Типы входов/выходов автоматики: Сухой Контакт (СК) и Открытый Коллектор (ОК) – CS-CS.Net: Лаборатория Электрошамана

Входы и выходы автоматики

Йоу! Сегодня — ещё один из постов серии «заебали, ща расскажу» — потому что спецы и так это всё-всё знают и понимают с полуслова, и даже знают больше, чем я напишу в этом посте (так как я опишу самые распространённые в моей практике варианты и не смогу описать их все)!

Когда мне в комменты или на мыло пишут что-то типа «А подскажите, как мне после Logo три выхода на один автомат подключить» или «Ой! Я читал у тебя, что ты каким-то образом на выход датчика движения Logo подключил, нарисуй схему», то я чуток офигеваю и говорю что-то вроде «Шо ж тут непонятного? Там же ж обычный сухой контакт!». И народ от этого хуеет! =) Вот щас мы и будем разбираться, что это такое за сухие контакты. Как обычно — я дам вам принцип, а дальше — используйте его, чтобы разобраться в аналогичных ситуациях! Также у меня вышла вторая часть поста про входы и выходы: про аналоговые сигналы 0. .10V и 4..20 мА.

Содержание

• 1. Выходы типа «Сухой контакт без потенциала» (релейные).
• 2. Выходы типа «Сухой контакт с потенциалом» (тоже реле).
• 3. Выходы типа «транзистор с питанием».
• 4. Выходы типа «открытый коллектор» (тоже транзистор на GND).

Речь идёт о том, как у разных устройств автоматики (всякие контроллеры, датчики, электронные реле управления) устроены выходы, которыми они смотрят во внешний мир. И о том, как этими выходами пользоваться для того, чтобы наши контроллеры могли чем-то управлять. Вообще, вся эта штука ОЧЕНЬ очевидная (такая же как работа обычного реле), и я не знаю, что тут можно выдумать сложно. Поэтому считайте, что пост будет высосан из пальца =)

Как устроен мир автоматики и автоматизации? Ну или все эти ваши датчики движения, «умные реле», «умные дома», «SMS-реле», «Автоматика котла Zont» и прочие маркетинговые названия? Если смотреть с точки зрения того, как они подключаются, то всё это выглядит как чёрный ящик.

Например, есть некое SMS-реле. Оно получает питание, в него втыкается SIM-карта, антенна. И у этого реле есть входы (сейчас они нас не интересуют) и выходы. В зависимости от того, что приходит по SMSкам, реле включает или выключает свои выходы.

Точно так же работает какая-нибудь система контроля доступа. Она может быть какой угодно — с шифрованием, распознаванием лица, да хоть с анализом ДНК — всё равно в конце концов у неё будут какие-то выходы вида «Доступ разрешить», «Доступ запретить», «Тревога», которые можно куда-то подключить. Ну и так далее — большинство устройств автоматики просто имеют выходы, с которых можно снимать сигнал.

Примеры использования их могут быть любыми. Например, можно завести наше SMS-реле на входы Logo или ПЛК (и потом пафосно говорить что у нас умный дом с управлением по SMS). Или так же завести нашу систему контроля доступа в ПЛК, чтобы он получал сигнал «Доступ разрешить» и «Тревога» и открывал дверь только днём, вечерами передавал этот сигнал на пост охраны, а по сигналу «Тревога» какие-нить стальные решётки опускал =)) И опять же, вокруг таких решений разводят ебучий маркетинг, который я, зная то, как это устроено, ненавижу.

Нахуй писать про умный дом, если это кончается тем, что стоит какой-то контроллер, который просто выдаёт сигнал типа «вкл-выкл», который чем-то управляет?..

Сегодня мы разбираемся с тем, какие выходы бывают у устройств и то, как этим пользоваться. Сами устройства могут быть любыми — вообще чем угодно: датчики, системы управления, охраны, климатические системы, кондеи, автоматика бассеина и прочее и прочее… Наплевать на них! Всё, что вам надо — это поднять документацию на устройство и найти там знакомые слова про тип выхода: «сухой контакт без потенциала», «сухой контакт с потенциалом», «открытый коллектор».

Как можно классифицровать выходы? Я придумал такие способы:

• Привязаны ли они к внутренней схеме устройства или нет.
• Имеют ли они питание на выходе, или просто контакты.
• Род тока и мощность, которую можно пропустить через них.
• Размеры того, что управляет выходом внутри устройства (реле, транзистор, симистор).

1. Выходы типа «Сухой контакт без потенциала» (релейные).

Такие выходы делаются при помощи самого обычного реле, и про них проще всего рассказать. То есть, есть у нас какая-то электронная схема. Эта схема включает или выключает реле, а контакты этого реле выведены наружу как «Выход».

Для любой автоматики это самый удобный тип выхода, потому что реле содержит в себе обычные, механические, контакты. Поэтому их и называют «сухими» — это именно металлические, механические контакты. Что это значит? А то, что по ним можно пропускать что угодно, лишь бы реле позволило это сделать.

