Relé Arduno umožňuje připojit zařízení pracující v režimech s relativně vysokými proudy nebo napětími. K desce Arduino nemůžeme přímo připojit výkonná čerpadla, motory, dokonce ani obyčejnou žárovku - deska není na takovou zátěž navržena a nebude fungovat. Proto budeme muset do obvodu přidat relé, které najdete v každém projektu. V tomto článku budeme hovořit o tom, co jsou relé, jaká jsou a jak je můžete připojit k vašemu projektu Arduino.

Relé je brána, která umožňuje propojovat elektrické obvody se zcela odlišnými parametry. Typický říční uzávěr spojuje vodní kanály umístěné v různých výškách otevíráním nebo zavíráním bran. Relé v Arduinu zapíná nebo vypíná externí zařízení, určitým způsobem uzavírá nebo otevírá samostatnou elektrickou síť, ke které jsou připojena. Pomocí Arduina a relé řídíme proces zapínání nebo vypínání stejně, jako zapínáme nebo vypínáme světla doma – odesláním příkazu k zavření nebo otevření. Arduino vydá signál a samotné uzavření nebo otevření „výkonného“ obvodu provede relé prostřednictvím speciálních vnitřních mechanismů. Relé si lze představit jako dálkové ovládání, s jehož pomocí provádíme potřebné akce pomocí relativně „slabých“ signálů.

Relé se vyznačuje následujícími parametry:

• Spouštěcí napětí nebo proud.
• Uvolněte napětí nebo proud.
• Časy aktivace a uvolnění.
• Provozní proud a napětí.
• Vnitřní odpor.

Podle typu těchto vnitřních vybavovacích mechanismů a vlastností zařízení lze rozlišit dvě hlavní skupiny relé: elektromechanická relé (spínaná elektromagnetem) a polovodičová relé (spínaná speciálními polovodičovými součástkami).

Elektromagnetická a polovodičová relé

Elektromagnetické relé

Elektromagnetické relé je elektrické zařízení, které mechanicky uzavírá nebo otevírá obvod zátěže pomocí magnetu. sestává z elektromagnetu, pohyblivé kotvy a spínače. Elektromagnet je drát, který je navinutý na feromagnetické cívce. Deska z magnetického materiálu funguje jako kotva. Některé modely zařízení mohou mít vestavěné další elektronické komponenty: rezistor pro přesnější chod relé, kondenzátor pro snížení rušení, dioda pro eliminaci přepětí.

Relé funguje díky elektromagnetické síle generované v jádrech, když je proud přiváděn přes závity cívky. Ve výchozím stavu pružina drží kotvu. Když je přiveden řídicí signál, magnet začne přitahovat kotvu a uzavírat nebo otevírat obvod. Po vypnutí napětí se kotva vrátí do výchozí polohy. Zdroji řídicího napětí mohou být snímače (tlak, teplota atd.), elektrické mikroobvody a další zařízení, která dodávají nízký proud nebo nízké napětí.

Elektromagnetická relé se používají v automatizačních obvodech, při řízení různých technologických instalací, elektrických pohonů a dalších zařízení. Relé je určeno k regulaci napětí a proudů, může být použito jako paměťové nebo převodní zařízení a může také zaznamenávat odchylky parametrů od normálních hodnot.

Klasifikace elektromagnetických relé:

• Řídicí proud může být konstantní nebo střídavý. V prvním případě může být zařízení neutrální nebo polarizované. Pro střídavý proud je kotva vyrobena z elektrooceli pro snížení ztrát.
• Kotevní nebo jazýčkové relé. U kotevního typu probíhá proces zavírání a otevírání pohybem kotvy, pro jazýčkový spínač je typická absence jádra, magnetické pole působí na elektrodu s kontakty.
• Výkon – do 50 ms, do 150 ms a od 1 s.
• Ochranný kryt – utěsněný, zakrytý a otevřený.

Oproti polovodičovým součástkám má elektromagnetické relé výhody - je levné, spíná velkou zátěž při malé velikosti zařízení a na cívce produkuje málo tepla. Mezi nevýhody patří pomalá odezva, hluk a potíže se spínáním indukčních zátěží.

Polovodičová relé

Polovodičová relé jsou považována za dobrou alternativu k elektromagnetickým, jedná se o modulární polovodičové zařízení, které se vyrábí hybridní technologií. Relé obsahují tranzistory, triaky nebo tyristory. Ve srovnání s elektromagnetickými zařízeními mají polovodičová relé řadu výhod:

• Dlouhá životnost.
• Výkon.
• Malé velikosti.
• Nedochází k žádnému cizímu hluku, akustickému rušení nebo chvění kontaktů.
• Nízká spotřeba energie.
• Vysoce kvalitní izolace.
• Odolné vůči vibracím a nárazům.
• Nedochází k obloukovému výboji, což umožňuje práci ve výbušném prostředí.

