się ręcznie, ale z pola magnetycznego, które znajduje się wokół cewki wzbudzenia. Styki mogą być przełączane na bardzo duże obciążenie - wszystko zależy od rodzaju przekaźnika elektromagnetycznego. Bardzo rozpowszechnione urządzenia zostały uzyskane w technologii motoryzacyjnej - z ich pomocą włączono wszystkich potężnych odbiorców energii elektrycznej.

Pozwala to oddzielić całe wyposażenie elektryczne samochodu od jednostki napędowej i sterownika. Pobór prądu w uzwojeniu przekaźnika jest bardzo mały. A styki mocy są spryskiwane metale szlachetne lub półszlachetne, co wyklucza prawdopodobieństwo wyładowania łukowego. Obwody Zamiast przekaźników można stosować przełączniki tranzystorowe 12V. Poprawia to funkcjonalność urządzenia - włączenie jest ciche, kontakty nie są klikane.

Wnioski dotyczące przekaźnika elektromagnetycznego

Normalnie w przekaźniku elektromagnetycznym znajduje się 5 wniosków:

Dwa styki przeznaczone do sterowania. Uzwojenie wzbudzenia jest z nimi połączone.

Trzy styki przeznaczone do przełączania. Jeden wspólny kontakt, który zwykle jest zamknięty i zwykle otwarty dla innych.

BW zależności od używanego schematu przełączania używane są grupy kontaktów. Klucz tranzystora polowego ma 3-4 styki, ale operacja odbywa się w ten sam sposób.

Jak działa przekaźnik elektromagnetyczny

Zasada działania przekaźnika elektromagnetycznego jest dość prosta:

Nawijanie przycisku jest połączone z zasilaniem.

W łańcuchu zasilania odbiornika znajdują się styki przekaźnika mocy.

Naciśnięcie przycisku zasila uzwojenie, następuje pociągnięcie płytki i zamknięcie grupy styków.

Konsument otrzymuje prąd.

Działają w przybliżeniu te same schematy kluczy tranzystorowych - są nie tylko grupy kontaktowe. Ich funkcje wykonuje kryształ półprzewodnika.

Przewodnictwo tranzystora

Jednym z trybów pracy tranzystora jest klucz. W istocie służy jako przełącznik. Wpływanie na obwody kaskad wzmacniających nie ma sensu, nie odnoszą się one do tego trybu działania. Triody półprzewodnikowe są stosowane we wszystkich typach urządzeń - w inżynierii motoryzacyjnej, w życiu codziennym, w przemyśle. Wszystkie tranzystory bipolarne mogą mieć następujący typ przewodności:

P-N-P.

N-P-N.

Pierwszy typ obejmuje półprzewodniki, wykonane na podstawie Niemiec. Te elementy stały się powszechne ponad pół wieku temu. Nieco później, jako aktywny element zaczął używać krzemu, którego przewodnictwo jest odwrotne - n-p-n. Zasada działania urządzeń jest taka sama, różnią się one jedynie polaryzacją napięciaoddzielne parametry. Popularność krzemowych półprzewodników jest w tej chwili wyższa, niemal całkowicie wyparły z germanu. Oraz większość urządzeń, takich jak tranzystory klucze są wykonane z krzemu dwubiegunowymi elementami przewodzącymi n-p-n.

, przycisk trybu tranzystora

Klawisz Tryb Tranzystor pełni tę samą funkcję, jak przekaźnik elektromagnetyczny lub przełącznik. Obecny podawanie działa w następujący sposób.

z mikroprocesorem za pośrednictwem podstawy przejściowego - emiter „

w tym kanale” kolektor - emiter „otwiera

kanału.” Kolektor - emiter „może przepływać prąd , którego wartość jest setki razy większa niż baza.

Specyfika przełączników tranzystorowych, czy częstotliwość jest znacznie wyższa niż w przypadku przekaźnika. Kryształ półprzewodnikowy może dokonać tysięcy przejść ze stanu otwartego do zamkniętego iz powrotem w ciągu jednej sekundy. Tak więc prędkość przełączania najprostszych tranzystorów bipolarnych wynosi około miliona razy na sekundę. Z tego powodu tranzystory są wykorzystywane w falownikach, aby utworzyć sinusoidę.

Zasada tranzystora

Rzecz działa dokładnie w ten sam sposób jak w trybie wzmacniacza. W rzeczywistości, wejście do małego zostaje doprowadzony prąd sterujący, który zwiększa kilkaset razy ze względu na fakt, że zmienia rezystancję pomiędzy emiterem a kolektorem. Co więcej, ten opór zależy od wielkości prądu płynącego między nadajnikiem a podstawą.
W zależności od rodzaju tranzystora, podstawa zmienia się. Dlatego jeśli chcesz określić wnioski elementu, potrzebujeszpatrz odniesienie lub arkusz danych. Jeśli nie masz dostępu do literatury, możesz skorzystać z przewodników w celu ustalenia wniosków. W tranzystorach znajduje się również funkcja - mogą one nie w pełni otworzyć się. Przekaźniki mogą na przykład znajdować się w dwóch stanach - zamkniętych i otwartych. Ale w tranzystorze opór kanału "emiter - kolektor" może się znacznie różnić.