Смотрите на схемы:

Типы выходов устройств автоматики: сухой контакт без потенциала

В первом случае у нас выход — это переключающий контакт реле, а во втором случае только замыкающий. И это — обычное реле. Как вы знаете, реле выпускаются на разные токи и напряжения (например, до 250 вольт и до 10А). Если выход релейный, то про него пишут или «Сухой контакт», или «Релейный», или и то и то сразу. И обычно параметры самого реле дают как параметры этого выхода. То есть в инструкции может быть фраза типа «Выходы: Два релейных выхода до 16А/250V». Сокращают сухой контакт чаще всего как «СК» — и вы можете встретить и это в описаниях (и моих постах).

Так как это реле — то делать с ним можно всё, что угодно. Можно завести через него 24V на вход ПЛК. Можно завести 230V на контактор. Можно замыкать им сигнал FUN, чтобы закрывать воду в защите от протечек GidroLock. Можно, если выход потянет, напрямую нагрузкой управлять (лампами, тёплым полом и так далее). Можно несколько выходов (контактов реле) разных устройств подключить параллельно или последовательно. Например, таким образом я делал автоматику вентиляции в щите в Говорово: выход кондиционера преобразовывался в реле — сухой контакт. Этот контакт соединялся вместе с контактом терморегулятора, и через них подавалось питание на реле заслонки.

Теперь тот, кто меня спрашивал про то, как несколько выходов на один автомат в Logo подключить, сможет разобраться. Смотрим на фотку из поста про Siemens Logo и видим там нарисованные контакты реле (как второе реле на моей схеме выше):

Выходы модуля расширения Logo: 8 реле по 5А каждое

Да! Внутри Logo стоят реле! Вот они:

Реле для управления выходами основного модуля Logo (один контакт на 10А)

Контакты этих реле как раз и выведены наружу. Делай что хочешь! =)

Точно так же устроены выходы датчика газа (метан или угарный газ) от ОВЕНа, которые мы ставили в котельную в Папушево.

Датчики температуры (ОВЕН ДТС014) и метана (ОВЕН ДЗ-1-Ch5)

Это реле с переключающим контактом:

Пример выходов типа сухой контакт — это просто обычное реле

2. Выходы типа «Сухой контакт с потенциалом» (тоже реле).

Теперь чуть сложнее! Что думают те, кто только полезли разбираться в электрику? Что если это выход — то там что-то должно ВЫХОДИТЬ: какое-то напряжение, наверное! Вот смотрите, как мне рисовал схему тот товарищ, который спрашивал меня о том, как несколько выходов Logo на один автомат подключить:

Пример того, как люди неправильно понимают релейные выходы из Logo

Еле-еле по этой схеме я понял то, что он думал что на выходах Logo есть напряжение и поэтому сильно тупил. И… если вы думаете о том, что он дурак и такого не существует в природе, то вспомните любой обычный датчик движения для света, который на 230V рассчитан! Сколько у него проводов? Три! А как они разведены? Вот так: Фаза на вход, Фаза на лампу (выход), Ноль.

Да, такие решения применяются. Специального стандарта нет, и разные производители автоматики делают так, как им удобно. У кого-то это будет сухой контакт в виде реле, а у кого-то на то же реле, которое стоит внутри устройства, будет подключено напряжение, от которого это устройство питается. Вот так:

Типы выходов устройств автоматики: сухой контакт с потенциалом

Для простых устройств типа блоков радиоуправления светом или датчиков движения это хорошо. Но иногда и плохо. представьте, что вам тот же датчик движения надо завести на вход ПЛК, который 230 V напрямую не принимает. Что надо сделать? На выход датчика движения подключить реле с катушкой на 230V, контакты которого будут замыкать вход ПЛК. И, причём, внутри датчика движения-то уже есть реле! Но оно подключено к питанию датчика, и это всё портит.

Точно такое же дерьмо сделано в блоке защиты от протечек «Нептун»: там у него на выходе стоит реле с переключающим контактом, но оно тоже подключено к входу питания 230V этого блока. И если мы хотим забрать сигнал — нам тоже понадобится ставить внешние реле развязки.

У такого способа подключения выхода есть важный плюс: клемм или проводов для подключения становится на одну меньше. А где-то это важно, особенно если устройство компактное (какой-нить Z-Wave выключатель в подрозетник, например).

Раз уж мы заговорили про именно высоковольтные выходы, то я напомню о том, что иногда в тех же датчиках движения может стоять не реле, а симистор. Это, если говорить словами для новичков, электронное реле. На больших токах оно греется, но вот на малых оно очень компактно и не щёлкает. Главный его минус в том, что иногда для того, чтобы симистор включался, ему нужна минимальная мощность нагрузки, и поэтому его тяжело будет завести в автоматику щита. В инструкциях могут так и писать: «Минимальная мощность нагрузки — 20 Вт».

То, что я написал выше, не совсем корректно. В большинстве случаев симистор будет нормально включать мелкую релюшку развязки. НО в некоторых модулях умных выключателей, розеток, датчиков движения применяется питание электроники (которая управляет выходом) без нуля сети. Например, если это будет датчик движения, то у него будет всего два контакта: «Фаза вход» и «Фаза на лампу». Это похоже на то, как подключается лампочка подсветки внутри выключателя.

Электроника в этом случае включается последовательно с нагрузкой и забирает себе часть питания. Вот тут-то минимальная мощность и важна: если физически не будет никакой нагрузки, через которую будет замкнута цепь, то и электроника не будет работать. Вот в этом случае и указывают минимальную мощность нагрузки. От этой мощности зависит сопротивление нагрузки, а от сопротивления — ток в цепи «питание — электроника — нагрузка», от которого электроника и питается.

