Схемы включения: СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНЗИСТОРА

Шпионские штучки, или Секреты тайной радиосвязи / Арсенал-Инфо.рф

Основные схемы включения варикапа

Одним из основных способов осуществления модуляции в транзисторных микропередатчиках является воздействие модулирующего НЧ-сигнала на параметры селективного элемента ВЧ-генератора. Селективный элемент обычно представляет собой резонансный контур, образованный параллельно включенными катушкой индуктивности и конденсатором. Изменение параметров входящей в состав контура катушки индуктивности в миниатюрных радиопередатчиках довольно затруднительно, поскольку соответствующие схемотехнические решения весьма сложны, а их реализация трудоемка. В то же время применение варикапа, доступного и дешевого полупроводникового элемента, емкость которого можно изменять, непосредственно подавая на его выводы модулирующее напряжение, значительно упрощает решение задачи. Поэтому схемотехнические решения модуляторов на варикапах, обеспечивающие частотную модуляцию ЧМ-сигнала с весьма приемлемыми параметрами, пользуются особой популярностью.

В транзисторных LC-генераторах варикап в качестве элемента с емкостным характером комплексного сопротивления может быть подключен к резонансному контуру как параллельно, так и последовательно.

Упрощенные принципиальные схемы включения варикапа параллельно резонансному контуру (без цепей формирования напряжения смещения варикапа) приведены на рис. 4.1. Отличительной особенностью схемотехнического решения, изображенного на рис. 4.1б, является включение варикапа вместо конденсатора параллельного резонансного контура.

Рис. 4.1. Принципиальные схемы включения варикапа параллельно резонансному контуру (а) и вместо конденсатора резонансного контура (б)

При разработке модулятора на варикапе не следует забывать о том, что для функционирования этого полупроводникового прибора в штатном режиме на его выводы следует подавать напряжение смещения определенной величины. Поэтому в состав модулирующего каскада необходимо включить соответствующую цепь формирования напряжения смещения варикапа.

Такая цепь в миниатюрных транзисторных передатчиках обычно выполняется на резисторах. Принципиальная схема параллельного колебательного контура с цепью формирования напряжения смещения варикапа приведена на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Принципиальная схема параллельного колебательного контура с цепью формирования напряжения смещения варикапа

Параллельный колебательный контур образован катушкой индуктивности L1 и емкостью варикапа VD1. Резонансная частота контура может изменяться при изменении величины обратного напряжения на варикапе, которое зависит от положения движка потенциометра R2. Для того чтобы уменьшить шунтирующее влияние потенциометра R2 на добротность контура, в цепь включен резистор R1, имеющий сравнительно большое сопротивление. Также в состав цепи включен разделительный конденсатор С1, без которого варикап VD1 оказался бы замкнут накоротко через катушку L1.

Упрощенные принципиальные схемы включения варикапа последовательно с элементами резонансного контура (без цепей формирования напряжения смещения варикапа) приведены на рис.  4.3. При этом варикап может быть включен как последовательно с конденсатором контура, так и последовательно с катушкой индуктивности.

Рис. 4.3. Принципиальные схемы включения варикапа последовательно с конденсатором (а) и последовательно с катушкой индуктивности (б) контура

Помимо этого известны схемотехнические решения, в которых варикап подключается комбинированно, с частичным включением. Упрощенная принципиальная схема такого контура приведена на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Принципиальная схема комбинированного включения варикапа

Аналогичные схемы включения варикапа используются и в транзисторных трехточечных LC-генераторах. Широкое распространение получили схемотехнические решения, в которых варикап подключается параллельно катушке индуктивности (в индуктивных трехточках), а также параллельно одному из конденсаторов емкостного делителя ВЧ-генератора (в емкостных трехточках).

Весьма разнообразны схемотехнические решения модуляторов с применением варикапа, предназначенные для модуляции сигнала генераторов с кварцевой стабилизацией частоты. При создании таких конструкций приходится, с одной стороны, добиваться высокой стабильности частоты генератора с помощью кварцевого резонатора, а с другой – обеспечивать возможность изменения этой частоты по закону модулирующего сигнала. Обычно при разработке транзисторных микропередатчиков для ВЧ-генератора с кварцевой стабилизацией частоты выбираются осцилляторные схемы, в которых кварцевый резонатор используется в качестве элемента с индуктивным характером комплексного сопротивления в резонансном контуре. В этом случае варикап, как элемент с изменяемой по закону модуляции емкостью, может быть подключен как последовательно, так и параллельно кварцевому резонатору.

Более подробную информацию о способах включения варикапа в контурах LC-генераторов и генераторов с кварцевой стабилизацией частоты заинтересованный читатель может найти в специализированной литературе и в сети Интернет.

Схемы включения генераторов

Генератор ГК6 (рис. 60) имеет задающий каскад на транзисторе ТІ по схеме с общим эмиттером. В цепь положительной обратной связи включен камертонный стабилизатор частоты ГФЗ. Через согласующий трансформатор Тр1 задающий каскад связан с усилительным каскадом на транзисторах Т2 и ТЗ, соединенных по двухтактной схеме. Для термостабилизации каскада включены два терморезистора Я20, іЯ21.

Уровень выходного сигнала .регулируется резистором Я17 с переменным сопротивлением. Выход генератора образуется через трансформатор Тр2, защищенный от подмагничивания постоянным током конденсаторами С7, С8 и резисторами. Для защиты Тр2 от атмосферных перенапряжений выходная его обмотка за-шунтирована разрядником РИ.

Питание ГК осуществляется от выпрямителя В, на выходе которого включены конденсаторы С5 и С6 для сглаживания пульсаций.

Генератор включается совместно с трансмиттерами КПТ и реле 1 дешифратора ДА автоблокировки. Формирование частот генератора выполняется контактами КПТ. Рассмотрим работу генератора ГК6 при передаче различной информации.

Свободность бло к-у частка и исправность рабо ты контролируемых объектов – усилительный каскад генератора получает непрерывное питание по цепи, проходящей от выхода 3 через фронтовые контакты реле О, Ж1, А и А1 к выводу 4.

Вырабатывается непрерывный код на частоте данного генератора и подается по линии ДСН-ОДСН на станцию. При приеме этого кода возбуждается регистрирующее реле и отключает лампочки на та-бло.

Аналогичным порядком на станцию поступают непрерывные кодовые сигналы от генераторов других сигнальных установок при свободных блок-участках и на табло лампочки этих установок не горят.

Занятость блок-участка – прекращается работа де шифраторной ячейки ДА и выключаются счетчик / и реле Ж1. Фронтовыми контактами этих реле размыкается цепь питания усилительного каскада генератора, отчего прекращается подача кодового сигнала в линию. На станции выключается регистрирующее реле и включает на табло контрольную лампочку занятости блок-участка данной сигнальной установки. Лампочка горит непрерывным светом во время занятия участка и гаснет с момента его освобождения и поступления на станцию непрерывного кодового сигнала.

Перегорание лампы красного огня – обесточивается реле О и тыловым контактом замыкает цепь питания генератора через контакт КЖ2 (КПТ). В линию ДСН подается кодовый частотный сигнал КЖ. При приеме этого сигнала на станции от импульса кода лампочка на табло гаснет, в интервале загорается. Мигание лампочки на табло в режиме кода КЖ показывает дежурному, что на светофоре данной сигнальной установки перегорела лампа красного огня.

Отсутствие основного питания – выключается аварийное реле А и тыловым контактом замыкает цепь питания ге нератора через контакт Ж2 (КПТ). В линию ДСН подается кодовый частотный сигнал Ж. При приеме этого сигнала на станции лампочка на табло загорается в режиме кода Ж, что указывает на характер повреждения на данной сигнальной установке.

Отсутствие резервного питания – выключается аварийное реле А1 и замыкает тыловым контактом цепь питания генератора через контакт 32 (КПТ). В линию ДСН подается кодовый частотный сигнал 3. При приеме этого сигнала на станции лампочка на табло загорается в режиме кода 3, что указывает на характер повреждения на данной сигнальной установке. Отсутствие основного и резервного питания контролируется только при свободном блок-участке, так как цепь питания генератора проходит через фронтовой контакт реле Ж/.

Неисправность дешифратор ной ячейки – реле Ж1 находится без тока, а счетчик 1 работает от импульсов кодов КЖ, Ж и 3 по мере удаления поезда от данного светофора. Цепь питания генератора замыкается тыловым контактом реле Ж1 и работающим контактом счетчика 1. В линию ДСН подаются кодовые сигналы КЖ, Ж и 3 по мере удаления поезда от светофора. При коротком замыкании изолирующих стыков в линию. ДСН подаются беспорядочные импульсы и по миганию лампочек на табло определяется характер повреждения.

Генератор ГКШ (рис. 61) размещен в корпусе реле типа НШ и предназначен для передачи частотных кодовых сигналов по воздушным и кабельным линиям. Питание генератора осуществляется от сети однофазного переменного тока напряжением 14±2 В, частотой 50 Гц или от источника постоянного тока напряжением 12±1,5 В.

Ток, потребляемый генератором, не более 90 мА. Задающий каскад генератора выполнен на транзисторе Ті, а усилитель ный – на транзисторах Т2 и ТЗ. Питание генератора осуществляется от выпрямителя В, на выходе которого включены сглаживающие емкости в виде конденсаторов С5 и С6.

Рис. 61. Схема генератора ГКШ

В блоке генератора помещен мультивибратор на транзисторах Т4, Т5 и управляющий транзистор Тб. С помощью мультивибратора вырабатываются частотные кодовые сигналы для передачи информации о состоянии объектов контроля. Мультивибратор может включаться по симметричной или несимметричной схемам. При симметричной схеме мультивибратор вырабатывает импульсы и интервалы одной длительности. При несимметричной схеме мультивибратор вырабатывает импульсы и интервалы различной длительности путем включения в базовые цепи транзисторов Т4, Т5 дополнительных резисторов Я18, Я23.

Для управления генератором в цепь его питания включены фронтовые контакты сигнального реле С1 для контроля свободного состояния блок-участка, огневого красного огня КО, аварийного А и двойного снижения напряжения ДСН. Уменьшение длительности импульсов и интервалов достигается коммутацией выходов 41, 42 и 43 генератора.

Работа формирователя импульсов и управляющего транзистора Тб начинается при подаче напряжения на вывод 31. В момент времени, когда транзистор Тб открывается, ток, проходящий через него, создает падение напряжения на резисторе Я’25, благодаря чему транзистор Тб открывается. Напряжение источника питания через открытый транзистор Тб подается на эмиттеры транзисторов Т2 и ТЗ, вследствие чего на выходе ГКНІ появляется импульс кодовой посылки. При опрокидывании мультивибратора транзистор Тб закрывается и прекращается протекание тока через резистор Я25. Эмиттер и база транзистора Тб оказываются под одинаковым потенциалом и он полностью закрывается, прекращая питание усилительных транзисторов Т2, ТЗ. Сигнал на выходе ГКШ исчезает – наступает интервал кодовой посылки.

Время, в течение которого мультивибратор будет находиться в каждом из своих временно устойчивых состояний, определяется временем разряда конденсатора и величиной сопротивления, включенного между базой и отрицательным полюсом источника питания.

Трансформатор Тр2 подключается к выходным зажимам через защитные конденсаторы С7, С8 и резисторы Діб, Я13, Я14, Я15. Конденсаторы защищают трансформатор от подмагни-чивания постоянным током. Напряжение выходного сигнала регулируется установкой перемычек между зажимами 21-62, 21-13, 21-11, 21-12. Защита от атмосферных влияний выполнена с помощью низковольтного разрядника Р_р. Питание генератора стабилизировано путем включения стабилитрона Д типа Д814Б и балластного сопротивления Д24. Рассмотрим работу генератора при передаче информации.

Блок-участок свободен, контролируемые объекты исправны – через фронтовые контакты реле КО, ДСН, С1 и А образуется перемычка между выводами 53-61 генератора и создается цепь непрерывного питания усилительным транзисторам Т2, ТЗ. В линию ДСН подается непрерывный кодовый сигнал на частоте данного генератора. При приеме сигнала на станции срабатывает регистрирующее реле и отключает контрольную лампочку на табло дежурного.

Блок-участок занят, лампа красного огня исправна, реле ДСН возбуждено – цепь питания транзисторов Т2, ТЗ обрывается фронтовым контактом реле С1. Контрольный код в линию ДСН не поступает, на станции выключается регистрирующее устройство и включает лампочку на табло дежурного.

Перегорела лампа красного огня – через тыловые контакты реле КО создаются перемычки между выводами генератора 53-31 и 43-41. Образуются цепи питания мультивибратора и генератора:

Мультивибратор начинает работать. На время открытия транзистора Т5 ток проходит через Д25 и создает на нем падение напряжения, под действием которого открывается Тб. Через открытый транзистор Тб подается питание на усилительные транзисторы Т2, ТЗ и генератор выдает частотный импульс.

За счет подключения резистора R18 параллельно резистору R20 мультивибратор работает по несимметричной схеме, отчего генератор вырабатывает контрольный код (импульс 0,3 с, интервал 1 с). При приеме этого кода на станции контрольная лампочка данной сигнальной установки на табло дежурного будет гореть в мигающем режиме (1 с гореть, 0,3 с погашена). Контроль неисправности лампы красного огня передается как при свободном, так и при занятом блок-участке.

Отсутствие переменного тока – через тыловой контакт реле А между выводами генератора 53-31 создается перемычка, по которой подается питание на мультивибратор и через транзистор Тб на усилительный каскад генератора. Мультивибратор работает по симметричной схеме, отчего генератор вырабатывает контрольный код, состоящий из импульсов и интервалов продолжительностью 1 с. Контроль отсутствия переменного тока осуществляется только при свободном блок-участке.

Неисправность цепи двойного снижения напряжения – через тыловые контакты реле ДСН создаются перемычки между выводами генератора 53-31 и 43-42. Образуются цепи мультивибратора и генератора:

Мультивибратор за счет подключения резистора И23 работает по несимметричной схеме, отчего генератор вырабатывает контрольный код в виде импульсов 1 с и интервалов 0,3 с. Контроль цепи двойного снижения напряжения осуществляется как при свободном, так и при занятом блок-участке.

Схемы включения ГКШ при автоблокировке постоянного и переменного тока показаны соответственно на рис. 62, а и б. Построение и работа схемы ГКШ при автоблокировке постоянного тока аналогична схеме ГК6 (см. рис. 60). При автоблокировке переменного тока (см. рис 62, б) с каждой сигнальной установки передается информация о перегорании лампы красного огня (реле О), отсутствии основного (реле А) и резервного (реле А1) питания переменным током, неисправности цепи двойного снижения напряжения (реле ДСН) и неисправности работы дешиф ратора (реле Ж/ и ОИ).

При свободном блок-участке и отсутствии неисправностей через фронтовые контакты перечисленных реле замыкается перемычка 53-61 и от генератора в линию поступает непрерывный контрольный код. Контрольная лампочка на табло дежурного не горит. В случае занятости блок-участка реле Ж1 без тока, реле ОИ возбуждено, питание генератора выключается, контрольный код в линию не посылается, контрольная лампочка на табло дежурного горит непрерывным светом.

Если неисправна схема дешифрации, то реле Ж1 не возбуждается, реле ОИ работает как обратный повторитель реле И в режиме кодов КЖ, Ж и 3, поступающих из рельсовой цепи по мере удаления поезда от данной сигнальной установки. В линию посылаются контрольные коды, соответствующие обратным кодам АЛС. По горению контрольной лампочки на табло дежурный определяет характер повреждения.

С момента освобождения блок-участка реле И и ОИ работают в импульсном режиме, от генератора посылается контроль-

Рис. 62. Схемы включения генератора ГКШ при автоблокировке

Рис. 63. Схемы включения генератора ГКШ на переездных установках при автоблокировке постоянного и переменного тока

ный «од, соответствующий режиму работы реле ОИ. Через 3- 4 с после начала импульсной работы реле И и ОИ возбуждается реле Ж1 и фронтовым контактом замыкает цепь непрерывного питания генератора. В линию начинает поступать непрерывный код свободности блок-участка.

При перегорании лампы красного огня тыловыми контактами реле О замыкаются перемычки генератора 53-31 и 43-41 и в линию посылается контрольный код, состоящий из импульсов 0,3 с и интервалов 1 с. Неисправность лампы красного огня контролируется как при свободном, так и при занятом блок-участке.

Отсутствие основного питания фиксируется отпусканием якоря реле А, через тыловой контакт которого замыкается перемычка генератора 53-31. В линию посылается контрольный код, состоящий из импульсов и интервалов продолжительностью 1 с. Отсутствие резервного питания фиксируется отпусканием якоря реле А1, через тыловые контакты которого замыкаются перемычки генератора 53-31 и 43-42. В линию посылается контрольный код, состоящий из импульсов 1 с и интервалов 0,3 с.

При неисправности цепи двойного снижения напряжения ты-.ловыми контактами реле ДСН замыкаются перемычки генератора 53-31 и 43-41 так же, как и при перегорании лампы красного огня. В линию посылается контрольный код, состоящий из импульсов 0,3 с и интервалов 1 с; контроль осуществляется при свободном и занятом блок-участке.

Схемы включения ГКШ на переездных установках показаны на рис. 63. В цепь питания ГКШ на переездной установке со све-

Тофорной сигнализацией (рис. 63, а) включены контакты Огневых реле АО и БО, контролирующих исправность светофорных ламп, двойного снижения напряжения ДСН1, контроля неисправности работы комплекта мигающих устройств КМК, занятости участка приближения ПВ, аварийного А. генератора 53-61. В линию подается непрерывный контрольный код, на табло дежурного лампочка не горит. С момента занятости участка приближения отпускает якорь реле ПВ и фронтовым контактом размыкает цепь питания генератора. Посылка контрольного кода в линию прекращается – контрольная лампочка на табло дежурного горит непрерывным огнем.

В случае перегорания любой из ламп переездного светофора или обесточивания реле ДСН тыловыми контактами одного из реле АО, БО, ДСЙ1 замыкаются перемычки генератора 53-31, 43-41 и 42-41, В линию посылается контрольный код, состоящий из импульсов и интервалов длительностью 0,3 с. Контроль перегорания ламп и обесточивание реле ДСН осуществляются независимо от состояния участка приближения.

