دوائر الربط الإلكترونية بين الميكروكونترولر والأجهزة الخارجية : Transistor-FET- Triac

F.Abdelaziz · 01-04-2011, 06:23 PM

دوائر الربط الإلكترونية بين الميكروكونترولر والأجهزة الخارجية : Transistor-FET- Triac-……
إخراج القدرة Power Outputs
فى هذا الجزء سوف نركز على إخراج القدرة . منفذ الميطروكونترولر أو الميكروبروسسور يمد فقط بكمية تيار محدودة حوالى 20mA فى حالة الميكروكونترولر PIC وحتى أقل لمنافذ الميكروبروسسور القياسية .لذلك إذا كنا نريد إذا كنا نريد تشغيل (تحفيز) drive جهاز إخراج والذي يحتاج الى مزيد من التيار فهناك حاجة إلى نوع من مكبرات التيارcurrent amplifier أو أجهزة التبديل (التحويل) switch .
طرق التشغيل ( التحفيز- الدفع) بالتيار Current Drivers
تشتق جميع أجهزة التشغيل والتبديل بالتيار ذات الحالة الصلبةsolid-state من تقنية (تكنولوجيا) أشباه الموصلات التي هي أساس الترانزستور. لقد كان الترانزستور الثنائي القطبية bipolar transistor هو بداية التطوير ومازال يستخدم على نطاق واسع لأنها متينة وسهلة التصميم .
وبعد ذلك فى وقت لاحق تم التطوير إلى الترانزستور ذو حقل المجال FET (field effect transistor) جنبا إلى جنب مع الدوائر المتكاملة لأنها عادة تمتلك مقاومة دخل مرتفعة كما أنها تستهلك قدرة أقل بما يسمح باستخدامها فى الدوائر ذات الكثافة العالية .
بالإضافة إلى ذلك فأن ترانزستورات القدرة نوع FET تمتلك بعض المزايا الواضحة على ما يعادلها من الترانزستورات الثنائية القطبية لذك فهى تستخدم على نطاق واسع في التحكم فى المحركات والتطبيقات المماثلة.

طرق الربط بالترانزستور ثنائى القطبية كمفتاح تبديل Switched Bipolar Transistor
أحد مزايا الترانزستور ثنائى القطبية ميزة واحدة من تقاطع الترانزستور الثنائي القطبية BJT هو انه لا يوجد سوى نوعين أساسيين هما النوع NPN والنوع PNPولذلك فمن السهل التصميم به .
هذا الترانزستور مكبر للتيار بمعنى أن تيار قاعدة baseصغير يتحكم فى تيار أكبر فى المجمع collector ( 10 أمثال على سبيل المثال ) . الباعث أو المشع emitter هو الطرف المشترك عند نهتم بمرور التيار كما هو موضح بالشكل .
في الدائرة المكافئة : تتصرف القاعدة كوصلة دايود مع وجود فرق فى الجهد الأمامى حوالى 0.6V فى حالة العمل العادى .
تيار القاعدة يتحكم فى مصدر التيار الذى يمثل وصلة المجمع – الباعث .
فى الترانستور NPN يمر التيار التقليدى خارجا من الباعث بينما فى الترانزستور PNP يدخل إلى الباعث وهذا ما يشير إلية رأس السهم في رمز الترانزستور كما يتضح من الشكل .

