Электронное реле на тиристорно-транзисторном ключе

Драйвер полевого транзистора

Если всё же требуется подключать нагрузку к n-канальному транзистору
между стоком и землёй, то решение есть. Можно использовать готовую
микросхему — драйвер верхнего плеча. Верхнего — потому что транзистор
сверху.

Выпускаются и драйверы сразу верхнего и нижнего плеч (например,
IR2151) для построения двухтактной схемы, но для простого включения
нагрузки это не требуется. Это нужно, если нагрузку нельзя оставлять
«висеть в воздухе», а требуется обязательно подтягивать к земле.

Рассмотрим схему драйвера верхнего плеча на примере IR2117.

Схема не сильно сложная, а использование драйвера позволяет наиболее
эффективно использовать транзистор.

Ключ на мощном полевом МОП-транзисторе

Чаще всего в качестве ключа используется мощный полевой МОП-транзистор. Его стоимость и потери насыщения в большинстве приложений сравнимы с аналогичными потерями биполярного транзистора, а переключение выполняется в 5-10 раз быстрее. Кроме того, МОП-транзисторы проще для использования в проекте.

Полевой МОП-транзистор представляет собой источник тока с управлением по напряжению. Для управления МОП-транзистором в состоянии насыщения между выводами затвора и истока должно быть приложено достаточно большое напряжение, чтобы пропускать ток силы выше максимального ожидаемого тока через сток. Отношение напряжения между затвором и истоком к току через сток называется межэлектродной проводимостью (transonductance) и обозначается g,„. Обычно мощные полевые МОП-транзисторы разбивают на две категории:

• стандартные — должны иметь значение Vgs, равное 8-10 В, чтобы гарантировать полный номинальный ток через сток;

• МОП-транзисторы логического уровня, в которых напряжение Fgs должно составлять лишь 4,0^,5 В.

У полевых МОП-транзисторов логического уровня обычно низкие номинальные значения напряжения между стоком и истоком (< 60 В).

Время переключения полевых МОП-транзисторов очень мало: обычно от 40 до 80 не. Для того чтобы организовать управление МОП-транзистором с такой скоростью, необходимо прежде рассмотреть неотъемлемую паразитную емкость, существующую во всех мощных МОП-транзисторах (рис. 3.35).

Эти емкости указываются в спецификации любого мощного МОП-транзистора и играют очень важную роль. Емкость перехода сток-исток Coss учитывается в нагрузках стока, но напрямую не входит в схему драйвера. Емкости CJSS и Crss оказывают прямое и вычислимое влияние на характеристики переключения полевого МОП-транзистора. На рис. 3.36 показаны волновые формы цикла переключения для затвора и стока типичного полевого МОП-транзистора с каналом п-типа.

Плато в сигнале напряжения управления затвором обусловлено ниспадающим участком сигнала между стоком и истоком, связанного с узлом затвора через конденсатор CrSS. На протяжении этого периода наблюдается большой импульс тока управления затвором. Данному плато соответствует уровень напряжения, который немного выше номинального порогового напряжения затвора и составляет VTH + lo/gm- Значение напряжения плато можно также определить с помощью графика передаточной функций, представленной в спецификации любого полевого МОП-транзистора (рис. 3.37). Для неточной оценки может быть использовано пороговое напряжение.

Рис. 3.38. Схемы управления полевым МОП-транзистором: а — пассивное включение; б — пассивного выключения; в— биполярный выходной двухтактный каскад; з — выходной двухтактный МОП-каскад; д — драйвер с изолирующим трансформатором

Tweet Нравится

• Предыдущая запись: Борьба с шумом и электромагнитными помехами
• Следующая запись: СОЛИРУЮЩАЯ ЭЛЕКТРОГИТАРА С ОРГАННЫМИ ТЕМБРАМИ

Чем отличается ток от напряжения? (2)
Связь тока и напряжения (0)
ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНОГО РАДИОПРИЕМНИКА (0)
ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АККУМУЛЯТОРА (0)
ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛИТИЙ-НОННОГО ЭЛЕМЕНТА КОНТРОЛЛЕР ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА (0)
ОГРАНИЧИТЕЛЬ ЗАРЯДНОГО TOKA АККУМУЛЯТОРА (0)
ИНДИКАТОР НАПРЯЖЕНИЯ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ ПРОСТАЯ СХЕМА (0)

Влияние внешнего конденсатора затвора на динамические потери

Положительный эффект от применения внешней емкости «затвор–эмиттер» состоит в подавлении паразитных эффектов. К недостаткам такого решения можно отнести рост динамических потерь из-за замедления скорости переключения IGBT и увеличения мощности, рассеиваемой драйвером и необходимой для заряда конденсатора:

P_D = f_sw × C_GEext × DV₂.

