Κύκλωμα οδήγησης ρελέ τρανζίστορ με τύπο και υπολογισμούς

Σε αυτό το άρθρο θα μελετήσουμε διεξοδικά ένα κύκλωμα οδήγησης ρελέ τρανζίστορ και θα μάθουμε πώς να σχεδιάζουμε τη διαμόρφωσή του υπολογίζοντας τις παραμέτρους μέσω τύπων.

Σημασία του ρελέ

Τα ρελέ είναι ένα από τα πιο σημαντικά συστατικά των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. Ειδικά σε κυκλώματα όπου η μεταφορά ισχύος υψηλής τάσης ή εναλλαγή φορτίου εναλλασσόμενου ρεύματος, τα ρελέ διαδραματίζουν τον κύριο ρόλο στην υλοποίηση των λειτουργιών.

Εδώ θα μάθουμε πώς να λειτουργούμε σωστά ένα ρελέ χρησιμοποιώντας ένα τρανζίστορ και να εφαρμόζουμε τη σχεδίαση σε ηλεκτρονικό σύστημα για την εναλλαγή ενός συνδεδεμένου φορτίου χωρίς προβλήματα.

Για μια εις βάθος μελέτη σχετικά με τον τρόπο λειτουργίας ενός ρελέ διαβάστε αυτό το άρθρο

Ένα ρελέ, όπως όλοι γνωρίζουμε είναι μια ηλεκτρομηχανική συσκευή που χρησιμοποιείται με τη μορφή ενός διακόπτη.

Είναι υπεύθυνη για την εναλλαγή ενός εξωτερικού φορτίου συνδεδεμένου στις επαφές του ως απόκριση σε μια σχετικά μικρότερη ηλεκτρική ισχύ που εφαρμόζεται σε ένα σχετικό πηνίο.

Βασικά το πηνίο τυλίγεται πάνω από έναν πυρήνα σιδήρου, όταν εφαρμόζεται ένα μικρό DC στο πηνίο, ενεργοποιείται και συμπεριφέρεται σαν ηλεκτρομαγνήτης.

Ένας μηχανισμός επαφής με ελατήριο τοποθετημένος σε κοντινή απόσταση από το πηνίο αποκρίνεται αμέσως και προσελκύεται προς την δύναμη ηλεκτρομαγνήτη ενεργοποιημένου πηνίου. Κατά τη διάρκεια της πορείας η επαφή συνδέει ένα από τα ζευγάρια της μαζί και αποσυνδέει ένα συμπληρωματικό ζεύγος που σχετίζεται με αυτό.

Το αντίστροφο συμβαίνει όταν το DC είναι απενεργοποιημένο στο πηνίο και οι επαφές επιστρέψουν στην αρχική τους θέση, συνδέοντας το προηγούμενο σετ συμπληρωματικών επαφών και ο κύκλος μπορεί να επαναληφθεί όσες φορές γίνεται.

Ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα θα χρειαστεί κανονικά ένα πρόγραμμα οδήγησης ρελέ χρησιμοποιώντας ένα στάδιο κυκλώματος τρανζίστορ για να μετατρέψει την έξοδο εναλλαγής DC χαμηλής ισχύος σε έξοδο εναλλασσόμενου ρεύματος υψηλής ισχύος.

Ωστόσο, τα σήματα χαμηλού επιπέδου από ένα ηλεκτρονικό που μπορεί να προέρχονται από ένα στάδιο IC ή ένα στάδιο τρανζίστορ χαμηλού ρεύματος μπορεί να είναι αρκετά ανίκανα να οδηγήσουν ένα ρελέ απευθείας. Επειδή, ένα ρελέ απαιτεί σχετικά υψηλότερα ρεύματα τα οποία κανονικά δεν είναι διαθέσιμα από μια πηγή IC ή ένα στάδιο τρανζίστορ χαμηλού ρεύματος.

Προκειμένου να ξεπεραστεί το παραπάνω ζήτημα, ένα στάδιο ελέγχου ρελέ καθίσταται επιτακτικό για όλα τα ηλεκτρονικά κυκλώματα που χρειάζονται αυτήν την υπηρεσία.

Ένας οδηγός ρελέ δεν είναι παρά ένα πρόσθετο στάδιο τρανζίστορ που συνδέεται με το ρελέ το οποίο πρέπει να λειτουργεί. Το τρανζίστορ χρησιμοποιείται τυπικά και αποκλειστικά για τη λειτουργία του ρελέ σε απόκριση στις εντολές που λαμβάνονται από το προηγούμενο στάδιο ελέγχου.

