تریاک ("تریاک" در اصطلاح آمریکایی) یک تریستور متقارن دو جهته است. تریاک ها برای سیستم های کنترل کلید در مدارهای AC بسیار مناسب هستند. در نتیجه، آنها عملاً تریستورها را از لوازم خانگی (ماشین لباسشویی، جاروبرقی و غیره) خارج کردند.

تریاک آند و کاتد ندارد. سه خروجی آن به نام های UE (الکترود کنترل)، SEU (الکترود قدرت نزدیکتر به UE)، SE (الکترود قدرت در پایه دستگاه) نامیده می شود. همچنین نام‌های خارجی مشابهی در triac وجود دارد، به ترتیب، "G" (دروازه)، "T1" (ترمینال اصلی 1) و "T2" (ترمینال اصلی 2).

تریاک، بسته به طراحی، می تواند با هر دو پالس مثبت و منفی در ترمینال RE باز شود. شاخه های مشخصه I - V متقارن هستند، بنابراین، جریان عبوری از الکترودهای قدرت می تواند هم ورودی و هم خروجی باشد. در مجموع، چهار حالت کار در ربع 1 ... 4 وجود دارد (شکل 2.105).

برنج. 2.105. حالت های عملیاتی تریاک ها (تریاک ها).

اولین موردی که توسعه یافت، تریاک های چهار چهارگانه یا به عبارت دیگر 4Q-TpnaKM بودند. برای عملکرد عادی، آنها نیاز به معرفی زنجیره های LS میرایی (100 اهم، 0.1 MK F) به مدار دارند که به موازات الکترودهای قدرت SEM و SES نصب می شوند. به این روش ساده، نرخ افزایش ولتاژ از طریق تریاک کاهش می‌یابد و هشدارهای کاذب در دماهای بالا و بار القایی یا خازنی قابل توجه حذف می‌شوند.

پیشرفت های اخیر تکنولوژی، امکان ایجاد تریاک های سه ربعی یا به عبارت دیگر تریاک های 3Q را فراهم کرده است. آنها، بر خلاف تریاک های "4Q"، در سه ربع از چهار ربع کار می کنند و به زنجیره های JAS نیاز ندارند. پارامترهای معمولی 3Q-TpnaKOB Hi-Com BTA208… 225 از فیلیپس: حداکثر ولتاژ سوئیچینگ 600… 800 ولت، جریان بخش برق 8… 25 A، جریان باز شدن دروازه (SE) 2… 50 میلی آمپر، کیس SMD کوچک.

مدارهای اتصال تریاک به MK را می توان به طور مشروط به دو گروه تقسیم کرد: بدون جداسازی از شبکه 220 ولت (شکل 2.106، a… r) و با جداسازی گالوانیکی (شکل 2.107، a… l).

برخی اظهارات. انواع تریاک های نشان داده شده در نمودارها یکنواخت هستند، عمدتا KU208x، BTxxx، MACxxx. این به عمد انجام می شود تا توجه را به مدار بخش کنترل ولتاژ پایین جلب کند، زیرا به MK نزدیک است. در عمل، می توانید از انواع دیگر تریاک استفاده کنید و توان خروجی آنها و دامنه جریان کنترل را کنترل کنید.

به عنوان یک قاعده، هیچ زنجیر میرایی در بخش قدرت در نمودارها وجود ندارد. این یک ساده‌سازی است تا ارقام را به هم نریزد، زیرا فرض بر این است که مقاومت بار RH کاملاً در طبیعت فعال است. در زندگی واقعی، در صورتی که بار دارای جزء القایی یا خازنی قابل توجهی باشد، میرایی برای تریاک های 4Q ضروری است.

الف) یک سطح HIGH در خروجی MK ترانزیستور VT1 را باز می کند که از طریق آن ترایاک VS1 روشن می شود. Varistor RU1 از تریاک در برابر نوسانات ولتاژ محافظت می کند که از آستانه 470 ولت (محدوده 423 ... 517 ولت) شروع می شود. این مربوط به ماهیت القایی بار jR H است.

ب) مشابه شکل 2.106، اما با قطبیت سیگنال متفاوت در خروجی MK و با ترانزیستور VT1 با ساختار متفاوت، که به عنوان یک اینورتر ولتاژ عمل می کند. به دلیل مقاومت کم مقاومت R2، ایمنی نویز افزایش می یابد. مقاومت مقاومت R2 مطابق با همان معیارهای مدارهای مبتنی بر تریستور انتخاب می شود.

برنج. 2.106. نمودارهای سیم کشی تریاک ها به MK بدون جداسازی گالوانیکی.

ج) ترانزیستور ولتاژ بالا GU2 پل دیودی مورب VD1 را در سطح LOW در خط MK می بندد. ترانزیستور VT1 در زمان راه اندازی مجدد MK به دلیل مقاومت R1 در حالت باز است، در حالی که تریاک VS1 بسته می شود و جریان از طریق بار RH جریان نمی یابد.

د) کنترل مستقیم VS1 triac از یک یا چند خروجی MK. خطوط موازی زمانی استفاده می شود که جریان کنترلی کافی وجود نداشته باشد (نشان داده شده توسط یک خط نقطه چین). جریان عبوری از بار RH بیش از 150 میلی آمپر نیست. جایگزین های احتمالی: VS1 - MAC97A8، VD2 - KC147A.

الف) Triac VS1 در حضور یا عدم وجود پالس های 50 ... 100 کیلوهرتز تولید شده از خروجی MK روشن/خاموش می شود. ترانسفورماتور عایق T1 روی حلقه ای از فریت N30 پیچیده شده است و شامل 15 پیچ در سیم پیچ I و 45 دور سیم PEV-0.2 در سیم پیچ II است.

ب) مدار جداسازی ترانسفورماتور ساده. Triac VS1 با پالس های کوتاه از خروجی MK روشن می شود. جریان کنترل به نسبت تبدیل 77 بستگی دارد.

برنج. 2.107. طرح هایی برای جداسازی گالوانیکی MK از تریاک ها.

ج) یک ترانسفورماتور جداسازی T1 روی یک حلقه فریت M1000HM با ابعاد K20xl2x6 پیچیده شده است و شامل 60 پیچ در سیم پیچ I و 120 دور سیم PEV-0.2 در سیم پیچ II است. زنجیره R3، C1 انرژی را برای سوئیچینگ پالس ترانزیستور K77 ذخیره می کند.