Pracují na následujícím principu: do LED je přiveden řídicí signál, dojde ke galvanickému oddělení řídicích a spínaných obvodů, poté signál přejde do matice fotodiod. Napětí je regulováno síťovým vypínačem.

Polovodičová relé mají také několik nevýhod. Za prvé, během spínání se zařízení zahřívá. Zvýšení teploty zařízení vede k omezení regulovaného proudu - při teplotách přesahujících 60 stupňů se hodnota proudu snižuje, maximální provozní teplota je 80 stupňů.

Polovodičová relé jsou klasifikována podle následujících kritérií:

• Typ zátěže – jednofázové a třífázové.
• Způsob ovládání - přepínání nastává v důsledku DC napětí, variabilní nebo ruční ovládání.
• Způsob spínání: řízení průchodu nulou (používá se pro slabě indukční, kapacitní a odporové zátěže), náhodné spínání (indukční a odporové zátěže, které vyžadují okamžitou aktivaci) a fázové řízení (kolísání výstupního napětí, regulace výkonu, ovládání žárovek).

Relé v projektech Arduino

Nejběžnější relé pro desku Arduino je vyrobeno ve formě modulu, například SONGLE SRD-05VDC. Zařízení je řízeno napětím 5 V, dokáže spínat až 10 A 30 V DC a 10 A 250 V AC.

Schéma je znázorněno na obrázku. Relé se skládá ze dvou nezapojených obvodů - řídicího obvodu A1 a A2 a řízeného obvodu 1, 2 a 3.

Mezi A1 a A2 je kovové jádro. Pokud jím procházíte elektrický proud, přitáhne se k němu kotva (2). 1, 3 – pevné kontakty. Při absenci proudu bude kotva blízko kolíku 3.

Připojení relé k Arduinu

Zvažte jednokanálový reléový modul. Má pouze 3 kontakty, k Arduinu Uno se připojují takto: GND – GND, VCC – +5V, In – 3. Reléový vstup je invertovaný, tzn. vysoká úroveň On In vypne cívku a low ji zapne.

Pro indikaci jsou potřeba LED - při rozsvícení červené LED1 je do relé přivedeno napětí, při rozsvícení zelené LED2 dochází ke zkratu. Když se mikrokontrolér zapne, tranzistor se vypne. K jeho otevření je potřeba mínus na základně, dodávané pomocí funkce digitalWrite(pin, LOW);. Tranzistor se otevře, obvodem protéká proud a relé pracuje. Chcete-li jej vypnout, je na základnu aplikováno plus pomocí digitalWrite(pin, HIGH);.

Schéma zapojení lampy a vzhled rozložení jsou znázorněny na obrázcích.

Tranzistor je všudypřítomnou a důležitou součástí moderní mikroelektroniky. Jeho účel je jednoduchý: umožňuje, použití Slabý signál ovládání mnohem silnější.

Zejména může být použit jako řízená „klapka“: nepřítomností signálu na „bráně“ blokovat tok proudu a jeho napájením jej povolit. Jinými slovy: jedná se o tlačítko, které se nestiskne prstem, ale přivedením napětí. Toto je nejběžnější aplikace v digitální elektronice.

Tranzistory jsou k dispozici v různých baleních: stejný tranzistor může vypadat úplně jinak. V prototypování jsou nejčastější případy:

TO-92 - kompaktní, pro lehké zatížení

TO-220AB - masivní, dobrý odvod tepla, pro velké zatížení

Označení na schématech se také liší v závislosti na typu tranzistoru a standardu označení použitého v kompilaci. Ale bez ohledu na variaci zůstává její symbol rozpoznatelný.

Bipolární tranzistory

Bipolární tranzistory (BJT, bipolární tranzistory) mají tři kontakty:

Kolektor - je na něj přivedeno vysoké napětí, které chcete ovládat

Základna - přes ni se dodává malé množství aktuální odemknout velké; základna je uzemněna, aby ji blokovala

Emitor - proud jím protéká z kolektoru a báze, když je tranzistor „otevřený“

Hlavní charakteristikou bipolárního tranzistoru je indikátor h fe také známý jako zisk. Udává, kolikrát více proudu v sekci kolektor-emitor může tranzistor propustit v poměru k proudu báze-emitor.

Například pokud h fe= 100, a bází projde 0,1 mA, pak přes sebe projde tranzistor maximálně 10 mA. Pokud je v tomto případě ve vysokoproudé sekci součástka, která odebírá např. 8 mA, bude jí poskytnuto 8 mA a tranzistor bude mít „rezervu“. Pokud existuje součástka, která odebírá 20 mA, bude poskytnuta pouze s maximálním proudem 10 mA.

