Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Jak zrobić aby tranzystor działał jak przekaźnik?

stabilizator 01 May 2021 14:39 2310 8
  • Jeżeli chcemy użyć tranzystora w roli "przekaźnika", najlepiej będzie podłączyć go w konfiguracji wspólnego emitera (jeżeli to tranzystor bipolarny) albo wspólnego źródła, jeżeli chcemy użyć tranzystora MOSFET. W zależności od tego, jak chcemy sterować odbiornikiem, należy dobrać odpowiedni tranzystor:
    - typu NPN (bipolarny) lub z kanałem typu N (MOSFET), jeżeli ma być odłączany przewód ujemny, a dodatni podłączony na stałe,
    - typu PNP (bipolarny) lub z kanałem typu P (MOSFET), jeżeli ma być odłączany przewód dodatni a ujemny podłączony na stałe.
    Wszystkie cztery warianty na na poniższych schematach:

    Jak zrobić aby tranzystor działał jak przekaźnik?

    Aby taki tranzystor załączyć, należy jego bazę lub bramkę zasilić napięciem:
    - wyższym niż emiter lub źródło (dla tranzystorów NPN lub z kanałem typu N)
    - niższym niż emiter lub źródło (dla tranzystorów PNP lub z kanałem typu P)
    Napięcie to może pochodzić z mikrokontrolera lub innego układu sterującego, na przykład komparatora.

    Jak zrobić aby tranzystor działał jak przekaźnik?

    W przypadku tranzystorów bipolarnych należy pamiętać o wymuszeniu odpowiedniego wysokiego natężenia prądu bazy. Tylko wtedy tranzystor może się nasycić i będzie prawidłowo działał jako przekaźnik. Dwustanowe sterowanie tranzystorem ograniczy wydzielaną moc strat.

    Jeżeli chcemy użyć tranzystora MOSFET, wartość tego napięcia sterującego powinna kilkukrotnie (3...5 razy) przekraczać napięcie progowe UGSth tego tranzystora. Bramka tranzystora MOSFET nie pobiera mierzalnego prądu, kiedy ten zostanie już całkowicie otwarty. Przeładowywanie pojemności bramki wymaga przepływu prądu. Należy przy tym uważać na maksymalne napięcie bramka-źródło, które typowo wynosi 12V lub 20V - szczegóły w nocie katalogowej danego tranzystora. Jego przekroczenie może zniszczyć tranzystor.

    Wyłączenie tranzystora polega na sprowadzeniu jego napięcia baza-emiter (lub bramka-źródło) do zera. Najprościej to zrobić poprzez podłączenie wejścia sterującego z tą linią zasilającą, do której jest podłączony emiter (lub źródło). Uwaga na tranzystory typu PNP lub z kanałem typu P – jeżeli układ sterujący jest zasilany z napięcia niższego (np. 5V) niż tranzystor (np. 12V), to nie uda się go wyłączyć. Trzeba zastosować dodatkowy układ sterujący lub posłużyć się tranzystorem typ NPN (lub z kanałem typu N).

    Rezystory R1 w każdym z rozwiązań utrzymują tranzystor w stanie wyłączenia, jeżeli nie dociera do niego sygnał sterujący. Jego rezystancja nie jest krytyczna, zazwyczaj przyjmuje się ją z zakresu od 10kΩ...100kΩ. Rezystory R2 ograniczają prąd płynący przez bazy tranzystorów bipolarnych i ich rezystancję można obliczyć ze wzoru:
    R2 = ((USTER – UBE)·βMIN) / (Icmax·k)

    Icmax to maksymalny prąd, jaki może pobierać obciążenie.
    βMIN to minimalna wartość wzmocnienia prądowego, jakie może mieć dany tranzystor – szczegóły do znalezienia w nocie katalogowej. USTER to napięcie sterujące bazą, z układu sterującego.
    UBE to napięcie baza-emiter w stanie włączenia (około 0,7V dla zwykłych tranzystorów bipolarnych, około 1,5V dla tranzystorów w konfiguracji Darlingtona).
    k to współczynnik przesterowania, określający, jak bardzo nasycony ma być tranzystor. Przyjmuje się, że powinien wynosić 2 lub więcej.

    Podobną rolę – czyli ograniczanie prądu bramki – pełnią rolę rezystory R3. Jednak ich wartość nie jest aż tak kluczowa, ponieważ ograniczają jedynie prąd podczas przełączania tranzystora. Typowo można zastosować 10Ω...100Ω.

    Kiedy warto wybrać tranzystor bipolarny, a kiedy MOSFET? W zdecydowanej większości zastosowań wygra MOSFET (niskie straty mocy). Tranzystor bipolarny warto rozważyć, kiedy napięcie sterujące ma niewielką wartość (np. 1,8V).

    W układach z tranzystorami bipolarnymi, rezystory R1 zostały włączone tuż przy wyjściu sterującym, a w przypadku tranzystorów MOSFET - między bramką i źródłem. Przy takim połączeniu, nie zabierają one prądu bazy tranzystorom bipolarnym, który jest wymagany do ich prawidłowego nasycenia. Z kolei, w przypadku tranzystorów MOSFET rezystory R1 nie mają tak dużego wpływu na ich działanie, ponieważ rezystancje R1 i R3 są znacząco różne, R1 >> R3.

    Poniżej są cztery przykłady sterowania z Arduino obciążeniem pobierającym prąd o natężeniu maksymalnie 0,5A. Wszystko jest zasilane napięciem o wartości 5V.

    Jak zrobić aby tranzystor działał jak przekaźnik?