Чтобы минимизировать потери на переключение, можно скорректировать сопротивление затвора. Однако любые изменения номинала R_G требуют повторного анализа области безопасной работы (SOA) и учета возможных паразитных эффектов.

В нашем случае модуль MiniSKiiP 24NAB12T4V1 может быть использован при сопротивлении затвора (R_Gon, R_Goff) 6,2 Ом и внешней емкости 10 нФ. В табл. 2 приведены относительные уровни потерь переключения E_on, E_off (за 100% приняты данные из спецификации модуля) для различных значений R_G и C_Gext.

Программа для ESP8266

Код управления реле простейший. Единственный момент,

не используйте GPIO0 (D3) и GPIO2 (D4) для управления реле!

При загрузке на этих PIN-ах выставляется определенное состояние, чтобы ESP8266 корректно загрузился. Если на эти PIN-ы повесить реле, то после reset ESP8266 загрузится некорректно и программа не будет работать.

const int led = 2; //D4 const int relay = 4; //D2 DO NOT USE GPIO0 (D3) and GPIO2 (D4) TO MANAGE THE RELAY void turnOnRelay(bool state) { String st = state ? «ON» : «OFF»; Serial.println(«Relay state: » + st); digitalWrite (relay, state); digitalWrite (led, !state); } void setup() { pinMode (led, OUTPUT); pinMode(relay, OUTPUT); turnOnRelay(LOW); Serial.begin (9600); } void loop() { // put your main code here, to run repeatedly: turnOnRelay(HIGH); delay(5000); turnOnRelay(LOW); delay(5000); }

Что такое таймеры, реле паузы, задержки

Сразу оговоримся: самодельные автотаймеры регулируют задержку от нескольких секунд до 10–15 мин. Есть схемы только для вкл. и для вкл./выкл. нагрузки, а также для активации в определенное время суток. Но их диапазон задержки и опции ограниченные, нет функции периодического самостоятельного срабатывания несколько раз и настройки промежутков между такими циклами, как у розеточных заводских приборов. Впрочем, возможностей самоделки (есть также в продаже готовые подобные простые модули) хватит для активации вентиляции гаража, освещения в кладовой и подобных не слишком требовательных операций.

Временное реле (таймер, реле паузы, задержки) — это автоматический расцепитель, срабатывающий в момент, выставленный на нем пользователем, включая/выключая (смыкая/размыкая контакты) электроприбора. Таймер чрезвычайно практичный в ситуациях, когда пользователю необходимо, чтобы устройство активировалось или деактивировалось, когда он находится в ином месте. Также такой узел выручит в обычных бытовых случаях, например, подстрахует, когда забывают выключить/включить оснащение.

Таким образом, временное реле исключит ситуации, когда оставили электроприбор включенным, забыли его выключить, соответственно, он перегорел или еще хуже, стал причиной пожара. Включив таймер, можно идти по своим делам, не беспокоясь, что надо будет возвратиться в определенное время для обслуживания оборудования. Система автоматизируется, агрегат сам отключится, когда установленный период на расцепителе истечет.

Где применяют

Многим знакомы пощелкивания в советских стиральных машинках, когда большими градуированным селекторами выставляли определенную задержку до вкл./выкл. Это яркий пример данного устройства: например, выставляли работу на 10–15 мин., барабан крутился это время, затем, когда часы внутри доходили до нуля, стиралка сама выключалась.

Временные реле всегда устанавливают производители в микроволновки, электропечи, электроводонагреватели, автополив. В то же время многие приборы его не имеют, например, освещение, вентиляция (вытяжка), тогда можно докупить таймер. В самом простом виде он выглядит как небольшой прямоугольный блок с селекторами времени и вилкой под обычную розетку («суточные» розетки-таймеры), в которую вставляется. Затем в него вставляют вилку кабеля питания обслуживаемого прибора, настраивают элементами управления на корпусе время задержки. Есть также типоразмеры для размещения путем соединения с линией (с проводами, проводкой, для распредщитков), для интегрирования внутрь приборов.

