Транзистор с открытым коллектором: Типы входов/выходов автоматики: Сухой Контакт (СК) и Открытый Коллектор (ОК) – CS-CS.Net: Лаборатория Электрошамана

Типы входов/выходов автоматики: Сухой Контакт (СК) и Открытый Коллектор (ОК) – CS-CS.Net: Лаборатория Электрошамана

Входы и выходы автоматики

Йоу! Сегодня — ещё один из постов серии «заебали, ща расскажу» — потому что спецы и так это всё-всё знают и понимают с полуслова, и даже знают больше, чем я напишу в этом посте (так как я опишу самые распространённые в моей практике варианты и не смогу описать их все)!

Когда мне в комменты или на мыло пишут что-то типа «А подскажите, как мне после Logo три выхода на один автомат подключить» или «Ой! Я читал у тебя, что ты каким-то образом на выход датчика движения Logo подключил, нарисуй схему», то я чуток офигеваю и говорю что-то вроде «Шо ж тут непонятного? Там же ж обычный сухой контакт!». И народ от этого хуеет! =) Вот щас мы и будем разбираться, что это такое за сухие контакты. Как обычно — я дам вам принцип, а дальше — используйте его, чтобы разобраться в аналогичных ситуациях! Также у меня вышла вторая часть поста про входы и выходы: про аналоговые сигналы 0. .10V и 4..20 мА.

Содержание

• 1. Выходы типа «Сухой контакт без потенциала» (релейные).
• 2. Выходы типа «Сухой контакт с потенциалом» (тоже реле).
• 3. Выходы типа «транзистор с питанием».
• 4. Выходы типа «открытый коллектор» (тоже транзистор на GND).

Речь идёт о том, как у разных устройств автоматики (всякие контроллеры, датчики, электронные реле управления) устроены выходы, которыми они смотрят во внешний мир. И о том, как этими выходами пользоваться для того, чтобы наши контроллеры могли чем-то управлять. Вообще, вся эта штука ОЧЕНЬ очевидная (такая же как работа обычного реле), и я не знаю, что тут можно выдумать сложно. Поэтому считайте, что пост будет высосан из пальца =)

Как устроен мир автоматики и автоматизации? Ну или все эти ваши датчики движения, «умные реле», «умные дома», «SMS-реле», «Автоматика котла Zont» и прочие маркетинговые названия? Если смотреть с точки зрения того, как они подключаются, то всё это выглядит как чёрный ящик.

Например, есть некое SMS-реле. Оно получает питание, в него втыкается SIM-карта, антенна. И у этого реле есть входы (сейчас они нас не интересуют) и выходы. В зависимости от того, что приходит по SMSкам, реле включает или выключает свои выходы.

Точно так же работает какая-нибудь система контроля доступа. Она может быть какой угодно — с шифрованием, распознаванием лица, да хоть с анализом ДНК — всё равно в конце концов у неё будут какие-то выходы вида «Доступ разрешить», «Доступ запретить», «Тревога», которые можно куда-то подключить. Ну и так далее — большинство устройств автоматики просто имеют выходы, с которых можно снимать сигнал.

Примеры использования их могут быть любыми. Например, можно завести наше SMS-реле на входы Logo или ПЛК (и потом пафосно говорить что у нас умный дом с управлением по SMS). Или так же завести нашу систему контроля доступа в ПЛК, чтобы он получал сигнал «Доступ разрешить» и «Тревога» и открывал дверь только днём, вечерами передавал этот сигнал на пост охраны, а по сигналу «Тревога» какие-нить стальные решётки опускал =)) И опять же, вокруг таких решений разводят ебучий маркетинг, который я, зная то, как это устроено, ненавижу.

Нахуй писать про умный дом, если это кончается тем, что стоит какой-то контроллер, который просто выдаёт сигнал типа «вкл-выкл», который чем-то управляет?..

Сегодня мы разбираемся с тем, какие выходы бывают у устройств и то, как этим пользоваться. Сами устройства могут быть любыми — вообще чем угодно: датчики, системы управления, охраны, климатические системы, кондеи, автоматика бассеина и прочее и прочее… Наплевать на них! Всё, что вам надо — это поднять документацию на устройство и найти там знакомые слова про тип выхода: «сухой контакт без потенциала», «сухой контакт с потенциалом», «открытый коллектор».