Если вы хотите использовать какие-то модули для того, чтобы заводить их высоковольтные выходы напрямую в Logo (он умеет принимать на входы сетевое напряжение питания, если сам на него рассчитан), то ОБЯЗАТЕЛЬНО проверьте, что у этих модулях стоит на выходе: реле или симистор, и не указана ли минимальная мощность нагрузки. Если указана — то скорее всего там стоит симистор и схема может работать некорректно. В своих проектах я всегда пишу о том, чтобы использовали датчики движения с реле (или с тремя проводами).

3. Выходы типа «транзистор с питанием».

Теперь спустимся с высоких напряжений на низкие. История здесь такая: иногда нам очень важны размеры устройства и его компактность. Часто это устройство даже не рассчитано на 230V, а является просто электронной платкой: например, датчик протечки воды от системы Нептун или какой-нибудь контроллер СКУД, встроенный в замок (Z-5r, Matrix IIk).

Когда размеры устройства очень важны, а его напряжение питания не сетевое, а низковольтное (5/12/24 вольт), то для управления выходом применяют транзистор. Его достоинство в том, что он может быть очень маленьким. А недостатки по сравнению с реле в том, что транзистор уже точно привязан к уровням напряжений и схеме того устройства, в котором он стоит. Ну и ещё транзистор может быть рассчитан на небольшие токи (десятки миллиампер или единицы ампер) и поэтому может зажечь лампочку или включить реле, но не сможет управлять сетевым напряжением или мощной нагрузкой.

Транзистор можно подключить двумя способами. Первый напоминает то, что мы только что делали с реле: берём питание внутри устройства — и пропускаем его через транзистор вот так вот:

Транзисторный выход с плюсовым потенциалом

Решение вроде как логичное — как в электрике мы разрываем фазу, так и тут разываем плюс питания. Когда выход активен — плюс появляется. Когда неактивен — исчезает. Ура! Значит на выход мы можем подключить какую-нибудь нагрузку (такие выходы есть у некоторых кондеев Mitsubishi — они показывают, включен кондей или нет)!

И вот тут-то начинается некоторое западло. Точнее, два западла. Первое в том, что наш выход жёстко рассчитан только на то напряжение питания, которое есть внутри устройства. Вот сделает кто-нить на ES8266 очередную умную поеботу… и выдаст через транзистор на выход 3,3 вольта. И пиздец! =)) Куда их деть? Шо с ними делать? Светодиодом помигать? А нахрена нам светодиод, если эта умная поебота должна нам ворота открывать, включая три фазы на двигатель?

Наученный человек скажет: «Да хрен ли! Ща поставим реле! Или ваще контактор!». И тут выплывает второе западло из трёх частей. Во-первых, ты поди найди контактор или реле с катушкой на 3,3 вольта! =) Во-вторых чем ниже напряжение питания такого реле или контактора — тем больший ток они потребляют. А у нас стоит мелкий транзистор, который этот ток может просто не потянуть.

И, в-третьих, что наиболее важно — всякие внешние нагрузки, в которых есть катушка (в том числе моторчики или сервы у моделистов) за счёт самоиндукции создают выбросы высокого напряжения, которые могут повредить наш транзистор. Поэтому, если есть такой риск (а у нашей области он почти всегда есть, так как к таким выходам мы реле подключаем), то надо ОБЯЗАТЕЛЬНО ставить диод в обратной полярности! Он шунтирует собой эти выбросы и спасёт транзистор.

Если речь идёт про релюшки типа CR-P/CR-M и подобные им, то для них сразу же выпускаются модули со светодиодом для индикации работы катушки реле и с защитным диодом. Они сразу же вставляются в колодку для реле:

Модули индикации CR-P/M

На фотке выше у меня модули для переменного тока, а нам понадобятся эти:

• 1SVR405652R0000 ABB CR-P/M 42 Втычной модуль для реле CR-P, CR-M (LED+ВстДиод) 6. .24V AC/DC (красный)
• 1SVR405652R1000 ABB CR-P/M 42V Втычной модуль для реле CR-P, CR-M (LED+ВстДиод) 6..24V AC/DC (зелёный)

Если таких модулей нет, то надо ставить диоды прям на колодки реле. Я как-то перепутал и заказал модули без встречных диодов для одного из щитов с GSM-реле Zont, и поэтому закрепил диоды так:

Диоды для шунтирования выходных транзисторов выходов ОК

4. Выходы типа «открытый коллектор» (тоже транзистор на GND).

Ну-ка ещё раз посмотрите внимательно на фотку выше, где диоды на реле стоят? Ничего странного не замечаете? Чего это у меня общий всех реле — это +12 вольт, а отдельные провода с маркировкой выходов — синие? Всё наоборот? Как так?

А вот это и есть второй распространённый тип выходов — Открытый Коллектор (ОК). Смотрите схему:

Типы выходов устройств автоматики: открытый коллектор (на GND)

Что мы сделали? Мы перевернули всё с плюса на минус. Если раньше транзистор у нас соединял выход с плюсом питания, то теперь он соединяет выход с землёй (минусом, который обычно везде общий). Для тех, кто столкнулся с этим после силовой электрики, где мы коммутируем фазу, это будет вынос мозга.

