wyjście typu otwarty kolektor odporne na zwarcie wyjście

rubryce “Genialne schematy, czyli
co by było, gdyby...” przedstawia−
my schematy nadesłane przez naszych
Czytelników. Mogą to być własne bardziej
lub mniej genialne pomysły, albo też sche−
maty zaczerpnięte z literatury. W tym dru−
gim przypadku chodzi o przypomnienie i za−
W
prezentowanie schematów, godnych zain−
teresowania albo ze względu na praktyczną
przydatność, albo na oryginalne rozwiąza−
nia układowe.
W odróżnieniu od innych działów
EdW, tu nie są potrzebne działające mo−
dele. Wystarczy porządny schemat z
wartościami elementów (tub dodatkowo
wykaz elementów), ewentualnie krótki
opis działania.
Prosimy o nadsyłanie do tej rubryki
wszelkich schematów, waszym zdaniem
godnych szerszej prezentacji. Na kopercie
dopiszcie “Genialne schematy”.
W
WYYJJŚŚCCIIEE TTYYPPUU OOTTW
WAARRTTYY KKOOLLEEKKTTOORR
OODDPPOORRNNEE NNAA ZZW
WAARRCCIIEE
Układy z wyjściem typu otwarty ko−
lektor są wykorzystywane nie tylko
w systemach cyfrowych. W obwo−
dzie kolektora tranzystora wyjścio−
wego umieszcza się obciążenie, któ−
re może być zasilane napięciem wy−
ższym niż napięcie zasilania syste−
mu cyfrowego. Niestety, najpro−
stszy układ typu OC (pokazany na ry−
sunku 1) nie jest zabezpieczony
przed bezpośrednim zwarciem ko−
lektora do dodatniego napięcia zasi−
lania. W przypadku takiego zwarcia
przez tranzystor płynie znaczny prąd
wyznaczony przez jego prąd bazy i
wzmocnienie prądowe. Ponieważ na
kolektorze występuje wtedy pełne
napięcie zasilające, wydziela się du−
ża moc strat i tranzystor ulega u−
szkodzeniu.
Najprostszym sposobem zabez−
pieczenia jest dodanie w obwodzie
kolektora szeregowego rezystora R1
o niewielkiej wartości (zobacz rysu−
nek 2a). W przypadku zwarcia rezy−
stor taki ograniczy prąd i to na nim
wydzieli się większość mocy strat.
Ten prosty sposób ma istotne wady,
bo wymaga rezystora o znacznej ob−
ciążalności i zmniejsza obciążalność
wyjścia.
Rys. 1 Wyjście typu otwarty kolektor
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/99
Innym sposobem jest
Rys. 2 Sposoby zabezpieczenia wyjścia
zastosowanie dodatkowe−
go tranzystora i rezystora
ograniczających prąd mak−
symalny według rysunku
2b. Rozwiązanie to spraw−
dza się w wielu sytua−
cjach, choć jego wadą jest
pewien spadek napięcia
na rezystorze R2 (nie wię−
cej niż 0,6V).
Innym oryginalnym spo−
sobem zabezpieczenia jest
układ z rysunku 2c. Nie ma
on wad układów poprze−
dnich i w czasie normalnej
pracy nie występują żadne
niepotrzebne spadki napię−
cia. W normalnych warun−
kach obciążenia napięcie
na kolektorze tranzystora
TA jest równe napięciu na−
sycenia, czyli kilkadziesiąt
do kilkuset miliwoltów.
Tranzystor TB jest wtedy
w pełni otwarty dzięki
dzielnikowi R3, R4, D,
przez który płynie prąd. W
przypadku zwarcia napię−
cie na kolektorze TA rośnie i przez dodatkowy rezystor zmniejszający
dzielnik R3, R4, D przestaje płynąć prąd bazy TA. Wartości rezystorów
prąd. Tym samym tran− tego układu należy dobrać samo−
zystor TB przestaje prze− dzielnie w zależności od wymagane−
wodzić, wyłączając ró− go prądu bazy TA i wzmocnienia
wnież tranzystor TA. tranzystora TB. Przy takim indywi−
Gdyby
ograniczenie dualnym dobraniu elementów układ
prądowe miało włączać będzie zabezpieczał tranzystor nie
się już przy stosunkowo tylko w przypadku “czystego” zwar−
małej wartości prądu, cia, ale także przy wzroście prądu
między kolektorem TB i kolektora ponad ustalona wartość.
bazą TA należy umieścić
43
SSAAM
MOOCCZZYYNNNNYY W
WYYŁŁĄĄCCZZNNIIKK ZZAASSIILLAANNIIAA
Wiele układów zasilanych jest z małej
baterii 9V. Często okazuje się, że urządze−
nie, które efektywnie pracuje przez 1 mi−
nutę, nie wyłączone, powoduje wyczer−
panie baterii zasilającej. Zagrożenie to
można wyeliminować stosując nieskom−
plikowany układ pokazany na rysunku 3.