Как можно классифицровать выходы? Я придумал такие способы:

• Привязаны ли они к внутренней схеме устройства или нет.
• Имеют ли они питание на выходе, или просто контакты.
• Род тока и мощность, которую можно пропустить через них.
• Размеры того, что управляет выходом внутри устройства (реле, транзистор, симистор).

1. Выходы типа «Сухой контакт без потенциала» (релейные).

Такие выходы делаются при помощи самого обычного реле, и про них проще всего рассказать. То есть, есть у нас какая-то электронная схема. Эта схема включает или выключает реле, а контакты этого реле выведены наружу как «Выход».

Для любой автоматики это самый удобный тип выхода, потому что реле содержит в себе обычные, механические, контакты. Поэтому их и называют «сухими» — это именно металлические, механические контакты. Что это значит? А то, что по ним можно пропускать что угодно, лишь бы реле позволило это сделать.

Смотрите на схемы:

Типы выходов устройств автоматики: сухой контакт без потенциала

В первом случае у нас выход — это переключающий контакт реле, а во втором случае только замыкающий. И это — обычное реле. Как вы знаете, реле выпускаются на разные токи и напряжения (например, до 250 вольт и до 10А). Если выход релейный, то про него пишут или «Сухой контакт», или «Релейный», или и то и то сразу. И обычно параметры самого реле дают как параметры этого выхода. То есть в инструкции может быть фраза типа «Выходы: Два релейных выхода до 16А/250V». Сокращают сухой контакт чаще всего как «СК» — и вы можете встретить и это в описаниях (и моих постах).

Так как это реле — то делать с ним можно всё, что угодно. Можно завести через него 24V на вход ПЛК. Можно завести 230V на контактор. Можно замыкать им сигнал FUN, чтобы закрывать воду в защите от протечек GidroLock. Можно, если выход потянет, напрямую нагрузкой управлять (лампами, тёплым полом и так далее). Можно несколько выходов (контактов реле) разных устройств подключить параллельно или последовательно. Например, таким образом я делал автоматику вентиляции в щите в Говорово: выход кондиционера преобразовывался в реле — сухой контакт. Этот контакт соединялся вместе с контактом терморегулятора, и через них подавалось питание на реле заслонки.

Теперь тот, кто меня спрашивал про то, как несколько выходов на один автомат в Logo подключить, сможет разобраться. Смотрим на фотку из поста про Siemens Logo и видим там нарисованные контакты реле (как второе реле на моей схеме выше):

Выходы модуля расширения Logo: 8 реле по 5А каждое

Да! Внутри Logo стоят реле! Вот они:

Реле для управления выходами основного модуля Logo (один контакт на 10А)

Контакты этих реле как раз и выведены наружу. Делай что хочешь! =)

Точно так же устроены выходы датчика газа (метан или угарный газ) от ОВЕНа, которые мы ставили в котельную в Папушево.

Датчики температуры (ОВЕН ДТС014) и метана (ОВЕН ДЗ-1-Ch5)

Это реле с переключающим контактом:

Пример выходов типа сухой контакт – это просто обычное реле

2. Выходы типа «Сухой контакт с потенциалом» (тоже реле).

Теперь чуть сложнее! Что думают те, кто только полезли разбираться в электрику? Что если это выход — то там что-то должно ВЫХОДИТЬ: какое-то напряжение, наверное! Вот смотрите, как мне рисовал схему тот товарищ, который спрашивал меня о том, как несколько выходов Logo на один автомат подключить:

Пример того, как люди неправильно понимают релейные выходы из Logo

Еле-еле по этой схеме я понял то, что он думал что на выходах Logo есть напряжение и поэтому сильно тупил. И… если вы думаете о том, что он дурак и такого не существует в природе, то вспомните любой обычный датчик движения для света, который на 230V рассчитан! Сколько у него проводов? Три! А как они разведены? Вот так: Фаза на вход, Фаза на лампу (выход), Ноль.