Исправность работы комплекта мигающих реле М и КМ проверяется с помощью реле КМК (см. рис. 57). При исправной работе реле М и КМ реле КМК постоянно возбуждено. В случае нахождения поезда на участке приближения и неисправности комплекта мигания (например, реле М не работает в импульсном режиме), обесточивается реле КМ. Фронтовым контактом реле КМ выключается реле КМК и вновь не возбуждается до тех пор, пока не будет устранено повреждение. Путем включения тылового контакта реле КМК в цепь питания маятникового трансмиттера обеспечивается автоматическое возбуждение реле КМК после устранения повреждения, когда на участке приближения нет поезда. При обесточенном реле КМК в линию подается контрольный код, состоящий из импульсов 0,3 с и интервалов 1 с.

На переездной установке при выключении питания обесточивается аварийное реле А и тыловым контактом замыкает перемычку генератора 53-31. В линию посылается контрольный код, состоящий из импульсов и интервалов продолжительностью 1 с.

В схеме ГКШ на переездной установке, оборудованной автошлагбаумами (рис. 63, б), включены контакты реле: ПО – повторитель огневых и двойного снижения напряжения; КМК – контроля работы комплекта мигания; А и А1 – аварийные основного и резервного питания; У1 – управляющее; 3 – закрытия автошлагбаумов. При открытом переезде реле 3, контролирующее горизонтальное положение брусьев, обесточено.

Занятость участка приближения фиксируется обесточиванием реле У1. Через тыловые контакты реле У1 и 3 замыкаются перемычки генератора 53-31 и 43-42. В течение 16 с, пока брус шлагбаума не примет горизонтального положения, в линию посылается контрольный код с импульсами 1 с и интервалами 0,3 с. По истечении 16 с, когда брус шлагбаума займет горизонтальное положение, возбуждается реле 3 и тыловым контактом обрывает цепь питания генератора. Посылка контрольного кода прекращается, на табло дежурного лампочка загорается непрерывным огнем. Если брус автошлагбаума не опустится, то посылка контрольного кода в линию и мигание лампочки на табло дежурного будут продолжаться до полного освобождения всего участка приближения.

Схема включения ГКШ на переездной установке при автоблокировке переменного тока приведена на рис. 63, в. В отличие от переездной установки при автоблокировке постоянного тока в этой схеме вводится дополнительный контроль основного и резервного питания переменным током и контроль неисправности конденсаторного блока в цепи реле П. Дополнительный контроль осуществляется с помощью аварийных реле А, А1 и реле контроля неисправности РК конденсаторного блока.

Если после прохода поезда по переезду из-за неисправности конденсаторного блока не возбуждается реле П, то реле РК по мере удаления поезда от переезда работает как повторитель реле Я в режиме кодов КЖ, Ж, 3. В линию подаются контрольные коды, соответствующие кодам АЛС. По горению контрольной лампочки на табло дежурный определяет характер повреждения.

На переездах, оборудованных автошлагбаумами, в контрольные цепи включают контакты реле У1 и 3 (как и на переездах при автоблокировке постоянного тока).

⇐Передача информации с сигнальных установок автоблокировки и переездных установок на станцию | Автоблокировка, локомотивная сигнализация и автостопы | Прием и передача сигнальной информации на промежуточной станции и посту диспетчера⇒

Схемы включения однофазных и трехфазных электросчетчиков

Схемы включения однофазных и трехфазных электросчетчиков

Для определения и контроля количество потребленной электроэнергии необходимо выполнить грамотное подключение счетчика. Рассмотрим, как это сделать.

Посадочные отверстия для крепления обоих видов электросчётчиков тоже должны быть абсолютно одинаковы, однако некоторые производители не всегда придерживаются этого требования, поэтому иногда могут возникнуть проблемы с установкой электронного электросчётчика вместо индукционного именно в плане крепления на панели.

Зажимы токовых обмоток электросчётчиков обозначаются буквами Г (генератор) и Н (нагрузка). При этом генераторный зажим соответствует началу обмотки, а нагрузочный – ее концу.

При подключении счетчика необходимо следить за тем, чтобы ток через токовые обмотки проходил от их начал к концам. Для этого провода со стороны источника питания должны подключаться к генераторным зажимам (зажимам Г) обмоток, а провода, отходящие от счетчика в сторону нагрузки, должны быть подключены к нагрузочным зажимам (зажимам Н).

Для счетчиков, включаемых с измерительными трансформаторами, должна учитываться полярность как трансформаторов тока (ТТ), так и трансформаторов напряжения (ТН). Это особенно важно для трехфазных счетчиков, имеющих сложные схемы включения, когда неправильная полярность измерительных трансформаторов не всегда сразу обнаруживается на работающем счетчике.

Если счетчик включается через трансформатор тока, то к началу токовой обмотки подключается провод от того зажима вторичной обмотки трансформаторов тока, который однополярен с выводом первичной обмотки, подключенным со стороны источника питания. При этом включении направление тока в токовой обмотке будет таким же, как и при непосредственном включении. Для трехфазных счетчиков входные зажимы цепей напряжения, однополярные с генераторными зажимами токовых обмоток, обозначаются цифрами 1, 2, 3. Тем самым определяется заданный порядок следования фаз 1-2-3 при подключении счетчиков.

Основные схемы включения однофазных счетчиков

На рисунке 1 изображены принципиальные схемы включения однофазного счетчика активной энергии. Первая схема (а) – непосредственного включения – является наиболее распространенной. Иногда, однофазный электросчётчик включают и полукосвенно – с использованием трансформатора тока (б).

Рисунок 1. Схемы включения однофазного счетчика активной энергии: а – при непосредственном включении; б – при полукосвенном включении. Далее рассмотрим схемы включения трёхфазных электросчётчиков.

Самыми распространёнными являются схемы непосредственного (рис.2) и полукосвенного (рис.3) включения в четырехпроводную сеть:

Рисунок 2. Схема непосредственного включения трёхфазного счетчика активной энергии

Рисунок 3. Схема полукосвенного включения трёхфазного счетчика активной энергии.

При полукосвенном включении используют трансформаторы тока. Выбор трансформаторов тока проводят исходя из потребляемой мощности. Промышленностью выпускаются трансформаторы тока с различным коэффициентом трансформации – 50/5, 100/5 …. 400/5 и т.д.

Основные схемы включения трёхфазных электросчётчиков

Кроме полукосвенной схемы, часто применяется и схема косвенного включения трёхфазных электросчётчиков. При этой схеме используют не только трансформаторы тока, но и трансформаторы напряжения.

На рисунке 4 показана схема включения с тремя однофазными трансформаторами напряжения в трёхпроводную сеть, первичные и вторичные обмотки которых соединены в звезду. При этом общая точка вторичных обмоток в целях безопасности заземляется. Это же относится и к вторичным обмоткам трансформаторов тока.

Здесь необходимо обратить внимание на наличие обязательной связи нулевого проводника сети с нулевым зажимом счетчика, т.к. отсутствие такой связи может вызывать дополнительную погрешность при учете энергии в сетях с несимметрией напряжений.

Рисунок 4. Схема косвенного включения трёхфазного счетчика активной энергии в трёхпроводную сеть

Помимо трёхэлементных трёхфазных электросчётчиков, используют и двухэлементные. Принципиальные схемы включения трехфазного двухэлементного счетчика активной энергии типа САЗ (САЗУ) приведены на рисунке 5.

Здесь особо отметим, что к зажиму с цифрой 2 обязательно подключается средняя фаза, т.е. та фаза, ток которой к счетчику не подводится. При включении счетчика с трансформаторами напряжения зажим этой фазы заземляется.

На схеме заземлены зажимы со стороны источника питания (т.е. зажимы И1 трансформаторов тока), но можно было бы заземлять зажимы и со стороны нагрузки.

Счетчики типа САЗ применяются главным образом с измерительными трансформаторами (НТМИ), и поэтому приведенная схема является основной при учете активной энергии в электрических сетях 6 кВ и выше.

Рисунок 5. Схема полукосвенного включения трёхфазного двухэлементного счетчика активной энергии в трёхпроводную сеть

Необходимо отметить один момент, который я упустил раньше. Рабочее напряжение индукционных электросчётчиков, включаемых по схеме непосредственного и полукосвенного включения, равно 220/380 В. В схемах косвенного включения, т. е. с трансформаторами напряжения, применяют электросчётчики на рабочее напряжение 100 В. Некоторые электронные электросчётчики имеют диапазон входного напряжения 100-400 В, что теоретически позволяет использовать их в схемах с любым типом включения.

При монтаже учётов электроэнергии по схеме полукосвенного или косвенного включения, очень большое значение имеет правильное чередование фаз. Для определения чередования фаз применяют различные приборы, например Е-117 “Фаза-Н”.

Схемы включения счетчиков реактивной энергии

Довольно часто, вместе с индукционными электросчётчиками активной энергии, применяют электросчётчики реактивной энергии.

На рисунке 6 приведены схемы полукосвснного включения счетчиков в четырехпроводную сеть (380/220 В). Эта схема требует для монтажа меньшего количества провода или контрольного кабеля. При ее сборке значительно уменьшается риск неправильного включения счетчиков, так как исключается несовпадение фаз (А, В, С) тока и напряжения.

Проверить правильность схемы можно упрощенными способами без снятия векторной диаграммы. Для этого достаточным является измерение фазных напряжений, определение порядка следования фаз и проверка правильности включения токовых цепей с помощью поочередного вывода двух элементов счетчиков из работы и фиксацией при этом правильного вращения диска.

Рисунок 6. Схема полукосвенного включения трехэлементных счетчиков активной и реактивной энергии в четырехпроводную сеть с совмещенными цепями тока и напряжения.

Недостаток схемы заключается в том, что проверка правильности включения токовых цепей вызывает необходимость трижды отключать потребителей и принимать особые меры по технике безопасности при производстве работ, так как вторичные цепи трансформаторов тока находятся под потенциалами фаз первичной сети.

Другим серьезным недостатком рассматриваемой схемы является то, что необходимо зануление или заземления вторичных обмоток измерительных трансформаторов.

В отличие от предыдущей схема на рисунке 7 имеет раздельные цепи тока и напряжения, поэтому она позволяет производить проверку правильности включения счетчиков и их замену без отключения потребителей, так как в этой схеме цепи напряжения могут быть отсоединены. Кроме этого, в ней соблюдены требования ПУЭ к занулению и заземлению вторичных обмоток трансформаторов тока.

Рисунок 7. Схема полукосвенного включения трехэлементных счетчиков активной и реактивной энергии в четырехпроводную сеть с раздельными цепями тока и напряжения.

И в заключение рассмотрим схему косвенного включения двухэлементных электросчётчиков активной и реактивной энергии в трехпроводную сеть свыше 1 кВ. Принципиальная схема данного включения приведена на рисунке 8.

Рисунок 8. Схема косвенного включения двухэлементных счетчиков активной и реактивной энергии в трехпроводную сеть свыше 1 кВ.

В данной схеме в качестве счетчика реактивной энергии принят двухэлементный электросчетчик с разделенными последовательными обмотками. Так как в средней фазе сети отсутствует трансформатор тока, то вместо тока Ib к соответствующим токовым обмоткам этого счетчика подведена геометрическая сумма токов Ia +Ic равная – Id.

На рисунке была показана схема включения с использованием трехфазного трансформатора напряжения типа НТМИ. На практике может применяться трехфазный трансформатор напряжения и с заземлением вторичной обмотки фазы В. Вместо трехфазного трансформатора напряжения также могут применяться два однофазных трансформатора напряжения, включенных по схеме открытого треугольника.

Как правило, схема включения счетчика обычно нанесена на крышке клеммной коробки. Однако, в условиях эксплуатации, крышка может оказаться снятой со счетчика другого типа. Поэтому необходимо всегда убедиться в достоверности схемы путем ее сверки с типовой схемой и с разметкой зажимов.

Монтаж цепей напряжения электросчётчика полукосвенного и косвенного включения должен выполняться в соответствии с ПУЭ – медным проводом сечением не менее 1,5 мм, а токовых цепей – сечением не менее 2,5 мм.

При монтаже электросчётчиков непосредственного включения, монтаж должен быть выполнен проводом, рассчитанным на соответствующий ток.

На этом обзор схем включения электросчётчиков будем считать оконченным. Разумеется, нами были рассмотрены далеко не все существующие схемы, а только те, которые наиболее часто используются на практике.

Ранее ЭлектроВести писали, что создана технология беспроводной передачи энергии на большие расстояния.

По материалам: electrik.info.

Схемы включения RGB светодиода

22.03.2021

Многоцветные светодиоды, иначе называемые RGB-светодиодами, применяются для индикации, а также создания динамически изменяющейся по цвету подсветки. Фактически, ничего сложного в этих светодиодах нет, однако, в службу технической поддержки компании «ЧИП и ДИП» с завидным постоянством приходят письма с вопросами – как правильно подключить RGB-светодиод, какой источник питания выбрать, обязательно ли нужны специализированные источники питания, или можно обойтись тем, что есть «под рукой»?

Для того, чтобы ответить на все эти вопросы необходимо разобраться с тем, а что же представляет из себя RGB-светодиод, и почему возникают такие вопросы…

Фактически, RGB-светодиод представляет собой сборку из трех светодиодов красного, зеленого и синего цвета, расположенных в одном корпусе. И вот тут возникает первая сложность – кристаллы светодиодов могут быть соединены по схеме с общим катодом, с общим анодом, и с раздельными выводами.

Схему включения кристаллов можно определить визуально – светодиоды с общим катодом, или анодом имеют 4 вывода, светодиоды с раздельными выводами – 6 выводов. Собственно, на этом сложности и заканчиваются. В любом из этих случаев можно рассматривать подключение RGB-светодиода, как подключение трех обычных светодиодов, соединенных параллельно.

На что следует обратить внимание? В первую очередь обязательно необходимо ознакомиться с документацией на RGB-светодиод. Так как используются три различных кристалла, то и параметры их могут различаться. Так, например, для мощного RGB-светодиода TDS-P030L4RGB значение прямого напряжения для кристаллов красного и синего цвета составляет MAX 15VDC, для кристалла зеленого цвета – MAX 17VDC. То есть, если подключить светодиод к источнику питания «напрямую», то одни кристаллы будут светиться ярче, другие – слабее. Поэтому, также как и в случае с обычными светодиодами, нам необходимо включить в схему «гасящее» сопротивления для каждого канала.

Расчет «гасящего» сопротивления здесь приводить не будем. Подробно об этом рассказывается в видеоролике, размещенном на сайте нашей компании. При этом необходимо иметь в виду, что резистор должен рассчитываться на троекратную величину потребления тока. В этом случае, даже в случае перегорания одного из кристаллов  оставшиеся не выйдут из строя. Таким образом, для включения RGB-светодиода можно использовать как специализированные блоки питания, так и источники питания, предназначенные для других целей. Необходимо лишь помнить, что источник питания должен иметь «запас» по току в 15-20%.

Но для управления RGB-светодиодом нам необходимо устройство управления светодиодом, или контроллер. Простейших контроллер представляет собой обычный трехклавишный выключатель. Схема такого включения приведена на рисунке. В этом случае мы получим устройство, с помощью которого можно создать семь цветов свечения светодиода.

А вот для динамического плавного изменения цвет свечения нам не обойтись без контроллера управления цветом светодиода. Возможно использование готовых контроллеров, схемы управления на базе Arduino, с использованием ШИМ-контроллеров. Подробно останавливаться на этом не будем, т.к. полную информацию об этом можно легко найти в Интернете.

Основные схемы включения транзисторов

Усилитель представляет собой четырехполюсник, два вывода которого предназначены для подключения входного сигнала и два оставшихся вывода служат для снятия с них усиленного сигнала (напряжения или тока). У транзистора же есть только три вывода, поэтому для реализации четырехполюсника приходится один из выводов подключать как ко входу, так и к выходу усилителя. В зависимости от того, какой вывод транзистора является общим как для входа, так и для выхода усилителя, схемы включения транзистора называются:

• Схема с общим эмиттером
• Схема с общей базой
• Схема с общим коллектором

Следует отметить, что данные схемы включения применяются не только для биполярных транзисторах, но и для всех типов полевых транзисторов. В них эти схемы будут называться схемами с общим истоком, общим затвором и общим стоком соответственно. Во всех последующих схемах границы четырехполюсника усилителя будут показаны пунктирной линией. Для подключения источника сигнала и нагрузки в них предусмотрено по два вывода.

Схема с общим эмиттером

Наиболее распространенной схемой включения транзистора является схема с общим эмиттером (ОЭ). Это связано с наибольшим усилением этой схемы по мощности. Схема с общим эмиттером обладает усилением, как по напряжению, так и по току. Функциональная схема включения транзистора с общим эмиттером приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Функциональная схема включения транзистора с общим эмиттером

На данной схеме цепи питания коллектора и базы транзистора не показаны. Мы рассмотрим их позднее при подробном изучении схемы усилительного каскада с общим эмиттером. Входное сопротивление схемы включения транзистора с общим эмиттером определяется входной характеристикой транзистора. Оно зависит от базового, а, следовательно, и коллекторного тока транзистора. Для большинства маломощных усилителей оно составляет значение порядка 2,5 кОм.

Что касается амплитудно-частотной характеристики схемы с общим эмиттером, то в данном включении транзистора верхняя частота усиления будет минимальная по сравнению с остальными схемами включения транзистора. Верхняя частота усиления транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, ограничена частотой f_β (f_h31э). [Подробнее]

Схема с общей базой

Схема с общей базой обычно применяется на высоких частотах. Коэффициент усиления по мощности данной схемы включения транзистора меньше по сравнению со схемой с общим эмиттером. Это связано с тем, что схема включения транзистора с общей базой не усиливает по току. В данной схеме производится усиление только по напряжению. Функциональная схема включения транзистора с общей базой приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Функциональная схема включения транзистора с общей базой

На этой схеме цепи питания коллектора и базы тоже не показаны. В качестве входного сопротивления схемы включения транзистора с общей базой служит эмиттерное сопротивление транзистора, поэтому входное сопротивление схемы с общей базой мало. Её входное сопротивление самое маленькое из всех схем включения транзистора, однако для данной схемы это не является недостатком, т.к. входное сопротивление высокочастотных усилителей должно быть равно 50 Ом.