د) اگر نیازی به روشن / خاموش کردن مکرر بار نباشد، می توان از رله K1 برای جداسازی گالوانیکی استفاده کرد. کنتاکت های آن باید ولتاژ متناوب 220 ولت را بدون خرابی تحمل کنند.در برخی مدارها، مقاومت محدود کننده جریان R3 اتصال کوتاه دارد.

ه) هنگام عبور جریان از سلف L1 که روی بدنه آن پیچیده شده است، تماس های سوئیچ نی SF1 بسته می شود. مزیت - مقاومت عایق فوق العاده بالا؛

f) جداسازی گالوانیکی روی اپتوکوپلر ترانزیستوری VU1. مقاومت R3 ایمنی نویز را افزایش می دهد، اما ممکن است وجود نداشته باشد. مقاومت R2 آستانه باز شدن ترانزیستور VT1 را تعیین می کند. هنگام استفاده از triacs KU208، TC106-10، مقاومت مقاومت Y2 به 30 ... 75 کیلو اهم کاهش می یابد.

g) ترایاک VS1 توسط درایور DA1 (به روش قدیمی KR1182PM1) کنترل می شود، که بسته به ولتاژ خازن C1، تغییر آرامی در جریان بار RH ایجاد می کند. اگر ترانزیستور اپتوکوپلر W / بسته باشد، خازن C1 از مرجع داخلی ریزمدار DA1 شارژ می شود و حداکثر ولتاژ در بار تنظیم می شود. در صورت وجود مقاومت R4 ممکن است مقاومت R4 وجود نداشته باشد. مقاومت R3 را می توان با مقاومت R4 اتصال کوتاه کرد.

h) جداسازی گالوانیکی روی اپتوریستور VU1. مقاومت R1 جریان را از طریق امیتر خود VU1 و بر این اساس، جریان کنترل ترایاک VS1 را انتخاب می کند.

i) استفاده از دو اپتوتریستور VU1، UU2shch \ I کموتاسیون تریاک VS1 در هر دوره از ولتاژ شبکه. مقاومت L2 جریان کنترل تریاک را محدود می کند.

j) منبع تغذیه ورودی UE triac VS1 از سیم پیچ جداگانه ولتاژ پایین ترانسفورماتور صنعتی T1TPP235-220 / 110-50 انجام می شود.

ک) استفاده از اپتوتریستور VU1 برای کنترل تریاک VS1 (جایگزینی KU208D1). از دو مقاومت محدود کننده جریان R2، R3، یکی معمولاً باقی می ماند، دومی با یک جامپر بسته می شود. تعویض پل VD1 - KTs407A یا چهار دیود جداگانه KD226.

منبع:
Ryumik، S. M.، 1000 و یک مدار میکروکنترلر. موضوع 2,: LR Dodeka-XX1, 2011 .-- 400 p .: ill. + سی دی. - (سری "سیستم های قابل برنامه ریزی").

در مقالات بعدی دستگاه هایی وجود خواهند داشت که نیاز به مدیریت بار خارجی دارند. منظور من از بار خارجی هر چیزی است که به پایه های میکروکنترلر متصل است - LED ها، لامپ ها، رله ها، موتورها، محرک ها ... خوب، شما این ایده را متوجه شدید. و مهم نیست که این موضوع چقدر هک شده است ، اما برای جلوگیری از تکرار در مقالات بعدی ، من هنوز جرات می کنم اصلی نباشم - شما من را می بخشید :). من به طور خلاصه، به صورت توصیه ای، رایج ترین راه های اتصال بار را نشان می دهم (اگر می خواهید چیزی اضافه کنید، خوشحال خواهم شد).
بیایید فوراً توافق کنیم که ما در مورد یک سیگنال دیجیتال صحبت می کنیم (میکروکنترلر هنوز یک دستگاه دیجیتال است) و از منطق کلی منحرف نخواهیم شد: 1 -مشمول، 0 -خاموش شد بیا شروع کنیم.

بارهای DC عبارتند از: LED ها، لامپ ها، رله ها، موتورهای DC، سرووها، محرک های مختلف و غیره. چنین باری به راحتی (و اغلب) به یک میکروکنترلر متصل می شود.

1.1 اتصال باراز طریق یک مقاومت
ساده ترین و احتمالاً رایج ترین روش در مورد LED ها.

مقاومت برای محدود کردن جریان عبوری از پایه میکروکنترلر به حد مجاز مورد نیاز است. 20 میلی آمپر... به آن بالاست یا خاموش کننده می گویند. شما می توانید تقریباً با دانستن مقاومت بار Rн مقدار مقاومت را محاسبه کنید.

R خاموش کردن =(5v / 0.02A) - Rн = 250 - Rn

همانطور که می بینید، حتی در بدترین حالت، زمانی که مقاومت بار صفر است، 250 اهم کافی است تا جریان از 20 میلی آمپر بیشتر نشود. بنابراین، اگر نمی خواهید چیزی را در آنجا بشمارید، قرار دهید 300 اهمو پورت را از اضافه بار محافظت خواهید کرد. مزیت این روش واضح است - سادگی.

1.2 اتصال باربا استفاده از ترانزیستور دوقطبی
اگر این اتفاق افتاده است که بار شما بیش از 20 میلی آمپر مصرف کند، مطمئناً مقاومت در اینجا کمکی نخواهد کرد. لازم است به نحوی جریان را افزایش دهید (بخوانید تا افزایش دهید). چه چیزی برای تقویت سیگنال استفاده می شود؟ درست. ترانزیستور!

برای تقویت استفاده از آن راحت تر است n-p-nترانزیستور مدار OE... با این روش می توانید باری با ولتاژ تغذیه بالاتر از منبع تغذیه میکروکنترلر وصل کنید. مقاومت در پایه یک مقاومت محدود کننده است. می تواند در محدوده وسیعی (1-10 کیلو اهم) متفاوت باشد، در هر صورت ترانزیستور در حالت اشباع کار می کند. ترانزیستور می تواند هر نوع باشد n-p-nترانزیستور سود عملاً بی ربط است. ترانزیستور توسط جریان کلکتور (جریان مورد نیاز) و ولتاژ کلکتور-امیتر (ولتاژی که بار را تغذیه می کند) انتخاب می شود. اتلاف نیرو نیز مهم است - تا بیش از حد گرم نشود.