Také dokumentace pro každý tranzistor uvádí maximální přípustná napětí a proudy na kontaktech. Překročení těchto hodnot vede k nadměrnému zahřívání a snížení životnosti a silné překročení může vést ke zničení.

NPN a PNP

Výše popsaný tranzistor je tzv. NPN tranzistor. Nazývá se tak, protože se skládá ze tří vrstev křemíku spojených v pořadí: Negativní-Pozitivní-Negativní. Kde záporná je slitina křemíku s přebytkem záporných nosičů náboje (n-dopovaná), a kladná je slitina s přebytkem kladných nosičů náboje (p-dopovaná).

NPN jsou efektivnější a běžnější v průmyslu.

Při označování PNP tranzistorů se liší ve směru šipky. Šipka vždy ukazuje od P do N. Tranzistory PNP mají „obrácené“ chování: proud není blokován, když je báze uzemněna, a blokován, když jí proud protéká.

Tranzistory s efektem pole

Tranzistory s efektem pole (FET, Field Effect Transistor) mají stejný účel, liší se však vnitřní strukturou. Zvláštním typem těchto součástek jsou tranzistory MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor). Umožňují vám pracovat s mnohem větším výkonem při stejných rozměrech. A ovládání samotné „klapky“ se provádí výhradně pomocí napětí: hradlem neprotéká žádný proud, na rozdíl od bipolárních tranzistorů.

Tranzistory s efektem pole mají tři kontakty:

Drain - je na něj přivedeno vysoké napětí, které chcete ovládat

Hradlo - je na něj přivedeno napětí, aby proud mohl protékat; brána je uzemněna, aby blokovala proud.

Zdroj - proud jím protéká z odtoku, když je tranzistor „otevřený“

N-kanál a P-kanál

Analogicky s bipolárními tranzistory se polní tranzistory liší polaritou. N-kanálový tranzistor byl popsán výše. Jsou nejčastější.

P-kanál, když je označen, se liší ve směru šipky a má opět „obrácené“ chování.

Připojení tranzistorů k buzení vysoce výkonných součástek

Typickým úkolem mikrokontroléru je zapínání a vypínání konkrétní součásti obvodu. Samotný mikrokontrolér má obvykle skromné ​​charakteristiky zpracování energie. Takže Arduino s výstupem 5 V na pin vydrží proud 40 mA. Výkonné motory nebo ultrasvítivé LED diody mohou čerpat stovky miliampérů. Při přímém připojení takových zátěží může čip rychle selhat. Pro provoz některých komponent je navíc potřeba napětí větší než 5 V a Arduino nedokáže vyprodukovat více než 5 V z digitálního výstupního pinu.

Ale jednoduše stačí ovládat tranzistor, který zase bude ovládat velký proud. Řekněme, že potřebujeme připojit dlouhý LED pásek, který vyžaduje 12 V a spotřebuje 100 mA:

Nyní, když je výstup nastaven na logickou jedničku (high), 5 V vstupujících do báze otevře tranzistor a páskou poteče proud - bude svítit. Když je výstup nastaven na logickou nulu (nízká), základna bude uzemněna přes mikrokontrolér a tok proudu bude blokován.

Dávejte pozor na odpor omezující proud R. Je nutné, aby při přivedení řídicího napětí nevznikl zkrat na trase mikrokontrolér - tranzistor - zem. Hlavní věcí není překročit přípustný proud přes kontakt Arduino 40 mA, takže musíte použít odpor s hodnotou alespoň:

Tady U d- to je pokles napětí na samotném tranzistoru. Záleží na materiálu, ze kterého je vyrobena a bývá 0,3 – 0,6 V.

Ale absolutně není nutné udržovat proud na povolené hranici. Je pouze nutné, aby zesílení tranzistoru umožňovalo řídit požadovaný proud. V našem případě je to 100 mA. Přijatelné pro použitý tranzistor h fe= 100, pak nám bude stačit řídící proud 1 mA

Vyhovuje nám rezistor s hodnotou od 118 Ohm do 4,7 kOhm. Pro stabilní provoz na jedné straně a malé zatížení čipu na straně druhé je 2,2 kOhm dobrou volbou.

Pokud místo bipolárního tranzistoru použijete tranzistor s efektem pole, můžete se obejít bez odporu:

To je způsobeno skutečností, že brána v takových tranzistorech je řízena výhradně napětím: v sekci mikrokontrolér - brána - zdroj není žádný proud. A díky svým vysokým charakteristikám vám obvod využívající MOSFET umožňuje řídit velmi výkonné komponenty.