Устройство, разновидности, особенности

Преимущественно таймеры в заводских электроприборах с расцепителями основываются на микроконтроллере, часто управляющем также всеми режимами работы автоматизированного аппарата, где они установлены. Описанное объединение функций дешевле для производителя, так как не надо изготавливать отдельные микросхемы.

Мы же будем описывать самые простые схемы реле времени с задержкой, только с опцией вкл./выкл. и подбора временной паузы в небольшом диапазоне (до 15–20 мин.):

• для низковольтного питания (5–14 В) — на транзисторах;
• на диодах — для питания напрямую от сети 220 Вольт;
• на микросхемах (NE555, TL431).

Есть специальные заводские модули, их можно купить на интернет площадках (Aliexpress, подобные и специализированные ресурсы), на радиорынках, в спецмагазинах.  Полностью кустарные изделия создаются по аналогичным схемам, в основном для несложных задач: элементарное расцепление/сцепление контактов в определенный, задаваемый момент времени, при этом диапазон задержки небольшой от секунд до 15–20 мин.

Схема реле времени | Электрик в доме

Схема реле времени

Схема реле времени

Рассмотрим простейшую схему реле времени на 220 вольт. Данная схема реле времени может применяться для разных нужд. Например, при указанных элементах, для  фотоувеличителя или для временного освещения лестницы, площадки.

На схеме обозначено:

• D1-D4 — диодный мост КЦ 405А или любые диоды с максимально допустимым прямым выпрямленным током(Iв.max) не ниже 1А и максимально допустимым обратным напряжением(Uобр.max) не ниже 300 В.
• D5 — диод КД 105Б или любой диод с Iв.max не менее 0,3А и с Uобр.max не ниже 300В.
• VS1 — тиристор КУ 202Н или КУ 202К(Л,М), ВТ151, 2У202М(Н).
• R1 — резистор МЛТ — 0,5, 4,3 мОм.
• R2 — резистор МЛТ — 0,5, 220 Ом.
• R3 — резистор МЛТ — 0,5, 1,5 кОм.
• С1 — конденсатор 0,5 мкФ, 400 В.
• L1 — лампа(лампы) накаливания мощностью не более 200 Вт.
• S1 — выключатель или кнопка.

Работа схемы реле времени

При замыкании контактов S1 конденсатор С1 начинает заряжаться, на управляющий электрод тиристора подаётся «+», тиристор открывается, схема начинает потреблять большой ток и лампа L1, включённая последовательно со схемой загорается. Лампа выполняет также роль ограничителя тока через схему, поэтому с энергосберегающими лампами схема работать не будет. При полной зарядке конденсатора С1 через него перестаёт протекать ток, тиристор закрывается, лампа L1 гаснет. При размыкании контактов S1 конденсатор разряжается через резистор R1 и реле времени приходит в исходное состояние.

Доработка схемы реле времени

При указанных параметрах элементов схемы время горения L1 будет составлять 5-7 сек.  Для изменения времени срабатывания реле нужно конденсатор С1 заменить на конденсатор другой ёмкости. Соответственно при увеличении ёмкости время работы реле времени увеличивается. Можно поставить два или больше конденсаторов в параллель и подключать или отключать их выключателями, в этом случае получится ступенчатая регулировка времени срабатывания реле времени. Для плавной регулировки времени необходимо добавить переменный резистор R4. Можно совместить оба способа регулировки, получится реле практически с любой длительностью срабатывания.

Доработанная схема реле времени

Изменения в схеме:

• C2 — дополнительный конденсатор, можно взять такой же, как и С1.
• S2 — выключатель(тумблер) подключающий конденсатор С2 (увеличение времени работы реле времени).
• R4 —  переменный резистор, можно взять СП-1, 1,0- 1,5 кОм, или близкий по номиналу.

При макетировании, при указанных на схемах номиналах деталей лампочка (60Вт) загоралась на время около 5 сек. При добавлении в параллель конденсатора С2 ёмкостью 1 мкФ и резистора R4 на 1,0 кОм время горения лампочки стало возможным регулировать от 10 до 20 секунд (с помощью R4).

Другую схему реле времени можно взять из статьи «Автоматический освежитель воздуха«, такую схему можно использовать практически для любых устройств.

Будьте осторожны при настройке и эксплуатации устройства, детали схемы находятся под опасным напряжением.

 P.S. Большое спасибо г-ну Яковлеву В.М. за помощь.