Да, такие решения применяются. Специального стандарта нет, и разные производители автоматики делают так, как им удобно. У кого-то это будет сухой контакт в виде реле, а у кого-то на то же реле, которое стоит внутри устройства, будет подключено напряжение, от которого это устройство питается. Вот так:

Типы выходов устройств автоматики: сухой контакт с потенциалом

Для простых устройств типа блоков радиоуправления светом или датчиков движения это хорошо. Но иногда и плохо. представьте, что вам тот же датчик движения надо завести на вход ПЛК, который 230 V напрямую не принимает. Что надо сделать? На выход датчика движения подключить реле с катушкой на 230V, контакты которого будут замыкать вход ПЛК. И, причём, внутри датчика движения-то уже есть реле! Но оно подключено к питанию датчика, и это всё портит.

Точно такое же дерьмо сделано в блоке защиты от протечек «Нептун»: там у него на выходе стоит реле с переключающим контактом, но оно тоже подключено к входу питания 230V этого блока. И если мы хотим забрать сигнал — нам тоже понадобится ставить внешние реле развязки.

У такого способа подключения выхода есть важный плюс: клемм или проводов для подключения становится на одну меньше. А где-то это важно, особенно если устройство компактное (какой-нить Z-Wave выключатель в подрозетник, например).

Раз уж мы заговорили про именно высоковольтные выходы, то я напомню о том, что иногда в тех же датчиках движения может стоять не реле, а симистор. Это, если говорить словами для новичков, электронное реле. На больших токах оно греется, но вот на малых оно очень компактно и не щёлкает. Главный его минус в том, что иногда для того, чтобы симистор включался, ему нужна минимальная мощность нагрузки, и поэтому его тяжело будет завести в автоматику щита. В инструкциях могут так и писать: «Минимальная мощность нагрузки — 20 Вт».

То, что я написал выше, не совсем корректно. В большинстве случаев симистор будет нормально включать мелкую релюшку развязки. НО в некоторых модулях умных выключателей, розеток, датчиков движения применяется питание электроники (которая управляет выходом) без нуля сети. Например, если это будет датчик движения, то у него будет всего два контакта: «Фаза вход» и «Фаза на лампу». Это похоже на то, как подключается лампочка подсветки внутри выключателя.

Электроника в этом случае включается последовательно с нагрузкой и забирает себе часть питания. Вот тут-то минимальная мощность и важна: если физически не будет никакой нагрузки, через которую будет замкнута цепь, то и электроника не будет работать. Вот в этом случае и указывают минимальную мощность нагрузки. От этой мощности зависит сопротивление нагрузки, а от сопротивления — ток в цепи «питание — электроника — нагрузка», от которого электроника и питается.

Если вы хотите использовать какие-то модули для того, чтобы заводить их высоковольтные выходы напрямую в Logo (он умеет принимать на входы сетевое напряжение питания, если сам на него рассчитан), то ОБЯЗАТЕЛЬНО проверьте, что у этих модулях стоит на выходе: реле или симистор, и не указана ли минимальная мощность нагрузки. Если указана — то скорее всего там стоит симистор и схема может работать некорректно. В своих проектах я всегда пишу о том, чтобы использовали датчики движения с реле (или с тремя проводами).

3. Выходы типа «транзистор с питанием».

Теперь спустимся с высоких напряжений на низкие. История здесь такая: иногда нам очень важны размеры устройства и его компактность. Часто это устройство даже не рассчитано на 230V, а является просто электронной платкой: например, датчик протечки воды от системы Нептун или какой-нибудь контроллер СКУД, встроенный в замок (Z-5r, Matrix IIk).

Когда размеры устройства очень важны, а его напряжение питания не сетевое, а низковольтное (5/12/24 вольт), то для управления выходом применяют транзистор. Его достоинство в том, что он может быть очень маленьким. А недостатки по сравнению с реле в том, что транзистор уже точно привязан к уровням напряжений и схеме того устройства, в котором он стоит. Ну и ещё транзистор может быть рассчитан на небольшие токи (десятки миллиампер или единицы ампер) и поэтому может зажечь лампочку или включить реле, но не сможет управлять сетевым напряжением или мощной нагрузкой.

Транзистор можно подключить двумя способами. Первый напоминает то, что мы только что делали с реле: берём питание внутри устройства — и пропускаем его через транзистор вот так вот:

Транзисторный выход с плюсовым потенциалом

Решение вроде как логичное — как в электрике мы разрываем фазу, так и тут разываем плюс питания. Когда выход активен — плюс появляется. Когда неактивен — исчезает. Ура! Значит на выход мы можем подключить какую-нибудь нагрузку (такие выходы есть у некоторых кондеев Mitsubishi — они показывают, включен кондей или нет)!