Následující články budou obsahovat zařízení, která potřebují ovládat externí zátěže. Vnější zátěží mám na mysli vše, co je připevněno k nohám mikrokontroléru - LED, žárovky, relé, motory, akční členy... no, chápete. A bez ohledu na to, jak unavený toto téma, ale abych se v následujících článcích neopakoval, stále riskuji, že nebudu originální - to mi prominete :). Stručně v doporučující formě uvedu nejčastější způsoby připojení zátěže (pokud chcete něco přidat, budu jen rád).
Okamžitě se shodneme, že o tom mluvíme digitální signál(mikrokontrolér je stále digitální zařízení) a neodbočujme od obecné logiky: 1 - zahrnuta, 0 -vypnutý. Pojďme začít.

Mezi stejnosměrné zátěže patří: LED diody, lampy, relé, stejnosměrné motory, serva, různé akční členy atd. Taková zátěž se nejjednodušeji (a nejčastěji) připojuje k mikrokontroléru.

1.1 Připojení zatížení přes odpor.
Nejjednodušší a pravděpodobně nejčastěji používaná metoda, pokud jde o LED.

Rezistor je nutný k omezení proudu procházejícího nohou mikrokontroléru na přípustnou hodnotu 20 mA. Říká se tomu předřadník nebo tlumení. Hodnotu odporu můžete přibližně vypočítat, když znáte odpor zátěže Rн.

Rkalení =(5V / 0,02A) – Rn = 250 – Rн

Jak vidíte, i v nejhorším případě, kdy je zatěžovací odpor nulový, stačí 250 Ohmů, aby proud nepřesáhl 20 mA. To znamená, že pokud tam nechcete něco počítat, vložte 300 ohmů a budete chránit port před přetížením. Výhoda metody je zřejmá – jednoduchost.

1.2 Připojení zatížení pomocí bipolárního tranzistoru.
Pokud se stane, že vaše zátěž odebírá více než 20 mA, pak zde samozřejmě rezistor nepomůže. Potřebujete nějak zvýšit (čti zesílit) proud. Co se používá k zesílení signálu? Že jo. Tranzistor!

Je vhodnější použít na posilování n-p-n tranzistor zapojený podle obvodu OE. Touto metodou můžete k mikrokontroléru připojit zátěž s vyšším napájecím napětím, než je napájecí zdroj. Rezistor na základně je limitující. Může se měnit v širokém rozsahu (1-10 kOhm), v každém případě bude tranzistor pracovat v saturačním režimu. Tranzistor může být cokoliv n-p-n tranzistor. Zisk je prakticky irelevantní. Tranzistor se volí na základě kolektorového proudu (proud, který potřebujeme) a napětí kolektor-emitor (napětí, které napájí zátěž). Důležitý je také ztrátový výkon – aby nedošlo k přehřátí.

Z těch běžných a snadno dostupných můžete použít BC546, BC547, BC548, BC549 s libovolnými písmeny (100mA) a poslouží i stejná KT315 (těm, co mají zbytky ze starých zásob).
- Datasheet pro bipolární tranzistor BC547

1.3 Připojení zatížení pomocí tranzistoru s efektem pole.
No, co když je proud naší zátěže do deseti ampérů? Nebude možné použít bipolární tranzistor, protože řídicí proudy takového tranzistoru jsou velké a pravděpodobně překročí 20 mA. Výstupem může být buď kompozitní tranzistor (přečtěte si níže) nebo tranzistor s efektem pole (aka MOS, aka MOSFET). Tranzistor s efektem pole je prostě úžasná věc, protože není řízen proudem, ale potenciálem na bráně. To umožňuje, aby mikroskopický hradlový proud řídil velké zátěžové proudy.

Pro nás Jakékoliv bude stačit n-kanálový tranzistor s efektem pole. Vybíráme, stejně jako bipolární, podle proudu, napětí a ztrátového výkonu.

Při zapínání tranzistoru s efektem pole musíte zvážit několik bodů:
- jelikož hradlo je ve skutečnosti kondenzátor, při sepnutí tranzistoru jím tečou velké proudy (krátkodobě). Pro omezení těchto proudů je v bráně umístěn omezovací odpor.
— tranzistor je řízen nízkými proudy a pokud je výstup mikrokontroléru, ke kterému je hradlo připojeno, ve stavu Z s vysokou impedancí, spínač pole se začne nepředvídatelně otevírat a zavírat a zachycuje rušení. Aby se toto chování eliminovalo, musí být noha mikrokontroléru „přitlačena“ k zemi odporem asi 10 kOhm.
U tranzistoru s efektem pole na pozadí toho všeho pozitivní vlastnosti je tu nevýhoda. Náklady na řízení nízkého proudu jsou pomalost tranzistoru. PWM samozřejmě zvládne, ale při překročení povolené frekvence na vás zareaguje přehřátím.