Будет интересно почитать:

Полезные устройства, Электронные устройства, Электросхемы
своими руками, электроника, электросхема

elektricvdome.ru

Схема управления реле одной кнопкой

Данная электрическая схема управления реле выполняется всего одной кнопкой с одной контактной группой на замыкание и без фиксации. Работает схема следующим образом: при подаче питания конденсатор С1 через резистор R1 и замкнутые контакты К1.1 заряжается практически до напряжения питания. При нажатии на кнопку S1 через её замкнувшиеся контакты, через замкнутые контакты K1.1 и резистор R1 напряжение питания подается на катушку реле К1, что приводит к включению реле. Контактная группа К1.1 переключается и теперь питание на реле поступает через резистор R1 и замкнувшиеся контакты К1.1. На время пролёта контактов реле при переключении питание катушки осуществляется за счёт накопленного заряда конденсатора С1.

После замыкания контактов реле конденсатор С1 разряжается через резистор R2. При следующем нажатии на кнопку S1, происходит заряд конденсатора С1 из-за чего напряжение на катушке реле падает и происходит размыкание её контактов. Схема возвращается в исходное состояние. Элементы R1 и C1 образуют цепь с постоянной времени в 150 миллисекунд, что достаточно для срабатывания большинства типов электромагнитных реле.

Пневматика и часовой тип

Схемы на основе пневматических систем — уникальные. Эти приборы содержат специальную систему замедления — демпферное устройство пневматического типа. Время выдержки «пневматики» можно настраивать путем расширения или сужения сечения трубы, откуда подается воздух. Для такой операции в конструкции предусмотрен специальный регулировочный винт.

Временная задержка здесь колеблется в районе 1–60 сек. Однако есть экземпляры, срабатывающие в два раза быстрее. В действительности существуют небольшие погрешности по указанному времени.

Устройства, именуемые часовыми реле, широко распространены в электрике. Такой тип активно используют для сооружения автоматических рубильников, которые защищают цепи напряжением 500−10000 вольт. Время срабатывания — 0,1−20 сек.

Основой часовых реле является пружина, которая взводится электромагнитным механическим приводом. Контактные группы часового механизма коммутируют после пройденного промежутка времени, заданного заранее на специальной шкале устройства.

Скорость хода прибора напрямую зависит от силы тока, проходящего в обмотке. Это помогает настроить устройство под защитные функции. Главной особенностью такой защиты является полная независимость от влияния внешних факторов.

https://youtube.com/watch?v=BA51WY-TcMQ

Это интересно: Как сделать сварочный аппарат из автомобильного аккумулятора

Чем заменить реле рс 702

02.04.2016 11:15 — дата обновления страницы

Наши дополнительныесервисы и сайты:г. С аратов

поддержка проекта:

Производим обмен текстовыми ссылками

Реле контрольной лампы заряда, обслуживание

Для контроля за зарядом аккумуляторной батареи на автомобиле установлены реле РС702 (рис. 292) и контрольная лампа. Реле установлено в отсеке двигателя штекерами вниз на верхней части брызговика правого колеса, а контрольная лампа — на панели приборов. При напряжении, недостаточном для заряда аккумуляторной батареи, реле включает контрольную лампу. Техническая характеристика

Номинальное напряжение, В — ; 12

Напряжение размыкания контактов при температуре 25+5° С, В — 5,3+0,4

Напряжение замыкания контактов при температуре 25+5° С, В- 0,2-1,5

Номинальная сила тока прерывания, А — 0,35

Число витков обмотки — 1500

Марка провода — ПЭСВ-1, 0 22 мм

Сопротивление обмотки при 20° С, Ом . 29+2

На гетинаксовом основании реле закреплены ярмо с сердечником и обмоткой, стойка 7 с неподвижным контактом и штекеры 3 ( ), 4 ( ), 5 ( ), 6 ( ), Якорь крепится к полке ярма с помощью пружинной стальной пластины 2, под которую подложена медная пластина для улучшения электрического соединения между ярмом и якорем. Пружинной пластиной подвижный контакт / якоря прижимается к контакту стойки 7, поэтому контакты реле являются нормально замкнутыми.

Рис. 292. Реле контрольной лампы заряда РС702

Контрольная лампа заряда подключается к штекеру (см. рис. 279), штекеры и через предохранитель 1 соединяются со штекером включателя зажигания, а штекер — с выводом нулевой точки обмотки статора генератора. Таким образом, обмотка реле (при работающем генераторе) находится под выпрямленным фазным напряжением генератора. Оно равно примерно половине напряжения генератора. Если напряжение между зажимом генератора и равно 13,8- 14,5 В, выпрямленное фазное напряжение составляет 6-7 В.

