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.
Это было в мире уже два года, и это было успешным, хотя на рынок ушло больше времени. Электроника была уже на приличном уровне, радио и телефонные соединения, радио, запись звука и воспроизведение и т.д. - в основе этих устройств лежали вакуумные трубки и электромеханическое реле переключения. Производство деталей прекрасно управлялось, и их производители, похоже, долгое время заботились о своих продажах. Тем не менее, было много людей, которые не могли спать основные недостатки трубок: большие размеры, хрупкость, короткая жизнь, высокий расход, большое количество тепла и т.д. не могли бы такие части не состоять из подходящих твердых веществ, без стеклянных колб, вакуумных и накаливающих катодов?
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?
Полупроводники в то время использовали довольно незначительно. В частности, были применены выпрямляющие свойства соединения металл-полупроводник. Выпрямители не имели четко определенных свойств, компоненты сильно отличались друг от друга. Проблема заключалась в чистоте используемых полупроводников, не было теории, объясняющей функцию полупроводниковых элементов. Производство основывалось только на эмпирическом опыте.
Фаза значительного прогресса в области теории и технологии полупроводников только началась в последующие годы. Разработаны методы получения чистых монокристаллов, травления и диффузии примесей. Первый транзистор - долгожданный «твердотельный усилитель» - был составлен Дж. Поверхностные транзисторы уже имели четко определенные свойства и были пригодны для массового производства. В конце года были созданы все научно-технические предпосылки для процветания полупроводниковой промышленности.
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 I c , в наших I к. 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:
Его отец возглавлял небольшую энергетическую компанию в западном Канзасе, занимался также любительской радиотелеграфией и, таким образом, стимулировал интерес сына к электронике. Килби не начинал свою карьеру как отличный студент. Он не мог поехать в Массачусетс, и он был только частью Иллинойского университета. Позже он работал над системами, используемыми в настоящем изобретении. Он занимал различные контрольные функции - среди прочего, он управлял командой, которая выпустила первый карманный калькулятор через два года.
Этот продукт должен показать возможности интегральных схем и стимулировать интерес других компаний, которые сделали отлично. Сегодня он является консультантом нескольких компаний и директором нескольких компаний. Он владеет более чем 60 патентами США. Он получил множество наград за новаторскую работу над полупроводниковыми интегральными схемами, такими как Национальная медаль за науку.
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.
Он также был представлен в Национальный Зал славы как изобретатель. Говорят, что он один из немногих людей, которые на каждом шагу видят, как велика их работа изменила мир. Но он сам скромно снижается: «Я думаю, что моя работа, скорее всего, покажет новый подход к созданию схем, и именно поэтому с тех пор был достигнут большой прогресс, а не прямой результат моей работы».
Он изучал электротехнику в Политехническом институте Ренсселера, а затем сделал докторскую степень в Стэнфорде, где продолжил свою исследовательскую работу еще на 4 года. Тем не менее, Тед Хофф предположил, что для выполнения основных логических операций - микропроцессора создается вместо этого один универсальный чип. Когда стиральная машина разбивается на умного человека, она идет, покупает необходимую деталь и сама устанавливает ее. Однако, когда Тед ломается, Тед сначала анализирует проблему, а затем предлагает ошибочную ее часть, выливает ее, поднимает и устанавливает.
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 h fe .
h fe 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 I c =I be *h fe =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.
И машина работает лучше, чем когда-либо прежде. Что вызвало больше германия, которое будет использоваться в начале исследования, а затем преобладает кремний? Только несколько разных свойств. Сформированные твердые ковалентные кристаллы с алмазной структурой. Кремний является вторым наиболее распространенным элементом земной коры, германий менее распространен; Они не появляются в чистом виде. Германий плавится при более низкой температуре, чем кремний, менее реакционноспособен и поэтому легче готовят в чистом виде.
Это было основной причиной его популярности в начале транзисторной эры. С другой стороны, германий имеет узкую полосу запрещенной энергии. Оксид очень стабилен и защищает поверхность кремния от изменений, является отличным изолятором и предотвращает диффузию примесей. Все это особенности, которые позволили разработать эффективную планарную технологию для производства интегральных схем из кремния.
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.
Простой способ создания подобных слоев на германии не найден. Таким образом, преобладал кремний и эпоха кремния. Как сложно оценить будущее. Вольфганг Паули: Лучше не работать с полупроводниками, это грязно, кто знает, существуют ли они вообще. Популярная механика: компьютеры будут стоить менее полутора тонн в будущем.
Сын проповедника вырос в Гриннелле, штат Айова. Его учитель из Гриннелл-колледжа владел двумя из первых серий транзисторов, которые покинули лаборатории Белла и представили их своим ученикам. Однако Шокли не был хорошим режиссером, и его отношения с коллегами, вероятно, были трудными.
