Простая универсальная схема автоматического включения реле на 2х биполярных транзисторах с гистерезисом « ЭлектроХобби

В этой статье вашему вниманию предлагается простая универсальная схема автоматического включения и выключения нагрузки (под любой нужный датчик), имеющая гистерезис. И для новичков, кто не знает, что такое гистерезис, на примере данной схемы постараюсь объяснить эту функцию, которую выполняет резистор R2.

Для начала стоит уточнить, как именно работает эта схема. Схема содержит два усилительных каскада, собранных на биполярных транзисторах. На входе схемы имеется простой делитель напряжения в виде переменного резистора R1. Им мы будем имитировать работу резистивного датчика. То есть, когда мы вращаем этот переменник, то между выводом ползунка и минусом схемы изменяется величина постоянного напряжения. Это изменяемое напряжение поступает на базу первого транзистора VT1. Чтобы защитить схему от ложных срабатываний, из-за небольших пульсаций и кратковременных перепадов напряжения, между базой VT1 и минусом схемы стоит сглаживающий конденсатор электролит.

Для новичков стоит напомнить, что для того чтобы биполярный транзистор открылся нужно чтобы между его базой и эмиттером было не меньше 0,6 вольт. Причем для транзисторов n-p-n типа на базе должен быть плюс, а на эмиттере минус. Противоположная же полярность транзистор закроет еще сильней.

Итак, когда при изменении напряжения на делителе R1 (между минусом схемы и ползунком резистора) поднимется до 0,6 вольт, биполярный транзистор откроется. Следовательно, через коллектор-эмиттерный переход свободно начнет протекать постоянный ток и на этом переходе напряжение снизится практически до нуля (хотя небольшая величина все же будет). Открытие транзистора VT1 также будет способствовать полному открытию и транзистора VT2. Вследствие чего реле P1 сработает и включит электрическую нагрузку, которая будет управляться данной схемой.

Резистор R3 ограничивает силу тока для коллектора VT1, и делает работу первого усилительного каскада более стабильной. Резистор R4 ограничивает силу тока для база-эмиттерного перехода транзистора VT2. Поскольку без него из-за большого тока как первый транзистор, так и второй могут быстро выйти из строя из-за перегрева. Диод, что стоит параллельно катушке реле защищает схему от явления самоиндукции. Как известно, любая индуктивность (в нашем случае катушка реле) при снятии с нее напряжения индуцирует на своих выводах кратковременный всплеск достаточно высокого напряжения. Именно этот всплеск легко может вывести из строя чувствительные элементы схемы. В первую очередь это маломощные транзисторы. Или же отрицательно влиять на работу этой схемы и других, которые будут электрически между собой связаны.

И например мы решили из этой схемы сделать устройство автоматического включения и выключения охлаждающего вентилятора, срабатывание которого будет зависеть от входного термодатчика (терморезистора). Термодатчик (он будет стоять в схеме на месте резистора R- или R+, в зависимости от положительным или отрицательным коэффициентом термодатчик обладает) медленно нагревается, на нем изменяется сопротивление. Как только величина напряжения на входе схемы дойдет до порога открытия VT1, то будет момент, при котором датчик может немного отклоняться в большую или меньшую сторону от порога. И в этот момент схема будет работать нестабильно, то включаясь, то выключаясь. И чтобы это вредное явление убрать мы в схему вводим так называемый гистерезис.

За этот самый гистерезис отвечает резистор R2 (подстроечный, чтобы можно было настраивать степень этого гистерезиса). Работает он просто. Как только на входе схемы напряжение (идущее от датчика) первый раз открыло VT1 и VT2, то на коллекторе VT2 увеличился плюсовой потенциал. Именно этот плюс через резистор R2 поступает на базу VT1 (то есть вход схемы, образуя положительную отрицательную связь входа и выхода схемы). Поскольку на базе VT1 стало больше плюса, то для закрытия двух транзисторов понадобится уже больше минуса, чтобы компенсировать этот избыточный плюс. Получается, что схема включает реле при одном напряжении, пороговом, а выключает его при другом (более низком). И в итоге мы решили проблему с ложным срабатывание схемы при медленном изменении напряжения на датчике.

Данную схему можно использовать не только в качестве термореле, а еще как вариант автомата, включающего и выключающего уличное освещение при наступлении сумерек. Для этого на место резистора R+ нужно поставить фоторезистор. И как известно чем больше освещенность фоторезистора, тем меньше его сопротивление. Следовательно, когда наступают сумерки, освещенность падает, сопротивление фоторезистора увеличивается, а это значит, что и падение напряжения на нем также увеличится, что при пороговом срабатывании схемы запустит реле и включить уличное освещение. То есть, в зависимости от того увеличивается сопротивление датчика или уменьшается, мы его ставим либо выше переменного резистора R1 или ниже.