Амплитудно-частотная характеристика схемы с общей базой — самая широкополосная из всех схем включения транзистора, поэтому она широко используется в высокочастотных усилителях радиочастоты. Частотная характеристика схемы с общей базой ограничивается предельной частотой усиления транзистора f_α (f_h31б). [Подробнее]

Схема с общим коллектором

Схема с общим коллектором обычно применяется для получения высокого входного сопротивления. Коэффициент усиления по мощности данной схемы включения транзистора меньше по сравнению со схемой с общим эмиттером и соизмерим с коэффициентом усиления схемы с общей базой. Это связано с тем, что схема включения транзистора с общим коллектором не усиливает по напряжению. В данной схеме производится усиление только по току. Функциональная схема включения транзистора с общим коллектором приведена на рисунке 3.

Рисунок 3. Функциональная схема включения транзистора с общим коллектором

На схеме, приведенной на рисунке 5, цепи питания коллектора и базы не показаны. В качестве входного сопротивления схемы включения транзистора с общим коллектором служит сумма сопротивления базы транзистора (как в схеме с общим эмиттером) и пересчитанного ко входу сопротивления резистора в цепи эмиттера, поэтому входное сопротивление схемы с общим коллектором очень велико. Её входное сопротивление самое большое из всех схем включения транзистора.

Амплитудно-частотная характеристика схемы включения транзистора с общим коллектором достаточно широкополосна. Однако полоса пропускания усилителя может быть серьёзно ограничена из-за шунтирования высокого входного сопротивления схемы с общим коллектором паразитными емкостями, поэтому в основном схема с общим коллектором применяется в качестве буферного усилителя с высоким входным сопротивлением. Иногда она применяется для ослабления влияния нагрузки на характеристики высокочастотных генераторов и синтезаторов частоты. [Подробнее]

1. Шило В. Л. “Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре” под ред. Е.И. Гальперина — М.: “Сов. радио” 1974
2. Усилительный каскад на биполярном транзисторе Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
3. Биполярный транзистор. Часть 5

Вместе со статьей “Схемы включения транзистора” читают:

СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНЗИСТОРА

Любой усилитель, независимо от частоты, содержит от одного до нескольких каскадов усиления. Для того, чтобы иметь представление по схемотехнике транзисторных усилителей, рассмотрим более подробно их принципиальные схемы.

Транзисторные каскады, в зависимости от вариантов подключения транзисторов, подразделяются на:

1 Каскад с общим эмиттером (на схеме показан каскад с фиксированным током базы – это одна из разновидностей смещения транзистора).

2 Каскад с общим коллектором

3 Каскад с общей базой

Каскад с общим эмиттером обладает высоким усилением по напряжению и току. К недостаткам данной схемы включения можно отнести невысокое входное сопротивление каскада (порядка сотен ом), высокое (порядка десятков Килоом) выходное сопротивление. Отличительная особенность – изменение фазы входного сигнала на 180 градусов (то есть – инвертирование). Благодаря высокому коэффициенту усиления схема с ОЭ имеет преимущественное применение по сравнению с ОБ и ОК.

Рассмотрим работу каскада подробнее: при подаче на базу входного напряжения – входной ток протекает через переход “база-эмиттер” транзистора, что вызывает открывание транзистора и, в следствии этого, увеличение коллекторного тока. В цепи эмиттера транзистора протекает ток, равный сумме тока базы и тока коллектора. На резисторе в цепи коллектора, при прохождении через него тока, возникает некоторое напряжение, величиной значительно превышающей входное. Таким образом происходит усиление транзистора по напряжению. Так как ток и напряжение в цепи – величины взаимосвязанные, аналогично происходит и усиление входного тока.

Схема с общим коллектором обладает высоким входным и низким выходным сопротивлениями. Коэффициент усиления по напряжению этой схемы всегда меньше 1. Входное сопротивление каскада с ОК зависит от сопротивления нагрузки (Rн) и больше его (приблизительно) в Н21э раз . (Величина “Н21э” – это статический коэффициент усиления данного экземпляра транзистора, включенного по схеме с Общим Эмиттером). Данная схема используется для согласования каскадов, либо в случае использования источника входного сигнала с высоким входным сопротивлением. В качестве такого источника можно привести, например, пьезоэлектрический звукосниматель или конденсаторный микрофон. Схема с ОК не изменяет фазы входного сигнала. Иногда такую схему называют Эмиттерным повторителем .

Схема включения транзистора с общей базой используется преимущественно в каскадах усилителей высоких частот. Усиление каскада с ОБ обеспечивает усиление только по напряжению. Данное включение транзистора позволяет более полно использовать частотные характеристики транзистора при минимальном уровне шумов. Что такое частотная характеристика транзистора? Это – способность транзистора усиливать высокие частоты, близкие к граничной частоте усиления, Эта величина зависит от типа транзистора. Более высокочастотный транзистор способен усиливать и более высокие частоты. С повышением рабочей частоты, коэффициент усиления транзистора понижается. Если для построения усилителя использовать, например, схему с общим эмиттером, то при некоторой (граничной) частоте каскад перестает усиливать входной сигнал. Использование этого – же транзистора, но включенного по схеме с общей базой, позволяет значительно повысить граничную частоту усиления. Каскад, собранный по схеме с общей базой, обладает низким входным и невысоким выходным сопротивлениями (эти параметры очень хорошо согласуются при работе в антенных усилителях с использованием так называемых “коаксиальных” несимметричных высокочастотных кабелей, волновое сопротивление которых как правило не превышает 100 ом). Если сравнивать величины сопротивлений для каскада с ОЭ и ОБ, то входное сопротивление каскада с ОБ в (1+Н21э) раз меньше, чем с ОЭ, а выходное в (1+Н21э) раз больше. Каскад с ОБ не изменяет фазы входного сигнала.

В практике радиолюбителя иногда приходится использовать параллельное включение транзисторов для увеличения выходной мощности (коллекторного тока). Один из вариантов данного включения приведен ниже:

При таком включении нужно стремиться использовать транзисторы с близкими параметрами Вст. Транзисторы большой мощности при этом должны устанавливаться на один теплоотвод. Для дополнительного выравнивания токов в данной схеме в цепях эмиттеров применены резисторы. Сопротивление резисторов следует выбирать исходя из падения напряжения на них (в интервале рабочих токов) около 1 вольта (или, по крайней мере, – не менее 0,7 вольта). Данная схема должна применяться с большой осторожностью, так как даже транзисторы одного типа и из одной партии выпуска имеют очень большой разброс по параметрам. Выход из строя одного из транзисторов неизбежно приведет к выходу из строя и других транзисторов в цепочке. При параллельном включении двух транзисторов максимальный суммарный ток коллектора не должен превышать 1,6-1,7 от предельного тока коллектора одного из транзисторов! Количество транзисторов, включенных по этой схеме может быть сколько угодно большим – все зависит от целесообразности.

В радиолюбительской практике иногда необходим транзистор с проводимостью, отличной от имеющегося (например – в выходном каскаде УЗЧ и проч.) . Выйти из положения позволяет схема включения, приведенная ниже:

В данном каскаде используется как правило маломощный транзистор VT1 необходимой проводимости, транзистор VT2 необходимой мощности , но другой проводимости. Данный каскад (в частности) эквивалентен транзистору с проводимостью N-P-N большой мощности с высоким коэффициентом передачи тока базы (h31Э). Если мы используем в качестве VT1, VT2 транзисторы противоположной проводимости – получим мощный составной транзистор с проводимостью P-N-P.

Если в данной схеме применить транзисторы одной структуры – получим так называемый Составной транзистор. Такое включение транзисторов называют Схемой Дарлингтона . Промышленность выпускает такие транзисторы в одном корпусе. Существуют как маломощные (типа КТ3102 и т.п.) так и мощные (например – КТ825) составные транзисторы.

А сейчас поговорим немного о температурной стабилизации усилителя.

Транзистор, являясь полупроводниковым прибором, изменяет свои параметры при изменении рабочей температуры. Так, при повышении температуры, усилительные свойства транзистора ухудшаются. Обусловлено это рядом причин : при повышении температуры значительно увеличивается такой параметр транзистора, как обратный ток коллектора . Увеличение обратного тока коллектора транзистора приводит к значительному увеличению коллекторного тока и к смещению рабочей точки в сторону увеличения тока. При некоторой температуре коллекторный ток транзистора возрастает до такой величины, при которой транзистор перестает реагировать на слабый входной (базовый) ток. Попросту говоря – каскад перестает быть усилительным. Для того, чтобы расширить диапазон рабочих температур, необходимо применять дополнительные меры по температурной стабилизации рабочей точки транзистора. Самым простым способом является коллекторная стабилизация рабочего тока смещения. Рассмотренная нами выше схема каскада по схеме с общим эмиттером является схемой с фиксированным током базы. Ток коллектора в данной схеме зависит от параметров конкретного экземпляра транзистора и должен устанавливаться индивидуально при помощи подбора величины резистора R1. При смене транзистора начальный (при отсутствии сигнала) ток коллектора приходится подбирать заново, так как транзисторы даже одного типа имеют очень большой разброс статического коэффициента усиления тока базы (h31 Э). Другая разновидность каскада – схема с фиксированным напряжением смещения. Эта схема также обладает недостатками, описанными выше:

Для повышения термостабильности каскада необходимо использовать специальные схемы включения:

Схема коллекторной стабилизации, обладая основными недостатками схемы с общим эмиттером (подбор резистора базового смещения под конкретный экземпляр транзистора), тем не менее позволяет расширить диапазон рабочих температур каскада. Как видим, данная схема отличается подключением резистора смещения не к источнику питания, а в коллекторную цепь. Благодаря такому включению удалось значительно (за счет применения отрицательной обратной связи ) расширить диапазон рабочих температур каскада. При увеличении обратного тока коллектора транзистора, увеличивается ток коллектора, что вызывает более полное открывание транзистора и уменьшение коллекторного напряжения. Уменьшение коллекторного напряжения, в свою очередь, уменьшает напряжение начального смещения транзистора, что вызывает уменьшение коллекторного тока до приемлемой величины. Таким образом – осуществляется отрицательная обратная связь, которая несколько уменьшает усиление каскада, но зато позволяет увеличить максимальную рабочую температуру.

Более качественную стабилизацию температурных параметров каскада усиления можно осуществить, если несколько усложнить схему и применить так называемую ” эмиттерную ” температурную стабилизацию . Данная схема, несмотря на сложность, позволяет каскаду сохранять усилительные свойства в очень широком интервале рабочих температур. Кроме того, применение данной схемы стабилизации дает возможность замены транзисторов без последующей настройки. Отдельно скажу о конденсаторе С3 . Этот конденсатор служит для повышения коэффициента усиления каскада на переменном токе. Он устраняет отрицательную обратную связь каскада. Емкость этого конденсатора зависит от рабочей частоты усилителя. Для усилителя звуковых частот емкость конденсатора может колебаться от 5 до 50 микрофарад, для диапазона радиочастот – от 0,01 до 0,1 микрофарады (но его в некоторых случаях может и не быть) .

Теперь давайте попробуем расчитать термостабильный каксад по постоянному току:

ВНИМАНИЕ! Данные расчета получаются довольно приблизительные! Окончательный номинал резистора R1 потребуется подобрать при наладке более точно!

Для начала нам нужно определиться с исходными данными для расчета. На верхнем прямоугольнике даны постоянные величины соответственно для германиевого (Ge) и кремниевого (Si) транзистора.

Теперь давайте расчитаем работу каскада по переменному току:

Сначала определяем сопротивление Rэ. Для нашего случая (ток коллектора 1 миллиампер) Rэ = 26 ом,
Далее определим проводимость S = 38.46 микросименса (ориентировочно),
Вычисляем значение R11. Для транзистора типа КТ315Б среднее значение параметра h31э равно 200, отсюда R11 равно 5200,
Величину Rb необходимо определить для вычисления входного сопротивления каскада, являющегося нагрузкой расчитываемого. Она равна (при номиналах резисторов, взятых в нашем примере) 5,75 килоом,
Для упрощения расчета можно не вычислять сопротивление Rн, а принять его равным R3.
Ожидаемый коэффициент усиления данного каскада на транзисторе типа КТ315Б со средним значением h31э равным 200 получается около 40.
Следует иметь в виду, что полученное значение коэффициента усиления каскада весьма приблизительно! На практике это значение может отличаться в 1,5 – 2 раза (иногда – больше) и зависит от конкретного экземпляра транзистора!
При расчете коэффициента усиления транзистороного каскада по переменному току следует учитывать, что этот коэффициент зависит от частоты усиливаемого сигнала. Максимальная частота примененного транзистора должна быть по крайней мере в 15-20 раз выше предельной частоты усиления (определяется по справочнику).

Для написания этой странички использовались материалы из книги “Краткий радиотехнический справочник.” Авторы Богданович и Ваксер, Издательство “Беларусь” 1976 год.

Литература по теме: Небольшой учебник “Азы транзисторной схемотехники” (около 380 килобайт), найденный мной в интернете, можно скачать по этой ссылке .

Книжка “Расчет схем на транзисторах” лежит здесь (довольно древняя – 1969 года издания, но вполне актуальная!) обьем около 8 мБайт.

Транзистор, как полупроводниковый прибор, имеющий три электрода (эмиттер, базу, коллектор), можно включить тремя основными способами (рис. 3.1 — 3.6). Как известно, входной сигнал поступает на усилитель по двум проводам; выходной сигнал отводится также по двум проводам. Следовательно, для трех-электродного усилительного прибора при подаче входного и съеме выходного сигнала по двум проводам один из электродов будет непременно общим. Соответственно тому, какой из электродов в схеме включения транзистора будет являться общим, различают три основные схемы включения: с общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК) и общей базой (ОБ).

Рис. 3.1. Схема с общим эммитером (ОЭ)

Рис. 3.2. Схема с общим коллектором (ОК)

Практические варианты схем включения транзисторов структуры п-р-п и р-п-р приведены на рис. 3.1 — 3.6. Как следует из сопоставления рисунков, схемы эти идентичны и различаются лишь полярностью подаваемого напряжения.

Для определения входного (RBX.) и выходного (RBbix.) сопротивления каждой из схем включения, а также коэффициентов усиления по току (К,), напряжению (Ки) и мощности (КР=К|ХКи) расчетные и экспериментальные значения и формулы приведены в таблицах 3.1 и 3.2.

Таблица с формулами приведена для приближенных расчетов, а для первоначальной, первичной оценки и сравнения свойств основных схем включения транзисторов предназначена вторая таблица с численными оценками.

Рис. 3.3. Схема с общей базой (ОБ)

Обозначения в таблице следующие: RH — сопротивление нагрузки; R3 — сопротивление эмиттера или отношение изменения напряжения на эмиттерном переходе к изменению тока эмиттера в режиме короткого замыкания в выходной цепи по переменному току; RB — сопротивление базы или отношение изменения напряжения между эмиттером и базой к изменению тока коллектора в режиме холостого хода входной цепи по переменному току; а — коэффициент усиления по току для схемы с общей базой; р — коэффициент усиления по току для схемы с общим эмиттером.

Рис. 3.4. Схема с общим эммитером (ОЭ)

Рис. 3.5. Схема с общим коллектором (ОК)

Рис. 3.6. Схема с общей базой (ОБ)

Наиболее часто в практических схемах используют режим включения транзистора с общим эмиттером (как обладающий наибольшим коэффициентом усиления по мощности).

Эмиттерные повторители (схемы с общим коллектором) применяют для согласования высокого выходного сопротивления источника сигнала с низким входным сопротивлением нагрузки. Для построения высокочастотных усилителей (имеющих низкое входное сопротивление) используют схемы с общей базой.

В зависимости от наличия, полярности и величины потенциалов на электродах транзисторов различают несколько режимов его работы. Насыщение — транзистор открыт, напряжение на переходе К— Э минимально, ток через переходы максимален. Отсечка — транзистор закрыт, напряжение на переходе К — Э максимально, ток через переходы минимален. Активный — промежуточный между режимом насыщения и отсечки. Инверсный — характеризуется подачей на электроды транзистора обратной (инверсной) полярности рабочего напряжения.

В переключательно-коммутирующих схемах, имеющих только два состояния: включено (сопротивление ключевого элемента близко к нулю) и выключено (сопротивление ключевого элемента стремится к бесконечности), используются режимы насыщения и отсечки. Активный режим широко применяют для усиления сигналов. Инверсный режим используют достаточно редко, поскольку улучшить показатели схемы при таком включении транзистора не удается.

Для того чтобы без расчетов первоначально оценить величины RC-элементов, входящих в состав схем (рис. 3.1, 3.2, 3.4, 3.5), можно принять величину сопротивления в коллекторной (эмиттерной) цепи равной нескольким кОм, а величину сопротивления в цепи базы в 30. 50 раз большим. При этом напряжение на коллекторе (эмиттере) должно быть равно половине напряжения питания. Для схемы с общей базой (рис. 3.3, 3.6) величина сопротивления R3, обычно не превышает 0,1. 1 кОм, величина сопротивления R2 составляет несколько кОм.

Величины реактивных сопротивлений конденсаторов С1 — СЗ для наиболее низких частот, которые требуется усилить, должны быть примерно на порядок ниже соединенных с ними активных сопротивлений R1 — R3 (рис. 3.1 — 3.6). В принципе, величины этих емкостей можно было бы выбрать со значительным запасом, но в этом случае увеличиваются габариты переходных конденсаторов, их стоимость, токи утечки, длительность переходных процессов и т.д.

В качестве примера приведем таблицу 3. 3 для быстрого определения величины реактивного сопротивления конденсаторов для нескольких частот.

Напомним, что реактивное сопротивление конденсатора Хс, Ом, можно вычислить по формуле:

Для постоянного тока реактивное сопротивление конденсаторов стремится к бесконечности. Следовательно, для усилителей постоянного тока (нижняя граничная частота усиления равна нулю) переходные конденсаторы не требуются, а для разделения каскадов необходимо предусматривать специальные меры. Конденсаторы в цепях постоянного тока равносильны обрыву цепи. Поэтому при построении схем усилителей постоянного тока используют схемы с непосредственными связями между каскадами. Разумеется, в этом случае необходимо согласование уровней межкаскадных напряжений.

