1. Najprostsze zabezpieczenie przeciwzwarciowe/nadprądowe.
Dawno, dawno temu w jednym numerze EdW przeczytałem, iż każdy tranzystor zabezpieczony bezpiecznikiem zabezpieczy ten bezpiecznik paląc się przed nim. Czasem jednak fajnie by było mieć układ wykonawczy z tranzystorem, który nie "wybierze papieża" w razie zbyt dużego prądu. Szczególnie, jeśli nie wiemy, jaki prąd może przez układ popłynąć. Poniższe rozwiązanie występuje często w przetwornicach RCC jako ograniczenie prądu uzwojenia pierwotnego:
Powyżej układ podstawowy z tranzystorem wykonawczym NPN i MOSFET-N. Oba układy działają tak samo - gdy napięcie na rezystorze Rs1/Rs2 przekroczy 0,6V, tranzystor Q1/Q3 zacznie przewodzić obniżając napięcie na bazie Q2 lub bramce Q4. Ten spadek napięcia ogranicza prąd płynący do Rs1/Rs2. Układ będzie działał dla dowolnego napięcia VCC i dowolnej impedancji odbiornika tak długo, jak tranzystor Q2/Q4 pracuje w granicach bezpiecznego obszaru pracy (SOA - Safe Operating Area). Należy też pamiętać o mocy strat na tranzystorze wykonawczym i na rezystorze Rs1/Rs2.
2. Szybki "hamulec" silnika DC.
Ciekawą i czasem użyteczną własnością silników prądu stałego jest fakt, iż mogą pracować jako generatory. Istotną własnością generatorów jest to, iż im bardziej generator jest obciążony elektrycznie, tym większy opór mechaniczny stawia. To zjawisko można wykorzystać do zatrzymania silnika niemal w miejscu - wystarczy zewrzeć terminale silnika ze sobą po wyłączeniu zasilania. W urządzeniach elektromechanicznych stosowano w tym celu przełączniki krańcowe. Jeśli silnik podłączony jest do mostka H, to wystarczy otworzyć albo oba górne tranzystory, albo oba dolne. Jeśli jednak silnik sterowany jest jednym tranzystorem, to można zbudować taki układ:
W układzie uwzględniono ograniczenie prądowe dla silnika z porady powyżej. Równolegle do silnika podłączony jest optotriak VO1 wraz z dodatkowym rezystorem i tranzystorem sterującym funkcją Stop. Gdy chcemy zatrzymać silnik, ustawiamy stan niski na wejściu Start, a potem stan wysoki na wejściu Stop. Optotriak zacznie przewodzić zwierając silnik. Stan przewodzenia optotriaka będzie trwać nawet po wyłączeniu wejścia Stop tak długo, jak długo prąd płynący przez triak nie spadnie poniżej prądu zatrzaśnięcia optotriaka (Ift). W tym układzie niedopuszczalnym jest stan wysoki na wejściach Start i Stop w tym samym czasie - grozi to uszkodzeniem optotriaka, a i silnik nie będzie się kręcił. Układ da się nieco uprościć:
Tutaj zamiast dodatkowego wejścia sterującego i towarzyszących im tranzystora i rezystora mamy diodę Zenera D1. Napięcie Zenera powinno być rówe napięciu zasilania minus napięcie, którym sterujemy silnikiem. Gdy na wejściu panuje stan wysoki, napięcie między anodą i katodą D1 będzie za niskie, by dioda zaczęła przewodzić - optotriak nie będzie przewodził. Gdy na wejściu ustawimy stan niski, czyli zwykle 0V, dioda Zenera zacznie przewodzić, a przez to zacznie też świecić dioda optotriaka. Stan ten będzie trwał, póki na wejściu napięcie nie przekroczy wartości 2V - napięcie przewodzenia diody optotriaka Vf. Dla typowych wartości Vf będzie to 0,5-0,85V. Układ ten ma jeszcze jedną zaletę - silnik jest aktywnie hamowany, gdyż optotriak zacznie przewodzić, jak tylko zostanie przekroczony prąd podtrzymania (Ih). Oczywiści i w poprzednim układzie możliwe jest aktywne hamowanie gdy na wejściu Stop panuje stan wysoki. Zwykle prąd podtrzymania jest znacząco niższy od prądu zatrzaśnięcia. Dla optotriaka MOC3023 Ift wynosi 5mA maksymalnie, a Ih tylko 250µA.
Powyższe rozwiązanie z optotriakiem będzie adekwatne tylko dla mniejszych silników, gdyż przy zbyt dużych prądach zwarcia silnika ulegną zniszczeniu! Dla większych mocy można dodać triak wg. poniższego schematu:
Optotriak został zastąpiony triakiem. Gdy na wejściu panuje stan wysoki, dioda D1 nie przewodzi, przez c prąd na rezystorze R2 jest za niski, by odłożyło się na nim napięcie wystarczające do wyzwolenia triaka. Gdy na wejściu pojawi się stan niski, dioda zacznie przewodzić, na rezystorze zaś odłoży się wystarczające napięcie by wyzwolić triak. Jednocześnie rezystor R3 ograniczy prąd bramki triaka. W tej konfiguracji triak może być dużo większy, co pozwoli na pracę z większymi silnikami i większymi prądami zwarcia.