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.
Хёни и изобрел плоскую интегральную схему, которая была гораздо более подходит для массового производства, чем первая схема Килби. В то время Тед Хофф создал первый микропроцессор, известный. В обоих обществах Роберт Нойс создал атмосферу, в которой открытость стала нести ответственность. Он извлек уроки из ошибок Шокли и дал своим молодым талантливым работникам огромное пространство. Он создал рабочий стиль, который привел к феноменальному успеху компаний из калифорнийской Силиконовой долины.
Арифметические операции могут выполняться с ними, они более переменны и имеют возможность взаимодействия. Так называемая схема коммутации, которую можно сравнить с электрическим дренажем, используется для самопрограммирования. Количество строк для новых типов увеличилось до 128 и одинаково для обеих строк. В схеме переключения могут использоваться элементы, описанные ниже.
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:
У устройств новой серии есть много таких функциональных блоков. 
Также добавлены новые функциональные блоки. 
Устройства доступны в двух основных версиях: с дисплеем и кнопками, или как вариант без дисплея и кнопок, которые можно запрограммировать с помощью компьютерной программы или копию с карты памяти. Эти карты доступны для всех строк. Одним из вариантов является расширение входов и выходов одним модулем расширения с таким же количеством входов и выходов, что и базовый модуль. Расширения могут быть центральными или децентрализованными.
 |
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.
Во втором случае, модуль расширения может быть помещен до 30 метров. Если это необходимо только, чтобы расширить число выходов, модуль может быть использован с двумя выходами реле без питания. Основное различие заключается в возможности выполнения арифметических операций и возможности подключения устройств к сети.
Для визуализации это устройство дополняется графическим дисплеем с подсветкой. На дисплее отображаются события, значения и т.д. Чтобы удобно вводить данные для дальнейшей обработки. Резюме свойств управляющих реле. Из технических возможностей этих устройств очевидно, что они могут использоваться в промышленности для управления простыми одноцелевыми машинами даже в классической проводке жилых домов и других зданий. Их можно заменить обычными коммутационными устройствами и ввести более высокий уровень контроля «интеллекта».
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!
Документация и каталоги на чешском языке, включая простые примеры, доступны для отдельных устройств. 
Однодневное обучение предназначено в первую очередь для начинающих и промежуточных пользователей. К счастью, большинство из нас долгое время стояло за тлеющей перспективой 1980-х и 1990-х годов, когда в радиолюбительском обществе было повторено, что то, что делается дома на коленях, ничто и что такое так называемый профессиональный продукт, Непроницаем.
Эти коммерческие объекты построены для получения прибыли, а не для самых тревожных нарушений между соседними участками соревнований! Если мы хотим уменьшить тревожное возмущение отдаленных станций в гонке, мы должны сначала критически взглянуть на то, что мы используем сами, и гарантировать, что мы не будем беспокоить себя или наше окружение собственными устройствами. Если у нас будет достаточно знаний, мы, конечно, не только сможем их извинить, но и рассказать нам, что находится в их оборудовании, стоящем за проблемой, и как можно будет перейти к ее решению.
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.
В таком случае наши критики, безусловно, согласятся на лучшее и не прольют ненужное неповиновение для одной необоснованной расы. Одно остается по-прежнему тем же, что и параметры интермодуляции передатчика. Таким образом, усилители мощности трубки, скорее всего, будут доминировать в мощности одного кВт, в то время как более старые трубчатые усилители около 100 Вт еще более транзисторно-напечатаны.
Несколько лучше источник предпочтения на рисунке 2, который уже обеспечивает меньший внутренний импеданс и имеет определенный температурный эффект саморегулирования. Источник источника на рисунке 3 был разработан автором Библии еще с начала 80-х годов.
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.
В импульсных устройствах очень часто можно встретить транзисторные ключи. Транзисторные ключи присутствуют в триггерах, коммутаторах, мультивибраторах, блокинг-генераторах и в других электронных схемах. В каждой схеме транзисторный ключ выполняет свою функцию, и в зависимости от режима работы транзистора, схема ключа в целом может меняться, однако основная принципиальная схема транзисторного ключа - следующая:
Для этой цели используется внешний транзистор переключения, нарисованный на изображении серым цветом. Схема этого недавно разработанного плагина - хорошая вещь, но для практического использования уместно предложить полное дизайнерское решение. Если транзистор имеет высокий усилитель, схема может расслабиться при определенных условиях. А именно, термористаллический транзистор прикреплен к обычному диоду кремниевого кристалла. Мы можем проверить, что цепь регулируется, так что цепь нагружена сопротивлением около 2 Ом.
Выход напряжений не должен меняться. Пока еще не жить на трассе. Силовой транзистор должен иметь ток от 2 до 3% постоянного тока в пиковом токе при максимальном возбуждении. И какова практическая польза от замены первоначального простого ресурса для нового решения, упомянутого здесь?