Но почему так сделано? А вот только что я говорил о самом главном неудобстве выхода, когда выдаётся плюс питания — о том, что всё, что мы подключаем к этому выходу, нам надо тоже рассчитывать на такое же напряжения питания, как и этот выход. А это может стать проблемой. Если же наш выход соединяется с землёй — то питание может быть любым (в пределах возможностей транзистора), и вообще от отдельного блока питания. Главное GND вместе соедините!

Из-за того, что на выходы можно вешать любые нагрузки, тип выхода «Открытый Коллектор» очень популярен: размеры схемы могут быть мелкими, а управлять она может релюшкой на 24 вольта без проблем! Или даже контактором с катушкой на 24 вольта, если транзистор сможет выдержать тот ток, который потребляет этот контактор. Обычно катушка модульных контакторов потребляет около 5-7 Вт. Возьмём 10 Вт. Значит 10/24 = 0,41А. Гм… некоторые выходы ОК тянут по 0,5 А — так что контактор прокатит, но с натяжкой! Главное не забудьте про защитный диод — здесь те же правила!

Внимательно читайте инструкцию к вашему контроллеру! В ней должно быть указано два параметра: максимальный ток каждого выхода и максимальный ток группы выходов (если они сгруппированы). Например, у Zont максимальный ток выхода — 0,1А, а у ОВЕН Мх110 с транзисторными выходами — 0,4А на каждый выход. Иногда (я такое почти не встречал, но всё же) указывают максимальный ток для группы выходов, например: «Каждый выход из 10ти — по 0,5А, а суммарно все выходы — не более 3А».

Вот пример из инструкции к ПЛК ОВЕН. Если брать ПЛК или модули IO с типом выходов «К» — то вы получите тот самый открытый коллектор (ОК):

Пример выходов с открытым коллектором от ОВЕНа

У ОВЕНа они, как обычно, сгруппированы по 4 штуки. GND — общий, а нагрузки выходов даже в одной группе могут быть на разные напряжения.

Тот же принцип используется в датчиках протечки от GidroLock и Нептун. Даже в приёмниках радиодатчиков! =) У них три провода: питание электроники, GND питания и выход ОК. Дальше останется посмотреть, какой ток у выходного транзистора — и понять, вытянет ли он релюшку напрямую, или нет =)

А вот подключить такие датчики напрямую (без подтягивания потенциала и инверсии входа) даже к низковольтному Logo не прокатит: Logo требуется, чтобы на вход приходило напряжение, а не GND. И он их не увидит (те, кто поняли про подтяжку — делают). А вот ОВЕНовские входы можно подключать таким образом, чтобы они принимали на вход или +VCC, или GND. И поэтому датчики там подключаются без извращений!

Вот мы и разобрались с выходами! Теперь, если в инструкции на автоматику «Выходы типа сухой контакт до 3А» или «Выходы — ОК с током до 1А и напряжением до 50 Вольт» — вы знаете, что с этим делать! =)

Продолжение темы про аналоговые входы и выходы 0..10V и 4..20 мА читайте здесь.

Выход с открытым коллектором — frwiki.wiki

Открытый коллектор представляет собой выходной тип интегральной схемы логики по технической биполярных . Термин «эквивалент открытого стока» используется в случае техники MOS .

Резюме

• 1 принцип
• 2 Приложения
• 3 приложения
  • 3.1 Библиография
  • 3.2 Веб-ссылки
  • 3.3 Статьи по теме
• 4 Примечания и ссылки

Принцип

Электромонтаж открытого коллектора.

Выход с открытым коллектором и тяговое сопротивление.

Когда внутренняя логика устанавливает высокий уровень на входе, внутренний транзистор насыщается и Vs ~ 0.

Когда внутренняя логика устанавливает низкий уровень на входе, транзистор блокируется и Vs = Z (высокий импеданс). Это эквивалентно редактированию без вывода (это не влияет на остальную часть редактирования).

Нагрузочный резистор , как правило , используются для установки высокого импеданса логического состояния Vs = Z до 1. Сопротивления подключено между источником и выходом, и его значение рассчитывает таким образом, что:

• Максимальный ток I _OL, который может поглотить коллектор в состоянии Vs = 0, и напряжение V _CCs, к которому подключен резистор, дают минимальное значение V _CCs / I _OL .
• Общая пропускная способность выходной линии со связанными с ней входами и требуемая скорость передачи определяют максимальное значение. Цифровая скорость определяет период, состоящий из нарастающего фронта, спадающего фронта и двух фаз стабильности. Емкость и подтягивающее сопротивление составляют RC-цепь , определяющую нарастающий фронт. В системе первого порядка время нарастания в три раза больше постоянной времени . Это равно произведению тягового сопротивления на общую емкость.

Пример расчета сопротивления волочению:

• Выходное напряжение линии питания составляет  5 В , выходной транзистор может потреблять  15 мА . Минимальное значение 330  Ом .
• Скорость передачи данных составляет 1  М бит / с . Общий период для 1 бита составляет максимум 1  мкс . Предполагая, что один нарастающий фронт может использовать половину этой длительности, поскольку время спада намного меньше благодаря низкому импедансу проходящего транзистора, постоянная времени не должна превышать 0,160  мкс . При емкости линии 100  пФ максимальное значение сопротивления составляет 1,6  кОм .