3. Co zrobić z nieużywanym wzmacniaczem operacyjnym?
Zdarza się czasem, iż z konieczności użyty zostaje układ mający więcej wzmacniaczy operacyjnych, niż nam potrzeba. W takiej sytuacji wolny wzmacniacz nie powinien po prostu "wisieć" sobie, gdyż nie dość, że będzie pobierał prąd, to jeszcze może zacząć się wzbudzać i generować niepotrzebne zakłócenia i szumy. Dlaczego? Ano dlatego, iż wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego bez ograniczenia sprzężeniem zwrotnym jest duże. Dla dość popularnych układów TL07x wynosi ponad 100dB, czyli 200 tysięcy razy. Nie dość, że te zakłócenia, szumy i wzbudzenia przenikną do sąsiednich wzmacniaczy, to jeszcze wzmacniacz będzie niepotrzebnie pobierał energię i się grzał. Niewłaściwa terminacja nieużywanego wzmacniacza może się skończyć jego nasyceniem i poborem maksymalnego prądu, co spowoduje grzanie się układu, co pogorszy parametry wzmacniaczy będących w użyciu. Co zatem można zrobić?
Jeśli mamy stopień wzmacniający o dużym wzmocnieniu, to możemy zamienić go na dwa stopnie o mniejszym wzmocnieniu, dzięki czemu wykorzystamy dodatkowy wzmacniacz i poprawimy pasmo przenoszenia.
Jeśli zbudowaliśmy z trzech wzmacniaczy w układzie z czterema w jednej obudowie wzmacniacz instrumentalny, to czwarty wzmacniacz może posłużyć jako dodatkowy bufor.
Załóżmy, że nie chcemy tego robić, bo szumy własne, napięcie i prąd niezrównoważenia wejść, etc. Co wtedy? Poniżej rozwiązania dla wzmacniacza zasilanego napięciem pojedynczym i napięciem symetrycznym:
W konfiguracji z pojedynczym napięciem zasilania rezystory R1 i R2 powinny mieć tę samą wartość w zakresie od 1kΩ do 470kΩ. Niższe wartości są dla wzmacniaczy z wejściami bipolarnymi o większym prądzie polaryzacji, wyższe zaś dla wzmacniaczy z wejściami JFET i CMOS. Jeśli nie chcemy umieszczać dodatkowych rezystorów, to możemy podłączyć wejście nieodwracające do źródła napięcia, które mieści się w zakresie bezpiecznych napięć wejściowych. W konfiguracji z zasilaniem symetrycznym wystarczy połączyć wejście nieodwracające nieużywanego wzmacniacza do masy.
4. Sprzętowa eliminacja drgań styków.
Programowo drgania styków eliminuje się łatwo, i któregoś razu przedstawię przykłady. Dziś jednak chciałbym pokazać trzy rozwiązania, z czego pierwsze jest wadliwe, ale najpopularniejsze, a trzecie niepotrzebnie skomplikowane. Oto schemat poglądowy:
Układ po lewej to najpopularniejsze rozwiązanie, gdzie rezystor ładuje kondensator, a przycisk go rozładowuje do zera. Jest to rozwiązanie w miarę skuteczne, ale ma jedną, drobną wadę: przez styki popłynie prąd zwarcia ograniczony tylko ich rezystancją i rezystancjami pasożytniczymi. Każde naciśnięcie oznacza udar prądowy i powolną degradację styków. Rozwiązanie drugie eliminuje ten problem całkowicie jednocześnie dodając opóźnienie dłuższe niż wynosi czas drgania styków. Ponieważ R2 i R3 tworzą dzielnik napięcia, na wejściu mikrokontrolera napięcie wyniesie około 10% napięcia zasilania. Wariant trzeci dodaje bramkę AND z wejściami Schmitta jako dodatkowy bufor. Dzięki temu jak tylko napięcie na kondensatorze spadnie poniżej progu zmiany stanu wejść, wyjście zmieni swój stan. Obecnie nie jest to konieczne, gdyż większość mikrokontrolerów ma wejścia z bramkami Schmitta. Jeszcze jedna uwaga: nie zawsze trzeba montować rezystor podciągający do plusa, gdyż wiele mikrokontrolerów posiada przynajmniej kilka wejść z wbudowanymi rezystorami podciągającymi, które można włączyć programowo. Wartości elementów należy dobrać wg. własnych potrzeb.
To tyle na teraz,
Lecz niech nikt nie wątpi,
Porad praktycznych
Ciąg dalszy nastąpi.
Cool? Ranking DIY