از میان موارد رایج و به آسانی در دسترس، می توانید از BC546، BC547، BC548، BC549 با هر حروف (100 میلی آمپر) استفاده کنید و همان KT315 (کسی که از انبارهای قدیمی باقی مانده است) انجام می دهد.
- برگه اطلاعات ترانزیستور دوقطبی BC547

1.3 اتصال باربا استفاده از ترانزیستور اثر میدانی
اما اگر جریان بار ما در عرض ده آمپر باشد چه؟ استفاده از یک ترانزیستور دوقطبی غیرممکن است، زیرا جریان های کنترلی چنین ترانزیستوری بزرگ است و به احتمال زیاد بیش از 20 میلی آمپر خواهد بود. خروجی می تواند یک ترانزیستور مرکب (در زیر بخوانید) یا یک ترانزیستور اثر میدانی (معروف به MOS، با نام مستعار MOSFET) باشد. ترانزیستور اثر میدان فقط یک چیز شگفت انگیز است، زیرا توسط جریان کنترل نمی شود، بلکه توسط پتانسیل موجود در دروازه کنترل می شود. این امکان راندن جریان های بار بزرگ را با جریان گیت میکروسکوپی فراهم می کند.

هر ترانزیستور اثر میدان n کانال برای ما مناسب است. ما مانند دوقطبی از نظر جریان، ولتاژ و اتلاف توان را انتخاب می کنیم.

هنگام روشن کردن ترانزیستور اثر میدانی، باید تعدادی از نکات را در نظر بگیرید:
- از آنجایی که گیت در واقع یک خازن است، پس در لحظات تعویض ترانزیستور، جریان های زیادی از آن عبور می کند (برای مدت کوتاهی). به منظور محدود کردن این جریان ها، یک مقاومت محدود کننده در دروازه قرار می گیرد.
- ترانزیستور توسط جریان های کم کنترل می شود و اگر خروجی میکروکنترلری که گیت به آن وصل شده است در حالت Z با امپدانس بالا باشد، کارگر میدانی شروع به باز و بسته شدن غیرقابل پیش بینی می کند و تداخل ایجاد می کند. برای از بین بردن این رفتار، پایه میکروکنترلر باید با مقاومتی در حد 10 کیلو اهم به زمین "فشرده" شود.
ترانزیستور اثر میدانی در برابر پس زمینه تمام ویژگی های مثبت خود دارای یک اشکال است. هزینه ای که برای کنترل جریان کم باید پرداخت کند کندی ترانزیستور است. PWM البته میکشه ولی اگه از فرکانس مجاز تجاوز کنی با گرمای زیاد جوابت میده.

1.4 اتصال باربا استفاده از ترانزیستور دارلینگتون مرکب
یک جایگزین برای استفاده از ترانزیستور اثر میدانی با بار جریان بالا، استفاده از ترانزیستور دارلینگتون مرکب است. از نظر ظاهری، این همان ترانزیستور است، مثلاً یک ترانزیستور دوقطبی، اما در داخل، یک مدار تقویت کننده اولیه برای کنترل یک ترانزیستور خروجی قدرتمند استفاده می شود. این به جریان های کوچک اجازه می دهد تا بارهای قدرتمند را کنترل کنند. استفاده از ترانزیستور دارلینگتون به اندازه استفاده از مجموعه ای از این ترانزیستورها جالب نیست. میکرو مدار فوق العاده ای مانند ULN2003 وجود دارد. این شامل 7 ترانزیستور دارلینگتون است و هر کدام را می توان با جریانی تا 500 میلی آمپر بارگذاری کرد و می توان آنها را به صورت موازی وصل کرد تا جریان را افزایش دهد.

اتصال ریز مدار به میکروکنترلر بسیار آسان است (فقط پا به پا) سیم کشی مناسبی دارد (ورودی مخالف خروجی) و نیازی به تسمه اضافی ندارد. در نتیجه این طراحی موفق، ULN2003 به طور گسترده در تمرینات رادیویی آماتور استفاده می شود. بر این اساس، دریافت آن دشوار نخواهد بود.
- برگه داده برای مونتاژ Darlington ULN2003

اگر نیاز به کنترل دستگاه های AC (اغلب 220 ولت) دارید، همه چیز پیچیده تر است، اما نه چندان.

2.1 اتصال باربا استفاده از رله
ساده ترین و احتمالاً قابل اطمینان ترین اتصال با استفاده از رله است. سیم پیچ رله به خودی خود یک بار جریان بالایی دارد، بنابراین نمی توانید آن را مستقیماً روی میکروکنترلر روشن کنید. رله را می توان از طریق یک ترانزیستور اثر میدانی یا دوقطبی یا از طریق همان ULN2003، در صورت نیاز به چندین کانال متصل کرد.

از مزایای این روش می توان به جریان سوئیچینگ بالا (بسته به رله انتخابی)، ایزولاسیون گالوانیکی اشاره کرد. معایب: محدودیت سرعت / فرکانس سوئیچینگ و سایش مکانیکی قطعات.
توصیه کردن چیزی برای استفاده منطقی نیست - رله های زیادی وجود دارد، با توجه به پارامترها و قیمت لازم انتخاب کنید.

2.2 اتصال باربا استفاده از تریاک (تریاک).
اگر نیاز به کنترل یک بار متناوب AC قدرتمند دارید، و به خصوص اگر نیاز به کنترل برق عرضه شده به بار (دایمرها) دارید، بدون استفاده از تریاک (یا تریاک) نمی توانید این کار را انجام دهید. تریاک با یک پالس جریان کوتاه از طریق الکترود کنترل باز می شود (برای هر دو نیم موج ولتاژ منفی و مثبت). وقتی ولتاژی روی آن نباشد (زمانی که ولتاژ از صفر عبور کند، تریاک خودش را می‌بندد). از اینجاست که سختی ها شروع می شود. میکروکنترلر باید لحظه عبور از ولتاژ صفر را کنترل کند و در یک لحظه دقیقاً تعریف شده یک پالس برای باز کردن تریاک بدهد - این کار ثابت کنترلر است. مشکل دیگر عدم جداسازی گالوانیکی تریاک است. ما باید این کار را روی عناصر جداگانه انجام دهیم و این طرح را پیچیده می کند.