Διάγραμμα κυκλώματος

Αναφερόμενος στο παραπάνω διάγραμμα κυκλώματος βλέπουμε ότι η διαμόρφωση περιλαμβάνει μόνο ένα τρανζίστορ, μια αντίσταση βάσης και το ρελέ με μια δίοδο επιστροφής.

Ωστόσο, υπάρχουν μερικές πολυπλοκότητες που πρέπει να διευθετηθούν προτού χρησιμοποιηθεί ο σχεδιασμός για τις απαιτούμενες λειτουργίες:

Δεδομένου ότι η βασική τάση κίνησης στο τρανζίστορ είναι η κύρια πηγή για τον έλεγχο των λειτουργιών ρελέ, πρέπει να υπολογιστεί τέλεια για βέλτιστα αποτελέσματα.

Το αναγνωριστικό τιμής της βασικής αντίστασης είναι ανάλογο με το ρεύμα κατά μήκος των καλωδίων συλλέκτη / εκπομπής του τρανζίστορ ή με άλλα λόγια, το ρεύμα πηνίου ρελέ, που είναι το φορτίο συλλέκτη του τρανζίστορ, γίνεται ένας από τους κύριους παράγοντες και επηρεάζει άμεσα την τιμή της αντίστασης βάσης του τρανζίστορ.

Τύπος υπολογισμού

Ο βασικός τύπος για τον υπολογισμό της βασικής αντίστασης του τρανζίστορ δίνεται από την έκφραση:

R = (Us - 0,6) hFE / Ρελέ πηνίο ρελέ,

• Όπου R = αντίσταση βάσης του τρανζίστορ,
• Us = Πηγή ή τάση ενεργοποίησης στη βασική αντίσταση,
• hFE = Προώθηση του τρέχοντος κέρδους του τρανζίστορ,

Η τελευταία έκφραση που είναι το 'ρεύμα ρελέ' μπορεί να βρεθεί λύνοντας τον ακόλουθο νόμο του Ohm:

I = Us / R, όπου είμαι το απαιτούμενο ρεύμα ρελέ, Us είναι η τάση τροφοδοσίας στο ρελέ.

Πρακτική εφαρμογη

Η αντίσταση πηνίου ρελέ μπορεί εύκολα να αναγνωριστεί χρησιμοποιώντας ένα πολύμετρο.

Θα είναι επίσης μια γνωστή παράμετρος.

Ας υποθέσουμε ότι η τροφοδοσία Us είναι = 12 V, η αντίσταση πηνίου είναι 400 Ohms, τότε

Ρεύμα ρελέ I = 12/400 = 0,03 ή 30 mA.

Επίσης, το Hfe οποιουδήποτε τυπικού τρανζίστορ χαμηλού σήματος μπορεί να υποτεθεί ότι είναι περίπου 150.

Εφαρμόζοντας τις παραπάνω τιμές στην πραγματική εξίσωση που έχουμε,

R = (Ub - 0,6) × Hfe ÷ Ρεύμα ρελέ

R = (12 - 0,6) 150 / 0,03

= 57.000 Ohms ή 57 K, η πλησιέστερη τιμή είναι 56 K.

Η δίοδος που είναι συνδεδεμένη στο πηνίο ρελέ αν και δεν σχετίζεται με τον παραπάνω υπολογισμό, δεν μπορεί ακόμα να αγνοηθεί.

Η δίοδος διασφαλίζει ότι το αντίστροφο EMF που δημιουργείται από το πηνίο ρελέ είναι βραχυκυκλωμένο μέσω αυτού και δεν απορρίπτεται στο τρανζίστορ. Χωρίς αυτήν τη δίοδο, το πίσω EMF θα προσπαθούσε να βρει μια διαδρομή μέσω του εκπομπού συλλεκτών του τρανζίστορ και στην πορεία να καταστρέψει το τρανζίστορ μόνιμα, μέσα σε δευτερόλεπτα.

Κύκλωμα προγράμματος οδήγησης ρελέ χρησιμοποιώντας PNP BJT

Ένα τρανζίστορ λειτουργεί καλύτερα ως διακόπτης όταν συνδέεται με μια κοινή διαμόρφωση πομπού, που σημαίνει ότι ο πομπός του BJT πρέπει πάντα να συνδέεται απευθείας με τη γραμμή «γείωσης». Εδώ το «έδαφος» αναφέρεται στην αρνητική γραμμή για ένα NPN και στη θετική γραμμή για ένα PNP BJT.

Εάν ένα κύκλωμα NPN χρησιμοποιείται στο κύκλωμα, το φορτίο πρέπει να συνδεθεί με τον συλλέκτη, ο οποίος θα του επιτρέψει να ενεργοποιηθεί / απενεργοποιηθεί αλλάζοντας την αρνητική γραμμή ON / OFF. Αυτό εξηγείται ήδη στις παραπάνω συζητήσεις.

