Obwód sterownika przekaźnika tranzystora ze wzorem i obliczeniami

W tym artykule szczegółowo zbadamy obwód sterownika przekaźnika tranzystorowego i nauczymy się projektować jego konfigurację, obliczając parametry za pomocą wzorów.

Znaczenie przekaźnika

Przekaźniki to jedne z najważniejszych elementów układów elektronicznych. Zwłaszcza w obwodach, w których występuje przenoszenie dużej mocy lub przełączanie obciążenia prądu przemiennego sieci, przekaźniki odgrywają główną rolę we wdrażaniu operacji.

Tutaj nauczymy się, jak poprawnie obsługiwać przekaźnik za pomocą tranzystora i zastosować projekt w układzie elektronicznym do przełączania podłączonego obciążenia bez problemów.

Szczegółowe badanie dotyczące działania przekaźnika przeczytaj ten artykuł

Przekaźnik, jak wszyscy wiemy, jest urządzeniem elektromechanicznym, które jest używane w postaci przełącznika.

Odpowiada za przełączanie zewnętrznego obciążenia podłączonego do jego styków w odpowiedzi na stosunkowo mniejszą moc elektryczną przyłożoną do skojarzonej cewki.

Zasadniczo cewka jest nawinięta na żelazny rdzeń, kiedy małe napięcie stałe jest przyłożone do cewki, pobudza się i zachowuje jak elektromagnes.

Sprężynowy mechanizm stykowy umieszczony blisko cewki natychmiast reaguje i zostaje przyciągnięty w kierunku wzbudzonej siły elektromagnesu cewki. W trakcie styk łączy ze sobą jedną ze swoich par i rozłącza skojarzoną z nią komplementarną parę.

Odwrotna sytuacja ma miejsce, gdy napięcie stałe zostaje odłączone od cewki, a styki powracają do pierwotnego położenia, łącząc poprzedni zestaw styków komplementarnych i cykl można powtarzać tyle razy, ile to możliwe.

Obwód elektroniczny będzie normalnie potrzebował sterownika przekaźnika wykorzystującego stopień obwodu tranzystora, aby przekształcić wyjście przełączające prądu stałego o małej mocy na wyjście przełączające prądu przemiennego o dużej mocy.

Jednak sygnały niskiego poziomu z elektroniki, które mogą pochodzić ze stopnia IC lub stopnia tranzystora niskiego prądu, mogą być całkiem niezdolne do bezpośredniego sterowania przekaźnikiem. Ponieważ przekaźnik wymaga stosunkowo wyższych prądów, które normalnie mogą nie być dostępne ze źródła IC lub niskonapięciowego stopnia tranzystora.

Aby przezwyciężyć powyższy problem, niezbędny jest stopień sterowania przekaźnikiem dla wszystkich obwodów elektronicznych, które wymagają tej usługi.

Sterownik przekaźnika to nic innego jak dodatkowy stopień tranzystorowy dołączany do przekaźnika, który wymaga obsługi. Tranzystor jest zwykle i wyłącznie używany do obsługi przekaźnika w odpowiedzi na polecenia otrzymane z poprzedniego stopnia sterowania.

Schemat obwodu

Odnosząc się do powyższego schematu obwodu, widzimy, że konfiguracja obejmuje tylko tranzystor, rezystor bazowy i przekaźnik z diodą flyback.

Istnieje jednak kilka zawiłości, które należy rozwiązać, zanim projekt będzie mógł zostać użyty do wymaganych funkcji:

Ponieważ podstawowe napięcie sterujące tranzystorem jest głównym źródłem sterowania działaniem przekaźnika, należy je idealnie obliczyć, aby uzyskać optymalne wyniki.

Wartość rezystora bazowego id bezpośrednio proporcjonalna do prądu płynącego przez przewody kolektora / emitera tranzystora lub innymi słowy, prąd cewki przekaźnika, który jest obciążeniem kolektora tranzystora, staje się jednym z głównych czynników i bezpośrednio wpływa na wartość rezystora bazowego tranzystora.

Wzór obliczeniowy

Podstawowy wzór na obliczenie rezystora podstawowego tranzystora podaje wyrażenie:

R = (Us - 0,6) hFE / prąd cewki przekaźnika,

• Gdzie R = rezystor bazowy tranzystora,
• Us = źródło lub napięcie wyzwalające do rezystora podstawowego,
• hFE = wzmocnienie prądu tranzystora w kierunku przewodzenia,

Ostatnie wyrażenie, które jest „prądem przekaźnika” można znaleźć rozwiązując następujące prawo Ohma:

I = Us / R, gdzie I to wymagany prąd przekaźnika, Us to napięcie zasilania przekaźnika.

Praktyczne zastosowanie

Rezystancja cewki przekaźnika może być łatwo zidentyfikowana za pomocą multimetru.

Będziemy również znanym parametrem.

