Как проектировать электронные схемы - Галле Клод (читать книги TXT) 📗
Для более сложных моделей (например, с тороидальным сердечником) при отсутствии документации необходимо с помощью осциллографа исследовать напряжения на обмотках во избежание соединения их в противофазе. Иначе возникает риск перегрева, а из-за этого может выйти из строя трансформатор и находящиеся рядом детали (не говоря уже об отсутствии напряжения на выходе).
ТРАНЗИСТОРНЫЕ МАТРИЦЫ
Управление несколькими светодиодами или реле осуществляется, как правило, с помощью нескольких одинаковых транзисторов, включенных по схеме с общим эмиттером (см. раздел «Защита управляющего транзистора»). К каждому транзистору обычно добавляют защитный диод, предотвращающий опасный выброс напряжения при отключении индуктивной нагрузки. В подобных случаях удобно воспользоваться одной из многих доступных на сегодняшний день интегральных транзисторных матриц. При этом достигается существенный выигрыш в занимаемой площади и сокращение времени сборки.
Наиболее распространенные микросхемы содержат по 7 транзисторов, включенных по схеме с общим эмиттером (рис. 2.87).
К каждому из транзисторов подключены защитный диод и резистор в цепи базы, позволяющий осуществлять непосредственное управление транзисторным ключом как в ТТЛ схемах (напряжение сигнала 5 В), так и в КМОП схемах (напряжение сигнала 3-18 В).
Расположение выводов микросхемы непривычно, однако в нем есть своя логика: входы (базы) и выходы (коллекторы) расположены друг против друга на противоположных сторонах корпуса. Общая точка (объединяющая все эмиттеры) находится на выводе 8, как в DIP16, точка присоединения всех диодных катодов — на выводе 9.
Последний вывод остается свободным, если диоды не используются (например, при управлении светодиодами). К популярным микросхемам семитранзисторных матриц относятся ULN2003 (ТТЛ) и ULN2004 (КМОП), примеры восьми транзисторных матриц — ULN2803 и ULN2804.
ПРИМЕНЕНИЕ СИМИСТОРОВ
В 80-е годы симистор являлся одним из самых популярных электронных компонентов. На его основе были созданы удобные и эффективные регуляторы света и другие модные устройства, построенные по аналогичному принципу. Симистор популярен и сегодня, однако его управление все чаще выполняется с помощью специализированных схем, которые не только осуществляют регулирование, но и уменьшают вредное воздействие мощных импульсных схем на характеристики электрической сети.
Симистор является мощным компонентом, способным коммутировать высокие токи при питании переменным напряжением (не обязательно равным 220 В) с помощью относительно простой процедуры включения. Управляющий импульс калиброванной амплитуды и длительности переводит симистор в проводящее состояние, которое сохраняется до момента перехода синусоидального напряжения питания через нулевое значение. Таким образом, выключение симистора осуществляется автоматически в конце каждого полупериода при условии окончания к этому моменту управляющего импульса. Запуск симистора может быть легко осуществлен и при помощи постоянного напряжения, но на практике этот способ применяется редко. Эффективные устройства импульсного управления легко построить без обращения к специализированным компонентам.
На рис. 2.88 представлен пример импульсного управляющего устройства, обеспечивающего подключение нагрузки к сети и ее отключение под управлением внешнего логического сигнала. С целью ослабления помех запуск производится в момент перехода напряжения сети через нулевое значение. Такой режим благоприятен и для нагрузки, например для лампочки, поскольку может значительно удлинить срок ее службы.
Одновибратор на двух логических вентилях обеспечивает на выходе калиброванный импульс, синхронизированный с напряжением сети. Этот импульс поступает на симистор через транзисторный ключ, если внешний управляющий сигнал имеет значение логической единицы.
При помощи схемы, показанной на рис. 2.89а, можно изменять среднее напряжение на нагрузке в диапазоне практически от нуля до максимального значения. Здесь, как и в предыдущем случае, используется одновибратор, синхронизированный с напряжением сети. Этот каскад служит источником пилообразного напряжения, период которого равен половине периода сетевого напряжения. Оно подается на вход операционного усилителя и сравнивается с регулируемым опорным напряжением, снимаемым с потенциометра.
В момент пересечения пилообразным напряжением опорного уровня на выходе операционного усилителя, который выполняет функцию компаратора, возникает положительный перепад. Он эквивалентен сигналу логической единицы, который в зависимости от уровня опорного сигнала располагается между началом и концом полупериода сетевого напряжения. По этому сигналу запускается второй одновибратор. На его выходе формируется калиброванный импульс, который проходит через транзисторный ключ и открывает симистор. Таким образом, напряжение сети подключается к нагрузке на часть полупериода, длительность которой регулируется потенциометром (рис. 2.89б).
В подобной схеме следует применять специальные меры безопасности, поскольку между сетью и схемой управления симистором существует гальваническая связь. Такой ситуации можно избежать, если использовать оптопару или оптосимистор. Кроме того, необходимо учитывать нагрев симистора и обеспечить для него требуемое охлаждение.
ТРЕХФАЗНАЯ СЕТЬ
Трехфазная сеть более интересна электрикам, чем любителям электроники. Лишь немногие электронные схемы (например, детекторы чередования фаз) специально предназначены для работы с трехфазной сетью. С другой стороны, имеются преобразователи, имитирующие трехфазную сеть на базе однофазной, и промышленные устройства, которые питаются от такого источника.
В отличие от промышленных помещений в жилых трехфазная сеть всегда имеет нулевой провод (нейтраль), который служит опорной точкой для присоединения всех потребителей, включая лампочки и розетки. Напряжение между любой фазой и нейтралью равно 220 В, а между любыми двумя фазами (линейное напряжение) — 380 или 400 В. Изменение фазных напряжений во времени показано на рис. 2.90.
При отсутствии нулевого провода можно использовать только нагрузки, рассчитанные на линейное напряжение. К таковым относятся многие двигатели и другие силовые устройства, применяемые на промышленных предприятиях.
Если какое-либо устройство рассчитано для работы с трехфазной сетью, ему обычно недостаточно фазного напряжения (220 В). Имеются понижающие разделительные трансформаторы, рассчитанные на выходное напряжения 220 В при входном напряжении 380 В. Однако стандартные трансформаторы, которые бы обеспечивали обратное преобразование, не производятся. При необходимости можно включить понижающий трансформатор в обратном направлении, если потребляемый нагрузкой ток не слишком велик. Но перед этим нужно проверить, рассчитано ли подключаемое устройство на работу с таким напряжением.
ПРИМЕНЕНИЕ ТИРИСТОРОВ