И вот тут-то начинается некоторое западло. Точнее, два западла. Первое в том, что наш выход жёстко рассчитан только на то напряжение питания, которое есть внутри устройства. Вот сделает кто-нить на ES8266 очередную

умную поеботу… и выдаст через транзистор на выход 3,3 вольта. И пиздец! =)) Куда их деть? Шо с ними делать? Светодиодом помигать? А нахрена нам светодиод, если эта умная поебота должна нам ворота открывать, включая три фазы на двигатель?

Наученный человек скажет: «Да хрен ли! Ща поставим реле! Или ваще контактор!». И тут выплывает второе западло из трёх частей. Во-первых, ты поди найди контактор или реле с катушкой на 3,3 вольта! =) Во-вторых чем ниже напряжение питания такого реле или контактора — тем больший ток они потребляют. А у нас стоит мелкий транзистор, который этот ток может просто не потянуть.

И, в-третьих, что наиболее важно — всякие внешние нагрузки, в которых есть катушка (в том числе моторчики или сервы у моделистов) за счёт самоиндукции создают выбросы высокого напряжения, которые могут повредить наш транзистор. Поэтому, если есть такой риск (а у нашей области он почти всегда есть, так как к таким выходам мы реле подключаем), то надо ОБЯЗАТЕЛЬНО ставить диод в обратной полярности! Он шунтирует собой эти выбросы и спасёт транзистор.

Если речь идёт про релюшки типа CR-P/CR-M и подобные им, то для них сразу же выпускаются модули со светодиодом для индикации работы катушки реле и с защитным диодом. Они сразу же вставляются в колодку для реле:

Модули индикации CR-P/M

На фотке выше у меня модули для переменного тока, а нам понадобятся эти:

• 1SVR405652R0000 ABB CR-P/M 42 Втычной модуль для реле CR-P, CR-M (LED+ВстДиод) 6. .24V AC/DC (красный)
• 1SVR405652R1000 ABB CR-P/M 42V Втычной модуль для реле CR-P, CR-M (LED+ВстДиод) 6..24V AC/DC (зелёный)

Если таких модулей нет, то надо ставить диоды прям на колодки реле. Я как-то перепутал и заказал модули без встречных диодов для одного из щитов с GSM-реле Zont, и поэтому закрепил диоды так:

Диоды для шунтирования выходных транзисторов выходов ОК

4. Выходы типа «открытый коллектор» (тоже транзистор на GND).

Ну-ка ещё раз посмотрите внимательно на фотку выше, где диоды на реле стоят? Ничего странного не замечаете? Чего это у меня общий всех реле — это +12 вольт, а отдельные провода с маркировкой выходов — синие? Всё наоборот? Как так?

А вот это и есть второй распространённый тип выходов — Открытый Коллектор (ОК). Смотрите схему:

Типы выходов устройств автоматики: открытый коллектор (на GND)

Что мы сделали? Мы перевернули всё с плюса на минус. Если раньше транзистор у нас соединял выход с плюсом питания, то теперь он соединяет выход с землёй (минусом, который обычно везде общий). Для тех, кто столкнулся с этим после силовой электрики, где мы коммутируем фазу, это будет вынос мозга.

Но почему так сделано? А вот только что я говорил о самом главном неудобстве выхода, когда выдаётся плюс питания — о том, что всё, что мы подключаем к этому выходу, нам надо тоже рассчитывать на такое же напряжения питания, как и этот выход. А это может стать проблемой. Если же наш выход соединяется с землёй — то питание может быть любым (в пределах возможностей транзистора), и вообще от отдельного блока питания. Главное GND вместе соедините!

Из-за того, что на выходы можно вешать любые нагрузки, тип выхода «Открытый Коллектор» очень популярен: размеры схемы могут быть мелкими, а управлять она может релюшкой на 24 вольта без проблем! Или даже контактором с катушкой на 24 вольта, если транзистор сможет выдержать тот ток, который потребляет этот контактор. Обычно катушка модульных контакторов потребляет около 5-7 Вт. Возьмём 10 Вт. Значит 10/24 = 0,41А. Гм… некоторые выходы ОК тянут по 0,5 А — так что контактор прокатит, но с натяжкой! Главное не забудьте про защитный диод — здесь те же правила!