При усилении переменного тока в цепи нагрузки усилительных каскадов зачастую используют индуктивные элементы. Отметим, что реактивное сопротивление индуктивностей растет с увеличением частоты. Соответственно, с изменением сопротивления нагрузки от частоты, растет и коэффициент усиления такого каскада.

Помимо биполярных транзисторов широкое распространение приобрели более современные элементы — полевые транзисторы (рис. 3.7 — 3.9).

Рис. 3.7. Схема с общим истоком (ОИ)

Рис. 3.8. Схема с общим стоком (ОС)

По аналогии со схемами включения биполярных транзисто ров полевые включают с общим истоком, общим стоком и с об щим затвором.

Основные расчетные соотношения для этих схем включения полевых транзисторов приведены в таблице 3.4, где S — крутизна характеристики полевого транзистора, мА/В; R, — внутреннее сопротивление транзистора.

Рис. 3.9. Схема с общим затвором (03)

Основные расчетные соотношения для этих схем включения полевых транзисторов приведены в таблице 3.4, где S — крутизна характеристики полевого транзистора, мА/В; R, — внутреннее сопротивление транзистора.

Ориентировочно величина R1 (рис. 3.7 — 3.9) может быть от нескольких Ом до единиц МОм R2 — несколько кОм. Отметим, что, как и для биполярных транзисторов, полевые также допускают работу с отсечкой, с насыщением; активный и инверсный режимы.

Для увеличения коэффициента передачи по току биполярного транзистора используют «составные» транзисторы, включаемые по схеме Дарлингтона (рис. 3.10 — 3.13). Общий их коэффициент усиления несколько отличается от произведения коэффициентов усиления каждого из транзисторов. Одновременно ухудшается температурная стабильность схемы.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год

Схемы включения электрических источников света

Категория: Электромонтажные работы

Схемы включения электрических источников света

Схемы включения ламп накаливания. Управление двумя лампами, присоединенными к сети, осуществляется одним однополюсным выключателем (рис. 1, а), пятью лампами — двумя выключателями (рис. 1, б), расположенными рядом (одним выключателем включают две лампы, другим — три лампы), тремя лампами — с помощью люстрового переключателя (рис. 1, в) для попеременного изменения числа включаемых ламп. При первом повороте переключателя включается одна из трех ламп, при втором — остальные две, но выключается первая лампа, при третьем — выключаются все лампы, при четвертом — выключаются все лампы люстры. Для независимого управления одной или несколькими лампами с двух мест применяют схему (рис. 1, г), в которой используют два переключателя, соединенных двумя перемычками. Эту схему применяют при освещении коридоров и лестничных клеток жилых домов и предприятий, а также туннелей с двумя или несколькими выходами. Схема питания сети, питаемой от четырехпроводной системы с заземленной нейтралью ламп от трехпроводной и четырехпроводной сети показана на рис. 1, д, е.

Рис. 1. Схемы присоединения группы ламп накаливания к осветительной сети: а — двух ламп одним выключателем, 6 — пяти ламп двумя выключателями, в — с помощью люстрового переключателя, г — с двух мест двумя переключателями, соединенными перемычками, д — ламп к сети, питаемой от трехпроводной системы с изолированной нейтралью, е — ламп

Схемы включения люминесцентных ламп. Люминесцентные лампы могут включаться в электрическую сеть по стартерной или бесстартерной схемам зажигания.

При включении ламп по стартерной схеме зажигания (рис. 2, а) в качестве стартера (рис. 2, б) применяют газоразрядную неоновую лампу с двумя (подвижным и неподвижным) электродами. Включают люминесцентную лампу в электрическую сеть только последовательно с балластным резистором, ограничивающим рост тока в лампе и таким образом предохраняющим ее от разрушения. В сетях переменного тока в качестве балластного резистора применяют конденсатор или катушку с большим индуктивным сопротивлением — дроссель.

Рис. 2. Стартерное зажигание люминесцентной лампы: а — схема, б — общий вид стартера; 1 — дроссель, 2 — лампа, 3 — стартер

Зажигание люминесцентной лампы происходит следующим образом. При включении лампы между электродами возникает тлеющий разряд, теплота которого нагревает подвижный биметаллический электрод. При нагреве до определенной температуры подвижный электрод стартера, изгибаясь, замыкается с неподвижным, образуя электрическую цепь, по которой проходит ток, необходимый для предварительного подогрева электродов лампы. Подогреваясь, электроды начинают испускать электроны. При прохождении тока в цепи электродов лампы разряд в стартере прекращается, в результате чего подвижный электрод стартера остывает и, разгибаясь, возвращается в исходное положение, разрывая электрическую цепь лампы. При разрыве к напряжению сети добавляется эдс самоиндукции дросселя и возникший в дросселе импульс повышенного напряжения вызывает дуговой разряд в лампе, зажигая ее. С возникновением дугового разряда напряжение на электродах лампы и параллельно соединенных с ними электродах стартера снижается настолько, что оказывается недостаточным для возникновения тлеющего разряда между электродами стартера. Если лампа не зажжется, на электродах стартера появится полное напряжение сети и весь процесс повторится.

Рис. 3. Схема бесстартерного зажигания двухлампового люминесцентного светильника: ООДр — основная обмотка дросселя, ДОДр — дополнительная обмотка дросселя, С — конденсатор, НТр — нахальный трансформатор, Л — люминесцентная лампа

Для включения люминесцентных ламп применяют стартерные и бесстартерные пускорегулирующие аппараты ПРА, которые представляют собой комплектные устройства, обеспечивающие надежное зажигание и нормальную работу ламп, а также повышение коэффициента мощности. Схема включения бесстартерных ПРА двухлампового люминесцентного светильника показана на рис. 3.

Схемы включения ламп ДРЛ. Двухэлектродные лампы включают в электрическую сеть переменного тока напряжением 220 В через поджигающее устройство, с помощью которого (импульсом высокого напряжения) зажигается лампа (рис. 4).

Для защиты выпря-напряжения служит конденсатор С1. Конденсатор СЗ необходим для устранения помех радиоприему, создаваемых поджигающим устройством при зажигании лампы. Четырехэлектродная лампа в отличие от приведенной выше схемы включения двухэлектродной лампы включается в сеть по упрощенной схеме, в которой отсутствует поджигающее устройство. Зажигание четырехэлектродной лампы происходит от питающей сети напряжением 220 В.

В схеме включения в сеть четырехэлектродной лампы имеются дроссель и конденсатор, которые выполняют те же функции, что и в схеме включения двухэлектродной лампы ДРЛ.

Рис. 4. Схема включения двух-электродной лампы ДРЛ: ООДр — основная обмотка дросселя, ДОДр — дополнительная обмотка дросселя, С1 — конденсатор защиты выпрямителя, С2 – зарядный конденсатор, СЗ — помехоподавляющий конденсатор, СВ – селеновый выпрямитель, R — зарядный резистор, Л — двухэлектродная лампа ДРЛ. Р – разрядник

Поджигающее устройство состоит из разрядника Р, селенового выпрямителя (диода) СВ, зарядного резистора R и конденсаторов С1 и С2. Основная обмотка дросселя в схеме служит для предотвращения резкого возрастания тока в лампе, а также стабилизации ее режима горения.

Электромонтажные работы – Схемы включения электрических источников света

Схемы включения человека в цепь электрического

тока

В процессе эксплуатации электроустановок не исключена возможность прикосновения человека к токоведущим частям, находящимся под напряжением. В большинстве случаев опасно прикосновение к токоведущим час плетень случается, когда человек стоит на земле, а обувь. П имеет некоторую электропроводностьь.

В условиях туристского комплекса. Наиболее типичные две схемы включения тела человека в электрической цепи:. Между двумя проводами 1 между проводом и землей. В трехфазных сетях переменного тока первая схема н называется – двухфазным включением, а вторая – однофазным. В гостиничном хозяйстве, кроме трехфазных сетей переменного тока, широко применяются однофазные для питания различных бытовых приборе в (пылесосов, холодильников, утюговк).

Схема включения человека в однофазную двухпроводную сеть, изолированную от земли, приведена на рис 41

Рис 41. Прикосновение человека к проводу однофазной двухпроводной сети при режиме ее работы: а – нормальному б – аварийном,. А, N – обозначение проводов

Подобные сети получаемых с помощью разделительных трансформаторов. При нормальном режиме работы и качественной изоляции проводов касание одного из них уменьшает опасность поражения электрическим током

При аварийном режиме (рис41, б), когда один из проводов замкнут на землю, изоляция оказывается шунтированы сопротивлением замыкания провода на землю, которое как всегда настолько мала, что может быть принято равным нулю. Для создания однофазных двухпроводных сетей заземленным проводом применяют однофазные трансформаторы, а для получения напряжения 220. Внутрьохфазний сети присоединяются к фазному и нулевой го проводов. В обоих случаях возникает электрическая цепь, одним из участков которого является тело человека. Путь тока через тело человека в первом случае может быть”рука – нога”, а во втором -“рука – рука”Возможн е и другие случаи включения человека в электрическую цепь, например, касание токоведущих частей лицом, головой, шеей или включения на пути тока”нога – нога нога”.

Трехфазные четырехпроводные сети с заземленной нейтралью. При двухфазном (двухполюсный) прикосновения человек оказывается под полным рабочим напряжением установки. При однополюсном прикосновения, который бывает чаще ток зависит не только от напряжения установки и сопротивления тела человека, но и от режима нейтрали, состояния изоляции сети, пола, обувь человекни.

Рассмотрим особенности различных электрических сетей. В туристском комплексе распространены четыре проводные сети с наглухо заземленной нейтралью напряжением до 1000. В, например 380/220. В. Источником питания служит во трехфазный понижающий трансформатор, вторичные обмотки которого соединены”звездой”Наглухо заземлена нейтраль вторичной обмотки понижающего трансформатора (например, 1000/400. В) обусловливает режим, при я кому напряжение какой-либо фазы вторичной сети относительно земли не превышает фазного напряжения, т.е. для трансформатора с напряжением 400. В оно будет не более 230. В (у потребителя 220. В). Кроме того, у случае нарушения изоляции между первичной и вторичной обмотками при рабочем заземлении нейтрали высокая напряжение, переходит к вторичной сети по отношению к земле, значительно снижается благодаря н евеликому сопротивления заземления нейтрали (2,4,8. Ом и более для напряжения 660, 380 и 220. В трехфазной сети (Госстандарт 121030-81)0-81)).

Упрощенная схема, объясняющая однополюсный прикосновение человека к четырехпроводной сети с глухим заземлением нейтрали источника питания (трансформатора или генератора), представлена ??на рис 42

Рис 42. Однофазное включение человека в сеть с наглухо заземленной нейтралью источников питания (трансформатора)

Через малое сопротивление растекания тока рабочего заземления нейтрали по сравнению с сопротивлением тела человека оно равно нулю. Прикосновение человека, стоящего на земле (или на заземленной конструкции, полу), обусловливает замкнутую электрическую цепь: обмотка источника питания – провод линии – тело человека – земля – ??провод – рабочее заземление – обмотка источники. На участке цепи”тело человека”на него действует фазное напряжение сети 220. В. Если при этом обувь человека электропроводящее, то пол или конструкция, на которой она стоит, также будут электропроводными, и практически вся и напряжение будет приложено к человеку по пути в”рука – ноги”Если в неблагоприятных условиях сопротивление тела человека будет 1000. Ом, то через нее пройдет ток, равный 220 мА, что смертельно опасно для нее. Если же сопротивление обуви и пола в сумме окажутся пор ивняннимы с сопротивлением тела человека, то ток через него будет меньше. Например, при большом сопротивлении участка”обувь – пол”(10 000. Ом) ток через человека будет 20 мА есть значительно менее опасным, но в икликае боль, судороги, а в некоторых случаях невозможность потерпевшего самостоятельно освободиться от действия тока. Это доказывает, что однофазный прикосновение человека к сети наглухо заземленной нейтралью всегда небе зпечныезпечний.

На практике эксплуатации электроустановок возможны случаи замыкания на землю токоведущих частей, например через корпус электроприемника или металлическую конструкцию электропроводки. Если такое замыкание я окажется глухим, то есть малое переходное сопротивление, то установка через однофазное короткое замыкание отключается максимальным ручьевая защитой (перегорает плавкая вставка предохранителя или отключается а втоматичний выключатель). После этого нормальный режим работы другой электросети восстанавливаетсяся.

Предельно допустимые уровни напряжения прикосновения и тока при аварийном режиме работы производственных и бытовых электроустановок в туркомплексах напряжением до 1000. В и частотой 50. Гц не должны превышать значе ень, приведенных в табл 41 (Госстандарт 121038-82-82).

таблицы 41

Предельно допустимые уровни напряжения прикосновения и тока

Продолжительность действия тока, с	Нормированная величина		Продолжительность действия тока, с	Нормированная величина
	U В	Има		U В	Има
001-008	220	220	06	40	40
01	200	200	07	35	35
02	100	100	08	30	30
03	70	70	09	27	27
04	55	55	1	25	25
05	50	50	10	12	2

Трехфазные сети с изолированной от земли нейтралью

Размещение электрической энергии на вторую ступень электроснабжения производственных предприятий, города и селения осуществляется с помощью кабельных (в городах), или воздушных (в поселках) линий при номинальные й напряжении электроприемников (понижающих трансформаторов предприятий, жилых массивов) при 6 10 или 35 кВ. Эти электрические сети делают с изолированными от земли нейтралями I фазами источников питания ( трансформаторов районных подстанций энергосистемы) или нейтралями, заземленными через значительные индуктивные сопротивления, включаются для уменьшения емкости составляющих тока однофазного замыкания на землюлю.

При однофазном замыкании на землю в сети с изолированной от земли нейтралью в месте замыкания на землю протекать ток, который вызван рабочим напряжением установки и проводимостью фаз относительно земли

сетях с изолированной нейтралью достаточно эффективны при сравнительно небольшой их протяженности. В этом случае емкость проводов относительно земли мы можем принять равной нулю, а сопротивление проводов достаточно большим

На рис 43 показано включение человека в трехфазных сетях с изолированной нейтралью

Рис 43. Прикосновение человека к проводу трехфазной 3-проводной сети с изолированной нейтралью при нормальном режиме работы:. А. В,. С – обозначение проводов

В сетях с изолированной нейтралью при нормальной работе опасность поражения электрическим током человека, прикоснулась к одной из фаз зависит от сопротивления проводника относительно земли, т.е. с увеличением нием сопротивления опасность уменьшаетсяя.

Защитное заземление – один из защитных мер против поражения человека электрическим током при прикосновении к металлических не токоведущих частей с поврежденной изоляцией (например, замыкание на корпус). Цель такого заземления заключается в преднамеренном электрическом соединении с землей или. ТИ эквивалентом металлических не токоведущих частей, которые могут оказаться под напряжением, с помощью заземленных устройств ел (совокупность заземлителя и заземляющих проводников). Как заземлитель служит один или несколько металлических электродов (например, стальных стержней, труб), которые находятся в земле, обеспечивая достаточно малое переходное сопротивление. Сопротивление заземленного устройства называют суммарным сопротивлением, состоящий из сопротивления растекания тока заземлителя и сопротивления заземленного проводникаків.

Рассмотрим действие защитного заземления. Если корпус электродвигателя (аппарата оболочки кабеля) не имеет надежного соединения с землей и в результате повреждения изоляции имеет контакт с токопроводящей частью ю, то произойдет однофазное включение человека в цепь току.

В сети при замыкании на корпус возникает однофазное замыкание на землю

Вследствие относительно небольшого тока, который протекает на землю, установления защитой не отключится и в дальнейшем работать в аварийном режиме. Но через корпус машины или аппарата с поврежденной изоляцией ю протекать ток, и между корпусом 1 землей появится напряжение относительно земли (рис 44.4).

Рис 44. Замыкание на корпус электродвигателя, подключенного к сети с изолированной нейтралью

Человек, окажется под напряжением прикосновения, может быть значительным и зависит от того, где находятся ноги человека, а также от электрической проводимости (сопротивления) обувь. Как всегда напряжение прикосновения меньше н напряжения относительно землиі.

Таким образом, размер величины напряжения заземленного корпуса относительно земли, а следовательно, и напряжение прикосновения зависят от сопротивления земли, и напряжение прикосновения зависит от сопротивления заземленного устройства. Для того чтобы напряжений га соприкосновения была по возможности малой, нужно иметь малое сопротивление заземленного устройства электроустановки не заземляют при напряжении 42. В и ниже переменного тока 1110 в и ниже постоянного тока во всех помещений еннях и условиях работы без повышенной опасностики.

Части электрооборудования, подлежащие заземлению. Заземлению подлежат: корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов; приводы электрических аппаратов и вторичные обмотки сварочных трансф орматорив; каркасы распределенных щитов, щиты управления, осветительных и силовых шкафов; металлических конструкций распределенных устройств кабельных линий. Заземлению не подлежат: арматура подвесных и опорных х изоляторов; кронштейны и осветительная арматура при установке их на деревянных опорах и конструкциях; электрооборудования, которое установлено на металлических заземленных конструкциях, если в местах контакт в связи с ними металлических не токоведущих частей электрооборудования обеспечен надежный электрический контакт. Не подлежат заземлению также корпуса электроизмерительных приборов и реле, установленных на щитах, в шкафах 1. Стенка камер распределительных устройств; корпуса электроприемников с двойной или усиленной изоляцией, например, электродрели, стиральных машин, електробрититв.

заиления в электроустановках и сетях напряжением до 1000. В называется преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих элементов установки, нормально изолированных от токоведущих частей, не находящихся под напряжением (корпуса электрооборудования, кабельных конструкций), с нулевой защитный проводник.

Нулевым защитным проводником в электроустановках напряжением до 1000. В является проводник, соединяющий занулены части (корпуса электрооборудования) с наглухо заземленной нейтралью точкой обмотки источника тока уму (генератора или трансформатора) или ее эквивалентом (ГОСТ 121030-811. Госстандарт 121009-76-76).

