Ta strona używa ciasteczek (plików cookies), dzięki którym może działać lepiej. Dowiedz się więcejRozumiem i akceptuję
Testy SSLW przypadku problemów z działaniem bloga proszę o kontakt na adres web@forbot.pl lub na forum.

Kurs elektroniki – #9 – przekaźniki, tranzystory cd.

Elektronika 30.06.2015 Futrzaczek

KursElektroniki_9W tej części zostaną omówione przekaźniki oraz inne elementy stykowe. Dowiesz się, jak działają, jakie są ich ograniczenia, a jakie zalety. Wrócimy też na chwilę do tranzystorów.

Pomimo rozwiniętej techniki półprzewodnikowej, proste w budowie elementy, takie jak, przekaźniki nadal są bardzo często wykorzystywane.

Nawigacja serii artykułów:
« poprzednia częśćnastępna część »

Kup zestaw elementów i zacznij naukę w praktyce! Przejdź do strony dystrybutora »

W ogólności, działanie elementów stykowych polega na sterowaniu przepływem prądu poprzez mechaniczne rozłączanie obwodu. Działa to na zasadzie, jak zwykłe połączenie/rozłączenie przewodów. Z tą różnicą, że punkty, w których kawałki metalu dotykają do siebie, są specjalnie ukształtowane, aby rezystancja takiego styku była możliwie mała.

Aby umożliwić przepływ prądu, należy docisnąć styki do siebie. Można to zrobić na kilka sposobów, zależnie od wykonania elementu stykowego.

Rodzaje elementów stykowych

Jeżeli styki zaopatrzymy w trzpień z klawiszem, aby można było dociskać je palcem, to wtedy uzyskamy zwykły przycisk impulsowy.

Popularne microswitche 5mm.

Nazywa się go również monostabilnym, ponieważ tylko jedna jego pozycja jest stabilna (bez ingerencji użytkownika). Drugą pozycję wymusza się zewnętrzną siłą i trwa tak długo, jak długo ta siła działa. Więcej informacji o takich przyciskach (w ujęciu robotyki) można przeczytać w osobnym artykule. W tym kursie nie będziemy się nimi szerzej zajmować.

Jeżeli zaś same styki wykonane zostaną z materiału, który jest przyciągany przez magnes, można uzyskać kontaktron. Czyli szklana rurkę, w której zatopione są styki:

Kontaktron.

Kontaktron. Fot. Wikipedia.

Pod wpływem pola magnetycznego styki te zbliżają się do siebie i zamykają obwód. Bardzo często używa się ich w systemach alarmowych do wykrycia otwarcia okien lub drzwi. Tymi elementami zajmiemy się szerzej w planowanej kontynuacji kursu.

Jeżeli do styku ruchomego dołączyć kawałek stalowej blachy, wówczas styki można do siebie dociskać przy pomocy elektromagnesu. Elektromagnes, to cewka o bardzo dużej ilości zwojów z metalowym rdzeniem, która zachowuje się jak magnes, gdy przez uzwojenie płynie prąd.

Działanie przekaźnika. Na podstawie grafiki z Wikipedii.

Działanie przekaźnika. Na podstawie grafiki z Wikipedii.

Przekaźniki

Mają formę prostopadłościennych kostek. Najczęściej o wymiarach pudełka zapałek lub mniejsze. W ich wnętrzu znajduje się elektromagnes oraz styki. Ilość oraz rozmieszczenie styków zależą od danego modelu. Po tę informację należy sięgnąć do noty katalogowej lub dobrze przyjrzeć się napisom umieszczonym przez producenta na obudowie.

Pamiętaj, że podstawą w zrozumieniu elektroniki jest praktyka. Nie będziesz umiał wykorzystać zdobytej tu wiedzy, jeśli nie wykonasz ćwiczeń z kursu.

Zestaw elementów do przeprowadzenia ćwiczeń

Gwarancja pomocy na forum dla osób, które kupią poniższy zestaw!