Контактами реле замыкается цепь питания контрольной лампы 3. При включении зажигания, когда двигатель (и следовательно генератор) еще не работает, через контакты протекает ток от аккумуляторной батареи. Лампа горит.

После пуска двигателя и при движении автомобиля лампа должна гаснуть, так как под действием выпрямленного фазного напряжения якорь реле должен притягиваться к сердечнику и размыкать контакты реле. Если контрольная лампа не гаснет после пуска двигателя и при движении автомобиля, то это говорит о неисправности в системе генератора. В этом случае генератор вырабатывает слишком низкое напряжение и потребители питаются от аккумуляторной батареи.

Неисправное реле рекомендуется заменять новым. Единственно возможная операция при ремонте — это зачистка загрязненных или пригоревших контактов. Зачищают контакты мелкозернистой шлифовальной шкуркой.

Исправность реле можно определить, измерив сопротивление обмотки (между штекерами и ), а также проверив напряжение замыкания и размыкания контактов. Перед проверкой напряжений реле следует прогреть в термостате при температуре 25+5°С в течение часа, питая обмотку напряжением 7,5 В. Если напряжение замыкания и размыкания контактов не соответствует данным технической характеристики, то реле следует отрегулировать.

Напряжение размыкания контактов регулируется подгибанием вверх или вниз полки стойки 7. При этом необходимо следить, чтобы контакты были параллельны и соосны. Допускаемая несоосность контактов 0,2 мм.

Напряжение замыкания контактов регулируется подгибанием полки ярма, причем после этого необходимо проверить и отрегулировать напряжение размыкания контактов. 340

Транзистор Дарлингтона

Если нагрузка очень мощная, то ток через неё может достигать
нескольких ампер. Для мощных транзисторов коэффициент $\beta$ может
быть недостаточным. (Тем более, как видно из таблицы, для мощных
транзисторов он и так невелик.)

В этом случае можно применять каскад из двух транзисторов. Первый
транзистор управляет током, который открывает второй транзистор. Такая
схема включения называется схемой Дарлингтона.

В этой схеме коэффициенты $\beta$ двух транзисторов умножаются, что
позволяет получить очень большой коэффициент передачи тока.

Для повышения скорости выключения транзисторов можно у каждого соединить
эмиттер и базу резистором.

Сопротивления должны быть достаточно большими, чтобы не влиять на ток
база — эмиттер. Типичные значения — 5…10 кОм для напряжений 5…12 В.

Выпускаются транзисторы Дарлингтона в виде отдельного прибора. Примеры
таких транзисторов приведены в таблице.

В остальном работа ключа остаётся такой же.

Ключ на полевом транзисторе

В дальнейшем полевым транзистором мы будет называть конкретно MOSFET,
то есть полевые транзисторы с изолированным
затвором
(они же МОП, они же МДП). Они удобны тем, что управляются
исключительно напряжением: если напряжение на затворе больше
порогового, то транзистор открывается. При этом управляющий ток через
транзистор пока он открыт или закрыт не течёт. Это значительное
преимущество перед биполярными транзисторами, у которых ток течёт всё
время, пока открыт транзистор.

Также в дальнейшем мы будем использовать только n-канальные MOSFET
(даже для двухтактных схем). Это связано с тем, что n-канальные
транзисторы дешевле и имеют лучшие характеристики.

Простейшая схема ключа на MOSFET приведена ниже.

Опять же, нагрузка подключена «сверху», к стоку. Если подключить её
«снизу», то схема не будет работать. Дело в том, что тразистор
открывается, если напряжение между затвором и истоком превышает
пороговое. При подключении «снизу» нагрузка будет давать
дополнительное падение напряжения, и транзистор может не открыться или
открыться не полностью.

При управлении типа push-pull схема разряда конденсатора образует,
фактически, RC-цепочку, в которой максимальный ток разряда будет равен

где $V$ — напряжение, которым управляется транзистор.

