Kurs elektroniki – #9 – elementy stykowe, przekaźniki

[Leander]

To jeszcze refleksja i pytanie dotyczące diody krzemowej. Trochę mi zajęło zrozumienie jej działania. Przeczytałem cały wątek i nie wszystkie wyjaśnienia były satysfakcjonujące (ale po każdym odcinku lubię przeczytać cały temat na forum, zawsze coś się trafi). Padło tu stwierdzenie, że ona powinna być jak najbliżej przekaźnika. Czy prąd (nieco go personifikując) woli popłynąć przez diodę niż (w przypadku podanym w kursie z Arduino) do tranzystora dlatego, że ma bliżej do masy (obrazowo mówiąc - na "górze" (w schemacie) cewki jest przez chwilę minus)? Czy odsuwając diodę na odległość większą ryzykujemy, że jednak jakaś część tego wzbudzonego na cewce impulsu pójdzie w stronę tranzystora?

[marek1707]

Trudno potwierdzić czy zaprzeczyć, bo chyba mechanizm jest trochę inny, ale sam oceń:

Kiedy tranzystor jest załączony i prąd kolektora płynie przez cewkę przekaźnika, ta zgromadziła pewną energię w polu magnetycznym i trzyma ją tam tak długo jak długo stan ten jest utrzymywany przez tranzystor. W chili gdy ktoś postanawia przekaźnik wyłączyć, blokuje tranzystor odcinając mu prąd bazy. Prąd kolektora zaczyna maleć. Gdyby obciążeniem w kolektorze był rezystor, napięcie na kolektorze zaczęłoby rosnąć aż do poziomu napięcia zasilania i koniec, mamy stan ustalony: I_c=0, U_CE=Vcc. Niestety cewka przekaźnika ma swoją "historię" elektryczną i jest groźna dokładnie jak naładowany kondensator, którym można kogoś zabić jakiś czas po odłączeniu od źródła. Tutaj, w indukcyjności, pracujemy na prądach a nie napięciach (energia zgromadzona w polu magnetycznym a nie elektrycznym) więc cewka podtrzymuje prąd a nie napięcie. "Podtrzymuje" w sensie "stara się przeciwstawiać wszelkim jego zmianom, tak narastaniu jak i opadaniu". Zatem mamy juz "rozpędzone" uzwojenie w którym energia zgromadzona w polu będzie się przeciwstawiać spadkowi prądu. Do tej pory prąd płynął w dół, przez tranzystor do masy ale w chwili gdy ta droga zaczyna być odcięta, na kolektorze zaczyna się "gromadzić" nadmiar prądu w postaci wzrostu napięcia tego węzła. Tranzystor ma zawsze jakieś napięcie przebicia (U_CEmax) i jest to zwykle kilkadziesiąt, w przypadku mocniejszych kilkaset woltów. Powyżej tego napięcia zablokowane złącze C-B zaczyna zachowywać się jak dioda Zenera i przepuszcza prąd. To trochę jak zbyt wysokie napięcie na zestykach przekaźnika - po przekroczeniu krytycznego natężenia pola elektrycznego powietrze się jonizuje, pojawiają się nośniki prądu i startuje iskra przewodząc w zasadzie nieograniczony prąd, robiąc masę ciepła w wokół i generalnie niszcząc/wytapiając styki. W tranzystorze zjawisko to ma rzecz jasna zupełnie inny charakter (choc też opiera się na polu elektrycznym w obszarze zubożonym złącza pn), ale przepływ nawet małego prądu przy napięciu rzędu 100V także powoduje wydzielanie sporej mocy. Ponieważ chip krzemowy jest zwykle mały, to koncentracja energii robi się spora, temperatura rośnie i takie niekontrolowane napięciowe przebicie tranzystora zwykle kończy się jego śmiercią. Tego nie chcemy więc trzeba coś z prądem cewki zrobić, bo ta teoretycznie przy próbie zablokowania jej prądu jest w stanie wygenerować dowolnie duże napięcie. Najprościej jest zamknąć oczko prądu najbliżej wokół cewki jak się da. Skoro napięcie na kolektorze zaczyna szybko rosnąć, to na pewno wzrośnie powyżej górnej szyny zasilania (a zaraz potem aż do przebicia tranzystora). A włączona blisko cewki dioda skierowana "w górę" zacznie przewodzić jak tylko napięcie kolektora przekroczy Vcc+0.7V (bo na katodzie ma Vcc). Przepływ zamknie się więc w oczku dół cewki -> anoda diody -> katoda diody -> góra cewki. Ani zasilacz ani tranzystor w ogóle tego nie zauważą. A poniewaz mamy do czynienia z impulsem prądu, to mamy fajny nadajnik szybkozmiennego pola magnetycznego, który jest w stanie wygenerować prąd w kilku innych okolicznych kabelkach. I dlatego fizyczne pole powierzchni tego "oczka/generatora pola" powinno być jak najmniejsze, bo wtedy zasięg strzału będzie niewielki. Niektóre przekaźniki mają diodę wbudowaną do środka i trzeba uważać, bo cewka ma wtedy wyraźny plus i minus. A jeśli jej brak, diodę trzeba zamontować wprost na zaciskach cewki przekaźnika albo blisko na płytce - jeśli taka jest.