Zestaw ponad 90 elementów do przeprowadzenia wszystkich ćwiczeń z kursu dostępny jest u naszych dystrybutorów już od 47zł!


Kup w Botlandzie »

Do zestawu dołączony jest przekaźnik zbliżony wyglądem do poniższego. Cewka przystosowana jest do zasilania napięciem 5V. Jednak po przerobieniu ćwiczeń z poprzedniej części powinieneś wiedzieć już w jaki sposób można otrzymać napięcie o takiej wartości.

Posiada on pięć wyprowadzeń. Ich konfigurację przedstawia poniższy rysunek:

Symbol przekaźnika oraz układ jego wyprowadzeń (widziany jak na zdjęciu wyżej).

Symbol przekaźnika oraz układ jego wyprowadzeń (widziany jak na zdjęciu wyżej).

Objaśnienia skrótów:

  • E – elektromagnes, najczęściej nie ma jakiejkolwiek nazwy. Biegunowość obojętna, dlatego wejście te nazywają się jednakowo.
  • C – „common”, czyli wspólny. Ten styk jest przełączany między dwoma pozostałymi.
  • NC – „normally closed”, czyli normalnie zamknięty. Między tym stykiem, a wspólnym może płynąć prąd, jeżeli przez cewkę nie płynie prąd.
  • NO – „normally open”, czyli normalnie otwarty. Ten styk jest zwierany ze wspólnym po zasileniu cewki. Wtedy też styk NC jest odłączany.

Najważniejsze parametry przekaźników:

  • napięcie cewki (typowo 3V, 5V, 12V i 24V);
  • rezystancja cewki (setki lub tysiące omów);
  • ilość styków, ich konfiguracja;
  • maksymalne napięcie między stykami oraz maksymalny prąd, jaki można przez nie przenieść.

Działanie przekaźnika można przyrównać do działania wyłącznika, tyle, że nie obsługuje się go ręką, a prądem o niewielkim natężeniu. Może służyć do załączania urządzeń pobierających duży prąd, np.: silników, żarówek, syren i innych urządzeń.

Wady i zalety przekaźników

Przekaźniki posiadają sporo zalet:

  • można przepuszczać przez nie prąd o znacznej wartości (rzędu kilkunastu amperów), a nie będą wymagały jakiegokolwiek chłodzenia (w przeciwieństwie do tranzystorów)
  • spadek napięcia na zwartych stykach jest bardzo mały, ponieważ ich rezystancja jest rzędu miliomów
  • „nie interesuje” ich kierunek prądu płynącego przez styki, co w tranzystorach ma duże znaczenie
  • cewka elektromagnesu jest dobrze odizolowana od styków, pozwala to na przełączanie różnych napięć przy użyciu jednego układu sterującego

Niestety, przekaźniki mają też wady:

  • ich trwałość (ilość przełączeń) jest ograniczona, po pewnym czasie styki ulegają uszkodzeniu, tzw. wypalają się
  • działają z dosyć dużym opóźnieniem, dlatego mogą wykonywać nie więcej niż kilka przełączeń na sekundę
  • cewka może pobierać prąd rzędu 100mA, co może być dokuczliwe przy zasilaniu układu z baterii
  • generują słyszalne stuknięcie w chwili przełączenia
  • zajmują (w porównaniu z tranzystorami) sporo miejsca

Wykorzystanie przekaźnika w praktyce

Najczęściej przekaźniki wykorzystuje się do sterowania urządzeń, które wymagają stosunkowo dużego prądu i/lub zasilane są innym napięciem. Jeśli chcielibyśmy zbudować małe urządzenie, które będzie przykładowo sterowało włączaniem lampki biurkowej na 230V, to użyjemy do tego właśnie przekaźnika.

Pamiętaj, że wiedza zdobyta w tym kursie omawia jedynie podstawy, podstaw elektroniki! Dlatego zdecydowanie odradzamy zabaw z wysokim napięciem.