اگرچه تریاک های مدرن با جریان نسبتاً کم هدایت می شوند و می توانند مستقیماً (از طریق یک مقاومت محدود کننده) به میکروکنترلر متصل شوند، به دلایل ایمنی باید از طریق دستگاه های عایق نوری روشن شوند. و این نه تنها در مورد مدارهای کنترل تریاک، بلکه در مورد مدارهای کنترل صفر نیز صدق می کند.

یک راه کاملا مبهم برای اتصال بار. از آنجایی که، از یک سو، به مشارکت فعال میکروکنترلر و یک راه حل مدار نسبتاً پیچیده نیاز دارد. از سوی دیگر، امکان دستکاری بسیار انعطاف پذیر بار را فراهم می کند. یکی دیگر از معایب استفاده از تریاک، مقدار زیادی نویز دیجیتالی است که در حین کار آنها ایجاد می شود - مدارهای سرکوب مورد نیاز است.

تریاک ها بسیار مورد استفاده قرار می گیرند و در برخی مناطق به سادگی غیر قابل تعویض هستند، بنابراین تهیه آنها مشکلی ندارد. اغلب در آماتورهای رادیویی از تریاک های نوع BT138 استفاده می شود.

06 ژانویه 2017

در عمل، اغلب لازم است برخی از وسایل الکتریکی قدرتمند را با استفاده از یک مدار دیجیتال (مثلاً یک میکروکنترلر) کنترل کرد. این می تواند یک LED قدرتمند باشد که جریان زیادی را می کشد یا دستگاهی باشد که توسط یک شبکه الکتریکی تغذیه می شود. بیایید راه حل های معمولی برای این مشکل را در نظر بگیریم.

انواع کنترل

به طور معمول، 3 گروه از روش ها را می توان متمایز کرد:

1. کنترل بار DC
   • کلید ترانزیستور روی ترانزیستور دوقطبی.
   • سوئیچ ترانزیستور ماسفت.
   • سوئیچ ترانزیستور IGBT.
2. کنترل بار AC
   • کلید تریستور
   • کلید تریاک
3. یک روش جهانی
   • رله.

انتخاب روش کنترل هم به نوع بار و هم به نوع منطق دیجیتال مورد استفاده بستگی دارد. اگر مدار بر روی ریزمدارهای TTL ساخته شده باشد، باید به خاطر داشت که برخلاف CMOS که در آن ولتاژ کنترل می شود، آنها با جریان کنترل می شوند. گاهی اوقات این مهم است.

کلید ترانزیستور دوقطبی

برای فعلی $ I_ (LED) = 0 (,) 075 \، A $، جریان کنترل باید $ \ beta = 50 $ برابر کمتر باشد:

افت ولتاژ در اتصال امیتر-پایه به صورت $ V_ (EB) = 0 (,) 7 \, V $ در نظر گرفته می شود.

مقاومت به سمت پایین گرد شد تا فضای سر فعلی فراهم شود.

بنابراین، ما مقادیر مقاومت های R1 و R2 را پیدا کرده ایم.

ترانزیستور دارلینگتون

اگر بار بسیار قدرتمند باشد، جریان عبوری از آن می تواند به چندین آمپر برسد. برای ترانزیستورهای پرقدرت، نسبت $ \ beta $ ممکن است کافی نباشد. (علاوه بر این، همانطور که از جدول مشاهده می شود، برای ترانزیستورهای قدرتمند در حال حاضر کوچک است.)

در این حالت می توان از یک آبشار از دو ترانزیستور استفاده کرد. ترانزیستور اول جریانی را که ترانزیستور دوم را روشن می کند کنترل می کند. چنین مدار سوئیچینگی مدار دارلینگتون نامیده می شود.

در این مدار، نسبت $ \ beta $ دو ترانزیستور چند برابر می شود و در نتیجه نسبت انتقال جریان بسیار بالایی ایجاد می شود.

برای افزایش سرعت خاموش شدن ترانزیستورها می توانید امیتر و پایه را با یک مقاومت برای هر کدام وصل کنید.

مقاومت ها باید به اندازه ای بزرگ باشند که بر جریان بیس-امیتر تأثیر نگذارند. مقادیر معمولی 5 ... 10 کیلو اهم برای ولتاژهای 5 ... 12 ولت است.

ترانزیستورهای دارلینگتون به صورت یک دستگاه مجزا تولید می شوند. نمونه هایی از این ترانزیستورها در جدول نشان داده شده است.

در غیر این صورت، عملکرد کلید ثابت می ماند.

کلید ترانزیستور اثر میدانی

در آینده، ما ترانزیستور اثر میدان را به طور خاص MOSFET می نامیم، یعنی ترانزیستورهای اثر میدانی با گیت عایق (آنها نیز MOS هستند، آنها نیز MOS هستند). آنها از این نظر راحت هستند که منحصراً با ولتاژ کنترل می شوند: اگر ولتاژ دروازه بالاتر از آستانه باشد ، ترانزیستور باز می شود. در این حالت، جریان کنترل در زمانی که ترانزیستور باز یا بسته است از طریق آن عبور نمی کند. این یک مزیت قابل توجه نسبت به ترانزیستورهای دوقطبی است که در آنها تا زمانی که ترانزیستور روشن است جریان جریان دارد.

همچنین در آینده ما فقط از ماسفت های n کانال (حتی برای مدارهای فشار کش) استفاده خواهیم کرد. این به این دلیل است که ترانزیستورهای کانال n ارزان تر هستند و عملکرد بهتری دارند.

ساده ترین مدار سوئیچ ماسفت در زیر نشان داده شده است.

بار دیگر "از بالا" به تخلیه متصل می شود. اگر آن را "از پایین" وصل کنید، مدار کار نخواهد کرد. واقعیت این است که اگر ولتاژ بین دروازه و منبع از آستانه فراتر رود، ترانزیستور باز می شود. هنگامی که "از پایین" متصل می شود، بار یک افت ولتاژ اضافی ایجاد می کند و ترانزیستور ممکن است باز یا ناقص باز نشود.