В электроустановках с наглухо заземленным нулевым проводом при замыкании на занулены металлические конструкционные неструмо-проводники должно быть обеспечено автоматическое отключение оборудования с повреждений. Дженни изоляцией, поскольку при этом возникает однофазного короткого замыкания.

Нулевые защитные провода заземляют непосредственно в источниках питания, т.е. на подстанциях или электростанциях. Кроме основного рабочего заземления нейтрали, следует выполнять повторные заземления нулевого провода в сети, снижает сопротивление заземления нейтрали и служит резервным заземлением при обрыве нулевого заземления провода (рис 45.5).

Рис 45. Принципиальная схема защитного заиления: 1 – электроустановка, 2 – максимальный струйный защиту

Повторные заземления на воздушных линиях делают через каждые 250 м их длины, на их концах, у разветвлений и ответвлений от магистралей высоковольтных линий при длине ответвлений 200 м 1 больше, а также в вводов воздушных магистралей в. Будина.

При электроснабжении по кабельным линиям напряжением 380/220. В повторное заземление нулевого провода выполняется в введении в помещения, в которых предусматривается устройство зануление электроприборов в числе ини этих помещений должна быть магистраль повторного заземления нулевого провода, к которой присоединяется надлежащие занулению объекти.

Для повторного заземления нулевого провода следует по возможности использовать естественные заземлители, за исключением сетей постоянного тока, где повторные заземления должны быть с использованием только ис ческих заземлителей. Сопротивление заземляющего устройства каждого из повторных заземлений не должно быть более 10. Вм.

Учитывая, что по нулевому проводу даже при неравномерной нагрузке проходит ток, значительно меньше, чем в фазных проводах, сечение нулевого рабочего провода для четырех ведущих магистралей выбирается равным примерно. Половине сечению фазных проводов. В однофазных ответвлениях от магистралей фаза – ноль пересечения нулевого провода должно быть таким же, как и фазного, так как по нему прох одить ток, равный тока фазного проводу.

Сопротивление зануленных проводов должен быть настолько малым, чтобы при замыкании фазы на корпус ток однофазного короткого замыкания был достаточен для мгновенного срабатывания максимальной токовой защиты согласно но. ПУЭ тока цепи фаза – нуль при замыкании на корпус должен не менее чем в 3 раза превышать номинальный ток соответствующего плавкого предохранителька.

При защите электроустановки автоматическим выключателем зануляющих провод выбирают с таким расчетом, чтобы в петли фаза – ноль обеспечить ток короткого замыкания, который не превышает вставку тока спр рацьовування выключателя в 1,4 раз.

Вдвоем ведущих ответвлениях фаза – ноль, питающих однофазные электроприемники, защитный аппарат (предохранитель, однополюсные выключатели) устанавливают только на фазном проводе, если в этом видгал щелочении есть части, которые подлежат занулению. С целью электробезопасности при монтаже ламповых патронов фазный провод присоединяется к центральному контакту патрона (пятки), а нулевой – до резьбовой части патрона. Это предостережет от несчастного случая при случайном касании цоколя лампы (например, при. П замены) без отключения от сети. При занулении к освещенной арматуры следует присоединить отдельному мы ответвления от нулевого провода, а не пользоваться с этой целью токопроводящим нулевого проводадом.

Коммутационные схемы – обзор

11.1 Голосовые услуги на основе технологии коммутации каналов

Коммутация каналов – это традиционная технология, используемая в телефонной сети, где между двумя конечными пользователями во время телефонного разговора устанавливается постоянная связь. Одно из видений EPS заключается в том, что IP-технология будет использоваться для всех услуг, включая голосовые, и эффективно заменить услуги с коммутацией каналов. Чтобы понять, как голосовые услуги будут предоставляться с использованием IP-технологии, необходимо иметь базовое представление о технологии, которую она должна заменить.Поэтому в этом разделе кратко описывается технология с коммутацией каналов, а в последующих разделах рассматривается реализация голоса в мобильных сетях с использованием IP-технологии. В EPC мультимедийные услуги операторского уровня предоставляются с помощью технологии IMS, которая рассматривается в следующем разделе.

Центральной частью архитектуры сети с коммутацией каналов является Центр коммутации мобильных услуг (MSC). Это основная сетевая функция, поддерживающая голосовые вызовы, обрабатывая как сигнализацию, относящуюся к вызовам, так и коммутируя фактические голосовые вызовы.Современные развертывания базовых сетей с коммутацией каналов обычно проектируются с разделением функций сигнализации (обрабатываемых сервером MSC) от функций, обрабатывающих медиаплоскость (обрабатываемых медиашлюзом). На рисунке 11.1 показана упрощенная архитектура.

Рисунок 11.1. Упрощенная архитектура для CS Voice.

Здесь MSC-сервер включает в себя функции управления вызовами и мобильностью, в то время как медиа, то есть фактические кадры данных, составляющие голосовые вызовы, проходят через медиа-шлюз, который может преобразовывать между различными медиа и транспортными форматами, а также вызывать определенные функции в голосовые вызовы, такие как функции эхоподавления или конференц-связи.Сервер MSC управляет действиями, предпринимаемыми медиа-шлюзом при конкретном вызове, и взаимодействует с домашним регистром местоположения / домашним сервером подписчика (HLR), который обрабатывает данные подписки для пользователей услуг с коммутацией каналов.

Хотя голосовые вызовы в мобильных сетях преобразовывались в потоки цифровых данных с начала 1990-х годов, сами кадры данных не пересылаются между мобильными устройствами и сетями с использованием общих каналов или IP-технологии.

Это означает, что уникальные ресурсы в сети должны быть выделены для каждого голосового вызова на протяжении всего разговора.Соединение устанавливается при установке вызова и поддерживается до завершения вызова, когда сетевые ресурсы высвобождаются. Таким образом, соединения с коммутацией каналов потребляют сетевые ресурсы с фиксированной полосой пропускания и фиксированной задержкой на время вызова. Это также верно, если фактическое общение не происходит, то есть если ни одной из сторон нечего сказать. Пока вызов продолжается, выделенные сетевые ресурсы недоступны для других пользователей. Нет очевидного способа оптимизировать эти ресурсы для нескольких пользователей.

Однако следует отметить, что это в некоторой степени упрощение. Чтобы улучшить использование ресурсов для услуг с коммутацией каналов, были разработаны некоторые механизмы, позволяющие несколько более эффективно использовать доступную полосу пропускания, например, за счет использования периодов молчания в голосовых вызовах и включения мультиплексирования нескольких пользователей в общий канал. Кроме того, в беспроводной системе доступная полоса пропускания в некоторой степени изменяется из-за характеристик радиоканала, изменяющихся во время вызова.Это может привести к изменениям качества голоса, поскольку голосовой кодер адаптируется к изменяющейся среде радиосвязи.

Поскольку голосовые данные для сервисов с коммутацией каналов не передаются с использованием IP-пакетов между устройствами и сетью, также нет способа мультиплексировать несколько сервисов в один и тот же сервисный поток или предоставить стандартный интерфейс прикладного программирования (API). к другим службам или приложениям на устройстве.

Однако услуги пакетной передачи данных в GSM, WCDMA и LTE предлагают IP-соединение между мобильным устройством и узлом шлюза.Это IP-соединение может использоваться для любого IP-приложения и может использоваться несколькими приложениями одновременно. Одно из таких приложений – это, естественно, голос. Более того, вызов как таковой может быть чем-то большим, чем голосовой вызов, и состоять из нескольких мультимедийных компонентов в дополнение к самой голосовой среде.

Теперь перейдем к реализации голоса с использованием IP-технологии, которая в EPS с использованием спецификаций 3GPP достигается с помощью мультимедийной IP-подсистемы – IMS.

Принципы коммутации цепей

Теория коммутации занимается разработкой моделей и методов анализа и синтеза тех схем, в которых информация представлена ​​в дискретной или цифровой форме, в отличие от аналоговой формы, в которой информация представлена ​​непрерывным образом.Применение цифровых технологий в более широком спектре человеческой деятельности уже глубоко повлияло на современную жизнь, и нет видимого предела их полезности в будущем.

Эта книга является продолжением курса по коммутационным схемам, который автор преподает с 1960 года, и задумана как текст, обеспечивающий единое рассмотрение предмета с особым акцентом на теории последовательных цепей. Была сделана попытка включить только те методы, которые были общепринятыми и, похоже, имеют длительное применение.

Первые четыре из девяти глав посвящены основным принципам и теории комбинационных схем. Они вводят системы счисления, двоичные коды, логическую алгебру, функции переключения, анализ и синтез схем комбинационных вентилей (включая NAND, NOR, EXCLUSIVE-OR и EXCLUSIVE-NOR) и пороговую логику, среди других тем. Также рассматриваются алгебраические, геометрические и табличные методы минимизации алгебраических выражений.

Остальная часть книги посвящена теории последовательных цепей.Общая трактовка подчеркивается классификацией работы последовательной схемы как основной или импульсной, и как синхронизированной, так и несинхронизированной. Сравнение двух режимов дополняется примерами разработки, в которых для каждого режима используются одни и те же характеристики задачи. Представлены как алгебраические, так и табличные методы анализа и синтеза этих схем. Включены актуальные темы состояний управления и передач регистров в последовательном дизайне. Книга завершается обсуждением минимизации последовательной схемы, связанной с сокращением таблиц потоков, и проблемой назначения состояний.Предоставляются ответы на выбранные проблемы.

Коммутационные схемы и логика

Цифровые системы повсеместно встречаются в нашей повседневной жизни. Курс будет проведите студентов через путешествие по миру, состоящему из нулей и 1-е. Мы поймем, как простая двоичная логика может достичь сложной вычислительные задачи. Логическая логика является фундаментальной для многих предметов, таких как вычисление цифровой дизайн ИС, автоматизация проектирования электроники (EDA) и даже биологические сети.Знания, полученные в этом курсе, будут полезно для других более продвинутых предметов, таких как Digital Integrated Схемотехника, Введение в автоматизацию проектирования электроники (EDA), Компьютерная организация и архитектура, логический синтез и Проверка, тестирование СБИС и др. Этот курс, Коммутационные схемы и логический дизайн , будет рассказать, как «выключатель» можно использовать в качестве основного строительного элемента для реализация логики / алгебры и реализация цифровых систем.Более того, систематические подходы к оптимизации коммутационных схем будут также представлены. Охватываемые темы: Введение – Системы счисления и преобразование Булева алгебра и ее приложения Комбинированный логический дизайн и его минимизация Карты Карно и двухуровневая логическая минимизация Многоуровневые схемы затворов Проектирование комбинационных схем Мультиплексоры, декодеры и программируемые логические решения Последовательный логический дизайн и его минимизация Защелки и триггеры Регистры и счетчики Анализ цепей тактовой последовательности Вывод графов и таблиц состояний Сокращение государственных таблиц Проектирование последовательной схемы Схемы для арифметических операций Язык описания оборудования: Verilog (основы) Изучая эти предметы, мы узнаем, как большинство электронных систем такие как простые контроллеры лифтов и сложные компьютеры, работают под принцип логической области {0, 1}.На самом деле знания пригодятся не только в конструкции обычных электронных схем, но и в других областях, такие как биологические схемы, квантовые схемы и т. д. Учебник: К. Х. Рот, младший, Основы логического проектирования , 7-е издание, Cengage Learning, 2013 г. См. Также программу курса.

Вероятностные коммутационные схемы в ДНК

Значимость

Биологические организмы демонстрируют сложный контроль над стохастическими состояниями отдельных клеток, но понимание основных молекулярных механизмов остается неполным.Утверждалось, что беспристрастного выбора легко добиться, но выбор, основанный на определенных вероятностях, намного сложнее. Эти природные явления создают инженерный вызов: существует ли простой метод программирования молекулярных систем, которые управляют произвольными вероятностями отдельных молекулярных событий? Здесь мы показываем архитектуру молекулярной схемы, используя простой строительный блок смещения нити ДНК, который функционирует как несмещенный переключатель для создания выходного сигнала схемы с любой желаемой вероятностью.Мы построили несколько цепей ДНК с несколькими слоями и обратной связью, демонстрируя сложную обработку молекулярной информации, которая использует присущую молекулярным взаимодействиям стохастичность.

Abstract

Естественной особенностью молекулярных систем является присущее им стохастическое поведение. Фундаментальная проблема, связанная с программированием систем обработки молекулярной информации, заключается в разработке архитектуры схемы, которая контролирует стохастические состояния отдельных молекулярных событий.Здесь мы представляем систематическую реализацию вероятностных схем переключения, используя реакции смещения цепи ДНК. Используя внутреннюю стохастичность молекулярных взаимодействий, мы разработали простой, непредвзятый переключатель ДНК: цепь входного сигнала связывается с переключателем и высвобождает цепь выходного сигнала с вероятностью половинной. Используя этот беспристрастный переключатель в качестве молекулярного строительного блока, мы разработали схемы ДНК, которые преобразуют входной сигнал в выходной сигнал с любой желаемой вероятностью.Кроме того, эту вероятность можно переключать между 2 ⁿ различными значениями, просто варьируя наличие или отсутствие n различных молекул ДНК. Мы продемонстрировали несколько цепей ДНК, которые имеют несколько слоев и обратную связь, в том числе схему, которая преобразует входную цепь в выходную цепь с восемью различными вероятностями, управляемыми комбинацией трех молекул ДНК. Эти схемы сочетают в себе преимущества цифровых и аналоговых вычислений: они позволяют небольшому количеству отдельных входных молекул управлять разнообразным диапазоном сигналов выходных молекул, сохраняя при этом устойчивость входов к шуму и выходов на точных значениях.Более того, сколь угодно сложные схемы можно реализовать с помощью всего лишь одного типа молекулярных строительных блоков.

Простой, но фундаментальный принцип, лежащий в основе изощренности жизни, заключается в том, что отдельные клетки с одним и тем же геномом могут проявлять разные типы поведения в ответ на стохастические молекулярные события, а доля клеток в данном состоянии может точно регулироваться, что приводит к сложное поведение системы для набора ячеек (1, 2). Во многих случаях случайные события не являются непредвзятым выбором с равными вероятностями.Вместо этого определенные доли клеточных состояний поддерживаются при различных обстоятельствах (3). Подобно биологическим системам, стохастическая обработка информации может также вызвать сложное поведение в сконструированных молекулярных системах. Здесь мы стремимся понять инженерные принципы управления выходом молекулярных цепей с произвольными вероятностями. Поскольку сгенерировать равную вероятность между двумя вариантами, например подбросить монету, просто, мы задаем следующий вопрос: существует ли архитектура молекулярной схемы, которая генерирует выходные данные с любой желаемой вероятностью и, следовательно, с любой желаемой долей молекулярного вида? от непредвзятых молекулярных событий, контролируемых простыми кирпичиками?

Цепи, способные обрабатывать молекулярную информацию, были разработаны для управления сложным поведением в биологических (4⇓ – 6) и биохимических (7⇓ – 9) системах.В частности, сети химических реакций, реализованные с использованием реакций смещения цепи ДНК (10), были предложены в качестве основы для создания произвольной химической кинетики и универсальных вычислений (11). Однако экспериментальные демонстрации теоретического предложения до сих пор ограничивались простыми системами со специфическими функциями, включающими не более трех формальных реакций (12, 13). Более того, во многих случаях мощные архитектуры схем не обязательно требуют полной выразительности сетей химических реакций.Таким образом, исследования по использованию более простых и понятных реализаций смещения цепи ДНК для определенных типов обработки информации, в том числе для цифровых (9, 14) и аналоговых (15, 16) вычислений, продолжают играть важную роль в развитии биохимических схем. .

Цифровые сигналы представляют собой дискретные высокие или низкие концентрации молекулярных частиц, которые соответствуют двоичным входам и выходам, которые включены или выключены, соответственно. Аналоговые сигналы представляют собой непрерывные концентрации молекулярных частиц, которые соответствуют реальным входам и выходам.Здесь вместо идеализированных аналоговых сигналов с бесконечной точностью, которые можно использовать для вычислений за пределом Тьюринга (17), нас интересуют реальные аналоговые сигналы с конечной точностью. Было заявлено, что цифровые и аналоговые вычисления имеют определенные преимущества и поэтому должны сочетаться в биологических и биохимических схемах (18, 19). Например, цифровые вычисления более устойчивы к шуму, а аналоговые вычисления более эффективны при определенных обстоятельствах.Однако нерешенной проблемой является разработка архитектуры схемы ДНК для генерации произвольных аналоговых выходов, управляемых цифровыми входами. Это позволило бы небольшому количеству отдельных входных молекул управлять разнообразным диапазоном сигналов выходных молекул, сохраняя при этом устойчивость входных сигналов к шуму и выходов на точных значениях. Что еще более важно, систематические конструкции схем замещения цепей ДНК до сих пор были сосредоточены только на детерминированных вычислениях. Например, в логических схемах на основе ДНК (7, 9) одни и те же входные сигналы будут давать одни и те же выходные сигналы, будь то в режиме малого числа копий или в большом количестве.

Здесь мы показываем архитектуру молекулярной схемы, которая управляет стохастическими состояниями отдельных молекулярных событий с любой желаемой вероятностью: с теми же входными сигналами и на уровне одной молекулы схема не даст выходного сигнала или будет иметь желаемый результат. В качестве альтернативы схема будет давать один конкретный выход из нескольких возможных выходов. На уровне объема (то есть для набора молекул) архитектура схемы контролирует произвольную долю входных молекул, чтобы обеспечить желаемый результат.Функционально эти схемы обеспечивают выходные сигналы с аналоговой концентрацией I × p, генерируемые с одного входа с аналоговой концентрацией I, для произвольной двоичной и рациональной дроби p, которыми можно управлять с помощью набора цифровых сигналов, которые либо присутствуют, либо отсутствуют.