P.S. Эта схема действительно весьма универсальна и содержит вполне доступные электронные компоненты. Ее можно собрать даже из старых радиодеталей, что завалялись в каком-нибудь ящике. Работает она сразу же после сборки, особых настроек не требует. И собрать ее может даже начинающий, умеющий держать паяльник в руках.

НИЖЕ ВИДЕО ПО ЭТОЙ ТЕМЕ

Гистерезис – что это такое и как его можно сделать в простой схеме автоматического включения реле, собранного на транзисторах

Ссылка для просмотра этого видео на моем канале в Дзене

 

Ссылка на эту статью в Дзене — https://dzen.ru/a/YqiPX49PGk461_At

---

 

Емкостное реле на транзисторах, дистанция обнаружения 1,3м

Предлагаемое устройство подает сигнал при приближении к его чувствительному элементу (антенне) человека. Оно можетбыть использовано не только для охраны помещений, но и для автоматического включения при входе в них осветительных или иных приборов. Реле имеет высокую чувствительность и помехоустойчивость, отличается от ранее известных способом формирования сигнала.

В традиционных емкостных реле, например, описанном в [1], антенна-датчик подключена к колебательному LC-контуру, служащему частотозадающим элементом автогенератора.

При этом наводки на антенну и принимаемые ею радиопомехи по цепи положительной ОС попадают на вход активного элемента генератора (например, транзистора), усиливаются им и вызывают ложные срабатывания. Кроме того, в подобных устройствах LC-контур оказывается сильно нагруженным, что снижает его добротность и дополнительно уменьшает помехоустойчивость.

Действие других емкостных реле, например, описанных в [2, 3], основано на сравнении емкости антенны и образцового конденсатора. Подобные устройства тоже не защищены от радиопомех и наводок. Их входы не имеют никаких элементов. подавляющих посторонние воздействия. Принятые помехи практически беспрепятственно поступают на вход устройства, делая его нечувствительным к слабым сигналам.

Существуют также емкостные реле, например [4], с двумя антеннами, подключенными дифференциально. Это обеспечивает устойчивость к изменению температуры и других свойств окружающей среды, но ничуть не улучшает помехоустойчивость, особенно к радиосигналам, длина волны которых сравнима с расстоянием между антеннами.

Кроме того, в межантенном пространстве образуется зона пониженной чувствительности. Принцип действия предлагаемого емкостного реле основан на использовании LC-контура, частично расстроенного относительно частоты сигнала, поступающего от генератора. Напряжение на контуре зависит от соотношения значений емкости контура и антенны.

При этом контур сохраняет свои селективные свойства, благодаря которым наводки и радиопомехи подавляются. что обеспечивает высокую чувствительность и помехоустойчивость устройства. Радиопомехи и наводки не оказывают влияния на генератор, поскольку контур не является его частью.

Принципиальная схема

Прибор, схема которого изображена на рисунке, имеет дальность обнаружения человека не менее 1.3 м, работает от автономного источника питания (батареи) напряжением 3,2…10 В, потребляя ток не более 2,6 мА.

ВЧ генератор собран на транзисторе VТ7. Его частота стабилизирована кварцевым резонатором ZQ1. Сигнал генератора поступает на колебательный контур L1C16 с антенной-датчиком WA1, который должен быть настроен на частоту, лежащую немного ниже частоты генератора.

Наилучшая чувствительность достигается, когда напряжение на контуре составляет 70…90 % максимума, достигаемого при резонансе. Применением конденсатора С16 с оптимальным значением ТКЕ можно добиться того, что напряжение не будет выходить за указанные пределы в широком интервале температуры. Напряжение с контура поступает на амплитудный детектор, собранный на полевом транзисторе VТ10.

Высокое входное сопротивление этого транзистора очень слабо шунтирует контур, что обеспечивает его высокую добротность и хорошее подавление помех. Детектирование происходит за счет работы транзистора на нелинейном начальном участке характеристики.

Рис. 1. Принципиальная схема чувствительного емкостного реле на транзисторах.

В цепи истока транзистора VТ2 имеется двузвенный фильтр нижних частот. Он сглаживает высокочастотные пульсации продетектированного напряжения и выделяет возникающий при движении объекта вблизи антенны WA1 полезный сигнал инфранизкой частоты. Переменный резистор R31 — регулятор чувствительности реле.