با کنترل فشار کش، مدار تخلیه خازن در واقع یک زنجیره RC تشکیل می دهد که در آن حداکثر جریان تخلیه برابر است با

که در آن $ V $ ولتاژی است که ترانزیستور را به حرکت در می آورد.

بنابراین، برای محدود کردن جریان شارژ-دشارژ به 10 میلی آمپر، کافی است یک مقاومت 100 اهم قرار دهید. اما هر چه مقاومت مقاومت بیشتر باشد باز و بسته شدن آن کندتر می شود، زیرا ثابت زمانی $ \ tau = RC $ افزایش می یابد. این مهم است اگر ترانزیستور به طور مکرر سوئیچ شود. به عنوان مثال، در یک کنترلر PWM.

پارامترهای اصلی که باید به آنها توجه کرد عبارتند از ولتاژ آستانه $ V_ (th) $، حداکثر جریان تخلیه $ I_D $ و مقاومت تخلیه به منبع $ R_ (DS) $ در ترانزیستور باز.

در زیر جدولی با نمونه هایی از مشخصات ماسفت آورده شده است.

مدل	$ V_ (امین) $	$ \ حداکثر \ I_D $	$ \ حداکثر \ R_ (DS) $
2N7000	3 اینچ	200 میلی آمپر	5 اهم
IRFZ44N	4 اینچ	35 A	0.0175 اهم
IRF630	4 اینچ	9 الف	0.4 اهم
IRL2505	2 اینچ	74 الف	0.008 اهم

حداکثر مقادیر برای $ V_ (th) $ داده شده است. واقعیت این است که برای ترانزیستورهای مختلف، حتی از یک دسته، این پارامتر می تواند بسیار متفاوت باشد. اما اگر حداکثر مقدار مثلاً 3 ولت باشد، این ترانزیستور تضمینی برای استفاده در مدارهای دیجیتال با ولتاژ تغذیه 3.3 ولت یا 5 ولت است.

مقاومت تخلیه به منبع ترانزیستورهای مدل داده شده بسیار کم است، اما باید به خاطر داشت که در ولتاژهای بالای بار کنترل شده، حتی می تواند منجر به آزاد شدن توان قابل توجهی در قالب گرما شود.

مدار استارت سریع

همانطور که قبلا ذکر شد، اگر ولتاژ در دروازه نسبت به منبع از ولتاژ آستانه بیشتر شود، ترانزیستور باز می شود و مقاومت تخلیه به منبع کوچک است. با این حال، ولتاژ زمانی که روشن می شود نمی تواند به شدت به آستانه بپرد. و در مقادیر پایین تر، ترانزیستور به عنوان یک مقاومت عمل می کند و گرما را از بین می برد. اگر بار باید به طور مکرر روشن شود (به عنوان مثال، در یک کنترلر PWM)، بهتر است ترانزیستور را از حالت بسته به حالت باز منتقل کنید و در اسرع وقت به عقب برگردید.

دوباره به محل بار برای ترانزیستور کانال n توجه کنید - در "بالا" قرار دارد. اگر آن را بین ترانزیستور و زمین قرار دهید، به دلیل افت ولتاژ در بار، ولتاژ منبع دروازه ممکن است کمتر از آستانه باشد، ترانزیستور به طور کامل باز نمی شود و ممکن است بیش از حد گرم شود و از کار بیفتد.

درایور ترانزیستور اثر میدانی

اگر هنوز نیاز دارید که بار را به یک ترانزیستور کانال n بین تخلیه و زمین وصل کنید، راه حلی وجود دارد. می توانید از یک ریز مدار آماده استفاده کنید - درایور بالای شانه. یکی از بالا به این دلیل است که ترانزیستور در بالا قرار دارد.

درایورهایی نیز برای بازوهای بالایی و پایینی (به عنوان مثال IR2151) برای ساخت مدار فشار کش در دسترس هستند، اما برای روشن کردن ساده بار، نیازی به این کار نیست. اگر بار را نتوان "در هوا معلق" گذاشت، لازم است، اما باید به زمین کشیده شود.

بیایید مدار درایور بازوی بالایی را با استفاده از IR2117 به عنوان مثال بررسی کنیم.

مدار خیلی پیچیده نیست و استفاده از درایور امکان استفاده بهینه از ترانزیستور را فراهم می کند.

IGBT

دسته جالب دیگری از دستگاه های نیمه هادی که می توانند به عنوان سوئیچ استفاده شوند، ترانزیستورهای دوقطبی گیت عایق (IGBT) هستند.

آنها مزایای هر دو MOS و ترانزیستور دوقطبی را ترکیب می کنند: آنها ولتاژ کنترل می شوند، حداکثر ولتاژ و جریان مجاز بالایی دارند.

کلید IGBT را می توان به همان روشی که کلید ماسفت کنترل کرد. با توجه به اینکه IGBT ها بیشتر در الکترونیک قدرت استفاده می شوند، معمولاً به همراه درایورها استفاده می شوند.

به عنوان مثال، طبق دیتاشیت، IR2117 می تواند برای رانندگی یک IGBT استفاده شود.

نمونه ای از IGBT IRG4BC30F است.

کنترل بار AC

تمام مدارهای قبلی با این واقعیت متمایز می شدند که بار، اگرچه قدرتمند بود، اما با جریان مستقیم تغذیه می شد. مدارها دارای یک خط زمین و برق کاملاً مشخص بودند (یا دو خط برای کنترلر و بار).

برای مدارهای AC، باید از روش های دیگری استفاده کنید. رایج ترین آنها استفاده از تریستور، تریاک و رله است. رله را کمی بعد در نظر خواهیم گرفت، اما فعلا اجازه دهید در مورد دو مورد اول صحبت کنیم.

تریستورها و تریاک ها

تریستور یک وسیله نیمه هادی است که می تواند در دو حالت باشد:

• باز - جریان را می گذراند، اما فقط در یک جهت،
• بسته - جریان را عبور نمی دهد.

از آنجایی که تریستور جریان را تنها در یک جهت عبور می دهد، برای روشن و خاموش کردن بار چندان مناسب نیست. دستگاه برای هر دوره جریان متناوب نیمی از زمان بیکار است. با این حال، تریستور را می توان در دیمر استفاده کرد. در آنجا می توان از آن برای کنترل برق استفاده کرد و بخشی از برق مورد نیاز را از موج تغذیه قطع کرد.