Ten prosty układ zaczerpnięty z literatury
ma pewne wady. Podczas pracy układ
pobiera dodatkowo prąd zasilający kostkę
555 oraz płynący w obwodzie bazy tran−
zystora PNP.
Rys. 4 Zmodyfikowany wyłącznik zasilania
Prąd ten można znacząco zmniej−
Rys. 3 Układ automatycznego wyłącznika
szyć, stosując zmodyfikowany układ z
rysunku 4. Zastosowanie tranzystora
MOSFET P redukuje prąd sterowania
do wartości poniżej 0,1mA, a bramka
CMOS (najlepiej z wejściem Schmitta−
40106, 4093) pracująca jako kompara−
tor w zakresie przejściowym też po−
biera mniejszy prąd niż bipolarna ko−
stka 555. Rezystor R2 nie jest potrzeb−
ny w układzie z tranzystorem MOS−
FET. Jeśli w układzie użyty byłby
zwykły tranzy−
stor PNP, war−
tość rezystora
R2 trzeba do−
brać, by tranzy−
stor ten w stanie tym czasie cały układ jest zasilany z kon−
włączenia był nasy− densatorów C2 i C3. Bez tej diody rozłado−
cony, a spadek na− wanie C2 następowałoby przez obwody
pięcia na nim nie zabezpieczające bramki, gdzie występują
przekraczał 100mV. diody i rezystancja rzędu 10kΩ. Ma to zna−
Dioda D2 włączona czenie tylko w przypadku, gdy po automa−
równolegle do rezy− tycznym wyłączeniu użytkownik szybko
stora 1MΩ służy do wcisnąłby przycisk włączający S – jeśli kon−
w miarę szybkiego densator C1 nie zdąży się całkowicie (zna−
rozładowania kon− cząco) rozładować, wtedy czas włączenia
densatora C1 po wy− będzie znacznie krótszy niż przy pier−
łączeniu zasilania. W wszym wciśnięciu przycisku S.
PPŁŁOOM
MIIEEŃŃ ŚŚW
WIIEECCYY
Rysunek 3 pokazuje schemat układu ste−
rowania diodą świecącą (żółtą). W istocie
jest to licznik CMOS 4017 zliczający do 4. Na
czynnych wyjściach licznika umieszczono re−
zystory o różnych wartościach, powodujące
zmiany jasności świecenia żółtej diody LED,
która tym samym udaje płomień świecy
przyczyniając się do wytworzenia romanty−
cznego nastroju podczas uroczystej kolacji.
Do sterowania można wykorzystać do−
wolny generator, choćby z bramką Schmitta
4093, bramkami 4001 (4011), układem 555
Rys. 5
44
czy nawet multiwib−
Rys. 6 Układ rozbudowany
rator astabilny z dwo−
ma tranzystorami.
Częstotliwość trzeba
dobrać eksperymen−
talnie w zakresie
0,5...5Hz, aby mruga−
nie diody było jak naj−
bardziej zbliżone do
zachowania się pło−
mienia świecy.
Proponowany u−
kład zaczerpnięty z li−
teratury ma niewielką
długość cyklu “mru−
gania płomienia” co
może być zauważal−
ne i niezbyt nastrojo−
we. Kto chciałby wy−
dłużyć cykl, wykorzysta wszystkie wyjścia dziej płynne zmiany jasności diody. Przykła−
Q0...Q9 wyposażając je w diody (dowolne dowy układ połączeń rozbudowanej wersji
krzemowe, np. 1N4148) i eksperymentalnie pokazany jest na rysunku 4.
Układ można zmontować na płytce uni−
dobrane rezystory (220Ω...2,2kΩ). Wtedy
trzeba zlikwidować połączenie skracające wersalnej lub “w pająku”. Zasilanie z baterii
cykl (z wyjścia Q4), a wejście zerujące RST 9V lub zasilacza 6...12V.
podłączyć do masy. Można też dać dodatko−
wy rezystor i kondensator zapewniający bar−
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/99