Dla własnego bezpieczeństwa pozostań przy projektach zasilanych z baterii!

Aby jednak poczuć w praktyce jak działają przekaźniki zbudujemy prosty układ. Jego schemat jest widoczny poniżej. Po lewej stronie znajduje się tradycyjnie źródło zasilania – w naszym przypadku jest nim bateria 9V. Następnie obniżamy napięcie do 5V, tyle do pracy wymaga cewka przekaźnika.

Chyba nie muszę już tłumaczyć jak działa stabilizator napięcia? W przypadku problemów polecam wrócić do poprzedniej części kursu o stabilizatorach napięcia.

Dalej znajduje się nasz przekaźnik, zwróć uwagę jak został podłączony. W tym przykładzie służy on do włączania diody, która zasilana jest z tego samego źródła, co reszta uwagą. Pamiętaj jednak, że w praktyce przekaźnik może załączać zupełnie oddzielny obwód – np.: taki na 230V. Tylko lepiej tego teraz nie próbuj! Jest to zbyt niebezpieczne jak na początki zabawy z elektroniką.

Zasilanie cewki (elektromagnesu) reguluj zwierając odpowiednie przewody. Jedno wyprowadzenie podłącz na stałe do masy, a drugie podłączaj ręcznie do dodatniej szyny zasilania (Vcc, 5V).

Prosty przykład wykorzystania przekaźnika.

Prosty przykład wykorzystania przekaźnika.

Jak zachowuje się układ? Czy słyszysz charakterystyczny dźwięk przełączania? Podziel się swoimi spostrzeżeniami w komentarzach do artykułu. Zastanów się dlaczego w powyższym układzie została umieszczona dioda 1N4148. Odpowiedź znajdziesz kilka akapitów niżej!

Informacje dodatkowe

Poniższe informacje mają charakter dodatkowego uzupełnienia, które przyda się w przyszłości, podczas dalszego zagłębiania podstaw elektroniki. Szczególnie zwrócić na nie swą uwagę powinny osoby, które chciałyby zacząć budować inteligentne, programowalne urządzenia np.: po zapoznaniu się z naszym darmowym kursem Arduino.

Bezpośrednie zasilanie przekaźników z wyprowadzeń mikrokontrolera jest niemożliwe, ponieważ pobierają zbyt duży prąd. Należy do tego użyć tranzystora. Przykład:

Przykład sterowania przekaźnikiem z mikrokontrolera.

Przykład sterowania przekaźnikiem z mikrokontrolera.

Wystawienie stanu wysokiego powoduje, że przez bazę tranzystora płynie prąd ok. 1,3mA. Dzięki temu tranzystor może się nasycić i prawie całe napięcie zasilające odkłada się na cewce przekaźnika. Nie ma przeciwwskazań, by użyć przekaźnika z cewką na wyższe napięcie, na przykład 12V, jeżeli takowe jest dostępne – mniejszy prąd będzie pobierany ze źródła zasilania.

Dioda D1 jest w tym układzie konieczna i powinna zostać przylutowana możliwie blisko przekaźnika. Chroni tranzystor przed zniszczeniem podczas wyłączania cewki. Jest to spowodowane istnieniem zjawiska samoindukcji, które powoduje, że odłączana cewka generuje impuls bardzo wysokiego napięcia o polaryzacji przeciwnej do tego, które było przyłożone. W czasie normalnej pracy dioda D1 jest zatkana i otwiera się tylko pod wpływem tego impulsu.

Jej typ jest niemalże dowolny, bardzo często stosuje się w tej roli 1N4148.

Przyciski (znane też jako microswitche)

Przyciski chwilowe (monostabilne) są bardzo wygodnym i tanim sposobem na przekazywanie informacji mikrokontrolerowi informacji przez człowieka. Wystarczy skonfigurować pin jako wejście, ustawić jego stan logiczny na „1” (poprzez przyłączenie wewnętrznego rezystora podciągającego, tzw. „pull-up”) i sprawdzać, czy nie zmienił się na „0”. Schemat jest bardzo prosty:

Najprostszy sposób dołączenia przycisku do mikrokontrolera.