1.4 Připojení zatížení pomocí složeného Darlingtonova tranzistoru.
Alternativou k použití tranzistoru s efektem pole pro vysokoproudové zátěže je použití kompozitního Darlingtonova tranzistoru. Externě je to stejný tranzistor jako řekněme bipolární, ale uvnitř je k ovládání výkonného výstupního tranzistoru použit obvod předzesilovače. To umožňuje nízkým proudům pohánět výkonnou zátěž. Použití Darlingtonova tranzistoru není tak zajímavé jako použití sestavy takových tranzistorů. Existuje tak nádherný mikroobvod jako ULN2003. Obsahuje až 7 Darlingtonových tranzistorů, z nichž každý lze zatížit proudem až 500 mA a pro zvýšení proudu je lze zapojit paralelně.

Mikroobvod lze velmi snadno připojit k mikrokontroléru (stačí pin na pin), má pohodlné zapojení (vstup proti výstupu) a nevyžaduje další kabeláž. V důsledku tohoto úspěšného návrhu je ULN2003 široce používán v radioamatérské praxi. V souladu s tím nebude obtížné jej získat.
- Datový list pro sestavu Darlington ULN2003

Pokud potřebujete ovládat AC zařízení (nejčastěji 220v), tak je vše složitější, ale ne moc.

2.1 Připojení zatížení pomocí relé.
Nejjednodušší a pravděpodobně nejspolehlivější spojení je pomocí relé. Cívka relé je sama o sobě vysokoproudovou zátěží, takže ji nemůžete připojit přímo k mikrokontroléru. Relé lze připojit přes pole s efektem pole nebo bipolární tranzistor nebo přes stejný ULN2003, pokud je potřeba několik kanálů.

Výhodou této metody je vysoký spínací proud (v závislosti na zvoleném relé), galvanické oddělení. Nevýhody: omezená rychlost/frekvence aktivace a mechanické opotřebení dílů.
Nemá smysl něco doporučovat k použití - relé je mnoho, vybírejte podle požadovaných parametrů a ceny.

2.2 Připojení zatížení pomocí triaku (triaku).
Pokud potřebujete řídit výkonnou střídavou zátěž a zejména potřebujete řídit výkon dodávaný do zátěže (dimery), pak se bez použití triaku (nebo triaku) prostě neobejdete. Triak se otevře krátkým proudovým impulsem přes řídící elektrodu (pro záporné i kladné napěťové půlvlny). Triak se sám uzavře, když na něm není napětí (při průchodu napětí nulou). Tady začínají obtíže. Mikrokontrolér musí řídit okamžik přechodu napětí nulou a to přesně určitý okamžik dávat impuls k otevření triaku je konstantní obsazení regulátoru. Dalším problémem je chybějící galvanická izolace v triaku. Musíte to udělat na samostatných prvcích, což komplikuje obvod.

Moderní triaky jsou sice řízeny dosti nízkým proudem a lze je připojit přímo (přes omezovací rezistor) k mikrokontroléru, ale z bezpečnostních důvodů je nutné je zapínat přes optická oddělovací zařízení. Navíc to platí nejen pro řídicí obvody triaku, ale také pro řídicí obvody nuly.

Poněkud nejednoznačný způsob připojení zátěže. Protože na jedné straně vyžaduje aktivní účast mikrokontroléru a poměrně složitý návrh obvodu. Na druhou stranu umožňuje velmi pružně manipulovat s nákladem. Další nevýhodou použití triaků je velký počet digitální šum vznikající při jejich provozu - jsou potřeba odrušovací obvody.

Triaky jsou poměrně hojně používané a v některých oblastech jsou prostě nenahraditelné, takže není problém je sehnat. V radioamatérství se velmi často používají triaky typu BT138.

Tranzistor

Tranzistor je polovodičové zařízení, které umožňuje ovládat silnější signál pomocí slabého signálu. Kvůli této vlastnosti se často mluví o schopnosti tranzistoru zesílit signál. I když ve skutečnosti nic nevylepšuje, ale jednoduše umožňuje zapnout a vypnout velký proud s mnohem slabšími proudy. Tranzistory jsou v elektronice velmi rozšířené, protože výstup jakéhokoli regulátoru může zřídka produkovat proud větší než 40 mA, proto ani 2-3 nízkopříkonové LED nemohou být napájeny přímo z mikrokontroléru. Zde přicházejí na pomoc tranzistory. Článek pojednává o hlavních typech tranzistorů, Rozdíly P-N-P z N-P-N bipolárních tranzistorů, P-kanál z N-kanálových tranzistorů s efektem pole, jsou zvažovány hlavní jemnosti spojovacích tranzistorů a je odhalen rozsah jejich použití.