Наш подход представляет собой систематическую реализацию вероятностных схем переключения с использованием реакций смещения цепи ДНК. В отличие от теории исходных схем переключения, предложенной Шенноном (20), в которой сигналы, поступающие на входную клемму детерминированного переключателя, всегда достигают выходной клеммы, если переключатель включен, и всегда прекращают прохождение, если переключатель находится в положении ВЫКЛ. коммутационные схемы позволяют сигналам проходить через коммутатор с заданной вероятностью (21, 22).Используя внутреннюю стохастичность молекулярных взаимодействий, в нашей реализации каждый входной сигнал ДНК предназначен для связывания с переключателем ДНК и высвобождения выходного сигнала с половинной вероятностью. Составив эти переключатели вместе, можно реализовать произвольные вероятности того, что любой входной сигнал приведет к выходу схемы, с помощью всего лишь одного типа строительного блока ДНК.

Результаты

Проектирование схем.

В вероятностной коммутационной схеме любые компоненты схемы могут быть объединены последовательно или параллельно (рис.1 А ). Каждый вероятностный переключатель или pswitch связан с переменной Бернулли, определяющей вероятность того, что переключатель замкнут. Когда он закрыт, входные и выходные клеммы соединены, и сигнал может распространяться; в противном случае он открыт и сигнал не может пройти. Когда два ps-переключателя с вероятностями p и q объединяются последовательно, сигнал может проходить только в том случае, если оба ps-переключателя замкнуты, и, таким образом, вероятность равна pq. Когда они объединяются параллельно, сигнал может проходить, если какой-либо pswitch замкнут, и, таким образом, вероятность равна 1− (1 − p) (1 − q) = p + q − pq.Расширением pswitch является вероятностный разделитель, в котором входной терминал подключен к одному из двух выходных терминалов с вероятностями p и 1-p. Эквивалентно, разветвленные провода в параллельной конструкции могут быть заменены разветвителем, а PS-переключатель – проводом, что обеспечивает простую молекулярную реализацию для разделения потока сигнала на стыке.

Рис. 1.

ДНК реализация схем вероятностной коммутации. ( A ) Последовательные и параллельные схемы.Справа от каждой цепи указана вероятность подключения ее клемм с учетом вероятности для каждого переключателя и разветвителя. ( B ) Пример замыкания цепи с вероятностью 11/16. Здесь p = 1/2 для всех ps-переключателей и разветвителей. ( C ) Универсальный генератор вероятностей. Двоичные дроби от 0 / 2i до (2i − 1) / 2i реализуются с Si ⋯ S1 = от 0 ⋯ 0 до 1 ⋯ 1. ( D ) Реализация ДНК для каждого компонента схемы. Волнистые линии указывают на короткие домены зацепа, а прямые линии указывают на домены миграции длинных ветвей в цепях ДНК, а наконечники стрелок отмечают их 3´ концы.Звездочки указывают на комплементарность домена. F указывает на флуорофор, а Q указывает на тушитель. Термин 1 × означает стандартную концентрацию, например, 50 нМ. Вероятность по умолчанию p = 1/2, что реализуется с помощью c1 = c2. ( E ) Механизм реакции для сигнального вида, взаимодействующего с воротным видом.

Теоретически было показано, что с помощью пс-переключателей с вероятностью 1/2 можно реализовать произвольные n-битные двоичные дроби с помощью n пс-переключателей (21). Конструкция довольно проста: считайте от младшего к старшему значащему биту, добавьте переключатель 1/2 ps параллельно, если бит равен 1, и добавьте его последовательно, если бит равен 0 (рис.1 В ). Допуская обратную связь в схемах, произвольная рациональная дробь a / b с a≤b≤2n может быть реализована с помощью n разветвителей (22).

Используя 2n переключателей, включая детерминированные переключатели, переключатели 1/2 ps и делители, можно систематически построить схему, которая отображает n цифровых входов на все 2n n-битные двоичные дроби (21). Схема называется универсальным генератором вероятностей (UPG). Однобитовый UPG состоит из детерминированного переключателя, управляемого сигналом S1, и переключателя 1/2 ps (рис.1 С ). Когда S1 выключен, цепь разомкнута и выход равен 0. Когда S1 включен, цепь замыкается с вероятностью 1/2. I-битный UPG рекурсивно создается путем добавления разделителя 1/2 и детерминированного переключателя к (i-1) -битному UPG. UPG функционально эквивалентен цифро-аналоговому преобразователю, за исключением того, что выходное значение I × (Si ⋯ S1) / 2i управляется не только набором цифровых сигналов S1 – Si, но также входом I аналоговой схемы.

Три типа переключателей могут быть реализованы с помощью одного типа молекулы ДНК (рис.1 D ). Для проверки работы схемы аналоговый сигнал и репортер будут помещены на входной и выходной клеммы соответственно. Произвольный сигнал Ix реализуется с помощью вида одноцепочечной ДНК, который имеет 15-нуклеотидный исторический домен (Sh) и два 6-нуклеотидных домена фиксации (T), фланкирующих 15-нуклеотидный домен миграции ветвей (Sx). Концентрация Ix соответствует его аналоговому значению.

Детерминированный переключатель реализован с частично двухцепочечным типом затвора Gate (Ix → Iy), который имеет сигнальную цепь Iy с его 5′-концом, наполовину связанным с комплементарной цепью, которую мы называем нижней цепью затвора.У него есть открытая область опоры на 3 ‘конце. Тип затвора будет присутствовать или отсутствовать, в зависимости от того, включен или выключен сигнал переключения Si. Если переключатель включен, входной сигнал Ix будет преобразован в выходной сигнал Iy посредством реакции необратимого смещения цепи (23) (рис. 1 E ): входная цепь сначала связывается с затвором через непокрытую область опоры. Миграция ветвей происходит, когда два домена Sx во входной и выходной цепях конкурируют за связывание с комплементарным доменом на нижней цепи затвора.Когда миграция ответвления продолжается до 3 ‘конца входа, выходная цепь будет освобождена от затвора и станет активным сигналом.

Вероятностный переключатель реализован с двумя видами вентилей: один такой же, как детерминированный переключатель, а другой – вентиль (Ix → ∅), который потребляет входной сигнал без генерации каких-либо активных выходных сигналов (рис. 1 D ). Два вида ворот будут конкурировать друг с другом за взаимодействие с входной цепью, и результат конкуренции зависит от скоростей двух реакций, которые, в свою очередь, зависят от концентраций видов ворот и констант скорости.Константа скорости реакции смещения нити в первую очередь определяется стандартной свободной энергией опоры (24), и, таким образом, использование одной и той же опоры для обеих реакций приведет к примерно одинаковой константе скорости, позволяя просто контролировать конкуренцию с помощью концентрации ворот. Точно так же вероятностный разделитель также реализован с двумя типами затворов с одинаковой концентрацией, каждый из которых генерирует отдельный выходной сигнал с вероятностью 1/2 (рис. 1 D ).

Репортер преобразует выходную цепь в флуоресцентный сигнал, который затем может быть измерен с помощью спектрофлуориметра.Молекула-репортер имеет две цепи ДНК, одна из которых модифицирована флуорофором, а другая – гасителем (рис. 1 D ). Он взаимодействует с сигнальной цепью точно так же, как и гейт, но по завершении реакции необратимого смещения цепи флуорофор отделяется от гасителя, что приводит к усилению флуоресценции.

Простые схемы.

Мы начинаем экспериментальную демонстрацию с одного переключателя 1/2 пс и разветвителя ( SI Приложение , рис.S1 A и B ). Сначала мы разработали второй вид ворот Gate (Ix → ∅) в pswitch так, чтобы он не имел хвоста. Хвост у других видов ворот содержит домен миграции ответвлений и домен опоры – как только сигнал высвобождается из ворот, эти домены могут затем участвовать в реакциях с воротами ниже по потоку. Поскольку второй тип затвора в PS-коммутаторе не должен генерировать активный сигнал, отсутствие хвоста – самый простой способ удовлетворить это. В отличие от pswitch, второй тип затвора в разветвителе должен иметь хвост для генерации другого активного сигнала, что было единственной разницей между двумя тестируемыми нами схемами.Для простоты мы оставили второй выход разветвителя неподключенным к какому-либо выходному вентилю или репортеру. При такой настройке мы ожидали, что две схемы будут производить одинаковый выходной сигнал при одинаковом входном сигнале. Однако экспериментальные данные показали, что выходной сигнал PS-переключателя был заметно меньше, чем у разветвителя ( SI Приложение , рис. S1 C ). Мы предположили, что непокрытый зацеп в хвосте воротникового вида мог обратимо связываться с дополнительным зацепом в нижней нити ворот, образуя петлевую структуру ( SI Приложение , рис.S1 D ). В этом случае в любой момент времени только часть типа затвора сможет взаимодействовать с входным сигналом в соответствии с планом, что приведет к более медленной скорости реакции по сравнению с таковой у видов затвора без хвоста. Таким образом, реальная вероятность срабатывания переключателя была меньше предполагаемой.

Чтобы решить эту проблему опоры, мы внесли два изменения в конструкцию: во-первых, хвост добавлен ко второму типу ворот во всех pswitches, но с доменом поли-A (S0) вместо домена активной миграции ветвей.Таким образом, два конкурирующих вида ворот теперь структурно одинаковы. Во-вторых, используются три различных опоры вместо одной универсальной опоры ( SI Приложение , рис. S1 E ). С помощью простого правила назначения опорных точек зацепление в хвосте любого вида ворот будет отличаться от такового в нижней нити: выберите самый длинный путь от входа схемы к выходу и назначьте по две опоры для каждого вида сигналов вдоль пути, в порядке, указанном в приложении SI , рис.S1 E . Проследите все остальные пути от выхода схемы до входа и назначьте оставшиеся точки опоры на основе существующих.

С этими изменениями мы построили однобитовый UPG (рис. 2 A и B ). Чтобы преобразовать необработанный сигнал флуоресценции в концентрацию выходного сигнала, мы ввели этап запуска после эксперимента, который непосредственно генерирует изменение опорного выходного сигнала, которое затем использовалось для нормализации данных ( SI Приложение , рис.S2). Чтобы сравнить данные с ожидаемым поведением схемы, мы смоделировали набор реакций смещения цепей, используя кинетику массового действия. Поскольку мы спроектировали три опоры с одинаковой энергией связи, для упрощения модели мы использовали единую константу скорости для всех реакций. В соответствии с моделированием, схема не давала примерно никакого выхода и 1/2 выхода, когда детерминированный переключатель был выключен и включен, соответственно (рис. 2 C ).

Рис. 2.

Простые схемы. ( A – C ) Принципиальная схема ( A ), виды ДНК ( B ), а также эксперименты по моделированию и кинетике флуоресценции ( C ) однобитового универсального генератора вероятностей.Ошибка схемы ДНК составляет 0,031 ± 0,024 при сравнении последней точки данных с ожидаемым выходным сигналом схемы. ROX – это название флуорофора, а RQ – название гасителя, используемого в Rep6. ( D – F ) Принципиальная схема ( D ), дополнительные виды ДНК ( E ), а также эксперименты по моделированию и кинетике флуоресценции ( F ) двухбитового универсального генератора вероятностей. Ошибка схемы ДНК составляет 0,027 ± 0,010 при сравнении последней точки данных с ожидаемым выходным сигналом схемы.Пунктирные линии – экспериментальные данные, а сплошные линии – моделирование. Таблицы истинности показывают ожидаемые значения аналогового выхода на основе сигналов цифрового переключения, и значения такие же, как уровни завершения реакции, показанные при моделировании примерно через 25 минут. Моделирование проводилось путем решения набора обыкновенных дифференциальных уравнений, полученных из перечисленных реакций, с использованием кинетики массового действия. k = 6.5 × 105⋅M⋅s − 1 использовалось во всех расчетах.

Добавив разветвитель и второй детерминированный переключатель, мы построили двухразрядный UPG (рис.2 D и E ). Схема правильно произвела ожидаемый выходной сигнал для всех четырех комбинаций двух цифровых коммутационных сигналов (рис. 2 F ), предполагая, что три типа переключателей хорошо составляют многослойную схему с ответвлениями.

Чтобы оценить предсказательную силу простой модели, мы использовали ту же константу скорости, оцененную из однобитового эксперимента UPG, для моделирования двухбитового UPG: данные и результаты моделирования полуколичественно согласуются друг с другом (рис.2 Ф ). Регулировка константы скорости в моделировании привела к лучшему соответствию данным ( SI Приложение , рис. S3 B ), что неудивительно, учитывая, что в двухбитном UPG использовалась дополнительная последовательность опорных точек (T1). Реакции утечки между входящими и выходящими видами ворот (или между воротами вверх по потоку и репортером ниже по потоку) могут быть включены в моделирование, чтобы лучше объяснить постепенное увеличение сигнала на выходных траекториях ( SI Приложение , рис.S3 C ). Также разумно предположить, что в экспериментах может иметь место погрешность до 10% входной концентрации из-за ошибок пипетирования, а также потери сигнала из-за ошибок синтеза в цепях ДНК. С этими двумя модификациями модели, моделирование количественно соответствовало данным ( SI Приложение , рис. S3 C ).

Более сложные схемы.

Затем мы хотели понять, достаточно ли надежна архитектура схемы для увеличения размера схемы.Чтобы исследовать это, мы построили трехразрядный UPG (рис. 3 A ). Это произошло тогда, когда мы столкнулись с проблемой с одним из разделителей: он давал примерно 0,4 вместо желаемых 0,5 ( SI Приложение , рис. S4). Мы предположили, что либо эффективная концентрация одного вида ворот в этом разветвителе была на 50% выше, чем у другого, либо константа скорости для входного сигнала, взаимодействующего с одним затвором, была больше, чем с другим, что в обоих случаях приводило к тому, что один путь реакции был Быстрее.В любом случае желаемое поведение схемы должно быть восстановлено за счет уменьшения концентрации ворот, участвующих в более быстром пути. Действительно, с 2/3-кратной концентрацией логического элемента в более быстром пути, схема выдавала желаемый выходной сигнал для всех возможных трехбитовых сигналов переключения (рис. 3 B ). Поскольку ошибки синтеза, концентрации и дозирования могут повлиять на желаемое молекулярное поведение (14), важно, чтобы архитектура схемы позволяла простой метод настройки отдельных компонентов и восстановления общей функции схемы.

Рис. 3.

Более сложные схемы. ( A и B ) Принципиальная схема ( A ) и эксперименты по моделированию и кинетике флуоресценции ( B ) трехразрядного универсального генератора вероятностей. Ошибка схемы ДНК составляет 0,017 ± 0,004 при сравнении последней точки данных с ожидаемым выходным сигналом схемы. ( C – E ) Принципиальная схема ( C ) и эксперименты по моделированию и кинетике флуоресценции цепи без обратной связи ( D ) и с обратной связью ( E ) для генерации рациональных дробей.Ошибка схемы ДНК без и с обратной связью составляет 0,027 ± 0,007 и 0,020 ± 0,007, соответственно, при сравнении последней точки данных с ожидаемым выходом схемы. Пунктирные линии – экспериментальные данные, а сплошные линии – моделирование. Чтобы компенсировать наблюдаемую разницу между двумя реакционными путями в сплиттере ( SI Приложение , рис. S4), в экспериментах, показанных в B , использовали Gate (I1 → I2) = 2/3 × вместо 1 ×. . Аналогично, Gate (I3 → I7) = 2/3 × использовался в экспериментах, показанных в D и E .

Подобно двухразрядному UPG, моделирование с использованием более простой модели полуколичественно согласовывалось с экспериментальными данными (рис. 3 B ), а моделирование с использованием более сложной модели, включая реакции на утечку, привело к лучшему согласованию ( SI Приложение ). , Рис. S5). Допущение различных констант скорости для реакций, включающих различные опорные точки и домены миграции ветвей, обеспечило еще более идеальное соответствие данным ( SI Приложение , рис. S6).

Наконец, мы продемонстрируем всю мощь вероятностных схем переключения, построив цепь обратной связи, которая реализует две рациональные доли: 1/3 и 2/3 (рис.3 C и SI Приложение , Рис. S7 A ). Схема состоит из двух сплиттеров в каскаде, при этом один выход расположенного ниже по потоку разветвителя соединен с входом вышестоящего разветвителя. Без обратной связи вероятность того, что входящая молекула достигнет каждого из двух выходных терминалов, равна 1/2 и 1/4 соответственно. С обратной связью входная молекула всегда имеет 1/4 вероятности следовать по петле, и, таким образом, общая вероятность достижения ею одного из двух выходных терминалов складывается просто путем сложения вероятностей: ∑n = 1∞1 / 2 × (1 / 4) n − 1 = 2/3 и ∑n = 1∞1 / 4 × (1/4) n − 1 = 1/3 соответственно.Как и в случае с трехбитным UPG, нам пришлось снизить концентрацию одного вида ворот. Но после этой простой настройки схема выдавала ожидаемый выходной сигнал как без обратной связи, так и с ней. Опять же, моделирование с использованием простой модели (рис. 3 D и E ) и сложной модели ( SI Приложение , рис. S7 B ) полуколичественно и количественно воспроизводило экспериментальные данные, соответственно.

Теоретически многие классы схем вероятностного переключения, включая все UPG и некоторые схемы обратной связи, на удивление устойчивы с несовершенными строительными блоками: если ошибка каждого pswitch ограничена, общая ошибка схемы ограничена константой кратно ϵ, независимо от размера схемы (25).В наших экспериментах погрешность наименьшей схемы составляла 3,1%, а наибольшая – 1,7%, а ошибки всех остальных схем находились между этими двумя значениями (обозначения на рис. 2 и 3).

Обсуждение

Мы использовали ровно один тип ворот, чтобы построить все три типа переключателей, необходимых для произвольных вероятностных схем переключения. Структура ворот аналогична структуре качающихся ворот (9, 26), за исключением того, что в сигналы включается дополнительная опора, чтобы сделать реакции необратимыми.В отличие от архитектуры схемы качелей, в которой пороговое значение требовалось для общей функции схемы и было реализовано путем конкуренции между быстрым и более медленным путем, все реакции в схемах pswitch требуют только одной скорости, которая может быть близкой к максимальной скорости смещения цепи ДНК. реакции. В результате все схемы ДНК, которые мы продемонстрировали, давали желаемые выходные сигналы всего за несколько минут, которые были на один-два порядка быстрее, чем схемы качелей.