С выхода детектора сигнал поступает на полосовой усилитель инфранизкой частоты на транзисторах VТ2, VТ5, VT6, VТ8. Нижняя граница его полосы пропускания определяется емкостью разделительных конденсаторов С2, С3, С6, С8. Верхняя — параметрами цепей отрицательной обратной связи C5R8 и C13R21.

Поскольку каскады усилителя охвачены стабилизирующей их. режимы отрицательной обратной связью по постоянному напряжению через резисторы R8 и R21, не потребовалось включать стабилизирующие резисторы в цепи эмиттеров транзисторов VТ5 и VТ8. В усилителе инфранизкой частоты эти резисторы пришлось бы зашунти-ровать конденсаторами емкостью в десятки тысяч микрофарад.

Для ускорения переходных процессов при включении реле и быстрого приведения усилителя в рабочее состояние служат резистивные делители напряжения R1R2 и R14R12. При нажатии на кнопку SB1 они обеспечивают ускоренную зарядку разделительных конденсаторов до необходимого напряжения. После включения питания необходимо нажать на эту кнопку и удерживать ее несколько секунд.

Транзистор VT9 образует вместе с VT6 и VT8 пороговое устройство. В исходном состоянии транзистор VT9 открыт, а при уменьшении под действием усиливаемого сигнала напряжения на базе приблизительно до 0,6 В он закрывается. Цепь C18R28 удерживает устройство в таком состоянии около 5 с (при указанных на схеме номиналах ее элементов). На выходе формируется сигнал тревоги — импульс высокого логического уровня указанной длительности.

Для предотвращения подачи ложного сигнала при включении питания служит транзистор VТ11. Он открыт, пока конденсатор С21 заряжается через резистор R33 и эмиттерный переход транзистора. Контакты SB 1.4 обеспечивают быструю разрядку конденсатора С21 при нажатии на кнопку SB1 и повторную блокировку сигнала тревоги на заданное время после ее отпускания.

Детали

Питается емкостное реле от гальванической или аккумуляторной батареи GB1 напряжением не более 10 В. Стабилизатор напряжения на транзисторах VT1, VT3, VТ4 обеспечивает на своем выходе стабильное напряжение 3 В, пока батарея не разрядится до 3,2 В. Светодиод HL1, работая в режиме стабистора, поддерживает неизменным напряжение питания усилителя сигнала рассогласования на транзисторе VТ1.

Антенна-датчик WA1 представляет собой отрезок тонкого провода диаметром 0,1…0,2 мм и длиной 1… 1,2 м. Она должна быть неподвижна и закреплена вертикально.

В качестве катушки L1 можно применить любую экранированную нужной индуктивности имеющую ферромагнитный подстроечник для изменения индуктивности в некоторых пределах. Я применил готовую катушку с броневым ферритовым маг-нитопроводом в алюминиевом экране размерами 11,5> 11,5×17 мм.

Конденсаторы С11, С12, С14-С17 — керамические серий КМ, К10 группы МПО или М47 по ТКЕ. Остальные конденсаторы (кроме оксидных) могут быть пленочными или керамическими группы ТКЕ не хуже ИЗО. Оксидные конденсаторы — любых типов. Каждую из пар оксидных полярных конденсаторов С2, C3 и С6, С8 можно заменить одним неполярным оксидным (например, К50-15) емкостью 22 мкФ на 63 В.

Частота кварцевого резонатора ZQ1 может находиться в пределах 300. .. 400 кГц. При значительном отличии егс частоты от указанной на схеме потребуется подборка катушки L1 и конденсатора С16. Кнопка SB1 — П2К на четыре направления без фиксации или другая с достаточным числом групп контактов на переключение.

Налаживание

Включив собранный прибор, необходимо. прежде всего, подборкой резистора R11 установить на выходе стабилизатора напряжения (коллекторе транзистора VТ4) напряжение 3 В. Далее отпаяйте конденсатор С17 и измерьте падение напряжения на соединенных последовательно резисторах R30 и R31. Оно должно находиться в пределах 0,5…0.7 В, иначе придется подбирать полевой транзистор VТ 10

Вернув конденсатор С17 на место, убедитесь, что падение напряжения на резисторах возросло. При настройке контура L1C16 с подключенной антенной WA1 в резонанс на частоту генератора оно должно достигнуть примерно 2,6 В.

Добившись максимального значения, дальнейшим ввинчиванием подстроечника в катушку L1 отстройте контур от резонанса настолько, чтобы напряжение уменьшилось приблизительно на 0,45 В.