Nezaměňujte tranzistor s relé. Relé je jednoduchý spínač. Podstatou jeho práce je zavírání a otevírání kovových kontaktů. Tranzistor je složitější a jeho činnost je založena na přechodu elektron-díra. Pokud máte zájem dozvědět se o tom více, můžete se podívat na vynikající video, které popisuje fungování tranzistoru od jednoduchých po složité. Nenechte se zmást rokem, kdy bylo video vyrobeno – fyzikální zákony se od té doby nezměnily a novější video, které by materiál tak dobře prezentovalo, nebylo možné najít:

Typy tranzistorů

Bipolární tranzistor

Bipolární tranzistor je určen k řízení slabých zátěží (například motorů a serv s nízkým výkonem). Má vždy tři výstupy:

Kolektor - je přiváděno vysoké napětí, které řídí tranzistor

• Báze - proud je přiváděn nebo vypnut pro otevření nebo zavření tranzistoru

Emitter (anglicky: emitter) - „výstupní“ výstup tranzistoru. Protéká jím proud z kolektoru a základny.

Bipolární tranzistor je řízen proudem. Čím více proudu je dodáváno do báze, tím více proudu poteče z kolektoru do emitoru. Poměr proudu procházejícího z emitoru do kolektoru k proudu na bázi tranzistoru se nazývá zesílení. Označeno jako h fe (v anglické literatuře se tomu říká gain).

Například pokud h fe= 150, a bází projde 0,2 mA, pak přes sebe tranzistor projde maximálně 30 mA. Pokud je připojena součástka, která odebírá 25 mA (např. LED), bude jí poskytnuto 25 mA. Pokud je připojena součástka, která odebírá 150 mA, bude mít pouze maximálně 30 mA. V dokumentaci ke kontaktu jsou uvedeny maximální přípustné hodnoty proudů a napětí základna-> emitor A kolektor -> emitor . Překročení těchto hodnot vede k přehřátí a selhání tranzistoru.

Vtipné obrázky:

Bipolární tranzistory NPN a PNP

Existují 2 typy polárních tranzistorů: NPN A PNP. Liší se střídáním vrstev. N (od záporu) je vrstva s přebytkem záporných nosičů náboje (elektronů), P (z kladného) je vrstva s přebytkem kladných nosičů náboje (otvorů). Více informací o elektronech a dírách je popsáno ve videu výše.

Chování tranzistorů závisí na střídání vrstev. Výše uvedená animace ukazuje NPN tranzistor. V PNPřízení tranzistoru je naopak - proud protéká tranzistorem, když je báze uzemněna a je blokována, když proud prochází bází. Jak je znázorněno na obrázku PNP A NPN se liší ve směru šipky. Šipka vždy ukazuje na přechod z N Na P:

Označení tranzistorů NPN (vlevo) a PNP (vpravo) ve schématu

NPN tranzistory jsou běžnější v elektronice, protože jsou účinnější.

Tranzistor s efektem pole

Tranzistory s efektem pole se od bipolárních tranzistorů liší svou vnitřní strukturou. MOS tranzistory jsou nejběžnější v amatérské elektronice. MOS je zkratka pro metal-oxide-conductor. Totéž v angličtině: Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, zkráceně MOSFET. MOS tranzistory umožňují řídit vysoké výkony s relativně malými rozměry samotného tranzistoru. Tranzistor je řízen napětím, nikoli proudem. Protože tranzistor je řízen el pole, tranzistor dostal své jméno - pole výt.

Tranzistory s efektem pole mají alespoň 3 vývody:

Drain - je na něj přivedeno vysoké napětí, které chcete ovládat

Hradlo - je na něj přivedeno napětí pro ovládání tranzistoru

Zdroj - proud jím protéká z odtoku, když je tranzistor „otevřený“

Měla by tam být animace s tranzistorem s efektem pole, ale nebude se nijak lišit od bipolárního tranzistoru kromě schematického zobrazení samotných tranzistorů, takže žádná animace nebude.

N kanálové a P kanálové tranzistory s efektem pole

Tranzistory s efektem pole se také dělí na 2 typy v závislosti na zařízení a chování. N kanál(kanál N) se otevře, když je na bránu přivedeno napětí a zavírá. když není napětí. P kanál(kanál P) funguje obráceně: zatímco na hradle není žádné napětí, tranzistorem protéká proud. Když je na bránu přivedeno napětí, proud se zastaví. V diagramu jsou tranzistory s efektem pole znázorněny mírně odlišně:

Analogicky s bipolárními tranzistory se polní tranzistory liší polaritou. N-kanálový tranzistor byl popsán výše. Jsou nejčastější.