في التكوين الأكثر شيوعا يتم توصيل إشارة إلى قاعدة الترانزستور عبر مقاومة لتحديد التيار . هذه الإشارة تتحكم فى مور تيار أكبر فى الحمل المتصل بالجامع . هذا التكوين يعرف بالعمل بدائرة الباعث المشترك . ونحن نفترض الدخل لدائرة الربط يأتى من منفذ خرج للميكروكونترولر .
تطبيق (توصيل) الجهد +5V على مقاومة القاعدة يتسبب فى تحويل الترانزستور إلى حالة التوصيل
switch on ويتم سحب تيار خلال مقاومة الحمل مما يؤدى إلى إنخفاض جهد الجامع .
يمكن عما إنحياز للدائرة باستخدام مقسم جهد على القاعدة للعمل كمكبر خطى ولكننا هنا سوف نركز على عمل الترانزستور كمفتاح كيث يتأرجح جهد الخرج بين القيم الكاملة للمدى ويكون الترانزستور فى حالة تشبع عندما يكون فى حالة التوصيل ON .فى هده الحالة يكون جهد الخرج قريبا من الصفر .ويصبح كاملب جهد التغذية مطبق عبر الحمل ويمر تيار والذى يعتمد على قيمة مقاومة الحمل . الحمل البسيط المكون من مقاومة يعمل كسخان صغير وتكون القدرة المشتتة P = V2 / R .
كبديل فإن فتيلة المصباح تحول جزء من هذه القدرة إلى ضوء أو يقوم المحرك بتحويلها إلى عزم دوران .
عندما يكون الترانزستور فى حالة الفصل OFF يتم سحب (رفع) الخرج إلى جهد المنبع من خلال مقاومة الحمل ولن يشتت الحمل قدرة لأن الجهد عبره والتيار خلاله كل منهما منخفض .
القدرة المشتتة بالترانزستور تكون PT=VC* ICحيث VC و IC هما جهد الجامع وتياره . عندما يكون الترانزستور فى حالى الفصل OFF فإن تيار الجامع يكون صغير وعندما يكون الترانزستور فى حالة توصيل ON يكون جهد الجامع هو الصغير لذلك فى كلتا الحالتين يشتت الترانزستور كمية قدرة صغيرة .
لذلك فإن القدرة المفقودة فى الترانزستور تكون عند الحد الأدنى وقد لا يحتاج إلى مشتت للحرارة Heat sinkما لم يكون العمل عند ترددات تحويل مفتاحى مرتفعة .
الترانزستور PNPيعمل بطريقة عكسية وجميع التيارات تمر فى الاتجاه المعاكس .
قد يكون ذلك مفيدا مع مصادر القدرة السالبة أو لتوفير حمل متصل بالأرضى .
الشكل التالى يبين بعض دوائر التبديل للترانزستور BJT وفى كل حالة المترانزستور فى حالة توصيل ويستخدم نفس مقاومات القاعدة والحمل للمقارنة .
في الدائرة (a) يظهر دائرة الباعث المشترك الأساسية كمفتاح واستخدام جهد تغذية +12V .
الكسب أو التكبير للتيار يساوى 27 وهو منخفض نسبيا لأن الترانزستور TIP31 هو ترانزستور قدرة والذى يكون عادة له كسب تيار منخفض ( يعرف بالرمز hFE ) .
القدرة المشتتة فى الحمل حوالى 18 mA X 11.8V = 1.4 W . المفتاح يحاكى خرج الميكروكونترولر الذى يعمل عند مستويات تشغيل الدوائر نوع TTL . ويجب توصيل الحمل بالجهد الموجب ولكن هذا قد لا يكون ملائم .
فى الدائرة (b) الحمل له طرف متصل بالأرضى لذلك عندما يكون فى حالة فصل OFF فإن كل من طرفى الحمل سوف يكون عند 0V وهو المفضل عامة . والعيب هنا هو أنه ليس من السهل الربطلامع جهد تغذية أعلى لذلك يستخدم الجهد +5V لتغذية الترانزستور . كسب التيار أعلى (40) ولكن قدرة الخرج محدودة (122 mW) .
بتغيير الترانزستور إلى النوع PNP كما فى الشكل (c) عندئذ يمكن استخدام التكوين ذات الباعث المشترك مع حمل متصل بالأرضى .تزداد قدرة الخرج إلى 240 mW بنفس جهد مصدر القدرة .

F.Abdelaziz · 01-04-2011, 06:24 PM

الربط باستخدام ترانزستور تأثير المجال FET
أحد مزايا FET على BJT هى مقاومة الدخل المرتفعة .
هناك طائفة كبيرة من الأنواع اعتمادا على البناء والخواص لذلك سوف نركز هنا على جهاز أحد الأجهزة واذى له معايير التشغيل الأكثر ملاءمة وهو : VN66. يمكن التعامل معه حتى حوالى واحد أمبير ويعمل بجهد تحويل فى الدخل بين 0V و 5V، لذلك يمكن توصيله مباشرة مع المخارج الرقمية .
فى الشكل السابق (d) يكون تيار الدخل صفير للغاية ( 1e-27 10 أس ناقص 27 من الأمبير ) لأنه جهاز ذات بوابة معزولة IGFET .تيار القناة (وهو تيار الحمل) يتم التحكم فيه بالجهد الموجود على البوابة (الدخل) وبإهمال تيار الدخل نحصل على كسب تيار يصل تقريبا إلى ما لا نهاية .
القدرة المشتتة فى الحمل محدودة بالقيمة 245mW بسبب وجود مقاومة أمامية محسوسة مرتبطة بقناة الترانزستور FET .
لذلك فإن الترانزستور FET يةفر كسب تيار مرتفع و وتأثير تحميل مهمل على خرج الميكروكونترولر ويشكل ربط مريح إذا ما تم اختيارالجهاز المناسب .
لتجنب حدوث ضوضاء عند مقاومة الدخل المرتفعة فن التحميل إلى الأرضى مطلوب : الليد يؤدة هذه الوظيفة ويبين حالة الخرج إذا كان هناك تيار كافى من خرج الميكروكونترولر لتشغيله .

القادم إن شاء الله

الريلاى والمحركات Relays & Motors