Беспристрастный переключатель ДНК, который мы разработали, просто использует присущую молекулярным взаимодействиям стохастичность: если одна молекула может реагировать с двумя разными молекулами, она будет реагировать с той, с которой она сталкивается первой, посредством случайной диффузии.Кто-то может спросить, поскольку равная вероятность может быть реализована при равной концентрации двух реактивных молекул, почему бы не использовать разные концентрации разных реактивных молекул для создания смещенной вероятности? Да, это возможно, но это было бы ненадежно – если бы какие-либо изменения окружающей среды привели к колебаниям концентраций, функция цепи вышла бы из строя. Однако, если речь идет только о непредвзятом выборе, точные концентрации реактивных молекул могут варьироваться, пока их концентрации остаются равными друг другу.Например, должно быть возможно сделать переключатель или разделитель 1/2 пс в форме димера: два типа ворот могут быть связаны вместе несколькими способами ( SI Приложение , рис. S8), и комплексы, включающие оба элемента затем может быть очищен в геле. Таким образом, концентрация ворот должна быть одинаковой. Тот факт, что произвольные двоичные и рациональные дроби могут быть реализованы с использованием только переключателя 1/2 ps и разделителя, имеет решающее значение для возможности совершенствования строительного блока и обеспечения еще более надежного построения все более сложных схем.Однако, чтобы по-настоящему продемонстрировать совершенно беспристрастный переключатель, потребуются дальнейшие исследования для изучения различных конструкций и понимания их компромиссов.

Есть по крайней мере два других аспекта схем вероятностного переключения на основе ДНК, которые заслуживают дальнейшего изучения: во-первых, мы использовали эксперименты по кинетике объемной флуоресценции для наблюдения за поведением схемы, но в принципе можно было наблюдать стохастические состояния отдельных молекулярных событий. в каплях (27, 28), на поверхности микрочастиц (29) или на поверхности ДНК-оригами (30, 31).Во-вторых, мы использовали простую конструкцию зажима для уменьшения нежелательных реакций утечки между компонентами контура ( Материалы и методы ), что было не очень эффективно. Увеличение сложности этих схем потребует более совершенной конструкции для устранения нежелательных реакций, например, за счет использования механизмов без утечек (32).

Вероятностные коммутационные схемы на основе ДНК могут быть непосредственно скомпонованы вместе с ранее разработанными аналоговыми схемами на основе ДНК (11, 13). С переработанной конструкцией детерминированных переключателей ( SI Приложение , рис.S9), схемы также могут быть составлены вместе с ранее разработанными логическими схемами на основе ДНК (9) и нейронными сетями (26). Интеграция нескольких схемных архитектур позволит более мощно обрабатывать молекулярную информацию в сложных биохимических средах, в то время как каждая часть схемы может быть оптимизирована для конкретной задачи, сочетая надежность и эффективность. Более того, то, что мы здесь показали, может иметь значение для естественных молекулярных систем в биологии и химии, а также для инженерных молекулярных систем в материаловедении и медицине: любая желаемая вероятность отдельного молекулярного события, ведущего к любой желаемой доле молекулярных видов на конкретное состояние может быть сгенерировано только из одного типа молекулярного строительного блока, который генерирует равную вероятность между двумя вариантами, так же просто, как подбросить монету.Наконец, теперь возможно создание инженерных молекулярных систем с программируемым стохастическим поведением в простых и разделенных на части средах, и связь между этими простыми системами может привести к сложному глобальному поведению.

Материалы и методы

Все последовательности ДНК перечислены в приложении SI, приложение , таблицы S1 и S2. Зажим размером 1 нт был использован во всех нижних цепях затвора для уменьшения нежелательных взаимодействий затвор-затвор. Олигонуклеотиды ДНК были приобретены у Integrated DNA Technologies.Все виды ворот и репортеров были отожжены при 20 мкМ в буфере 1 × TE с 12,5 мМ Mg ²⁺ . После отжига вентили очищали с помощью 15% PAGE. Эксперименты по кинетике флуоресценции проводили при 25 ° C.

Благодарности

Мы благодарим D. Y. Zhang и E. Winfree за обсуждения. D.W., J.B. и L.Q. были поддержаны грантом NSF Expedition in Computing (0832824). L.Q. была также поддержана наградой за карьеру в научном интерфейсе от фонда Burroughs Wellcome Fund (1010684) и премией факультета раннего развития карьеры от NSF (1351081).

Сноски

• Вклад авторов: J.B. and L.Q. спланированное исследование; Д.В. и L.Q. проведенное исследование; Д.В. и L.Q. проанализированные данные; и D.W., J.B. и L.Q. написал газету.

• Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

• Эта статья представляет собой прямое представление PNAS.

• Эта статья содержит вспомогательную информацию на сайте www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1715926115/-/DCSupplemental.

• Copyright © 2018 Автор (ы). Опубликовано PNAS.

Высоковольтные схемы переключения полевых МОП-транзисторов

См. Тестовые силовые МОП-транзисторы, результаты IGBT, наблюдения

Льюиса Лофлина

См. Видео Учебное пособие по переключению на полевых МОП-транзисторах высокого напряжения

На этой странице обсуждаются и рассматриваются схемы переключения силовых транзисторов MOSFET. Особое внимание уделяется схемам переключения более высокого напряжения.Я буду использовать силовые полевые МОП-транзисторы IRF630 и IRF9630. Я также подчеркну изоляцию оптопары цепей питания от микроконтроллера.

Обновление

, декабрь 2019 г. Сегодня многие микроконтроллеры используют напряжение постоянного тока 3,3 В. Это также верно и для Raspberry Pi. Я нашел два полевых МОП-транзистора, которые работают от 3,3 В.

IRFZ44N – это N-канальное устройство с номинальным напряжением 55 В и сопротивлением RDS (включено) не более 0,032 Ом. Другой – это устройство с P-каналом, рассчитанное на 55 В и RDS (включено) не более 0,02 Ом.

См. Следующие спецификации:

Также см. Тестовые силовые МОП-транзисторы, результаты, наблюдения

Рис.1 N-канальная оптоизолированная схема переключения полевого МОП-транзистора с использованием IRF630

На рис. 1 используется N-канальный IRF630 с оптопарой типа 4N25. Обратите внимание на резистор 5,2 кОм и стабилитрон на 12 В. Это обеспечивает 12 вольт для включения Q1 при включении транзистора 4N25.

Напряжение затвор-исток Q1 ограничено до 20 вольт, а напряжение пробоя коллектора транзистора 4N25 ограничено примерно до 30 вольт. Это безопасно обеспечивает 12-вольтовое напряжение для включения Q1. Имейте в виду, что полевой МОП-транзистор Q1 работает от напряжения и накапливает заряд из-за емкости затвор-исток.

Для выключения Q1 должен присутствовать резистор утечки затвора 15 кОм.

Когда на вход оптопары подается + 5В, внутренний светодиод включает выходной транзистор. Это переключает +12 вольт на затвор Q1, включая Q1, создавая путь тока для Ids.

При включении оптопары резистора сброса затвора 15K отключается Q1.

Рис. 2 Схема переключения оптоизолированного МОП-транзистора с P-каналом с использованием IRF9630

На рис. 2 показано, как использовать МОП-транзистор IRF9630 с P-каналом для переключения положительной стороны источника питания на лампочки, действующие в качестве нагрузки.

Входной оптопара и Q1 работают так же, как на рис. 1. Хотя здесь показаны подключения к отдельному источнику питания 12 В, можно использовать ту же комбинацию резистора и стабилитрона, показанную на рис. 1.

Я использую полевой МОП-транзистор IRF630 для Q1 из-за высокого напряжения в цепи делителя напряжения на стабилитроне. Когда Q1 переключается, ток не течет, и у нас нет падения напряжения на стабилитроне – Q2 отключается.

Когда Q1 включен, ток Ik создает разницу в 12 вольт на стабилитроне, таким образом, затвор-исток Q2, включая Q2.Стабилитрон ограничивает Vgs на Q2 до уровня ниже 20 вольт.

Пока у нас есть Ik Q2 включится. Когда Q1 выключен, Ik выключен. Управляющий резистор на затворе 15 кОм на стабилитроне разряжает затвор Q2, выключая Q2.

Новый апрель 2018 г .:

Домашняя страница Hobby Electronics и домашняя страница для веб-мастеров (Off site.)

Аналоговые выходы и схемы переключения – Измерения Рика для мехатроники Примечания

Иногда вывода ШИМ с помощью analogWrite () достаточно для управления такими вещами, как скорость двигателя постоянного тока или воспринимаемая яркость светодиодной лампы.Для других приложений вам может потребоваться постоянное выходное напряжение постоянного тока. Если ваш микроконтроллер поддерживает настоящий цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), вы можете получить значения от 0 до простого использования analogWrite () для вывода ЦАП. Но что, если у вас есть только ШИМ, или если вам нужно напряжение больше, чем?

Сглаживающий выход ШИМ

Резистор от выхода ШИМ (красный провод), соединенный последовательно с конденсатором, ведущим к земле (зеленый провод), даст сглаженное напряжение на переходе (желтый провод).

Вернитесь назад и запомните RC-цепи и постоянные времени.Подключите резистор к выходу PWM (красный провод). Подключите конденсатор (обжатый конец плюса) от резистора к земле (зеленый провод). Измерьте напряжение в месте пересечения конденсатора и резистора (желтый провод) с помощью устройства с высоким импедансом, например аналогового входа, осциллографа или мультиметра.

Постоянная времени выражается в микросекундах, если сопротивление выражено в Омах, а емкость – в мкФ, поэтому резистор 10 кОм и конденсатор 33 мкФ дают около трети секунды для действительно плавных переходов.Переключение на 2,2 мкФ дает 22 мс, что довольно хорошо соответствует человеческому масштабу, при этом усредняясь по многим циклам ШИМ. На приведенном ниже графике показаны результаты для различных комбинаций резистора и конденсатора. Прямое соединение, похоже, имеет частотную характеристику, скомпрометированную другими цепями. Желтые квадраты 2,2 мс зашумлены, в то время как красные символы 33 мс и треугольники 47 мс реагируют быстро, но внимательно следят за ними. Серые ромбы 330 мс существенно отстают. Частота дискретизации была недостаточно высокой для разрешения ШИМ, поэтому соединение точек дало бы частоту кажущихся колебаний с наложением.

Отклик RC-цепи на сигнал ШИМ, измеренный на аналоговом порту Arduino UNO. Обратите внимание, что различные комбинации резистора и конденсатора дают разные постоянные времени.

Отбор любого значительного тока из этой RC-цепи изменит отклик, поэтому ее можно напрямую подключить только к цепи с высоким импедансом, такой как усилитель или измерительное устройство.

После напряжения с операционным усилителем

Для управления другой схемой с аналоговым выходом используйте операционный усилитель в качестве повторителя напряжения или буферного усилителя.Если вам нужно, чтобы выходное напряжение было выше, используйте схему неинвертирующего усилителя с обратной связью.

Если вы используете почтенный операционный усилитель 741, вам понадобится источник питания, который работает значительно выше и ниже (указано мин. +/- 10 В) желаемого диапазона выходного сигнала. Использование операционного усилителя типа rail-to-rail, такого как один из семейства TLV246x, поможет вам избежать этой проблемы.

Часто вам нужно включать и выключать электрическую цепь под управлением вашего Arduino. Микроконтроллер может управлять только небольшими напряжениями и токами, поэтому вам потребуются дополнительные компоненты для любых значительных нагрузок.

Коммутация постоянного тока с помощью NPN-транзистора

NPN-транзистор, подобный этому PN2222, можно использовать для переключения нагрузки постоянного тока до примерно 500 мА непрерывно или до 1 А. В этом руководстве представлен подробный рецепт управления маленьким мотором.

NPN-транзистор, подобный этому PN2222, можно использовать для переключения нагрузки постоянного тока до 500 мА непрерывно или до 1 А.

На фото выше показан маленький и дешевый PN2222 (около 25 центов в небольших количествах). Желтый светодиод подключается в качестве нагрузки к коллектору на правом контакте, а сигнал подключается к базе на среднем контакте через ограничивающий ток резистор 220 Ом.Левый вывод эмиттера подключается к земле через черный провод сзади.

Транзистор Дарлингтона (около 1 доллара за штуку в небольших количествах) для работы с несколько более высокими токами без полного расходования полевого МОП-транзистора.

Коэффициент усиления по току на транзисторе PN2222 варьируется от 35 до 300, в зависимости от условий, поэтому ток коллектора-эмиттера всегда будет в 35 раз выше, чем ток базы-эмиттера. Падение напряжения от базы к эмиттеру будет от 0,6 до 2 вольт, поэтому падение напряжения на резисторе (220 Ом) на базе будет не менее 3 вольт для сигнала 5 вольт.По закону Ома ток тогда будет не менее 13,6 мА, позволяя току не менее 13,6 x 35 = 476 мА протекать через нагрузку и коллектор-эмиттерный путь через транзистор.

Вы можете использовать тот же подход с транзистором Дарлингтона (около 1 доллара каждый в небольших количествах) для работы с несколько более высокими токами без полного расходования MOSFET. Обратите внимание, что расположение выводов отличается у Darlington справа (сигнал, нагрузка, заземление на базу, коллектор, эмиттер, слева направо) и PN2222 выше.

Коммутация постоянного тока с помощью полевого МОП-транзистора

В этой записи блога bildr показано, как использовать N-канальный MOSFET (около 2 долларов каждый в небольших количествах) в качестве переключателя постоянного тока, которым вы можете управлять с помощью выхода Arduino. Я использовал IRLB8721, который выдерживает до 62 ампер низкого напряжения при комнатной температуре. Такой подход к переключению MOSFET является излишним для малых токов, и вы можете использовать более легкий переключающий транзистор, чтобы сэкономить деньги и уменьшить объем.

Черный провод на фотографии соединяет правый контакт (Источник) с землей.Средний вывод (Drain) подключен к минусу нагрузки, на фото светодиод. Левый контакт (Gate) подключен к сигналу от выходного контакта Arduino через желтый провод. Ток будет течь, если сигнал положительный, и отключится, если он отрицательный. Добавление подтягивающего или понижающего резистора к выводу затвора может гарантировать, что полевой МОП-транзистор включен или выключен, даже если сигнал не подключен.

Имейте в виду, что вы можете использовать ШИМ для сигнала, чтобы получить тот же эффект – более тусклый свет или более низкие скорости двигателя – как при использовании более низкого аналогового напряжения.

Пластина радиатора напрямую соединена со сливным штырем, поэтому при ее случайном заземлении через нагрузку может протекать ток, в основном включающийся. Если вам нужно включить положительную сторону нагрузки, вы должны рассмотреть MOSFET с каналом P вместо канала N. Показанная здесь конфигурация с N-каналом и стороной низкого давления является предпочтительной из-за простоты и низкого сопротивления DS во включенном состоянии, что приводит к меньшим потерям мощности и меньшему рассеиванию тепла.

На схеме показана индуктивная нагрузка, такая как двигатель, в комплекте с обратным диодом , чтобы избежать скачков напряжения при выключении нагрузки.1N4001 годится для среднего тока 1 А с временными пиками до 30 А. Для простого включения / выключения вам, вероятно, удастся избежать пикового рейтинга, но ШИМ продолжает включаться и выключаться с высокой частотой, поэтому средний рейтинг будет лучшим пределом. Для лучшего переключения двигателей постоянного тока купите полный драйвер или контроллер двигателя с Н-мостом.

Если ваша нагрузка представляет собой щеточный двигатель постоянного тока, вам, вероятно, понадобится небольшой керамический конденсатор, подключенный прямо к двигателю вместе с диодом, чтобы уменьшить радиочастотный шум контакта щетки от искрения.Вам также понадобится электролитический конденсатор гораздо большего размера, соединяющий положительный полюс источника питания с землей, чтобы избежать нарушения заземления, которое разделяет цепь вашего двигателя с микроконтроллером. Для значительных токов двигателя этот комплектный драйвер двигателя с H-мостом, вероятно, лучше решает вопрос о силовых конденсаторах, как этот драйвер Pololu с пиковым током 30 А, который обеспечивает место для 2 или 3 конденсаторов в диапазоне 330 мкФ.

Коммутация нагрузок переменного тока с помощью SSR

Даже не думайте о подключении цепей переменного тока, если у вас нет подготовки и навыков, чтобы делать это безопасно.

Твердотельные реле

– это то, на что они похожи. В них используются полупроводниковые схемы переключения вместо коммутации электромеханических контактов в традиционных реле. Цепи следуют за переменным напряжением, чтобы позволить им переключаться только тогда, когда напряжение пересекает ноль. Они обеспечивают полную изоляцию вашей цепи управляющего сигнала Arduino от потенциально опасного переменного тока.

Светодиод в цепи между контактами 3 и 4 излучает свет при наличии положительного напряжения возбуждения.Этот свет обнаруживается цепью нулевого напряжения на стороне переменного тока как сигнал для переключения цепи переменного тока высокого напряжения, поэтому между ними нет электрического контакта.

ТТР

могут быстро переключаться без движущихся частей, однако они добавляют некоторое сопротивление цепи даже при включении, снижая эффективность работы. Будьте осторожны с поддельными SSR, которые могут работать, но не соответствуют номинальной мощности.

SSR могут быстро переключаться без движущихся частей, однако они добавляют некоторое сопротивление цепи даже при включении, снижая эффективность работы.

Все, что вам действительно нужно знать, это то, что включение и выключение цепи переменного тока домашнего напряжения под управлением программного обеспечения так же просто, как включение светодиода внутри оптически изолированного твердотельного реле (SSR), поэтому посмотрите это: (видео 1:30)

Пример применения

: управление холодильником с помощью SSR

Мой холодильник создавал шум на фоне моих видео. Вот схема, которую я использовал для временного отключения, и код Arduino для управления ею.Не пытайтесь это сделать, если у вас нет навыков, чтобы делать это безопасно, и не соблюдайте местные правила установки электрооборудования. (видео 7:32)

Переключатель холодильника стал более сложным, когда я попытался использовать более мощный в вычислительном отношении микроконтроллер для реализации тех же возможностей. Мощность процессора M0 находится под управлением программного обеспечения и может быть недостаточно высокой для работы некоторых устройств вывода. Это расширенное тематическое исследование является хорошим примером устранения неполадок и решения проблем на практике.Это будет особенно полезно для аспирантов, работающих над проектами IOT. (видео 14:50)

Основная функция схемы | carlingtech.com

Схема – это замкнутый контур, по которому может течь электричество. Замкнутая цепь обеспечивает непрерывный поток электричества от источника питания через проводник или провод к нагрузке, а затем обратно к земле или источнику питания.Разрыв цепи . не будет проводить электричество, потому что воздух или какой-либо другой изолятор остановили или прервали ток в контуре.