Если выбрать среднее значение, 1  кОм , выходной транзистор схемы должен будет поглощать примерно 5  мА, а сборка рассеивает примерно 25  мВт .

Некоторые схемы включают повышающий резистор высокого номинала (обычно 100  кОм ) для обеспечения высокого уровня в выключенном состоянии. Это значение обычно слишком велико. К нему можно легко добавить параллельно подключенный внешний тянущий резистор. Внутреннее сопротивление имеет недостаток, который затрудняет использование схемы для воздействия на уровень линии при напряжении, отличном от напряжения источника питания схемы.

Приложения

Изменение уровня

Выход с открытым коллектором используется для управления линией, уровни которой отличаются от уровней ее семейства логических схем. Подтягивающий резистор подключается к уровню 1 управляемой цепи, этого достаточно, чтобы выход с открытым коллектором выдерживал это напряжение, когда он заблокирован. Это , как правило , бывает до 30  V . Эта функция также позволяет разделить внутреннюю логику и управляемые периферийные источники питания (снижение помех).

пример:

Некоторые переключатели уровня используют выходы с открытым коллектором для преобразования напряжения между семействами логических схем: логический сигнал 0-1,8 В может быть преобразован в логический сигнал 0-5 В с помощью подтягивающего резистора, подключенного к 5 В, при условии, что выходной транзистор поддерживает напряжение 5В при блокировке.

Интерфейс

Хотя компараторы  (en) представляют собой аналоговые схемы на входе, их выход логичен. Они часто строятся с открытым коллектором, что дает им много работы. Основная функция компаратора — 1-битное аналого-цифровое преобразование. Напряжения питания схемы, например, плюс и минус 15  В , должны соответствовать напряжениям для сравнения. Так что выход с открытым коллектором непосредственно управляет логической схемой, достаточно, чтобы рисунок сопротивление подключено к напряжению , соответствующего логическому 1, например, 5  V . Компаратор также служит интерфейсом и для формирования логического сигнала с гистерезисом или без него . Связанный с генератором тока и конденсатором, гистерезисный компаратор позволяет преобразовывать напряжение-частота или напряжение-рабочий цикл.

Выходная мощность

Выход с открытым коллектором, связанный с внешним транзистором, позволяет переключать большую нагрузку, двигатель, реле и т. Д.

Функция ИЛИ

На цифровой карте может быть интересно подключить выходы с открытым коллектором нескольких интегральных схем, чтобы выполнить функцию ИЛИ-ИЛИ  : если хотя бы один выход активирован, сигнал переходит в 0 ( NI 2012 ). Эту систему можно найти, например, в управлении сбоями питания в некоторых регуляторах напряжения .

Входы выходы

Некоторые двунаправленные выходы (вход или выход) используют открытый коллектор, чтобы не вызывать конфликта.

Автобус

Выходы с открытым коллектором позволяют реализовать шину . Несколько выходов подключены к одной линии. Неактивные выходы остаются в заблокированном состоянии; активный выход фиксирует состояние линии. Если два выхода активны одновременно, никаких повреждений не произойдет. Это дает определенные преимущества, такие как управление несколькими мастерами, управление конфликтами протоколов без электрических конфликтов и двунаправленность. Недостатком является то, что сопротивление подтягивания с более высоким импедансом, чем у выхода тотемного полюса , вызывает более длительное время нарастания, предотвращая увеличение частоты шины. Эта система часто используется для шин аппаратных прерываний . Они также найдены в последовательной шины мастер — ведомый, например, I ² C .

Приложения

Библиография

• Мишель Флютри , Энциклопедический словарь электроники: англо-французский , Париж, Дом словаря,1992 г., 1054  с. ( ISBN  2-85608-043-X ) , стр.  588
• Бернар Бессерер , «2. Компонентная технология» , в цифровой электронике ,2001 г.( читать онлайн )
• Б. Ханнекен , Цифровая схемотехника ,2001 г.( читать онлайн )

веб ссылки

• (ru) National Instruments, «  Введение в выходы проводного ИЛИ и схемы с открытым коллектором  » ,2012 г. .

Статьи по Теме

• Выход на тотемный столб
• Выход с тремя состояниями

Примечания и ссылки

1. ↑ Фредерик Гуайсбо, «  Анализ и управление линейными системами  » ,2009 г..
2. ↑ ^{а и б} ( Бессерер 2001 , с.  6)
3. ↑ (in)  Шестнадцатеричные буферы / драйверы инверторов с высоковольтными выходами с открытым коллектором
4. ↑ (in) «  Одноэлементный компаратор напряжения LM397 общего назначения  »  ;
5. ↑ (in) «  Компаратор с гистерезисным эталонным дизайном  » .
6. ↑ (in) Тарун Агарвал, «  Транзисторно-транзисторная логика (TTL)  » ,2013.

<img src=»//fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1×1″ alt=»» title=»»>

Конфигурация, принцип работы, преимущества и недостатки

При проектировании цифровых микросхем, приложений микроконтроллеров и операционных усилителей выходы с открытым коллектором обычно используются либо для управления высокими нагрузками, такими как реле, либо для взаимодействия с другими схемами. Как мы знаем, BJT является транзистором и имеет три вывода (эмиттер, база и коллектор), где эти выводы можно настроить в основном на три режима переключения. Это режимы Common Base, Common Collector и Common Emitter. Сегодня мы поговорим о конфигурации с открытым коллектором, ее TTL-затворе, характеристиках и преимуществах.