Εάν θέλετε να ενεργοποιήσετε / απενεργοποιήσετε τη θετική γραμμή, σε αυτήν την περίπτωση θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε ένα PNP BJT για την οδήγηση του ρελέ. Εδώ το ρελέ μπορεί να συνδεθεί κατά μήκος της αρνητικής γραμμής της τροφοδοσίας και του συλλέκτη του PNP. Δείτε την παρακάτω εικόνα για την ακριβή διαμόρφωση.

Ωστόσο, ένα PNP θα χρειαστεί μια αρνητική σκανδάλη στη βάση του για την ενεργοποίηση, οπότε σε περίπτωση που θέλετε να εφαρμόσετε το σύστημα με θετική σκανδάλη, τότε ίσως χρειαστεί να χρησιμοποιήσετε έναν συνδυασμό τόσο των NPN όσο και των PNP BJT, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:

Εάν έχετε κάποιο συγκεκριμένο ερώτημα σχετικά με την παραπάνω ιδέα, μη διστάσετε να τα εκφράσετε μέσω των σχολίων για να λάβετε γρήγορες απαντήσεις.

Πρόγραμμα οδήγησης ρελέ εξοικονόμησης ενέργειας

Κανονικά, η τάση τροφοδοσίας για τη λειτουργία ενός ρελέ έχει διαστάσεις για να διασφαλιστεί ότι το ρελέ τραβιέται βέλτιστα. Ωστόσο, η απαιτούμενη τάση συγκράτησης είναι συνήθως πολύ χαμηλότερη.

Αυτό συνήθως δεν είναι ούτε η μισή τάση εισόδου. Ως αποτέλεσμα, η πλειονότητα των ρελέ μπορεί να λειτουργήσει χωρίς προβλήματα ακόμη και σε αυτήν τη μειωμένη τάση, αλλά μόνο όταν διασφαλίζεται ότι στην αρχική τάση ενεργοποίησης είναι αρκετά υψηλή για το pull-in.

Το κύκλωμα που παρουσιάζεται παρακάτω μπορεί να είναι ιδανικό για ρελέ που προδιαγράφεται να λειτουργεί με 100 mA ή χαμηλότερη, και σε τάση τροφοδοσίας κάτω από 25 V. Με τη χρήση αυτού του κυκλώματος διασφαλίζονται δύο πλεονεκτήματα: πρώτα απ 'όλα οι λειτουργίες ρελέ χρησιμοποιώντας ουσιαστικά χαμηλό ρεύμα σε 50% μικρότερο από η ονομαστική τάση τροφοδοσίας και το ρεύμα μειώθηκαν περίπου στο 1/4 της πραγματικής βαθμολογίας του ρελέ! Δεύτερον, ρελέ με υψηλότερη ονομαστική τάση θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν με χαμηλότερα εύρη τροφοδοσίας. (Για παράδειγμα ένα ρελέ 9 V που απαιτείται για λειτουργία με 5 V από μια τροφοδοσία TTL).

Το κύκλωμα μπορεί να φανεί ενσύρματο σε τάση τροφοδοσίας ικανή να συγκρατεί τέλεια το ρελέ. Όταν το S1 είναι ανοιχτό, το C1 φορτίζεται μέσω R2 μέχρι την τάση τροφοδοσίας. Το R1 συνδέεται με το τερματικό + και το T1 παραμένει απενεργοποιημένο. Τη στιγμή που παρουσιάζεται το S1, η βάση T1 συνδέεται με την κοινή τροφοδοσία μέσω του R1, έτσι ώστε να ανάβει και να οδηγεί το ρελέ.

Ο θετικός ακροδέκτης του C1 συνδέεται στο κοινό έδαφος μέσω του διακόπτη S1. Λαμβάνοντας υπόψη ότι αυτός ο πυκνωτής είχε αρχικά φορτιστεί στην τάση τροφοδοσίας, το τερματικό του σε αυτό το σημείο γίνεται αρνητικό. Η τάση στο πηνίο ρελέ φθάνει συνεπώς δύο φορές μεγαλύτερη από την τάση τροφοδοσίας, και αυτό τραβά το ρελέ. Ο διακόπτης S1 θα μπορούσε, ασφαλώς, να αντικατασταθεί με οποιοδήποτε τρανζίστορ γενικής χρήσης που μπορεί να ενεργοποιηθεί ή να απενεργοποιηθεί όπως απαιτείται.