Есть несколько основных режимов работы транзисторного ключа: нормальный активный режим, режим насыщения, режим отсечки и активный инверсный режим. Хотя схема транзисторного ключа - это в принципе схема транзисторного усилителя с общим эмиттером, по функциям и режимам эта схема отличается от типичного усилительного каскада.
В ключевом применении транзистор служит быстродействующим ключом, и главными статическими состояниями являются два: транзистор закрыт и транзистор открыт. Запертое состояние - состояние разомкнутое, когда транзистор пребывает в режиме отсечки. Замкнутое состояние - состояние насыщения транзистора, или близкое к насыщению состояние, в этом состоянии транзистор открыт. Когда транзистор переключается из одного состояния в другое, это активный режим, при котором процессы в каскаде протекают нелинейно.
Статические состояния описываются в соответствии со статическими характеристиками транзистора. Характеристик две: семейство выходных - зависимость тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер и семейство входных - зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер.
Для режима отсечки характерно смещение обеих p-n переходов транзистора в обратном направлении, причем бывает глубокая отсечка и неглубокая отсечка. Глубокая отсечка - это когда приложенное к переходам напряжение в 3-5 раз превышает пороговое и имеет полярность обратную рабочей. В таком состоянии транзистор разомкнут, и токи его электродов чрезвычайно малы.
При неглубокой же отсечке напряжение, приложенное к одному из электродов, ниже, и токи электродов больше чем при глубокой отсечке, в результате токи уже зависят от приложенного напряжения в соответствии с нижней кривой из семейства выходных характеристик, эту кривую так и называют «характеристика отсечки».
Для примера проведем упрощенный расчет для ключевого режима транзистора, который будет работать на резистивную нагрузку. Транзистор будет длительное время находиться лишь в одном из двух главных состояний: полностью открыт (насыщение) или полностью закрыт (отсечка).
Пусть нагрузкой транзистора будет обмотка реле SRD-12VDC-SL-C, сопротивление катушки которого при номинальных 12 В будет составлять 400 Ом. Пренебрежем индуктивным характером обмотки реле, пусть разработчики предусмотрят снаббер для защиты от выбросов в переходном режиме, мы же проведем расчет исходя из того, что реле включат один раз и очень надолго. Ток коллектора найдем по формуле:
Iк = (Uпит-Uкэнас) / Rн.
Где: Iк - постоянный ток коллектора; Uпит - напряжение питания (12 вольт); Uкэнас - напряжение насыщения биполярного транзистора (0,5 вольт); Rн - сопротивление нагрузки (400 Ом).
Получаем Iк = (12-0,5) / 400 = 0,02875 А = 28,7 мА.
Для верности возьмем транзистор с запасом по предельному току и по предельному напряжению. Подойдет BD139 в корпусе SOT-32. Этот транзистор обладает параметрами Iкмакс = 1,5 А, Uкэмакс = 80 В. Будет хороший запас.
Чтобы обеспечить ток коллектора в 28,7 мА, необходимо обеспечить соответствующий ток базы. Ток базы определяется формулой: Iб = Iк / h21э, где h21э – статический коэффициент передачи по току.
Современные мультиметры позволяют измерять этот параметр, и в нашем случае он составил 50. Значит Iб = 0,0287 / 50 = 574 мкА. Если значение коэффициента h21э неизвестно, можно для надежности взять минимальное из документации на данный транзистор.
Чтобы нужно определить необходимое значение резистора базы. Напряжение насыщения база-эмиттер составляет 1 вольт. Значит, если управление будет осуществляться сигналом с выхода логической микросхемы, напряжение которого 5 В, то для обеспечения требуемого тока базы в 574 мкА, при падении на переходе 1 В, получим:
R1 = (Uвх-Uбэнас) / Iб = (5-1) / 0,000574 = 6968 Ом
Выберем в меньшую сторону (чтобы тока точно хватило) из стандартного ряда резистор 6,8 кОм.
НО, чтобы транзистор переключался быстрее и чтобы срабатывание было надежным, будем применять дополнительный резистор R2 между базой и эмиттером, а на нем будет падать некоторая мощность, значит необходимо понизить сопротивление резистора R1. Примем R2 = 6,8 кОм и скорректируем значение R1:
R1 = (Uвх-Uбэнас) / (Iб+I(через резистор R2) = (Uвх-Uбэнас) / (Iб+Uбэнас/R2)
R1 = (5-1) / (0,000574+1/6800) = 5547 Ом.
Пусть будет R1 = 5,1 кОм, а R2 = 6,8 кОм.
Посчитаем потери на ключе: P = Iк * Uкэнас = 0,0287 * 0,5 = 0,014 Вт. Радиатор транзистору не потребуется.