Таким образом, достаточно будет поставить резистор на 100 Ом, чтобы
ограничить ток заряда — разряда до 10 мА. Но чем больше сопротивление
резистора, тем медленнее он будет открываться и закрываться, так как
постоянная времени $\tau = RC$ увеличится

Это важно, если транзистор
часто переключается. Например, в ШИМ-регуляторе

Основные параметры, на которые следует обращать внимание — это
пороговое напряжение $V_{th}$, максимальный ток через сток $I_D$ и
сопротивление сток — исток $R_{DS}$ у открытого транзистора. Ниже приведена таблица с примерами характеристик МОП-транзисторов

Ниже приведена таблица с примерами характеристик МОП-транзисторов.

Для $V_{th}$ приведены максимальные значения. Дело в том, что у разных
транзисторов даже из одной партии этот параметр может сильно
отличаться. Но если максимальное значение равно, скажем, 3 В, то этот
транзистор гарантированно можно использовать в цифровых схемах с
напряжением питания 3,3 В или 5 В.

Сопротивление сток — исток у приведённых моделей транзисторов
достаточно маленькое, но следует помнить, что при больших напряжениях
управляемой нагрузки даже оно может привести к выделению значительной
мощности в виде тепла.

Как подключить нагрузку через реле

Ну вот наконец мы добрались до подключения нагрузки к микроконтроллеру через реле. Предлагаю вспомнить статью о дискретных выходах. Если вы помните, то подключить нагрузку к выходу микроконтроллера можно двумя способами: с общим плюсом и с общим минусом.

Если мы хотим подключить реле к микроконтроллеру напрямую, то способ с общим минусом, скорее всего, отпадает, потому что при таком способе микроконтроллер способен управлять очень слабой нагрузкой. А почти все реле потребляют несколько десятков или даже сотен мА.

Да и способ с общим минусом тоже в большинстве случаев не позволит подключить реле напрямую к микроконтроллеру по той же причине (при таком способе микроконтроллер обычно может обеспечить на выходе 15-20 мА, что будет недостаточно для большинства реле).

Малым током потребления обычно обладают герконовые реле. Однако они и коммутировать могут только небольшие токи.

Управление полевым транзистором от микроконтроллера

При управлении полевыми МОП-транзисторами непосредственно с выхода микроконтроллера следует помнить о нескольких вещах: пороговое напряжение транзистора UGSth, входная емкость транзистора, уровень напряжения, если стоит P-канальный.

Резистор R2 (схема выше) удерживает транзистор закрытым при выключении микроконтроллера. Его сопротивление не критично, обычно его принимают в пределах 10 кОм — 100 кОм. С другой стороны, резистор R1 снижает ток потребляемый с выхода микроконтроллера, при изменении логического состояния. Точное значение определить сложно, поэтому оно может быть в диапазоне от 10 Ом до 100 Ом. Схема для MOSFET-P будет работать только тогда, когда напряжение питания микроконтроллера и схемы, управляемой транзистором, одинаковы.

Для полного открытия полевого МОП-транзистора требуется напряжение затвор-исток, в 2 — 3 раза превышающее пороговое напряжение. Если производитель указывает, что например у BUZ11, пороговое напряжение UGSth не более 4 В, то полное открытие произойдет при UGS = 8 — 12 В. Так что управление им с микроконтроллера на 5 В точно будет некорректным. Понадобится использовать транзистор с более низким пороговым напряжением, например IRLML0030, где максимальное UGSth = 2,3 В.

Входная емкость полевого МОП-транзистора составляет от нескольких сотен пикофарад до нескольких нанофарад. Выход микроконтроллера может проводить ток в несколько десятков миллиампер. Это означает, что время перезарядки затвора значительно. Например, току 20 мА требуется 1 мкс, чтобы перезарядить емкость 4 нФ на 5 В.

Так что если: транзистор с высоким пороговым напряжением UGSth должен быть активирован, напряжение питания микроконтроллера очень низкое (например 1,8 В), сигнал ШИМ имеет высокую частоту, или транзистор с каналом P подключен к гораздо более высокому напряжение (например, 24 В), тогда необходимо использовать драйвер MOSFET. На рынке есть множество таких типов микросхем. Они обеспечат соответствующую скорость переключения и регулируют уровни напряжения. Пример — TC4426. Он работает с напряжением до 18 В и хорошо поддерживает выходы микроконтроллеров даже от 3,3 В.

Пример расчёта простой схемы

Пусть, например, требуется включать и выключать светодиод с помощью
микроконтроллера. Тогда схема управления будет выглядеть следующим
образом.

Пусть напряжение питания равно 5 В.

Характеристики (рабочий ток и падение напряжения) типичных светодиодов
диаметром 5 мм можно приблизительно оценить по таблице.