Przykład działania tranzystora w trybie kluczykowym

Wzmocnienie jest jedną z głównych charakterystyk tranzystora. Jest to parametr, który pokazuje, ile razy prąd przepływający przez kanał "emiter-kolektor" jest wyższy niż podstawa. Załóżmy, że współczynnik wynosi 100 (ten parametr to h 21E). W konsekwencji, jeżeli obwód sterujący jest zasilany prądem 1 mA (prąd podstawy), to przy przejściu "emiter kolektorów" będzie to 100 mA. W konsekwencji nastąpił wzrost prądu wejściowego (sygnału). Podczas pracy tranzystor jest ogrzewany, więc potrzebuje pasywnego lub aktywnego chłodzenia - grzejników i chłodnic. Ale ogrzewanie występuje tylko w przypadku, gdy przejście "kolektor - emiter" nie jest całkowicie otwarte. W tym przypadku duża rozpraszająca moc - musi gdzieś być, musi "poświęcić" wydajność i uwolnić ją w postaci ciepła. Ogrzewanie będzie minimalne tylko w przypadkach, gdy tranzystor jest zamknięty lub całkowicie otwarty.

Tryb nasycenia

Wszystkie tranzystory mają określony próg dla prądu wejściowego. Gdy tylko ta wartość zostanie osiągnięta, wzmocnienie przestanie odgrywać główną rolę. W tym samym czasie wyjścieprąd wcale się nie zmienia. Napięcie na stykach "podstawka-emiter" może być wyższe niż między kolektorem a emiterem. Ten stan nasycenia, tranzystor jest całkowicie otwarty. Tryb klucza mówi, że tranzystor działa w dwóch trybach - albo jest całkowicie otwarty lub zamknięty. Gdy prąd sterujący jest całkowicie pokryty, tranzystor zamyka się i przestaje przekazywać prąd.

Konstrukcje praktyczne

Praktyczne schematy używania tranzystorów w trybie kluczy są bardzo duże. Często są one używane do włączania i wyłączania diod LED w celu tworzenia efektów specjalnych. Zasada działania kluczy tranzystorowych pozwala nie tylko tworzyć "zabawki", ale także wdrażać złożone schematy sterowania. Jednak koniecznie w projektach konieczne jest użycie rezystorów do ograniczenia prądu (są one zainstalowane między źródłem sygnału sterującego a bazą tranzystora). Ale źródło sygnału może być cokolwiek - przełącznik przycisk czujnika, mikrokontroler i tak dalej D.

Praca z mikrokontrolerów

Przy obliczaniu klucz tranzystor musi wziąć pod uwagę wszystkie cechy przedmiotu.. Aby układ sterowania działał na mikrokontrolerze, stosowane są kaskady wzmacniacza na tranzystorach. Problemem jest to, że sygnał wyjściowy regulatora jest bardzo mała, to nie wystarcza, aby wyłączyć zasilanie do cewki przekaźnika elektromagnetycznego (lub otworzyć przejście bardzo wydajne zasilanie klucza). Lepiej jest zastosować dwubiegunowy klucz tranzystorowy do zarządzania elementem MOSFET.Używane są proste struktury składające się z następujących elementów:

tranzystor bipolarny.

Rezystor do ograniczania prądu wejściowego.

Dioda półprzewodnikowa.

Przekaźnik elektromagnetyczny.

Zasilanie 12 woltów.

Dioda jest zainstalowana równolegle do cewki przekaźnika, konieczne jest zapobieganie rozpadowi tranzystora za pomocą impulsu o wysokiej wartości EMF, który pojawia się w momencie zerwania. Sygnał sterujący jest dokonywany przez mikrokontroler, wchodzi w podstawę tranzystora i wzmacnia. W tym przypadku występuje zasilanie uzwojenia przekaźnika elektromagnetycznego - otwiera się kanał "emiter kolektorów". Podczas zamykania styków mocy obciążenie jest włączone. Działanie klucza tranzystora odbywa się w trybie w pełni automatycznym - udział ludzi nie jest praktycznie wymagany. Najważniejsze - poprawnie zaprogramuj mikrokontroler i podłącz go do czujników, przycisków, siłowników.

Korzystanie z tranzystorów w konstrukcjach

Konieczne jest zbadanie wszystkich wymagań dotyczących półprzewodników, które będą stosowane w projekcie. Jeśli planujesz kontrolować uzwojenie przekaźnika elektromagnetycznego, musisz zwrócić uwagę na jego moc. Jeśli jest wysoka, to użycie miniaturowych tranzystorów, takich jak KT315, jest mało prawdopodobne: nie będą w stanie dostarczyć prądu potrzebnego do zasilania uzwojenia. Dlatego zaleca się stosowanie w energetyce mocnych tranzystorów lub zespołów mocy. Prąd na wejściu z nich jest bardzo mały, ale duży współczynnikamplifikacja Nie ma potrzeby używania potężnych przekaźników do komutacji słabych obciążeń: jest to nierozsądne. Upewnij się, że korzystasz z wysokiej jakości zasilaczy, spróbuj wybrać napięcie tak, aby przekaźnik działał w trybie normalnym. Jeśli napięcie jest zbyt niskie, styki nie będą przyciągane i nie będzie włączania się: wielkość pola magnetycznego okaże się niewielka. Ale jeśli zastosujesz źródło o wysokim napięciu, uzwojenie zacznie się nagrzewać i być może zupełnie nie na miejscu. Należy używać tranzystorów małej i średniej mocy jako buforów podczas pracy z mikrokontrolerami, jeśli trzeba uwzględnić potężne obciążenia. Jako urządzenia zasilające lepiej jest używać elementów MOSFET. Schemat podłączenia mikrokontrolera jest taki sam jak w przypadku elementu dwubiegunowego, ale istnieją niewielkie różnice. Praca klucza tranzystorowego wykorzystującego tranzystory MOSFET jest taka sama, jak tranzystorów bipolarnych: opór przejścia może się płynnie zmieniać, przenosząc element ze stanu otwartego na zamknięty i do tyłu.