ترایاک در واقع یک تریستور دو جهته است. این به این معنی است که به شما امکان می دهد نه امواج نیمه، بلکه یک موج کامل از ولتاژ تغذیه بار را عبور دهید.

دو راه برای باز کردن تریاک (یا تریستور) وجود دارد:

• (حداقل برای مدت کوتاهی) جریان باز کردن قفل را به الکترود کنترل اعمال کنید.
• ولتاژ کافی را به الکترودهای "کار" آن اعمال کنید.

روش دوم برای ما مناسب نیست، زیرا ولتاژ منبع تغذیه دارای دامنه ثابت خواهد بود.

پس از باز شدن تریاک، می توان آن را با تغییر قطبیت یا کاهش جریان عبوری از آن به مقدار کمتر از جریان به اصطلاح نگهدارنده، بست. اما از آنجایی که منبع تغذیه با جریان متناوب سازماندهی می شود، این امر به طور خودکار در پایان نیم چرخه اتفاق می افتد.

هنگام انتخاب یک تریاک، مهم است که جریان نگهدارنده ($ I_H $) را در نظر بگیرید. اگر از یک TRIAC قدرتمند با جریان نگهدارنده زیاد استفاده کنید، جریان عبوری از بار ممکن است خیلی کم باشد و TRIAC به سادگی باز نمی شود.

کلید تریاک

برای جداسازی گالوانیکی مدارهای کنترل و قدرت، بهتر است از یک اپتوکوپلر یا یک درایور مخصوص تریاک استفاده کنید. به عنوان مثال، MOC3023M یا MOC3052.

این اپتوکوپلرها از یک LED مادون قرمز و یک فتوسیمیستور تشکیل شده اند. از این فتوسیمیستور می توان برای کنترل یک سوئیچ قدرتمند تریاک استفاده کرد.

در MOC3052، افت ولتاژ در LED 3 ولت و جریان 60 میلی آمپر است، بنابراین هنگام اتصال به میکروکنترلر، ممکن است مجبور شوید از یک سوئیچ ترانزیستور اضافی استفاده کنید.

تریاک داخلی برای ولتاژ تا 600 ولت و جریان تا 1 آمپر طراحی شده است. این برای کنترل لوازم خانگی قدرتمند از طریق یک تریاک برق دوم کافی است.

مدار کنترلی را برای یک بار مقاومتی (مثلاً یک لامپ رشته ای) در نظر بگیرید.

بنابراین، این اپتوکوپلر به عنوان یک درایور تریاک عمل می کند.

همچنین درایورهایی با آشکارساز صفر وجود دارد - به عنوان مثال، MOC3061. آنها فقط در ابتدای دوره سوئیچ می کنند، که تداخل برق را کاهش می دهد.

مقاومت های R1 و R2 طبق معمول محاسبه می شوند. مقاومت مقاومت R3 بر اساس پیک ولتاژ در شبکه تغذیه و جریان باز کردن قفل تریاک قدرت تعیین می شود. اگر خیلی بزرگ بگیرید - تریاک باز نمی شود، خیلی کوچک است - جریان بیهوده جریان می یابد. مقاومت ممکن است به یک مقاومت قوی نیاز داشته باشد.

یادآوری این نکته مفید خواهد بود که 230 ولت در شبکه برق (استاندارد فعلی برای روسیه، اوکراین و بسیاری از کشورهای دیگر) مقدار ولتاژ موثر است. اوج ولتاژ $ \ sqrt2 \ cdot 230 \ تقریباً 325 \ ، V $ است.

کنترل بار القایی

هنگام راندن یک بار القایی مانند موتور الکتریکی، یا زمانی که تداخلی در شبکه وجود دارد، ولتاژ می تواند به اندازه ای زیاد شود که تریاک به طور خود به خود باز شود. برای مبارزه با این پدیده، لازم است یک اسنابر را به مدار اضافه کنید - این یک خازن صاف کننده و یک مقاومت به موازات تریاک است.

Snubber وضعیت را با انتشار گازهای گلخانه ای بهبود نمی بخشد، اما با آن بهتر از بدون آن است.

خازن سرامیکی باید برای ولتاژی بالاتر از حداکثر ولتاژ منبع تغذیه نامگذاری شود. یک بار دیگر به یاد داشته باشید که برای 230 ولت 325 ولت است. بهتر است با حاشیه بگیرید.

مقادیر معمولی: $ C_1 = 0 (،) 01 \، μF $، $ R_4 = 33 \، اهم $.

مدل های تریاک نیز وجود دارد که نیازی به اسنابر ندارند. به عنوان مثال، BTA06-600C.

نمونه هایی از تریاک ها

نمونه هایی از تریاک در جدول زیر نشان داده شده است. در اینجا $ I_H $ جریان نگهدارنده است، $ \ max \ I_ (T (RMS)) $ حداکثر جریان است، $ \ max \ V_ (DRM) $ حداکثر ولتاژ است، $ I_ (GT) $ جریان شلیک است. .

مدل	$ I_H $	$ \ حداکثر \ I_ (T (RMS)) $	$ \ حداکثر \ V_ (DRM) $	$ I_ (GT) $
BT134-600D	10 میلی آمپر	4 الف	600 V	5 میلی آمپر
MAC97A8	10 میلی آمپر	0.6 A	600 V	5 میلی آمپر
Z0607	5 میلی آمپر	0.8 A	600 V	5 میلی آمپر
BTA06-600C	25 میلی آمپر	6 الف	600 V	50 میلی آمپر

رله

رله های الکترومغناطیسی

از نقطه نظر میکروکنترلر، رله خود یک بار قوی و القایی است. بنابراین، برای روشن یا خاموش کردن رله، به عنوان مثال، باید از یک سوئیچ ترانزیستور استفاده کنید. نمودار اتصال و همچنین بهبود این مدار قبلاً مورد بحث قرار گرفت.

رله ها با سادگی و کارایی خود تحت تأثیر قرار می گیرند. به عنوان مثال، رله HLS8-22F-5VDC با ولتاژ 5 ولت کنترل می شود و قادر است باری را تغییر دهد که جریانی تا 15 آمپر مصرف می کند.