Пусть используется белый светодиод. В качестве транзисторного ключа
используем КТ315Г — он подходит по максимальному току (100 мА) и
напряжению (35 В). Будем считать, что его коэффициент передачи тока
равен (наименьшее значение).

Итак, если падение напряжения на диоде равно , а
напряжение насыщения транзистора то напряжение на
резисторе R2 будет равно . Для
рабочего тока светодиода получаем

Значение сопротивление было округлено, чтобы попасть в ряд
E12.

Для тока управляющий ток должен быть в раз меньше:

Падение напряжения на переходе эмиттер — база примем равным .

Отсюда

Сопротивление округлялось в меньшую сторону, чтобы обеспечить запас по
току.

Таким образом, мы нашли значения сопротивлений R1 и R2.

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 h_21Э). 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.

Как подключить реле к микроконтроллеру

Самый простой способ подключить реле к микроконтроллеру — это использовать обычный NPN транзистор. Параметры данного транзистора подбираются исходя из рабочего напряжения реле и тока. Величина тока реле зависит от типа реле. Как правило, чем больше реле, тем больше нужен ток. Если взять типовое реле малого размера с коммутацией от 2…4 А, то как правило для его переключения необходим ток в районе 60 мА.

Весьма легко определить необходимый ток, зная сопротивление катушки. По закону Ома:

I = V / R

Например, если у нас есть реле на 5 В с сопротивлением катушки 100 Ом, мы можем рассчитать потребляемый ток:

I = 5 В / 100 Ом = 50 мА

Ток 50 мА слишком высок, и поэтому мы не можем подключить реле непосредственно к выходу микросхемы (CMOS или TTL), а также к микроконтроллеру.

Поэтому необходимо использовать транзистор в режиме ключа, который может обеспечить необходимый ток для реле.

Для правильной работы транзистора необходимо подобрать оптимальный ток базы, который задается путем подключения резистора между базой и выходом микроконтроллера. Расчет данного сопротивления рассмотрим на примере.

Предположим, что мы используем транзистор BC547, этот транзистор имеет статический коэффициент усиления (hFE) 100 или более. Поэтому для получения необходимого выходного тока в 50 мА (ток коллектора), ток базы транзистора должен составлять:

Iб = Iк / hFE => Iб = 0,05A/100 = 0,0005 A

R = (V — Vбэ) / Iб => (5В — 0,6 В) / 0,0005A = 8800 Ом

Чтобы обеспечить достаточный (надежный) выходной ток для реле, мы можем уменьшить полученное сопротивление в два с лишним раза, при этом выходной ток микроконтроллера останется на безопасном уровне.

R = 8800 Ом / 2,5 = 3520 Ом => возьмем 3,3 кОм

Как видно на рисунке добавлен диод 1N4001, подключенный параллельно катушке, но в обратном направлении. Это делается для того, чтобы погасить всплеск ЭДС самоиндукции катушки реле (в момент ее отключения), который может повредить транзистор.

Для наглядности можно подключить светодиод (с соответствующим сопротивлением), который будет указывать на работу реле.

В случае, если необходимо подключить более мощное реле, то придется использовать более мощный транзистор. Как известно мощные транзисторы обладают малым коэффициентом усиления, поэтому здесь желательно использовать дополнительный маломощный транзистор. В связке они образуют так называемый транзистор Дарлингтона, обладающий высоким коэффициентом усиления.

В этом случае ток базы будет следующим:

Схема ключа на биполярном транзисторе.

Вот такая вот несложная, но безумно полезная схема! Будем разбираться, как она работает.

Пусть нагрузка у нас потребляет ток 100 мА при 12 В. Если на входе у нас ничего нету, то потенциал базы равен потенциалу эмиттера и равен нулю. При таком раскладе у нас диод база-эмиттер закрыт и, следовательно, тока на выходе тоже нет. Транзистор тут находится в режиме отсечки (это значит, что оба перехода – база-коллектор и база-эмиттер – закрыты).

Подаем на вход положительное напряжение (ну, например, с ножки контроллера) и сразу же начинается движуха Напряжение на базе составит около 0.6 В (диод база-эмиттер открыт) и в схеме начинает протекать ток базы. И к чему же это приведет? А вот к чему. Так как диод база-эмиттер открыт, а диод база-коллектор закрыт, то БТ находится в режиме усиления, а значит, через нагрузку потечет коллекторный ток. Соответственно, на нагрузке появится напряжение.