Внимательно читайте инструкцию к вашему контроллеру! В ней должно быть указано два параметра: максимальный ток каждого выхода и максимальный ток группы выходов (если они сгруппированы). Например, у Zont максимальный ток выхода — 0,1А, а у ОВЕН Мх110 с транзисторными выходами — 0,4А на каждый выход. Иногда (я такое почти не встречал, но всё же) указывают максимальный ток для группы выходов, например: «Каждый выход из 10ти — по 0,5А, а суммарно все выходы — не более 3А».

Вот пример из инструкции к ПЛК ОВЕН. Если брать ПЛК или модули IO с типом выходов «К» — то вы получите тот самый открытый коллектор (ОК):

Пример выходов с открытым коллектором от ОВЕНа

У ОВЕНа они, как обычно, сгруппированы по 4 штуки. GND — общий, а нагрузки выходов даже в одной группе могут быть на разные напряжения.

Тот же принцип используется в датчиках протечки от GidroLock и Нептун. Даже в приёмниках радиодатчиков! =) У них три провода: питание электроники, GND питания и выход ОК. Дальше останется посмотреть, какой ток у выходного транзистора — и понять, вытянет ли он релюшку напрямую, или нет =)

А вот подключить такие датчики напрямую (без подтягивания потенциала и инверсии входа) даже к низковольтному Logo не прокатит: Logo требуется, чтобы на вход приходило напряжение, а не GND. И он их не увидит (те, кто поняли про подтяжку — делают). А вот ОВЕНовские входы можно подключать таким образом, чтобы они принимали на вход или +VCC, или GND. И поэтому датчики там подключаются без извращений!

Вот мы и разобрались с выходами! Теперь, если в инструкции на автоматику «Выходы типа сухой контакт до 3А» или «Выходы — ОК с током до 1А и напряжением до 50 Вольт» — вы знаете, что с этим делать! =)

Продолжение темы про аналоговые входы и выходы 0..10V и 4..20 мА читайте здесь.

Основы на пальцах. Часть 4

Часть 3. Диоды и транзисторы.

Но диоды, резисторы, транзисторы и конденсаторы это так, лишь обвязка. Особо на них не развернешься (нет, маньяки, конечно могут, но габариты устройств там будут феерические). Самое вкусное нас поджидает в микросхемах 🙂
Делятся они на цифровые и аналоговые. Для начала кратко пробегусь по цифровым микросхемам.

Миром правит цифра!

Краеугольным камнем цифровой схемотехники служит понятие нуля и единицы, понятие это совершенно условное, т. к. фактически нет никакого нуля и нет никакой единицы, есть лишь уровни напряжения – высокий и низкий, а также некий порог после которого данный уровень напряжения принято считать высоким или низким. Скажем все, что ниже 0.7 вольт считаем за низкий уровень, т.е. 0, все что выше 2.4 вольт высоким, т.е. единица. Между 0.7 и 2.4 вольта, когда не ясно какой уровень, это состояние совершенно неопределенное его нельзя оценивать как входную величину, иначе на выходе системы в таком случае будет непредсказуемый результат.

Сопротивление входов очень высокое, практически можно считать его бесконечным.

Во избежания путаницы смыслов, в терминологии ключей и транзисторов принято следующее соглашение. Ключ считается открытым или закрытым для протекания тока, как кран на трубе. С точки зрения же механического исполнения он может быть замкнут или разомкнут. Так что открыт = замкнут, закрыт = разомкнут. И не следует путать с англоязычной нотацией, где Open = открыт если речь идет о транзисторе или электронном ключе и Open = разомкнут если речь идет о механическом рубильнике. Там Open-Close следует рассматривать в общем контексте текущего случая. Велик и могуч русский язык! =)

Выход в микросхеме бывает разных типов. Различают push-pull и open drain (в нашей литературе его называют Открытым Коллектором или ОК). Отличие заключается в способе выдачи сигнала на выход. В Push-Pull выходе когда нужен низкий уровень, то выход тупо и беспрекословно замыкается на землю, имеющую нулевой потенциал, а когда высокий, то на напряжение питания.
В открытом коллекторе все несколько иначе. Когда нам надо получить низкий уровень, то мы сажаем ногу на землю, а вот высокий уровень получается подтягивающим резистором (pullup), который, в отсутствии посадки на землю и большого сопротивления висящей на выходе нагрузке, заводит на ногу высокий потенциал. Тут можешь вспомнить закон Ома и посчитать какое будет напряжение выхода на открытом коллекторе если подтягивающий резистор обычно порядка 1КилоОм, а сопротивление входа больше 1МегаОм. Тип выхода определяется из документации на микросхему, некоторые микрухи имеют программируемый выход, например, все контроллеры AVR. Исходя из этого становится понятен смысл регистров Port и DDR в контроллере AVR – они определяют тип выхода Open Drain+PullUp, Push-Pull или просто Open Drain.