Załóżmy, że zasilanie Us wynosi 12 V, a rezystancja cewki wynosi 400 omów

Prąd przekaźnika I = 12/400 = 0,03 lub 30 mA.

Można również przyjąć, że Hfe dowolnego standardowego tranzystora o niskim sygnale wynosi około 150.

Stosując powyższe wartości do rzeczywistego równania, które otrzymujemy,

R = (Ub - 0,6) × Hfe ÷ Prąd przekaźnika

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

= 57000 omów lub 57 K, najbliższa wartość to 56 K.

Dioda podłączona do cewki przekaźnika, choć nie jest w żaden sposób związana z powyższymi obliczeniami, nadal nie można jej zignorować.

Dioda zapewnia, że ​​odwrotna EMF generowana przez cewkę przekaźnika jest przez nią zwarta i nie jest zrzucana do tranzystora. Bez tej diody, tylna siła elektromagnetyczna będzie próbowała znaleźć ścieżkę przez emiter kolektora tranzystora i w trakcie trwale uszkodzić tranzystor w ciągu kilku sekund.

Obwód sterownika przekaźnika wykorzystujący PNP BJT

Tranzystor działa najlepiej jako przełącznik, gdy jest połączony ze wspólną konfiguracją emitera, co oznacza, że ​​emiter BJT musi być zawsze podłączony bezpośrednio do linii „uziemienia”. Tutaj „uziemienie” odnosi się do ujemnej linii dla NPN i dodatniej linii dla PNP BJT.

Jeżeli w obwodzie zastosowano NPN, obciążenie musi być połączone z kolektorem, co pozwoli na jego załączanie / wyłączanie poprzez włączanie / wyłączanie jego ujemnej linii. Zostało to już wyjaśnione w powyższych dyskusjach.

Jeśli chcesz włączyć / wyłączyć dodatnią linię, w takim przypadku będziesz musiał użyć PNP BJT do sterowania przekaźnikiem. Tutaj przekaźnik można podłączyć poprzez ujemną linię zasilania i kolektor PNP. Dokładną konfigurację przedstawiono na poniższym rysunku.

Jednak PNP będzie potrzebował ujemnego wyzwalacza u podstawy do wyzwalania, więc jeśli chcesz zaimplementować system z dodatnim wyzwalaczem, może być konieczne użycie kombinacji obu BJT NPN i PNP, jak pokazano na poniższym rysunku:

Jeśli masz jakieś konkretne pytania dotyczące powyższej koncepcji, możesz je wyrazić w komentarzach, aby uzyskać szybkie odpowiedzi.

Sterownik przekaźnika oszczędzania energii

Zwykle napięcie zasilania dla działania przekaźnika jest tak dobrane, aby zapewnić optymalne podłączenie przekaźnika. Jednak wymagane napięcie zatrzymania jest zwykle znacznie niższe.

Zwykle nie jest to nawet połowa napięcia wciągania. Dzięki temu większość przekaźników może pracować bez problemów nawet przy tym obniżonym napięciu, ale tylko wtedy, gdy jest zapewnione, że przy początkowej aktywacji napięcie jest odpowiednio wysokie do poboru.

Przedstawiony poniżej obwód może być idealny dla przekaźników określonych do pracy z prądem 100 mA lub niższym i napięciem zasilania poniżej 25 V. Zastosowanie tego obwodu zapewnia dwie zalety: przede wszystkim funkcje przekaźnika wykorzystują znacznie niski prąd o 50% mniejszy niż znamionowe napięcie zasilania i prąd zredukowany do około 1/4 rzeczywistej wartości znamionowej przekaźnika! Po drugie, przekaźniki o wyższym napięciu znamionowym mogą być używane przy niższych zakresach zasilania. (Na przykład przekaźnik 9 V, który jest wymagany do pracy z napięciem 5 V z zasilacza TTL).

Obwód można zobaczyć jako podłączony do napięcia zasilania, które jest w stanie doskonale utrzymywać przekaźnik. W czasie, gdy S1 jest otwarty, C1 jest ładowany przez R2 aż do napięcia zasilania. R1 jest podłączony do zacisku +, a T1 pozostaje wyłączony. W momencie naciśnięcia S1 podstawa T1 zostaje podłączona do wspólnego zasilania przez R1, tak że włącza się i steruje przekaźnikiem.

Dodatni zacisk C1 jest połączony ze wspólną masą poprzez przełącznik S1. Biorąc pod uwagę, że kondensator ten był początkowo ładowany do napięcia zasilania, jego końcówka w tym miejscu staje się ujemna. Dlatego napięcie na cewce przekaźnika osiąga dwa razy więcej niż napięcie zasilania, a to pociąga przekaźnik. Przełącznik S1 można oczywiście zastąpić dowolnym tranzystorem ogólnego przeznaczenia, który można włączać i wyłączać w zależności od potrzeb.