Если напряжение на коллекторе транзисторов VТ5 и VТ8 заметно отличается от указанного на схеме, нужных значений добиваются подборкой резисторов соответственно R6 и R19. Переведя движок переменного резистора R31 в нижнее по схеме положение, постепенно увеличивают введенное сопротивление подстроечного резистора R24, пока не будет подан сигнал тревоги.

Затем введенное сопротивление подстроечного резистора немного уменьшают. Чем значительнее будет это уменьшение, тем меньше вероятность ложного срабатывания реле, например, при изменении температуры или разрядке батареи GB1 но ниже чувствительность.

Окончательно чувствительность регулируют переменным резистором R31, уже установив емкостное реле с антенной на предназначенное ему место и проверяя размеры его чувствительной зоны.

Движки подстроечных резисторов R2 и R12 устанавливают в такие положения, при которых установившиеся значения напряжения на коллекторе транзисторов VТ5 и VТ8 от состояния кнопки SB1 не зависят.

Это устройство излучает в эфир сигнал, частота которого лежит в диапазоне, отведенном радионавигационной службе. Использование подобных устройств должно быть согласовано с соответствующими государственными органами.

В. Соломеин, г. Екатеринбург. Р-2010-05.

Литература:

1. Москвин А. Сторожевое устройство с емкостным датчиком.Р-2001-08.
2. Ершов М. Емкостный датчик. Р-2004-03.
3. Галков А., Хомутов О., Якунин А. Емкостная адаптивная охранная система. Бюллетень «Изобретения Полезные модели», 2007-11.
4. Григорьев В., Власюк С., Амелькин С. Емкостное устройство для охранной сигнализации. Бюллетень «Изобретения Полезные модели», 2006-15.

реле против транзистора? — Обмен стека электротехники

спросил 11 лет, 11 месяцев назад

Изменено 5 лет, 5 месяцев назад

Просмотрено 103 тысячи раз

\$\начало группы\$

Боюсь, довольно просто, но когда вы используете реле, а когда транзистор? В реле изнашиваются контакты, так зачем вообще реле?

• транзисторы
• реле

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Реле являются двухпозиционными устройствами. Транзисторы могут иметь разное падение напряжения.

Реле намного медленнее транзисторов; обычно 50 мс для переключения, а возможно и больше. Некоторые типы транзисторов могут переключаться за пикосекунды (почти на 10 порядков быстрее).

Реле изолированы. Транзисторы могут быть (например, SSR), но часто нет.

Реле являются электромагнитными и создают проблемы с ними — например, попробуйте собрать релейный компьютер с большим количеством реле. Вы обнаружите, что в некоторых случаях реле будут мешать друг другу. Транзисторы не очень чувствительны к ЭМ. Они не излучают сильных электромагнитных помех.

Реле потребляют много тока во включенном состоянии, в отличие от большинства транзисторов.

\$\конечная группа\$

5

\$\начало группы\$

Реле обеспечивают полную изоляцию цепи включения и нагрузки.

Они могут переключать переменный и постоянный ток и активироваться переменным или постоянным током.

Они могут быть очень прочными.

Они также имеют то преимущество, что часто можно увидеть, срабатывает ли устройство, и во многих случаях можно даже услышать срабатывание.

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Помимо всех правильных свойств, о которых упоминает Леон, реле также имеет гораздо более низкое внутреннее сопротивление, на самом деле переключатель реле очень похож на прямой кусок провода.

Твердотельные переключатели любого другого типа (биполярные транзисторы, тиристоры, симисторы, IGBT) будут иметь определенное сопротивление и некоторое падение напряжения.

Во многих конструкциях, где переключение происходит нечасто и разработчик схемы не знает точно, что пользователь собирается переключать, хорошим выбором будет реле, поскольку оно переключает переменный или постоянный ток при огромном напряжении и токе.

диапазон.

В конкретном приложении вы почти всегда можете найти полупроводниковый компонент, который сделает работу дешевле, чем реле, если вы можете обойтись без всей надежности и универсальности реле.

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Реле являются хорошим выбором, когда нагрузка, которой необходимо управлять, потребляет более пары ампер и когда переключения не будут такими частыми.

Когда вам нужно прервать (отключить) ток в несколько ампер, индуктивность нагрузки может вызвать скачки напряжения, которые повредят транзистор, если вы не добавите обратноходовой/ограничительный диод для его защиты. Контакты реле, которые в основном представляют собой большие куски металла, имеют гораздо большую устойчивость к этому применению, но даже в этом случае отключение больших токов нагрузки в конечном итоге приведет к выгоранию контактов реле.