Открытый коллектор — общий вывод, который можно найти в различных интегральных схемах. Конфигурация с открытым коллектором работает как переключатель, который либо подключен к земле, либо отключен. Помимо подключения выхода микросхемы или любого другого транзистора к конкретному устройству, он подключается к базовой клемме NPN-транзистора, где коллектор открыт, а эмиттерная клемма NPN-транзистора имеет внутреннее соединение с заземляющим выводом.

Таким образом, выход с открытым коллектором рассматривается как NPN-транзистор, который пропускает ток к общему. Для этой схемы с открытым коллектором должен быть источник для правильного функционирования выхода. Когда нам нужно рассчитать выходное напряжение, когда оно не подключено к какому-либо источнику питания, тогда не будет никаких изменений в напряжении. Напряжение на выходе необходимо рассчитать, чтобы знать, как правильно работает схема с открытым коллектором.

В зависимости от типа транзистора (NPN или PNP) схема может иметь либо выходной ток, либо выходной ток.

1. Когда NPN-транзистор работает в «ВЫСОКОМ» состоянии, он обеспечивает ток утечки на землю, а в «НИЗКОМ» состоянии выходная клемма будет плавать до тех пор, пока она не будет подключена к положительному напряжению питания с помощью подтягивающего резистора.
2. Когда PNP-транзистор работает в состоянии «ВЫСОКИЙ», он подает ток на землю, а в состоянии «НИЗКИЙ» выходная клемма будет плавать до тех пор, пока она не будет подключена к земле с помощью подтягивающего резистора.

На рисунке ниже показана схема с открытым коллектором , использующая NPN-транзистор.

ИС с открытым коллектором

Работа транзистора с открытым коллектором

В этом разделе объясняется, как работает открытый коллектор , а также поясняется схема. Схема переключения в основном полезна для переключения приложений и для управления электромеханическими устройствами. Базовая клемма транзистора PNP/NPN может быть подключена к аналоговой или цифровой схеме, а эмиттерная клемма имеет соединение с землей. В то время как клемма коллектора имеет связь с коммутационной нагрузкой.

В случае транзистора NPN, когда на базовую клемму подается управляющий сигнал, транзистор переходит в состояние ВКЛ. Поскольку выход находится на клемме коллектора, выход притягивается к земле через переходы проводящего транзистора, запитывая нагрузку и делая ее включенной. Таким образом, транзистор изменяет и пропускает ток нагрузки, который можно узнать по закону Ома, где

Ток нагрузки = значение напряжения на секции нагрузки/сопротивление на секции нагрузки.

Принимая во внимание, что когда базовый привод NPN-транзистора находится в состоянии ВЫКЛ, нагрузка не проходит и отключается. Затем выход транзистора помогает в регулировании внешней нагрузки, когда функция переключения стока тока транзистора работает либо как короткое замыкание, либо как разомкнутая цепь.

Транзисторная схема с открытым коллектором

Преимущество транзисторной конфигурации с открытым коллектором заключается в отсутствии необходимости подключения напряжения нагрузки коллектора к тому же уровню потенциала напряжения схемы управления транзистора, где оно может быть как высоким, так и низким .

Открытый дренаж и открытый коллектор

В приведенной ниже табличной колонке указаны различия между конфигурациями с открытым дренажем и открытым коллектором.

Открытый слив	Открытый коллектор
Выход представляет собой схему на полевых транзисторах.	Выход представляет собой схему биполярного транзистора.
Называется неподключенной клеммой стока полевого транзистора типа P/N. Благодаря этому внешние цепи могут быть подключены так, чтобы в активном состоянии он переключался на землю.	Называется неподключенной клеммой коллектора транзистора PNP/NPN. Благодаря этому внешние цепи могут быть подключены так, чтобы в активном состоянии он переключался на землю.
Выход транзистора подает напряжение питания на выходные устройства только в том случае, если к клемме стока подключены подтягивающие резисторы.	Выход транзистора подает напряжение питания на выходные устройства только в том случае, если к клемме коллектора подключены подтягивающие резисторы.

ТТЛ-затвор с открытым коллектором

Когда транзистор Tc удаляется из конфигурации с тотемным полюсом, формируется ТТЛ-затвор с открытым коллектором. Вентиль TTL NAND можно преобразовать в вентиль AND с помощью подтягивающего резистора между выходными клеммами P и Q на рисунке ниже.

Логический элемент И-НЕ с открытым коллектором

С помощью логического элемента с открытым коллектором можно разработать проводные логические элементы И и проводные логические элементы ИЛИ. На приведенном ниже рисунке несколько логических элементов И объединяются с помощью логического элемента TTL с открытым коллектором, который показывает результат как проводное И. Это связано с тем, что И создается путем И всех выходов, которые могут быть выражены следующим образом:

X = (U.V)’ (W.X)’ (Y.Z)’

Когда все клеммы коллектора И-НЕ замыкаются на выход транзисторы, это выполняет операцию И. Через это проводное соединение ИЛИ также можно получить по принципу Де Моргана, и уравнение

X = (UV + WX + YZ)’

На приведенном ниже рисунке значение подтягивающего резистора определяется максимальным значением тока, протекающего через вывод коллектора, допустимого через каждый выходной транзистор.