Najprostszy sposób dołączenia przycisku do mikrokontrolera.

Ta wersja, pomimo prostoty, posiada pewną wadę: wartości wewnętrznych rezystorów podciągających mają bardzo duże rozrzuty (patrz: nota katalogowa wybranego przez Ciebie mikrokontrolera) i może się tak zdarzyć, że zakłócenia zewnętrzne spowodują nieprawidłowe działanie układu.

Stanie się tak, jeśli rezystor podciągający będzie miał dużą wartość. Ponieważ zależy nam na niezawodnym działaniu układów, warto dodać zewnętrzny rezystor, aby „wspomóc” wewnętrzny.

Lepszy sposób dołączenia przycisku do mikrokontrolera.

Lepszy sposób dołączenia przycisku do mikrokontrolera.

W tej konfiguracji, przez styki będzie musiał płynąć znaczący prąd (min. 0,5mA), aby zostało to prawidłowo odczytane. Prawdopodobieństwo wpływu zakłóceń jest znikome. Wartość dodatkowego rezystora nie jest sztywno ustalona, byleby prąd przez niego płynący po zwarciu styków nie był zbyt duży.

Zarówno wciśnięcie przycisku, jak i jego zwolnienie, generuje iskrzenie/drganie styków. Jest ono niewidoczne dla oczu, ale szybko działający mikrokontroler może je uznać za kilka lub kilkanaście cykli zwarcia i rozwarcia. Dlatego stosuje się programowe opóźnienia w odczytywaniu stanu (rzędu kilkudziesięciu milisekund) po wykryciu zmiany.

W większości przypadków, jako przyciski stosuje się elementy ze stykami NO. Czyli takie, gdzie wciśnięcie powoduje podanie stanu niskiego na nóżkę mikrokontrolera.

Tranzystory bipolarne – prosty projekt

Pora na zaległe zadanie domowe z części o tranzystorach. Na zakończenie całego kursu podstaw elektroniki zbudujemy prosty projekt. Będzie to pierwsze działające urządzenie, które stworzysz samodzielnie z garstki elementów. Wykonamy teraz przerzutnik bistabilny.

O przerzutnikach można napisać wiele. My nie będziemy się zagłębiać w szczegóły. Ten projekt powinien jedynie zainteresował Cie dalszym poznawaniem elektroniki.

Do tej pory elementy, które łączyłeś na płytce nie wykazywały żadnej „inteligencji”. Dioda świeciła, gdy podłączyłeś odpowiednio zasilanie, a tranzystor przewodził w momencie, gdy przez jego bazę przepływał stosowny prąd. W momencie odłączenia styków układ przestawał działać.

Przerzutnik bistabilny będzie działał inaczej! Układ ten, mówiąc w uproszczeniu, będzie miał dwa stany i będzie niejako pamiętał ten ostatni. Brzmi zawiłe?

W praktyce chodzi o układ z dwiema diodami. Gdy jeden punkt układu zewrzemy za pomocą przewodu z masą, to zapali się pierwsza dioda. Po odłączeniu tego przewodu dioda nadal będzie świeciła! Zgaśnie, gdy masa zostanie połączona z innym punktem układu. Na schemacie miejsca te zostały zaznaczone jako dwa styczniki:

Przerzutnik bistabilny w praktyce.

Przerzutnik bistabilny w praktyce.

Tak jak mówiłem jest to zadanie domowe. Czyli… spróbuj samodzielnie zrozumieć jak działa ten układ. Możesz wesprzeć się książkami lub Internetem.

Osoba, która w komentarzu pokaże zdjęcie swojego układu oraz najlepiej opisze własnymi słowami dlaczego ten układ działa otrzyma wybrany zestaw gadżetów Forbota! Swoje komentarze można wysyłać przez najbliższy tydzień.