رله های حالت جامد

مزیت اصلی رله - سهولت استفاده - توسط چندین معایب تحت الشعاع قرار می گیرد:

• این یک دستگاه مکانیکی است و تماس ها می توانند کثیف شوند یا حتی به یکدیگر جوش داده شوند.
• سرعت سوئیچ کمتر،
• جریان سوئیچینگ نسبتاً بالا،
• مخاطبین کلیک کنید.

برخی از این معایب در رله های به اصطلاح حالت جامد حذف می شوند. اینها در واقع دستگاه های نیمه هادی با عایق گالوانیکی هستند که حاوی مدار کاملی از یک کلید قدرتمند در داخل هستند.

نتیجه

بنابراین، ما به اندازه کافی روش های کنترل بار را در زرادخانه خود داریم تا تقریباً هر مشکلی را که ممکن است یک آماتور رادیویی با آن مواجه شود، حل کنیم.

کلید روی شانه است! - ویژگی های استفاده از درایورهای ولتاژ بالا تولید شده توسط IR

ویرایشگر شماتیک

تمام نمودارها در KiCAD رسم شده اند. اخیراً برای پروژه هایم از آن استفاده می کنم ، بسیار راحت است ، توصیه می کنم. با کمک آن، نه تنها می توانید نمودارها را ترسیم کنید، بلکه می توانید تابلوهای مدار چاپی را نیز طراحی کنید.

گاهی اوقات لازم است یک بار قدرتمند را با سیگنال ضعیف از میکروکنترلر روشن کنید، به عنوان مثال، یک لامپ در یک اتاق. این مشکل به ویژه برای توسعه دهندگان مرتبط است. خانه هوشمند... اولین چیزی که به ذهن می رسد این است رله... اما عجله نکنید، راه بهتری وجود دارد :)

در واقع، رله یک مزخرف کامل است. اولاً ، آنها گران هستند و ثانیاً ، برای تغذیه سیم پیچ رله ، به یک ترانزیستور تقویت کننده نیاز است ، زیرا پایه ضعیف میکروکنترلر قادر به چنین شاهکاری نیست. خب، ثالثاً، هر رله ای طراحی بسیار دست و پا گیر است، به خصوص اگر یک رله قدرت طراحی شده برای جریان بالا باشد.

وقتی صحبت از جریان متناوب می شود، بهتر است از آن استفاده کنید تریاک هایا تریستورها... چیست؟ و حالا بهت میگم

Triac BT139
نمودار اتصال از برگه داده در MOC3041

اگر روی انگشتان شماست، پس تریستوربه نظر می رسد دیود، حتی نامگذاری مشابه است. جریان را در یک جهت می گذراند و در جهت دیگر نمی گذارد. اما یک ویژگی دارد که اساساً آن را از دیود متمایز می کند - ورودی کنترل.
اگر برای ورودی کنترل اعمال نکنید جریان باز کردن، سپس تریستورجریان را حتی در جهت رو به جلو عبور نخواهد داد. اما ارزش آن را دارد که حداقل یک تکانه کوتاه بدهیم، زیرا بلافاصله باز می شود و تا زمانی که ولتاژ مستقیم وجود دارد باز می ماند. اگر ولتاژ را بردارید یا قطبیت را تغییر دهید، سپس تریستور بسته می شود... قطبیت ولتاژ کنترل ترجیحا باید با قطبیت ولتاژ آند مطابقت داشته باشد.

اگر اتصالموازی مقابل دو تریستورسپس معلوم خواهد شد تریاک- یک چیز عالی برای تغییر بار در جریان متناوب.

در نیم طول موج مثبت سینوسی، یکی از نیمه منفی، دیگری عبور می کند. علاوه بر این، آنها فقط در صورت وجود سیگنال کنترل منتقل می شوند. اگر سیگنال کنترل حذف شود، در دوره بعدی هر دو تریستور خاموش می شوند و مدار قطع می شود. زیبایی و هیچ چیز دیگر. بنابراین باید برای کنترل بار خانگی استفاده شود.

اما یک نکته ظریف وجود دارد - ما مدار برق ولتاژ بالا، 220 ولت را تغییر می دهیم. و ما یک کنترلر داریم ولتاژ پایین، در پنج ولت کار می کند. بنابراین، برای جلوگیری از افراط و تفریط، باید درست کنید حذف احتمالی... یعنی مطمئن شوید که اتصال الکتریکی مستقیم بین قطعات فشار قوی و فشار ضعیف وجود ندارد. به عنوان مثال، انجام دهید جداسازی نوری... برای این، یک مونتاژ ویژه وجود دارد - یک درایور triac opto MOC3041... یک چیز فوق العاده!
به نمودار سیم کشی نگاه کنید - فقط چند قسمت اضافی وجود دارد و قسمت های برق و کنترل شما از یکدیگر جدا شده اند. نکته اصلی این است که ولتاژی که خازن برای آن طراحی شده است یک و نیم برابر بیشتر از ولتاژ خروجی است. هنگام روشن و خاموش کردن تریاک نمی توانید از تداخل برق بترسید. در خود درایور opto، سیگنال توسط یک LED تامین می‌شود، به این معنی که می‌توانید با خیال راحت آن را از پایه میکروکنترلر بدون هیچ گونه تغییر اضافی روشن کنید.

به طور کلی بدون جدا شدن امکان پذیر است و کار خواهد کرد اما لحن خوبی محسوب می شود همیشه یک انصراف بالقوه ایجاد کنیدبین بخش قدرت و کنترل این هم قابلیت اطمینان و هم ایمنی کل سیستم است. راه حل های صنعتی بسیار ساده با کوپلرهای نوری یا انواع تقویت کننده های ایزوله بسته بندی شده اند.

MOP (بورژوایی ماسفت) مخفف Metal-Oxide-Semiconductor از این مخفف است، ساختار این ترانزیستور مشخص می شود.