Если вам нужно что-то переключать быстрее, чем раз в секунду, реле, вероятно, будет иметь относительно короткий срок службы, и было бы целесообразно выбрать вариант с транзистором. Если вам не нужно переключать нагрузку быстрее, чем раз в 10 секунд, вы можете найти реле более экономичным. Как всегда, это компромисс дизайна.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Реле могут быть настроены на активацию очень многих различных уровней напряжения без регулировки. Вот почему их так часто можно увидеть в промышленном контроле. Например, скажем, я разрабатываю контроллер для клапана, для работы которого требуется переключение +15 В. Затем компания переключает клапан на управление по току, где выход не имеет ничего общего с фиксированным уровнем напряжения. Это простое изменение для реле (на самом деле без изменений) и, вероятно, сложное для MosFET.

\$\конечная группа\$

Объясните, пожалуйста, назначение помеченных резисторов и диода в этой схеме драйвера транзисторного реле

спросил 2 года 9 месяцев назад

Изменено 2 года, 9 месяцев назад

Просмотрено 321 раз

\$\начало группы\$

Пожалуйста, объясните, для чего нужны обведенные компоненты.

В чем разница между \$V_{cc}\$ и \$V_{in}\$, могут ли они быть одинаковыми?

• транзисторы
• реле
• бджт
• анализ

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Прежде чем ответить, мы должны знать, какова функция этой цепи.

Функция вышеприведенной схемы заключается в том, что когда \$V_{in}\$ высокий, реле срабатывает, замыкая переключатель, поэтому срабатывает цепь выходной нагрузки.

Но в случае, если \$V_{in}\$ низкий, переключатель разомкнется, и значение \$I_C\$ внезапно изменится на \$0\$, в результате чего индуктор будет производить большой ток, а ток найти путь, кроме транзистора, вызывающего повреждение транзистора.

Итак, мы решаем эту проблему с помощью диода, и диод будет работать только тогда, когда \$I_C=0\$.

Таким образом, на приведенной ниже схеме мы можем рассматривать транзистор как переключатель, поэтому, когда \$V_{in}\$ высокий, переключатель будет закрыт, а когда \$V_{in}\$ низкий, переключатель будет быть разомкнутым, и катушка индуктивности (реле) будет производить большой ток, вызывая очень большое падение напряжения на переключателе (транзисторе), повреждая его.

Для \$R_s\$ и \$R\$ они используются в качестве токоограничивающих резисторов, и их значения зависят от используемых в схеме компонентов и коэффициента усиления, необходимого для получения \$I_C\$.

Для \$V_{in}\$ и \$V_{CC}\$ разница между ними заключается в том, что \$V_{in}\$ представляет собой прямоугольную волну, а \$V_{CC}\$ представляет собой постоянное напряжение постоянного тока. источник.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Vcc — это напряжение питания, а Vin — входное напряжение. Vin может иметь значение Vcc (постоянное напряжение) или последовательность импульсов/импульсов.

Vce — напряжение коллектор-эмиттер.

Ib — ток смещения базы

β — коэффициент усиления транзистора по току.

Rb — базовый резистор смещения. При требуемом Vin выбирают таким образом, чтобы Ib и, следовательно, Ic были достаточно высокими для управления реле (Ic=Ib*β). В этом случае Vce будет иметь минимально возможное значение, а напряжение на катушке реле будет близко к Vcc.

R — подтягивающий резистор между базой и эмиттером для предотвращения наводки шумов и неравномерного включения транзистора при отсутствии тока смещения базы.

Диод на катушке реле называется «обратным» или «обратноходовым» диодом. Его назначение состоит в том, чтобы позволить рассеивать энергию выброса обратного напряжения, индуцированного катушкой реле при выключении транзистора, внутри себя.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Vcc может быть таким же, как Vin, если Rs подобран правильно, чтобы обеспечить протекание надлежащего тока. Вот почему там есть рупии.

R во многих случаях является необязательным и отводит небольшой инжектированный заряд из P-перехода коллектора в базовый переход, что может привести к ложному включению BJT, когда он должен быть выключен, если он действительно чувствителен.

Диод предназначен для предотвращения разрушительного скачка напряжения, когда вы отключаете ток через индуктивность катушки реле. Он работает, обеспечивая легкий путь для тока, который продолжает циркулировать через индуктор после того, как вы разомкнули переключатель, чтобы он мог исчезнуть.