Podsumowanie

W tej części poznałeś rodzinę bardzo prostych, a zarazem użytecznych podzespołów, jakimi są elementy stykowe. Spotkać z nimi można się na każdym kroku: począwszy od klawiatury komputera po mikrofalówkę. Warto je znać, ponieważ w niektórych zastosowaniach są doskonałą konkurencją dla tranzystorów. Kolejna część będzie krótkim podsumowaniem, ponieważ był to ostatni, dziewiąty odcinek kursu podstaw elektroniki!

Kup zestaw elementów i zacznij naukę w praktyce! Przejdź do strony dystrybutora »

Nie oszczędzaj czasu na eksperymenty. Wszystkie testy przeprowadzisz dzięki garstce tanich elementów. Gwarantuję Ci, że kilkanaście minut poświęcone na testy praktyczne zaowocuje lepszym poznaniem tematu!

Autor: Michał Kurzela
Edycja: Damian (Treker) Szymański

P.S. Nie chcesz przeoczyć kolejnych części naszego darmowego kursu podstaw elektroniki? Skorzystaj z poniższego formularza i zapisz się na powiadomienia o nowych publikacjach!

Powiadomienia o nowych, darmowych artykułach!

Komentarze

hob_bit

1:10, 01.07.2015

#1

I znowu będę miał noc krótką ;)

Treker
Administrator

1:12, 01.07.2015

#2

hob_bit, spokojnie - nie trzeba czytać wszystkiego od razu :)

hob_bit

1:49, 01.07.2015

#3

Już przeczytałem i dodatkowo, chociaż na szybko przejżałem wszystkie odcinki kursu do nr1 z 3 marca. Szkoda, że się kończy ten cykl, a może chociaż jakiś dodatkowy odcinek poświęcony np - wzmacniaczom operacyjnym? No dobra idę spać :)

Treker
Administrator

8:07, 01.07.2015

#4

hob_bit napisał/a:

przejżałem wszystkie odcinki kursu do nr1 z 3 marca.

Gratuluje wytrwałości, mam nadzieje, że kurs się podobał :)

hob_bit napisał/a:

może chociaż jakiś dodatkowy odcinek poświęcony np - wzmacniaczom operacyjnym?

Spokojnie, planowana jest kontynuacja kursu. W ciągu najbliższych 3 miesięcy na pewno wrócimy do publikacji :)

hob_bit

10:09, 01.07.2015

#5

Wasze kursy podobają mi się jak najbardziej. Jednak ciężko jest zachować spokój - kiedy napięcie wzrasta, a rezystory się kończą (czyt. napięcie = chęć zdobywania wiedzy, rezystory = odcinki kursów) :-)

shaslyk135

11:18, 02.07.2015

#6

(Zawsze jedna z diod świeci się delikatnie ponieważ przepływa przez nią niewielki prąd)

Urządzenie ze schematu to dwa połączone inwertery czyli układy zamieniające stan wysoki na niski i odwrotnie ( Kiedy na bazie tranzystora jest stan wysoki to na kolektorze panuje stan niski). Pomiędzy nimi występuje silne sprzężenie zwrotne i oddziałują na siebie wzajemnie. Jeśli za pomocą przycisku zmienimy stan logiczny to zacznie płynąć niewielki prąd i dioda po przeciwnej stronie się zaświeca. Działanie przerzutnika nie jest zbyt proste do opisania, ale dla zainteresowanych polecam artykuł http://www.mt.com.pl/wp-content/uploads/Praktyczny_kurs_elektroniki_cz3.pdf

Marcin628

16:14, 02.07.2015

#7

Wielkie podziękowania za cały kurs elektroniki!!

Przede wszystkim dzięki niemu wreszcie załapałem to co uczyli mnie w liceum na fizyce a dodatkowo stało się to moim nowym hobby:) Mam nadzięję, że kurs stale będzie się rozrastał o nowe zagadnienia.