اگر روی انگشتان باشد، یک کانال نیمه هادی در آن وجود دارد که به عنوان نوعی یک صفحه خازن عمل می کند و صفحه دوم یک الکترود فلزی است که از طریق یک لایه نازک اکسید سیلیکون که یک دی الکتریک است، قرار دارد. هنگامی که یک ولتاژ به گیت اعمال می شود، این خازن شارژ می شود و میدان الکتریکی گیت بارهایی را به کانال می کشد، در نتیجه بارهای متحرک در کانال ظاهر می شود که می تواند جریان الکتریکی و مقاومت منبع تخلیه را تشکیل دهد. به شدت سقوط می کند هرچه ولتاژ بیشتر باشد، بارها بیشتر و مقاومت کمتر می شود، در نتیجه، مقاومت می تواند به مقادیر کمی کاهش یابد - صدم اهم، و اگر ولتاژ را بیشتر افزایش دهید، لایه اکسید شکسته می شود و خان ترانزیستور

مزیت چنین ترانزیستوری در مقایسه با یک دوقطبی واضح است - ولتاژ باید به گیت اعمال شود، اما از آنجایی که دی الکتریک وجود دارد، جریان صفر خواهد بود، به این معنی که لازم است قدرت کنترل این ترانزیستور کم خواهد بود، در واقع فقط در لحظه سوئیچینگ که خازن شارژ و دشارژ می شود مصرف می کند.

نقطه ضعف آن از خاصیت خازنی آن ناشی می شود - وجود یک ظرفیت خازنی در دروازه نیاز به جریان شارژ زیادی در هنگام باز شدن دارد. در تئوری برابر با بی نهایت در فواصل زمانی بینهایت کوچک است. و اگر جریان توسط یک مقاومت محدود شود، خازن به آرامی شارژ می شود - نمی توانید از ثابت زمان مدار RC دور شوید.

ترانزیستورهای MOS هستند پ و نکانال اصل آنها یکسان است، تنها تفاوت در قطبیت حامل های فعلی در کانال است. بر این اساس، در یک جهت متفاوت از ولتاژ کنترل و گنجاندن در مدار. اغلب ترانزیستورها به شکل جفت های مکمل ساخته می شوند. یعنی دو مدل با مشخصات کاملاً یکسان وجود دارد که یکی از آنها N و دیگری کانال P است. علامت گذاری آنها، به عنوان یک قاعده، با یک رقم متفاوت است.

من محبوب ترین ها را دارم MNPترانزیستورها هستند IRF630(n کانال) و IRF9630(پ کانال) یک بار آنها را با یک دوجین و نیم از هر نوع مخلوط کردم. داشتن جثه نه چندان بزرگ TO-92این ترانزیستور می تواند تا 9 آمپر از درون خود عبور کند. مقاومت باز آن تنها 0.35 اهم است.
با این حال، این یک ترانزیستور نسبتا قدیمی است، به عنوان مثال، اکنون چیزهایی به طور ناگهانی وجود دارد IRF7314، قادر به کشیدن همان 9A است، اما در همان زمان در جعبه SO8 - به اندازه یک سلول نوت بوک - قرار می گیرد.

یکی از مشکلات داک ماسفتترانزیستور و میکروکنترلر (یا مدار دیجیتال) به این صورت است که برای باز شدن کامل تا اشباع کامل، این ترانزیستور باید با ولتاژ بیشتری به داخل گیت بغلتد. معمولاً این حدود 10 ولت است و MK می تواند حداکثر 5 ولت بدهد.
سه گزینه وجود دارد:

اما به طور کلی، هنوز نصب درایور صحیح تر است، زیرا علاوه بر عملکردهای اساسی تولید سیگنال های کنترلی، به عنوان یک بابل اضافی، حفاظت جریان، محافظت در برابر خرابی، ولتاژ اضافه، سرعت باز شدن را به حداکثر می رساند. ، در کل جریانش را بیهوده نمی خورد.

انتخاب ترانزیستور نیز چندان دشوار نیست، به خصوص اگر با حالت های محدود کننده زحمتی ندارید. اول از همه، شما باید نگران ارزش جریان تخلیه باشید - I Drain or شناسهیک ترانزیستور برای حداکثر جریان برای بار خود انتخاب کنید، بهتر است با حاشیه 10 درصد. پارامتر مهم بعدی برای شما این است وی جی اس- ولتاژ اشباع منبع- گیت، یا به عبارت ساده تر، ولتاژ کنترل. گاهی اوقات آنها آن را می نویسند، اما اغلب آنها باید به بیرون از نمودار نگاه کنند. به دنبال نموداری از ویژگی خروجی Dependency شناسهاز جانب V DSدر مقادیر مختلف وی جی اس... و شما متوجه می شوید که چه نوع رژیمی خواهید داشت.

به عنوان مثال، شما باید موتور را با ولتاژ 12 ولت، با جریان 8 آمپر تغذیه کنید. راننده گیر کرده و شما فقط سیگنال کنترل 5 ولت دارید. اولین چیزی که بعد از این مقاله به ذهن رسید IRF630 است. مناسب برای جریان با حاشیه 9 آمپر در برابر 8 مورد نیاز. اما اجازه دهید به مشخصه خروجی نگاه کنیم:

اگر می خواهید یک PWM را به این کلید هدایت کنید، باید در مورد زمان باز و بسته شدن ترانزیستور پرس و جو کنید، بالاترین را انتخاب کنید و نسبت به زمان، حداکثر فرکانس قابل استفاده را محاسبه کنید. این مقدار نامیده می شود تأخیر سوئیچیا تن,خاموش کردن، به طور کلی، چیزی شبیه به این. خوب، فرکانس 1 / تن است. همچنین، نگاه کردن به ظرفیت شاتر اضافی نخواهد بود. C issبر اساس آن و همچنین مقاومت محدود کننده در مدار گیت، می توانید ثابت زمانی شارژ مدار RC گیت را محاسبه کرده و سرعت را تخمین بزنید. اگر ثابت زمانی بیشتر از دوره PWM باشد، ترانزیستور باز / بسته نمی شود، اما در حالت میانی آویزان می شود، زیرا ولتاژ در دروازه آن توسط این مدار RC در یک ولتاژ ثابت ادغام می شود.

هنگام کار با این ترانزیستورها، این واقعیت را در نظر بگیرید که آنها از الکتریسیته ساکن نه تنها به شدت، بلکه بسیار قوی می ترسند... سوراخ کردن شاتر با یک بار استاتیک بیش از حد واقعی است. پس چگونه آن را خریدم، بلافاصله در فویلو تا زمانی که آن را لحیم نکرده اید آن را خارج نکنید. خودمون رو پشت باطری زمین گرفتیم و کلاه فویل گذاشتیم :).