А это в свою очередь приведет к тому, что напряжение на коллекторе будет уменьшаться (смотрите сами, напряжение коллектора + напряжение на нагрузке в сумме должны составлять 12 В, если увеличивается одно из этих значений, второе уменьшается, чистая математика ). В итоге, когда ток коллектора увеличится до 100 мА, падение напряжения на нагрузке составит около 12 В (таковы параметры нагрузки у нас), и соответственно напряжение на коллекторе станет меньше, чем на базе. А это значит, что диод база-коллектор откроется и биполярный транзистор перейдет в режим насыщения (оба диода открыты), и дальнейшего роста тока не будет происходить.

Короче, пока на входе ничего нет – режим отсечки, подаем сигнал, транзистор, очень быстро минуя режим усиления, переходит в режим насыщения. В этом и заключается принцип работы биполярного транзистора в качестве ключа.

Есть тут, кстати, еще одна важная фишка. Пусть, к примеру, резистор в цепи базы имеет сопротивление 1 КОм. Пусть на базу подается 10 В. Тогда на этом резисторе будет напряжение 9.4 В (10 В минус прямое напряжение диода база-эмиттер). Рассчитаем ток базы – делим 9.4 В на 1 КОм и получаем 9.4 мА. Пусть коэффициент усиления транзистора равен 50. Находим коллекторный ток: 9.4 мА * 50 = 470 мА. Вот такой получили расчет. Вроде бы все верно, но на самом деле все совсем не так и таким образом рассчитывать нельзя! Давайте разбираться, в чем тут ошибка.

Вспоминаем, что при значении тока коллектора 100 мА напряжение на нем становится мало относительно базы и биполярный транзистор насыщается. А значит дальнейшего роста тока быть не может! Таким образом, рассчитанные 470 мА на нагрузке мы не увидим, просто образуется так называемый избыток тока базы.

Итак, сегодня мы обсудили суть работы биполярного транзистора и его схему. Хотел я еще рассказать в этой статье про эмиттерный повторитель, но как то получилось объемно, а про повторитель надо поговорить обстоятельно и обширно, так что через пару дней в новой статье обязательно вернемся к биполярникам. До скорой встречи, следите за новостями

Устройство и принцип работы динистора

Структура, УГО и ВАХ динистора приведены на рисунке:

Внешняя p-область называется анодом (А), внешняя n-область называется катодом (К). Три p-n перехода обозначены цифрами 1, 2, 3. Структура динистора 4-х-слойная – p-n-p-n.

Питающие напряжение Е подаётся на динистор таким образом, что 1 из 3 переходы открыты и их сопротивления незначительны, а переход 2 закрыт и все питающие напряжение Uпр приложено к нему. Через динистор протекает небольшой обратный ток, нагрузка R отключена от источника тока питания Е.

При достижении критического напряжения, равному напряжению включения Uвкл переход 2 открывается, при этом все три перехода 1, 2, 3 будут находится в открытом (включенном) состоянии. Сопротивления динистора падает до десятых долей Ома.

Напряжение включения составляет величину нескольких сотен вольт. Динистор открывается, и через него протекают значительные по величине токи. Падение напряжения на динисторе в открытом состояние составляет 1-2 вольта и мало зависит от величины протекающего тока, величина которого равна τa ≈ E / R, а UR ≈ E, т.е. нагрузка подключена к источнику питания Е. Напряжение на динисторе, соответствующее предельно допустимую точку Iоткр.max, называется напряжением открытого состояния Uокр. Предельный допустимый ток составляет величины от сотен мА до сотен А. Динистор находится в открытом состоянии, пока протекающий через него ток не станет меньше тока удержания Iуд. Динистор закрывается при уменьшении внешнего напряжения до величины порядка 1В или при перемене полярности внешнего источника. Поэтому такой прибор используется в цепях переходного тока. Точки В и Г соответствуют граничным значениям токов и напряжений динистора. Время восстановления сопротивления перехода 2 после снятия питающего напряжения составляет порядка 10-30 мкс.

Динисторы по своему принципу – приборы ключевого действия. Во включенном состоянии (участок БВ) он подобен замкнутому ключу, а в выключенном (участок ОГ) — разомкнутому ключу.

Похожие записи:

Стойка для прожектора Провод пвз Микросхема uc3846n как работает Реле напряжения. выбор, описание, параметры Наружное архитектурное освещение Лампы с цоколем e14: достоинства и недостатки