Coś co może zmotywować początkujących elektryków to przedstawię mój pierwszy projekt:)

Stworzyłem lampkę nocną, która dzięki 1 potencjometru zmienia kolor na jaki sobie życzymy oraz drugi potencjometr reguluje kiedy lampka ma się zapalić. Całość jest całkowicie odłączona od zasilania z komputera i wymaga jedynie baterii 9V. Rysunek całego podłączenia zamieszczam poniżej

Jak już się chwalić to na całego:) Wczoraj udało mi się, również stworzyć światłoluba:) Na pewno dla większości to żadne osiągnięcie ale dla osoby, która miesiąc temu nie wiedziała co to rezystor może brzmieć motywujący.

Jeszcze raz dzięki za kurs i czekam na nowe artykuły:)

Treker
Administrator

16:30, 02.07.2015

#8

Marcin628, gratulacje!

Co dalej? Może zainteresujesz się naszym kursem Arduino?

Marcin628

16:44, 02.07.2015

#9

Z kursem Arduino jestem na bieżąco:) Ta lampka działa z pomocą mikro kontrolera właśnie od Arduino. Hm a dalej to zobaczymy pewnie dalej czytanie artykułów, nowe zagadnienia i może jakiś ciekawy projekt uda mi się wymyśleć i stworzyć.

hob_bit

19:04, 02.07.2015

#10

Korzystając z okazji, że seria ta dobiega końca, a ja mało się udzielałem w zadaniach domowych podczas trwania tego kursu. Dzisiaj zebrałem się na wysiłek ;)twórczy i zlutowałem to straszydełko.I jest to niejako ukłon w stronę tych, którzy tworzą takie kursy dla takich jak ja - Wielkie Dzięki Panowie!

I tak to się prezentuje w całej swojej, a raczej mojej beznadziejności twórczej :)Jako że nie jestem jeszcze zaawansowanym elektronikiem, a domowym hobbystą nic pięknego o działaniu tego układu nie napiszę, bo nie chcę robić z siebie niedouczonego idioty, który kopiuje teksty z sieci - w prostych trzech słowach jest to dla mnie taki mały inteligentny złodziejaszek napięcia,który podczas odpowiednio przyłożonej masy kradnie napięcie z jednego tranzystora ( obniża napięcie bazy tranzystora przewodzącego, kierując je odpowiednio do bazy drugiego tranzystora, co skutkuje zaświeceniem odpowiedniej diody) Oddając je drugiemu i pozostaje w takim stanie do inicjacji kolejnego impulsu - tak ja to widzę ;)

Pozdrawiam hob_bit :)

shaslyk135

16:31, 09.07.2015

#11

Treker, Who wins?

Treker
Administrator

16:57, 09.07.2015

#12

shaslyk135, dziś wieczorem dam znać :)

Treker
Administrator

22:40, 10.07.2015

#13

shaslyk135, hob_bit, w związku z tym, że byliście jedynymi odważnymi, którzy zgłosili swoje rozwiązania, to każdy z Was otrzyma wybrany zestaw.

Zapraszam do kontaktu na PW :)

hob_bit

10:51, 11.07.2015

#14

Bardzo dziękuję za nagrodę i gratuluję też jej zdobycia drugiej osobie- szkoda tylko, że konkurencja była tak nieliczna, ale może w następnych konkursach frekwencja bardziej dopisze :)

shaslyk135

11:46, 11.07.2015

#15

Ja też dziękuję :-)

danmaz

18:13, 03.09.2015

#16

Nie ogarniam podłączenia przekaźnika ze schematu 1 nawet na płytkę ciężko mi jest go zmieścić ma ktoś może zdjęcie

Zobacz wszystkie komentarze (56) na forum

FORBOT Damian Szymański © 2006 - 2017 Zakaz kopiowania treści oraz grafik bez zgody autora. vPRsLH.