О микросхемах дискретной логики И, ИЛИ, НЕ я рассказывать не буду, каждую описать, так это справочник не на одну сотню страниц будет. Да и постепенно они уходят в прошлое, вытесняемые контроллерами и программируемыми матрицами. Скажу лишь главное – работают они по жесткой таблице истинности, которую можно найти в соответствующем datasheet.

Аналог рулит!
Цифра может и правит миром, но я вот последнее время люблю аналоговую технику. Ряд задач автоматики и регулирования на аналоговых цепях сделать в разы проще, чем на микроконтроллере или цифровой логике. Основное отличие от цифровых микрух в том, что тут нет четких состояний, а вход и выход могут изменяться плавно от минус питания до плюс питания. Основой аналоговой схемотехники является операционный усилитель.
Адская вещь, скажу тебе. Содержит выход и два входа. Один вход прямой, другой инверсный. Внутри напряжения по этим двум входам математически складываются (с учетом знака входа), а результат умножается на коэффициент усиления и выдается на выход. Коэффициент усиления этого девайса в идеальном случае достигает бесконечности, а в реальном близок к сотням тысяч. В чем это выражается? А в том, что подаешь ты на вход скажем 1 милливольт, а выход сразу же зашкаливает под максимум – выдавая сразу напряжение питания. Как же тогда работать, если его зашкаливает от малейшего сигнала? А просто. Ну во первых зависит от задачи. Например если нам нужно сравнивать два сигнала, то один мы подаем на отрицательный вход, а другой на положительный. В данном случае выход нам покажет либо минимум напряжения, либо максимум, в зависимости от того больше сигнал на отрицательном входе или на положительном. Такой режим работы операционного усилителя называется компаратором. Я его применил недавно, чтобы отследить просадку напряжения питания на устройстве. Смотри на схему, видишь на минус у меня идет опорное напряжение со стабилитрона. Оно всегда равно 3.3 вольта – за этим следит стабилитрон. А вот на второй вход идет напряжение с делителя – оно зависит от общего напряжения питания. В нормальном режиме, когда на входе 12 вольт, то с делителя идет порядка 4 вольт, это выше чем 3.3 опорного и с компаратора выходит +5 вольт (максимум питающего). При просадке напруги ниже определенного порога с делителя начинает выходить уже менее 3.3 вольт и компаратор резко перекидывается в противоположное положение – 0 вольт (минимум питающего). Этот переход отслеживает микроконтроллер и дает сигнал тревоги.

Испльзование операционных усилителей

Если от операционного усилителя надо получить усиление, то нужно как то обуздать его бешеный коэффициент. Для этого ему добавляют отрицательную обратную связь. Т.е. берут и с выхода подают сигнал на отрицательный вход, подмешивая его к основному входному сигналу. В итоге, выходной сигнал вычитается из входного. А коэффициент усиления становится равным отношению резисторов на входе и выходе (смотри схему).

Но это далеко не все фишки которые умеет делать операционный усилитель. Если в обратную связь сунуть конденсатор, то получим интегратор, выдающий на выходе интеграл от функции входного сигнала. А если скомбинировать конденсатор с резистором, да индуктивность на вход… В общем, тут можно книгу писать, а занимается этими занятными процессами отдельная наука – автоматическое управление. Кстати, именно на операционных усилителях сделаны аналоговые компьютеры, считающие дифференциальные уравнения с такой скоростью, что все цифровые компы нервно курят в уголке.