Gdy zrozumiesz ten mechanizm, to masz także obczajoną przetwornicę boost, bo to dokładnie ten sam schemat. Jest cewka i jest tranzystor zwierający jej dolny koniec do masy. Jedyną róznicą jest sposób włączenia diody: nie zawijamy prądu z powrotem do "wejścia" cewki tylko wyprowadzamy impuls wysokiego napięcia powstający przy wyłączaniu tranzystora na zewnątrz, do kondensatora gromadzacego "nową" energię na wyższym napięciu.

[Treker (Damian Szymański)]

Informacyjnie (dla wszystkich osób, które śledzą ten temat) - do kursu dodany został nowy quiz, który dotyczy części 7-9:

 

[loogra]

Zmontowałem układ z przekaźnikiem (wg wersji 1, z wpiętym przekaźnikiem w płytkę stykową) jako zwieńczenie I części kurs.

Wszystko działa, przekaźnik się przełącza. Wykonałem pewne pomiary, trochę na ślepo  
Nie wiem dokładnie gdzie je wykonać aby wysnuć poprawne wnioski, gdzie się wpiąć żeby znaleźć to drugie napicie 5V poprawne (napięcie między przewodem od elektromagnesu a przewodem od wyjścia stabilizatora wynosi faktycznie 5,02V, ale czy to dobre miejsce) ?

1. Napięcie na wyjściu stabilizatora pokazuje mi 5,02V.

2. Natężenie prądu między przewodem od elektromagnesu a przewodem od wyjścia stabilizatora wynosi ~61mA

Edytowano Luty 11, 2021 przez loogra

[Stokrotka]

Nie do końca rozumiem jednej rzeczy związanej z przekaźnikami, czy obwód, który przełączamy przekaźnikiem musi mieć osobne zasilanie? Czy jak przez przekaźnik popłynie prąd i przełączy nas na odpowiedni obwód to napięcie na tym obwodzie będzie jakoś " przekazane, dostarczone" przez ten przekaźnik? 

 

[Gieneq]

@Stokrotka Najlepiej podaj konkretny przykład.

Tu łatwiej mówić o temacie prądu - prąd popłynie tam gdzie zostanie przekierowany. Możesz traktować przekaźnik jak przełącznik tylko inaczej sterowany.

[Stokrotka]

@Gieneq  Zastanawiam się po prostu jak można połączyć w jeden układ jakiś czujnik od arduino, który działa na 5V a daje na wyjściu 3,5 bądź 0 ( od niego miałoby właśnie zależeć jak zadziała przekaźnik), a silniczek, który z kolei działa na 6,5 napięcia. Czy wykorzystując np. tranzystor dałoby się to jakoś zbudować na jednym zasilaniu?

 

[Pierunek]

I przekaźnik cyka YT. Nie trzeba wyginać nóżki w wersji drugiej można po prostu umieścić przewód razem z comem i się utrzyma :] 

[mateusz1364]

@Treker Czy w układzie nie powinniśmy stosować rezystorów ograniczających prąd cewki przekażnika. Jeśli tak, to jak taki rezystor wpiąć do układu i jak obliczyć jego wartość?

Edytowano Grudzień 5, 2021 przez mateusz1364

[Gieneq]

@mateusz1364 odpowiem za Trekera, można użyć rezystor jeżeli jest potrzebny. Cewka jest na 5V więc jest zaprojektowana tak by nie spaliło się uzwojenie. Jak zobaczysz rozebrany przekaźnik to zauważysz że drut jest bardzo cienki i długi - opór jest znaczny. Zmierz opór drutu miernikiem i wyznacz jaki prąd płynie przez uzwojenie a z tego moc.

[jd123]

Mam pytanie odnośnie przekaźnika, na początku źle podłączyłem układ, ale teraz przy opcji nr 1, dioda świeci od razu w momencie podłączenia baterii, a przekaźnik nie działa, gdy zwieram oba przewody. Rezystancję cewki przekaźnika wynosi 71 Ohm. Cy to nie za mało? Jak można sprawdzić, że przekaźnik jest sprawny/uszkodzony ?

[Gieneq]

@jd123 jeżeli podajesz 5V na 2 wyprowadzenia cewki i nic się nie dzieje to cewka jest uszkodzona  sprawdź jeszcze jaki płynie prąd przez cewkę.

[jd123]

Po kilku próbach jednak okazało się, że przekaźnik działa i ćwiczenie wykonane. Na pewno na odwrót podłączałem styki no i nc (źle zinterpretowałem rysunek - to jest widok od dołu). Na przyszłość: czy za pomocą miernika można jakoś zweryfikować czy przekaźnik jest sprawny?

[Gieneq]

@jd123 tak można użyć miernika do zrobienia przynajmniej kilku testów:

1. opór cewki,
2. test ciągłości przy przełączaniu i ewentualnie opór złącza - może być zaśniedziałe,
3. pomiar prądu cewki w stanie przewodzenia.

[Psulik]

A dlaczego w przypadku przekaźników biegunowość zasilania elektromagnesu nie ma znaczenia? Prąd doprowadzony do elektromagnesu przekaźnika to prąd stały 5V i jak rozumiem płynie on w jedną stronę. Kiedy zamienimy biegunowość kotwica zamiast być przyciąganą nie powinna być odpychana? Proszę o pomoc.