P-kanál, když je označen, se liší ve směru šipky a má opět „obrácené“ chování.

Existuje mylná představa, že tranzistor s efektem pole může řídit střídavý proud. To je špatně. K ovládání střídavého proudu použijte relé.

Darlingtonův tranzistor

Není zcela správné řadit Darlingtonův tranzistor jako samostatný typ tranzistoru. Nelze je však v tomto článku nezmínit. Darlingtonův tranzistor se nejčastěji vyskytuje ve formě mikroobvodu, který obsahuje několik tranzistorů. Například ULN2003. Darlingtonův tranzistor se vyznačuje schopností rychlého otevírání a zavírání (a umožňuje tedy s ním pracovat) a zároveň odolávat vysokým proudům. Jedná se o typ složeného tranzistoru a jedná se o kaskádové zapojení dvou nebo vzácně i více tranzistorů zapojených tak, že zátěž v emitoru předchozího stupně je přechod báze-emitor tranzistoru dalšího stupně, tj. to znamená, že tranzistory jsou spojeny kolektory a emitor vstupního tranzistoru je připojen k základnímu dni volna. Navíc lze jako součást obvodu využít odporovou zátěž emitoru předchozího tranzistoru pro urychlení sepnutí. Takové zapojení jako celek je považováno za jeden tranzistor, jehož proudové zesílení při provozu tranzistorů v aktivním režimu je přibližně stejné jako součin zesílení všech tranzistorů.

Tranzistorové připojení

Není žádným tajemstvím, že deska Arduino je schopna dodat na výstup napětí 5 V s maximálním proudem až 40 mA. Tento proud nestačí k připojení výkonné zátěže. Pokud se například pokusíte připojit LED pásek nebo motor přímo na výstup, zaručeně poškodíte výstup Arduina. Je možné, že selže celá deska. Navíc některé připojené komponenty mohou vyžadovat více než 5V pro provoz. Tranzistor řeší oba tyto problémy. Pomůže pomocí malého proudu z pinu Arduina řídit silný proud ze samostatného zdroje nebo pomocí napětí 5 V řídit vyšší napětí (i ty nejslabší tranzistory mají zřídka maximální napětí pod 50 V) . Jako příklad zvažte připojení motoru:

Ve výše uvedeném schématu je motor připojen k samostatnému zdroji energie. Mezi kontakt motoru a zdroj pro motor jsme umístili tranzistor, který bude řízen pomocí libovolného digitálního pinu Arduino. Když přivedeme signál HIGH na výstup regulátoru z výstupu regulátoru, odebereme velmi malý proud k otevření tranzistoru a tranzistorem proteče velký proud a nepoškodí regulátor. Věnujte pozornost odporu nainstalovanému mezi pinem Arduino a základnou tranzistoru. Je potřeba omezit proud tekoucí po trase mikrokontrolér - tranzistor - zem a zabránit zkratům. Jak již bylo zmíněno dříve, maximální proud, který lze odebírat z pinu Arduino, je 40 mA. Budeme tedy potřebovat rezistor minimálně 125 Ohm (5V/0,04A=125 Ohm). Klidně můžete použít odpor 220 Ohmů. Ve skutečnosti by měl být rezistor vybrán s ohledem na proud, který musí být dodáván do základny, aby se získal požadovaný proud přes tranzistor. Chcete-li vybrat správný odpor, musíte vzít v úvahu faktor zesílení ( h fe).

DŮLEŽITÉ!! Pokud připojíte výkonnou zátěž ze samostatného napájecího zdroje, musíte fyzicky propojit zem (“mínus”) napájecího zdroje zátěže a zem (pin “GND”) Arduina. Jinak nebudete moci ovládat tranzistor.

Při použití tranzistoru s efektem pole není potřeba odpor omezující proud na hradle. Tranzistor je řízen výhradně napětím a hradlem neprotéká žádný proud.

Mosfet nebo MOS tranzistor je taková věc pro řízení zátěže. Něco jako relé, ale lepší

Existují typy N a P. Pomůže obrázek:

Obrázek si musíte zapamatovat, abyste se později v dokumentaci nespletli. Ano, a N-kanály jsou obvykle chladnější

Připojení NPN mosfet k arduinu

Tady není žádný problém. Zde je několik možností připojení:

Pokud potřebujete i plynule rozsvítit/zhasnout žárovku, nebo ne na plný výkon, ale třeba jen na polovinu, můžete z Arduina šmejdit podložkou a mezi bránu a zdroj zapojit dalších 300 mikrofarad kondenzátor.To je nutné pro otevření mosfetu na polovinu..To je však vhodné pouze pro žárovku s nízkým výkonem, protože pootevřený mosfet má nekyselý vnitřní odpor a zahřívá se jako železo.