    Jeżeli dane obciążenie zawiera cewkę lub silnik, równolegle do niego trzeba podłączyć odpowiednią diodę zabezpieczającą. Zabezpieczy tranzystor przed uszkodzeniem podczas jego wyłączania gdy na indukcyjności powstaje przepięcie.

    Cool! Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    stabilizator
    Editor
    Offline 
  • #2
    paluszasty
    Level 25  
    Wg mnie tytuł jest lekkim nadużyciem. Żadna z tych konfiguracji nie zapewnia pełnej funkcjonalności przekaźnika. Oczywiście w wielu przypadkach jest to wystarczające ale jeśli faktycznie chcemy wykorzystać tranzystor w roli przekaźnika i korzystać z pełnej funkcjonalności powinno się zaimplementować układ stosowany w SolidStateRelays. Zapewnia on:
    -izolację galwaniczną
    -dwukierunkowość
    -niewielki spadek napięcia jeśli zastosujemy odpowiednie tranzystory MOSFET
    -dużą szybkość
    Jak ktoś jest zainteresowany proszą popatrzeć na rys 10 noty specjalizowanego transoptora VOM1271:
    https://www.vishay.com/docs/83469/vom1271.pdf
  • #3
    stabilizator
    Editor
    Słusznie, pojedynczy tranzystor to nie SSR, a SSR ma cechy inne niż EMR.
    W materiale chodzi o dwustanową pracę tranzystora gdy pracuje w konfiguracji włącz-wyłącz.
  • #4
    krzbor
    Level 21  
    Dla tranzystora NPN i PNP nie widzę konieczności używania rezystora R1. Aby tranzystor zadziałał potrzebny jest odpowiedni prąd bazy. Przy starcie uP zwykle wyprowadzenia są skonfigurowane jako wejścia - nie ma mowy o wysterowaniu tranzystora.
  • #5
    stabilizator
    Editor
    Można pominąć, jednak przy zastosowanym rezystorze nawet przy wyjętym z podstawki mikrokontrolerze (lub module mikrokontrolera) tranzystor pozostanie zatkany w przypadku gdyby układ pozostał zasilony.
  • #6
    krzbor
    Level 21  
    stabilizator wrote:
    Można pominąć, jednak przy zastosowanym rezystorze nawet przy wyjętym z podstawki mikrokontrolerze (lub module mikrokontrolera) tranzystor pozostanie zatkany w przypadku gdyby układ pozostał zasilony.

    Po wyjęciu z podstawki i tak będzie zatkany - nie będzie prądu bazy.
  • #7
    nouki
    Level 25  
    Witam.

    Gdzieś kiedyś czytałem że po uruchomieniu procesora nim ustalą się stany wszystkie nogi maja stan wysoki (może mi się wydaje :) )
    Przekaźnik może nie zdążyć załapać ale tranzystor już tak.

    Pozdrawiam.
  • #8
    metalMANiu
    Level 18  
    nouki wrote:
    Witam.

    Gdzieś kiedyś czytałem że po uruchomieniu procesora nim ustalą się stany wszystkie nogi maja stan wysoki (może mi się wydaje :) )
    Przekaźnik może nie zdążyć załapać ale tranzystor już tak.

    Pozdrawiam.


    Wiesz, częściowo to prawda. W obrębie jednego mikrokontrolera można znaleźć zarówno piny, które przy uruchomieniu mają stan wysoki, jak i piny przyjmujące stan niski. A także piny, które przy starcie są wejściami, mimo że w kodzie napisaliśmy inaczej. To są niuanse, o których czyta się w dokumentacji danego mikrokontrolera lub modułu. Dobrym przykładem jest ESP8266-01, który ma 4 GPIO, ale tylko dwa z nich można użyć "bezkarnie". Przy użyciu 2 pozostałych należy się bardziej wgryźć temat. Ktoś napisał o tym (w j. angielskim) pod tym linkiem:

    https://www.forward.com.au/pfod/ESP8266/GPIOpins/ESP8266_01_pin_magic.html
  • #9
    andrzejlisek
    Level 28  
    Co prawda tranzystor nie jest prawdziwym SSR, ale w większości przypadków spełnia swoją rolę, w przypadku spełnienia następujących warunków:
    1. Sterowane urządzenie jest zasilane napięciem stałym.
    2. Nie jest konieczna separacja galwaniczna pomiędzy obwodem sterującym i sterowanym.

    W większości przypadków, te warunki można spełnić, np. świecenie diodami i małymi żarówkami, grzanie drutem oporowym, sterowanie mechanicznym przekaźnikiem.

    Zauważyłem, że bardzo popularne jest sterowanie za pomocą tranzystora NPN lub MOSFET-N. On ma taką cechę, że w stanie zatkania, sterowane urządzenie jest podłączone do zasilania, ale jego masa "wisi w powietrzu" (tranzystor stanowi przerwę w obwodzie). Czy jest za tym inny argument niż możliwość wysterowania urządzenia niższym napięciem niż napięcie zasilania tego urządzenia?

    Moim zdaniem naturalne jest, że urządzenie jest stale podłączone do masy, a steruje się podawaniem zasilania, wtedy to na linii zasilania raz jest napięcie zasilania, a raz ta linia wisi niepodłączona bądź jest podłączona do masy (w zależności, jaki element steruje zasilaniem). Co prawda w wielu przypadkach nie ma znaczenia, z której strony obwód zasilający będzie przerywany, ale sterowanie podłączeniem do masy wydaje się być trochę nienaturalne. Przecież wszystkie napięcia i sygnały podaje się w stosunku do masy, a połączeń masy nie rysuje się na schemacie, jedynie zaznacza się, że coś jest podłączone do masy za pomocą odpowiedniego symbolu.