Переключатели постоянного / мгновенного действия

Carling предлагает широкий спектр конфигураций цепей с функциями как поддерживаемого, так и мгновенного переключения. Поддерживаемый переключатель поддерживает режим или положение, в котором он приводится в действие. Например, при переключении в положение «ON» переключатель будет оставаться в положении «ON» до тех пор, пока он физически не будет переключен в другое положение.

Переключатель без фиксации – это переключатель с пружинным возвратом, который автоматически возвращается в исходное положение или в исходное положение. Простым примером мгновенного переключателя может быть дверной звонок, который автоматически возвращается в исходное положение «ВЫКЛ», когда больше не приводится в действие.

В каталогах компании Carling Technologies кратковременные цепи обозначены скобками . Например, схема дверного звонка будет представлена ​​как (ВКЛ) -НЕТ-ВЫКЛ, где (ВКЛ) – это текущее положение.

нормально открытый / нормально закрытый

Переключатели мгновенного действия могут быть описаны как нормально разомкнутые или нормально замкнутые, что означает исходное положение переключателя или его состояние покоя. нормально открытый или Н.О. У мгновенного переключателя есть одна или несколько цепей, которые разомкнуты, когда исполнительный механизм переключателя находится в нормальном или исходном положении. «Обрыв» цепи – это неполная цепь с «открытым пространством» между контактами. Следовательно, нормально разомкнутая цепь также может называться «нормально ВЫКЛ».

Нормально замкнутый переключатель или переключатель мгновенного действия N.C. имеет одну или несколько цепей, которые замыкаются, когда исполнительный механизм переключателя находится в нормальном или исходном положении. Замкнутый контур – это замкнутый контур. Поэтому нормально замкнутая цепь также может называться «нормально включенной».

Бросок

Ход переключателя – это количество цепей, которыми можно управлять с помощью любого одного полюса. Обычно количество включенных положений переключателя совпадает с количеством бросков.Однопозиционный переключатель (ST) размыкает или замыкает цепь только в одном из крайних положений своего привода, наиболее распространенным примером является переключатель ВКЛ-НЕТ-ВЫКЛ. Переключатель двухпозиционного переключателя (DT) размыкает или замыкает цепь в обоих крайних положениях своего привода, распространенным примером является переключатель ВКЛ-НЕТ-ВКЛ.

ВКЛ-НЕТ-ВЫКЛ

Цепи ВКЛ-НЕТ-ВЫКЛ или ВКЛ-ВЫКЛ – это поддерживаемая одноходовая двухпозиционная схема переключателя. Как правило, для основных однополюсных выключателей без подсветки положение ВКЛ замыкает цепь на клеммах 2 и 3 переключателя.Для основных двухполюсных выключателей без подсветки цепь замыкается на клеммах 2 и 3, 5 и 6.

Если переключатель установлен вертикально, вы должны нажать на верхнюю часть кулисного привода или нажать на рычажный привод вверх, чтобы перевести переключатель в положение ВКЛ. Вы должны нажать на нижнюю часть тумблера или переместить тумблер вниз, чтобы установить переключатель в положение «ВЫКЛ.», При котором все переключающие цепи будут разомкнуты.

ВЫКЛ-НЕТ-ВКЛ

Цепи ВЫКЛ-НЕТ-ВКЛ или ВЫКЛ-ВКЛ – это поддерживаемая, одноходовая, двухпозиционная схема переключателя.Как правило, для базовых однополюсных выключателей без подсветки положение ВКЛ замыкает цепь на клеммах 1 и 2 переключателя. Для основных двухполюсных выключателей без подсветки цепь замыкается на клеммах 1 и 2, 4 и 5.

Если переключатель установлен вертикально, вы должны нажать на верхнюю часть кулисного привода или толкнуть кулисный привод вверх, чтобы перевести переключатель в положение ВЫКЛ, при котором все коммутационные цепи будут разомкнуты. Вы должны нажать на нижнюю часть переключателя или переместить переключатель вниз, чтобы установить переключатель в положение ON.

(ВКЛ.) -НЕТ-ВЫКЛ.

Цепь (ON) -NONE-OFF или (ON) -OFF – это схема с двухпозиционным переключателем мгновенного действия с одним ходом. Как правило, для основных однополюсных выключателей без подсветки мгновенное положение ВКЛ замыкает цепь на клеммах 2 и 3 переключателя. Для основных двухполюсных выключателей без подсветки цепь замыкается на клеммах 2 и 3, 5 и 6.

Если переключатель установлен вертикально, вы должны нажать на верхнюю часть кулисного привода или нажать на рычажный привод вверх, чтобы переместить переключатель в положение мгновенного включения.Поскольку это нормально разомкнутая (Н.О.) цепь, когда вы отпускаете привод, он автоматически возвращается в свое нормальное положение ВЫКЛ в состоянии покоя, при котором все коммутационные цепи будут разомкнуты.

ВКЛ-НЕТ- (ВЫКЛ)

Цепь ВКЛ-НЕТ- (ВЫКЛ) или ВКЛ- (ВЫКЛ) представляет собой схему мгновенного одноходового двухпозиционного переключателя. Как правило, для основных однополюсных выключателей без подсветки положение ВКЛ замыкает цепь на клеммах 2 и 3 переключателя. Для основных двухполюсных выключателей без подсветки цепь замыкается на клеммах 2 и 3 и 5 и 6.

Если переключатель установлен вертикально, вы должны нажать на нижнюю часть кулисного привода или нажать на рычажный привод вниз, чтобы переместить переключатель в положение мгновенного выключения, при котором все коммутационные цепи будут разомкнуты. Поскольку это нормально замкнутый (Н.З.) контур, когда вы отпускаете привод, он автоматически возвращается в свое нормальное состояние покоя, положение ВКЛ.

ВЫКЛ-НЕТ- (ВКЛ)

Цепь ВЫКЛ-НЕТ- (ВКЛ) или ВЫКЛ- (ВКЛ) представляет собой схему мгновенного, одноходового, двухпозиционного переключателя.Как правило, для базовых однополюсных выключателей без подсветки мгновенное положение ВКЛ замыкает цепь на клеммах 1 и 2 переключателя. Для основных двухполюсных выключателей без подсветки цепь замыкается на клеммах 1, 2 и 4 и 5.

Если переключатель установлен вертикально, вы должны нажать на нижнюю часть кулисного привода или нажать на рычажный привод вниз, чтобы переместить переключатель в положение мгновенного включения. Поскольку это нормально разомкнутая (Н.О.) цепь, когда вы отпускаете привод, он автоматически возвращается в свое нормальное положение ВЫКЛ в состоянии покоя, при котором все коммутационные цепи будут разомкнуты.

(ВЫКЛ.) -НЕТ-ВКЛ.

Цепь (ВЫКЛ) -НЕТ-ВКЛ или (ВЫКЛ) -ВКЛ представляет собой схему с двухпозиционным переключателем мгновенного действия с одним ходом. Как правило, для базовых однополюсных выключателей без подсветки положение ВКЛ замыкает цепь на клеммах 1 и 2 переключателя. Для основных двухполюсных выключателей без подсветки цепь замыкается на клеммах 1 и 2, 4 и 5.

Если переключатель установлен вертикально, вы должны нажать на верхнюю часть кулисного привода или толкнуть рычажный привод вверх, чтобы переместить переключатель в положение мгновенного выключения, при котором все переключающие цепи будут разомкнуты.Поскольку это нормально замкнутый (Н.З.) контур, когда вы отпускаете привод, он автоматически возвращается в свое нормальное состояние покоя, положение ВКЛ.

НА-НЕТ-НА

Цепи ВКЛ-НЕТ-ВКЛ или ВКЛ-ВКЛ – это поддерживаемая двухпозиционная двухпозиционная схема переключателя. Как правило, для базовых однополюсных выключателей без подсветки положения ВКЛ замыкаются на клеммах 1 и 2 и 2 и 3 переключателя. Для основных двухполюсных выключателей без подсветки цепь замыкается на клеммах 1 и 2 и 2 и 3; 4 и 5 и 5 и 6.

Если переключатель установлен вертикально, вы должны нажать на верхнюю часть кулисного привода или нажать на рычажный привод вверх, чтобы установить переключатель в первое положение ВКЛ. Вы должны нажать на нижнюю часть переключателя или переместить переключатель вниз, чтобы установить переключатель во второе положение ВКЛ. Эта схема переключателя не имеет положения ВЫКЛ, когда все цепи переключения были бы разомкнуты.

ВКЛ-НЕТ- (ВКЛ)

Цепь ВКЛ-НЕТ- (ВКЛ) или ВКЛ- (ВКЛ) представляет собой двухпозиционную схему с двухпозиционным переключателем мгновенного действия.Как правило, для основных однополюсных выключателей без подсветки удерживаемое положение ВКЛ замыкает цепь на клеммах 2 и 3 переключателя, а мгновенное положение ВКЛ замыкает цепь на клеммах 1 и 2 переключателя. Для основных двухполюсных выключателей без подсветки, поддерживаемая цепь ВКЛ. закрыт на терминалах 2 и 3, 5 и 6; и цепь мгновенного включения замыкается на клеммах 1 и 2, 4 и 5.

Если переключатель установлен вертикально, вы должны нажать на нижнюю часть кулисного привода или нажать на рычажный привод вниз, чтобы переместить переключатель в положение мгновенного включения.Поскольку это нормально замкнутый (Н.З.) контур, когда вы отпускаете привод, он автоматически возвращается в свое нормальное состояние в состоянии покоя, поддерживаемое включенным положением. Эта схема переключателя не имеет положения ВЫКЛ, когда все цепи переключения были бы разомкнуты.

ВКЛ-ВЫКЛ-ВКЛ

Цепь ВКЛ-ВЫКЛ-ВКЛ представляет собой двухходовую трехпозиционную схему переключения. Как правило, для основных однополюсных выключателей без подсветки положения ВКЛ замыкают цепь на клеммах переключателя 1 и 2, 2 и 3.Для основных двухполюсных выключателей без подсветки цепь замыкается на клеммах 1 и 2 и 2 и 3; 4 и 5 и 5 и 6.

Если переключатель установлен вертикально, вы должны нажать на верхнюю часть кулисного привода или нажать на рычажный привод вверх, чтобы установить переключатель в первое положение ВКЛ. Вы должны переместить кулисный или тумблерный привод в центральное положение, чтобы установить переключатель в положение ВЫКЛ, при котором все коммутационные цепи будут разомкнуты. Вы должны нажать на нижнюю часть переключателя или переместить переключатель вниз, чтобы установить переключатель во второе положение ВКЛ.

ВКЛ-ВЫКЛ- (ВКЛ)

Цепь ВКЛ-ВЫКЛ- (ВКЛ) представляет собой двухпозиционную схему с двухпозиционным переключателем мгновенного действия. Как правило, для основных однополюсных выключателей без подсветки удерживаемое положение ВКЛ замыкает цепь на клеммах 2 и 3 переключателя, а мгновенное положение ВКЛ замыкает цепь на клеммах 1 и 2 переключателя. Для основных двухполюсных выключателей без подсветки, поддерживаемая цепь ВКЛ. закрыт на терминалах 2, 3,5 и 6; и цепь мгновенного включения замыкается на клеммах 1 и 2, 4 и 5.

Если переключатель установлен вертикально, вы должны нажать на нижнюю часть кулисного привода или нажать на рычажный привод вниз, чтобы переместить переключатель в положение мгновенного включения. Когда привод будет отпущен, он вернется в центральное положение ВЫКЛЮЧЕНО, в исходное положение. Вы должны нажать на нижнюю часть переключателя или переместить переключатель вниз, чтобы установить переключатель в постоянное положение ON. Из этого положения вы должны вручную переместить кулисный или тумблерный привод в центральное положение, чтобы установить переключатель в положение ВЫКЛ, при котором все переключающие цепи будут разомкнуты.

(ВКЛ) -OFF- (ВКЛ)

Цепь (ВКЛ) -ВЫКЛ- (ВКЛ) представляет собой схему с двухпозиционным переключателем мгновенного действия. Как правило, для базовых однополюсных выключателей без подсветки мгновенные положения ВКЛ замыкаются на клеммах 1 и 2 и 2 и 3 переключателя. Для основных двухполюсных выключателей без подсветки цепь замыкается на клеммах 1 и 2 и 2 и 3; 4 и 5 и 5 и 6.

Если переключатель установлен вертикально, вы должны нажать верхнюю часть рычага или толкать тумблер вверх, чтобы переместить переключатель в первое мгновенное положение ВКЛ.Вы должны нажать на нижнюю часть переключателя или переместить переключатель вниз, чтобы переместить переключатель во второе мгновенное положение ВКЛ. Это нормально разомкнутая (Н.О.) цепь, поэтому всякий раз, когда вы отпускаете привод, он автоматически возвращается в свое нормальное положение ВЫКЛ в центре покоя, при котором все коммутационные цепи разомкнуты.

НА-НА-НА

Цепь ВКЛ-ВКЛ или ПРОГРЕССИВНАЯ Цепь, как правило, представляет собой схему поддерживаемого двухходового трехпозиционного переключателя. Чаще всего эта функция схемы предлагается в двухполюсной конфигурации, где каждый полюс управляет отдельной схемой.В этой конфигурации в первом положении цепь 2 включена на клеммах 2 и 3; в среднем положении Цепи 1 и 2 включены от клемм 4 и 5 и 2 и 3 соответственно; а в третьем положении контур 1 включен от клемм 4 и 5.

Если переключатель установлен вертикально, вы должны нажать верхнюю часть рычага или толкать тумблер вверх, чтобы переместить переключатель в положение включения контура 2. Вы должны переместить кулисный или тумблерный привод в центральное положение, чтобы переместить переключатель в положение включения контуров 1 и 2.Вы должны нажать на нижнюю часть переключателя или переместить переключатель вниз, чтобы установить переключатель в положение «Circuit 1 ON».

Цепь ВКЛ-ВКЛ-ВКЛ также может быть обслуживаемым, однополюсным, трехпозиционным, трехпозиционным переключателем. В этом случае обычно устанавливается перемычка между полюсами на клеммах 2 и 4 для соединения общей клеммы 5 с тремя выходными клеммами 1, 3 и 6.

Если переключатель был установлен вертикально, вы должны нажать на верхнюю часть кулисного привода или нажать на рычажный привод вверх, чтобы переместить переключатель в первое положение ВКЛ на клеммах 5 и 6.Вы должны переместить кулисный или тумблерный привод в центральное положение, чтобы переместить переключатель во второе положение ВКЛ на клеммах 5 и 3. И вы должны нажать на нижнюю часть кулисного переключателя или переместить переключатель вниз, чтобы установить переключатель в третье положение ВКЛ. на терминалах 5 и 1.

ВКЛ-ВКЛ-ВЫКЛ

ВКЛ-ВКЛ-ВЫКЛ – это еще один тип ПРОГРЕССИВНОЙ схемы, которая представляет собой схему с двухходовым трехпозиционным переключателем. Чаще всего эта функция схемы предлагается в двухполюсной конфигурации, где каждый полюс управляет отдельной схемой.В этой конфигурации в первом положении цепи 1 и 2 включены на клеммах 5 и 6 и 2 и 3; в среднем положении цепь 1 включена на клеммах 2 и 3, а в третьем положении обе цепи выключены.

Если переключатель установлен вертикально, вы должны нажать верхнюю часть рычага или толкать тумблер вверх, чтобы переместить переключатель в положение включения контуров 1 и 2. Вы должны переместить кулисный или тумблерный привод в центральное положение, чтобы переместить переключатель в положение включения контура 1.Вы должны нажать на нижнюю часть переключателя или переместить переключатель вниз, чтобы установить переключатель в положение ВЫКЛ.

Типичный пример применения для этого типа цепи: ФАРЫ – ХАРАКТЕРИСТИКИ – ВЫКЛЮЧЕНЫ.

Цепь ВКЛ-ВКЛ-ВЫКЛ также предлагается в виде обслуживаемого однополюсного переключателя в двухполюсном основании. В этой конфигурации контур 2 включен в первом положении на клеммах 2 и 3. В среднем положении контур 1 включен на клеммах 1 и 2, а в третьем положении обе цепи выключены.

(ВКЛ.) -ВЫКЛ.

(ВКЛ)-ВКЛ-ВЫКЛ – это третий тип ПРОГРЕССИВНОЙ схемы, которая представляет собой схему мгновенного двухходового трехпозиционного переключателя. Чаще всего эта функция схемы предлагается в двухполюсной конфигурации, где каждый полюс управляет отдельной схемой. В этой конфигурации в первом положении цепи 1 и 2 находятся в положении мгновенного включения на клеммах 5 и 6 и 2 и 3; в среднем положении цепь 1 остается включенной на клеммах 2 и 3, а в третьем положении обе цепи выключены.

Если переключатель установлен вертикально, вы должны нажать верхнюю часть рычага или толкать тумблер вверх, чтобы переместить переключатель в положение включения контуров 1 и 2 мгновенно. Когда привод будет отпущен, он вернется в центральное положение контура 1, поддерживаемое в положении ВКЛ. Вы должны нажать на нижнюю часть переключателя или переместить переключатель вниз, чтобы установить переключатель в положение ВЫКЛ, при котором обе цепи будут разомкнуты.

Типичный пример применения – ВЫКЛЮЧЕНИЕ – ЗАПУСК ДВИГАТЕЛЯ – (ЗАПУСК ДВИГАТЕЛЯ).

ДРУГИЕ ЦЕПИ

Carling Technologies предлагает ряд специализированных схем, включая реверсирование двухпозиционной и трехпозиционной конфигураций.