Проводное И-ИЛИ с использованием вентиля TTL NAND

Примеры

Схемы с открытым коллектором обычно используются в компараторах напряжения. Немногие из микросхем компараторов напряжения относятся к LM339, LM393 и LM311, где все они работают как устройства с открытым коллектором.

Когда любое устройство, подключенное к выходу, выходное устройство должно быть подключено к источнику положительного напряжения, который должен управлять нагрузкой.

Например: Если выходное устройство представляет собой двигатель на 12 В постоянного тока, то выход должен быть подключен к +12 В. Затем отрицательные и заземляющие клеммы нагрузки подключаются к выходу устройства, которое приводит в движение двигатель.

Когда двигатель постоянного тока 12 В должен быть подключен к микросхеме LM311, конфигурация выглядит следующим образом:

Микросхема LM311 с выходом с открытым коллектором

Преимущества и недостатки

Здесь обсуждаются преимущества и недостатки с открытым коллектором .

Преимущества

1. Основным преимуществом схемы с открытым коллектором является то, что нагрузка, которую необходимо либо контролировать, либо переключать, может быть подключена к независимому источнику питания. Или оно может быть изменено от напряжения питания, используемого схемой управления.
2. Эти устройства могут использоваться для сопряжения различных семейств устройств с различными уровнями функционального напряжения.
3. Это устройство может работать с более высокими уровнями напряжения, чем напряжение питания чипа.
4. Используется для подключения нескольких устройств к одному сигналу запроса прерывания или к общей шине в схемах I ² C. Это показывает результат включения только одного устройства без участия различных неактивных устройств.

Перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о MCQ Open Collector

Недостатки

Недостатком открытого коллектора является высокое энергопотребление. Это связано с тем, что подтягивающий резистор в цепи потребляет мощность, когда выход переводится в состояние LOW. Это проявляется для требуемой функциональной скорости, и когда значение резистора низкое, подтяжка становится сильнее, что приводит к высокому энергопотреблению.

Это все о концепции открытого коллектора. В статье представлена ​​информация о конфигурации открытого коллектора, работе, затворе TTL, преимуществах и недостатках. Знать характеристики открытого коллектора и как они влияют на функциональность устройства?

Логика с открытым коллектором — GeeksforGeeks

Логический элемент с открытым коллектором — это цифровой логический элемент с выходным терминалом, который можно отключить от источника питания. Выход с открытым коллектором либо подключен к земле, либо оставлен открытым (отсоединен), что позволяет снизить выходное напряжение с помощью резистора. Выходы с открытым коллектором используются для взаимодействия с другими цифровыми устройствами, такими как датчики, которым требуется низкий уровень напряжения для индикации состояния логического «0».

Логика с открытым коллектором — это термин цифровой электроники, который относится к определенному типу электронной схемы. В схеме с открытым коллектором выходной транзистор не имеет связи с землей. Это означает, что когда транзистор включен, он может подтянуть напряжение на выходе к низкому уровню, но не может подтянуть его к высокому. Электроника, такая как телефоны и компьютеры, в наши дни встречается почти во всех аспектах нашей жизни. Основные принципы электроники относительно просты, но приложения могут быть очень сложными. Цифровая электроника — это использование электронных компонентов для обработки цифровых сигналов и управления ими. Эти сигналы можно рассматривать как 1 и 0, составляющие двоичный код. Соединяя это вместе, мы можем создать набор инструкций о том, что должен производить компьютер или другое цифровое устройство. Сердце любого цифрового электронного устройства состоит из двух основных компонентов: логических вентилей и триггеров. Логические элементы принимают входные сигналы и создают выходной сигнал на основе заранее определенного правила. Вентиль И будет выводить 1 только в том случае, если оба его входа равны 1. Вентиль ИЛИ-НЕ, с другой стороны, выводит 1, если только оба его входа не равны 1. Триггеры — это биты данных, которые хранятся в памяти. С помощью триггера можно создать что угодно, от простого счетчика до сложных машин.

Логика с открытым коллектором

 

Работа логики с открытым коллектором:

В логике с открытым коллектором выход либо соединен с землей, либо оставлен открытым (отключен). При подключении выхода к земле напряжение на выходе равно 0 вольт; когда выход остается открытым, напряжение на выходе равно напряжению источника питания.

Логика с открытым коллектором используется в приложениях, где необходимо управлять устройством, которое питается от источника напряжения, отличного от источника питания логической схемы. Например, выход с открытым коллектором можно использовать для управления устройством, питающимся от сети переменного тока.

Основное преимущество логики с открытым коллектором заключается в том, что ее можно использовать для сопряжения двух цепей с разными источниками питания. Недостатки логики с открытым коллектором заключаются в том, что ее нельзя использовать для управления более чем одной нагрузкой, и что необходимо соблюдать особую осторожность, чтобы предотвратить повреждение транзистора из-за чрезмерных токов.