Pro tento obvod je vhodný například mosfet h6n03l. Ale ve výběru souhrnů je nuance. Ten mezi Arduinem a bránou - čím větší odpor, tím menší proud na noze Arduina a tím menší pravděpodobnost kouření. A čím větší odpor, tím pomaleji se mosfet otevírá. Stručně řečeno, 150 ohmů je pro Arduino normální (podle Ohmova zákona I = E / R, I = 5 / 150 = 0,033 A - to je 33 miliampérů, normální). Proč je to vůbec potřeba? Faktem je, že brána terénního pracovníka má určitou kapacitu a je do jisté míry kondenzátorem. Takže v okamžiku přepnutí procházejí bránou velké proudy, které Arduino nemusí vydržet. To je důvod, proč potřebujete odpor mezi bránou a kolíkem.

A druhý pull-up rezistor typu 10 kOhm je potřeba k udržení mosfetu zavřeného a vypnuté zátěže, když je port Arduino v nedefinovaném stavu, například při načítání (tzv. Z-stav).

Toto schéma má ale nevýhodu – je trochu pomalé. Přepínání bude trvat 600 ns, což není vhodné pro všechny úkoly. Tady je fronta a recese.

Ale to není vždy nutné a zpravidla stačí první schéma. A mimochodem, existuje lepší možnost - o ní na konci článku.

PNP mosfet arduino

Tady je to trochu složitější

Pokud potřebujeme aplikovat zátěž 5 voltů:

• R1 omezuje proud brány, aby se zabránilo rozbití Arduina
• R2 přitáhne port k zemi, aby se zabránilo falešným poplachům
• D1 Schottkyho dioda, aby se nespálilo vše - je potřeba jen pokud má zátěž velkou indukčnost - třeba relé nebo motor nebo něco jiného, ​​kde je hodně namotaný drát. Mimochodem, potřebuje to i NPN mosfet. Ale na střídavý proud to není potřeba, jinak bude kouřit)

Pokud to potřebujete na motor nebo žárovku 12 voltů pak je vše trochu složitější. K otevření mosfetu potřebujeme dodat 12 voltů do brány a s touto možností bude naše Arduino kouřit. Potřebujete další tranzistor, jako je tento:

Zde je Q1 bipolární tranzistor – zapíná 12 voltů na hradlo Q2 a R1 je potřeba k omezení proudu, aby Arduino zase nekouřilo. Celé to funguje takto:

Je možné ovládat více než 12 voltů, například 24 voltů, pokud to q1 zvládne. Abyste se ujistili, že můžete přidat diodu D2:

Řídíme s 220 volty pomocí mosfetu

Mosfet není příliš pohodlné řídit 220 voltů. No, líbí se to všem zvrhlíkům. Zde je příklad diagramu:

A pro normální řízení zátěže 220 voltů můžete místo mosfetů použít:

Připojení Mosfetu k Arduinu dobrým způsobem

Pro takové věci lidé speciálně přišli se speciálními ovladači, jako jsou tyto http://voltmaster-samara.ru/catalog/drajvery-mop-i-igbt-tranzistorov

Tady si lidé vysmívají MOS tranzistory, jak chtějí

Pointa je, že ovladač je potřeba jen k tomu, aby odpovídal pěti voltům z pinů Arduina (stejně jako jiných mikrokontrolérů) s úrovněmi nezbytnými pro ovládání mosfetových bran.

Na obrázku nejsou první dva diagramy a) a b) příliš dobré, protože kvůli křivým rukám vývojky může být všechno kouřové. Ale to druhé je v pořádku.

A mimochodem, pokud potřebujete použít PWM, pak je lepší zvolit vysokorychlostní ovladač, jako je TC4420.

Výběr MOSFETů pro připojení k Arduinu

Stáhněte si datový list, například pro FQP30N06. První věc, kterou musíte věnovat pozornost, je proud a volty:

Druhým je určit úbytek napětí pomocí diagramu, jako je tento. Pokud například ovládáme žárovku se spotřebou 2A a pro ovládání použijeme 5 voltů na bráně:

Pokles napětí bude někde kolem 5,4 V a raději najdeme něco méně zahřívajícího

Za třetí, pokud se používá PWM, je nutné specifikovat časy otevírání a zavírání:

Pokud posereš frekvenci, dáš jí víc, než zvládne, transyuk se přehřeje.