Работа логики с открытым коллектором

Все основные термины

В цифровой электронике два состояния напряжения сигнала представлены нулем и единицей. Число 10 можно представить как 1010 в двоичной форме. Цифровая схема — это электронное устройство, использующее ряд дискретных напряжений. Цифровые схемы состоят из логических элементов, которые выполняют булевы логические операции над входами и выходами на основе этих операций. Булева алгебра — это математическая система, использующая двоичный код для представления логических отношений. Он используется практически во всех цифровых схемах и играет важную роль в их разработке и анализе. Логические вентили — это цифровые схемы, которые имеют логические операции на своих входах и производят выходные данные на основе этих операций. Наиболее распространенными типами логических элементов являются И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, исключающее ИЛИ и исключающее ИЛИ. Таблица истинности — это диаграмма, показывающая выходы цифровой схемы для каждой возможной комбинации входов. Таблицы истинности часто используются для проектирования и анализа цифровых схем.

Применение устройств с открытым коллектором:

Устройства с открытым коллектором часто используются в логических схемах, поскольку они могут снижать выходное напряжение схемы. Это полезно в цифровой электронике, потому что позволяет создавать схемы, которые могут иметь несколько выходов, которые все выводятся на низкий уровень одним устройством с открытым коллектором. Существует одно распространенное применение устройств с открытым коллектором: схемы ТТЛ. В схеме TTL активным элементом являются биполярные переходные транзисторы (BJT). Когда схема ТТЛ включена, переход коллектор-база биполярного транзистора смещается в прямом направлении, и транзистор открывается. Это пропускает ток от коллектора к эмиттеру и вызывает падение напряжения на коллекторе менее чем на один вольт ниже напряжения на эмиттере. Затем транзистор выключается за счет обратного смещения перехода коллектор-база, что прерывает протекание тока и возвращает напряжение на коллекторе к напряжению на эмиттере. Устройства ТТЛ с открытым коллектором используются, когда необходимо иметь несколько выходов и один вход. Например, логический элемент И может иметь два входа и один выход. Если оба входа высокие, то и выход будет высоким. Однако, если на каком-либо из входов низкий уровень, устройство установит низкий уровень на выходе. Это означает, что несколько входов могут считываться вместе даже с одного устройства.

Функции:

Логика с открытым коллектором — это тип логики, в которой выходной сигнал является открытым стоком. Это означает, что выход может поглощать ток, но не может генерировать ток. Логика с открытым коллектором часто используется в ситуациях, когда несколько устройств должны использовать общую сигнальную линию.

1. Улучшенная производительность системы
2. Меньшая емкость
3. К коллектору можно подключать большие нагрузки без опасности пробоя кроссовера
4. Выходы с открытым коллектором относительно нечувствительны к электромагнитным помехам

Несколько выходов с открытым коллектором можно соединить вместе для создания логической функции ИЛИ. Например, если вам нужна функция ИЛИ с двумя входами, вы можете подключить один из этих выходов к A, а другой к B. Это может быть полезно, если вы пытаетесь выяснить, какой вариант лучше подходит для вашей системы, например. , использовать ли двигатели типа A или типа B. Выходы с открытым коллектором можно поднять до более высокого напряжения с помощью резистора, независимо от того, используете ли вы AT mega или устройство на 3,3 В.

Выходы с открытым стоком имеют высокий импеданс в неактивном состоянии, что делает их идеальными для использования в качестве индикаторов состояния. Одним из недостатков логики с открытым коллектором является то, что для отключения схемы требуется высокое напряжение.

Выходы с открытым коллектором не могут быть источником тока, поэтому невозможно управлять более чем одной нагрузкой от одного выхода с открытым коллектором. Максимальное выходное напряжение устройства ограничено VOH управляющего устройства (высокое напряжение). Например, если открытый коллектор управляется устройством на 5 В, максимальное напряжение, которое может быть приложено к нагрузке, будет равно 5 В.

Преимущества:

Основным преимуществом логики с открытым коллектором является простота взаимодействия с другими цифровыми устройствами. Конструкция с открытым коллектором также не так сильно подвержена перекрестным помехам или шуму, как другие цифровые конструкции. Однако недостатком логики с открытым коллектором является то, что она не так быстра, как другие конструкции цифровой логики. Открытый коллектор — это тип выхода, встречающийся в некоторых интегральных схемах (ИС), которые не могут потреблять столько же тока, сколько стандартный выход. При использовании в качестве входа открытый коллектор дает тот же результат, что и переключатель: он может быть либо включен, либо выключен. Преимущество использования выхода с открытым коллектором заключается в том, что его можно подключить к другим устройствам с открытым коллектором для создания проводного соединения ИЛИ.

Основные преимущества логики с открытым коллектором:

1. Ее можно использовать для создания проводного соединения ИЛИ между несколькими выходами.
2. Выходы с открытым коллектором могут потреблять больше тока, чем стандартные выходы, что делает их идеальными для управления светодиодами и другими слаботочными устройствами.
3. Логика с открытым коллектором часто используется в приложениях, где возникают электрические помехи (ЭМП), поскольку отсутствие внутренней связи между выходом и землей снижает количество генерируемых ЭМП.

Недостатки:

При использовании логики с открытым коллектором одним из основных недостатков является возможность конфликтов. Это происходит, когда два или более устройств одновременно пытаются снизить уровень выходного сигнала. Чтобы избежать этого, необходимо использовать надлежащие методы проектирования и компоновки. Другим недостатком является то, что выходы с открытым коллектором могут только потреблять ток, но не могут его отдавать. Это означает, что если вам нужно подать сигнал высокого уровня, вы должны использовать внешний подтягивающий резистор.

Приложения

Во многих цифровых электронных устройствах используется логика с открытым коллектором.