Полная версия статьи была опубликована в журнале «Хакер»

Конфигурация, принцип работы, преимущества и недостатки

При проектировании цифровых микросхем, приложений микроконтроллеров и операционных усилителей выходы с открытым коллектором обычно используются либо для управления большими нагрузками, такими как реле, либо для взаимодействия с другими схемами. Как мы знаем, BJT является транзистором и имеет три вывода (эмиттер, база и коллектор), где эти выводы можно настроить в основном на три режима переключения. Это режимы Common Base, Common Collector и Common Emitter. Сегодня мы поговорим о конфигурации с открытым коллектором, ее TTL-затворе, характеристиках и преимуществах.

Открытый коллектор — общий вывод, который можно найти в различных интегральных схемах. Конфигурация с открытым коллектором работает как переключатель, который либо подключен к земле, либо отключен. Помимо подключения выхода микросхемы или любого другого транзистора к конкретному устройству, он подключается к базовой клемме NPN-транзистора, где коллектор открыт, а эмиттерная клемма NPN-транзистора имеет внутреннее соединение с заземляющим выводом.

Таким образом, выход с открытым коллектором рассматривается как NPN-транзистор, который пропускает ток к общему. Для этой схемы с открытым коллектором должен быть источник для правильного функционирования выхода. Когда нам требуется рассчитать выходное напряжение, когда оно не подключено к какому-либо источнику питания, тогда не будет никаких изменений напряжения. Напряжение на выходе необходимо рассчитать, чтобы знать, как правильно работает схема с открытым коллектором.

В зависимости от типа транзистора (NPN или PNP) схема может иметь либо выходной ток, либо выходной ток.

1. Когда NPN-транзистор работает в состоянии «ВЫСОКИЙ», он обеспечивает ток утечки на землю, а в состоянии «НИЗКИЙ» выходная клемма будет плавать до тех пор, пока она не будет подключена к положительному напряжению питания с помощью подтягивающего резистора.
2. Когда PNP-транзистор работает в состоянии «ВЫСОКИЙ», он подает ток на землю, а в состоянии «НИЗКИЙ» выходная клемма будет плавать до тех пор, пока она не будет подключена к земле с помощью подтягивающего резистора.

На рисунке ниже показана схема с открытым коллектором , использующая NPN-транзистор.

ИС с открытым коллектором

Работа транзистора с открытым коллектором

В этом разделе объясняется, как работает открытый коллектор , а также поясняется схема. Схема переключения в основном полезна для переключения приложений и для управления электромеханическими устройствами. Базовая клемма транзистора PNP/NPN может быть подключена к аналоговой или цифровой схеме, а эмиттерная клемма имеет соединение с землей. В то время как клемма коллектора имеет связь с коммутационной нагрузкой.

В случае транзистора NPN, когда на базовую клемму подается управляющий сигнал, транзистор переходит в состояние ВКЛ. Поскольку выход находится на клемме коллектора, выход притягивается к земле через переходы проводящего транзистора, запитывая нагрузку и делая ее включенной. Таким образом, транзистор изменяет и пропускает ток нагрузки, который можно узнать по закону Ома, где

Ток нагрузки = значение напряжения на секции нагрузки/сопротивление на секции нагрузки.

Принимая во внимание, что когда базовый привод NPN-транзистора находится в состоянии ВЫКЛ, нагрузка не проходит и отключается. Затем выход транзистора помогает в регулировании внешней нагрузки, когда функция переключения стока тока транзистора работает либо как короткое замыкание, либо как разомкнутая цепь.

Транзисторная схема с открытым коллектором

Преимущество транзисторной конфигурации с открытым коллектором заключается в отсутствии необходимости подключения напряжения нагрузки коллектора к тому же уровню потенциала напряжения схемы управления транзистора, где оно может быть как высоким, так и низким .

Открытый дренаж и открытый коллектор

В приведенной ниже табличной колонке указаны различия между конфигурациями с открытым дренажем и открытым коллектором.

Открытый слив	Открытый коллектор
Выход представляет собой схему на полевых транзисторах.	Выход представляет собой схему биполярного транзистора.
Называется неподключенной клеммой стока полевого транзистора типа P/N. Благодаря этому внешние цепи могут быть подключены так, чтобы в активном состоянии он переключался на землю.	Называется неподключенной клеммой коллектора транзистора PNP/NPN. Благодаря этому внешние цепи могут быть подключены так, чтобы в активном состоянии он переключался на землю.
Выход транзистора подает напряжение питания на выходные устройства только в том случае, если к клемме стока подключены подтягивающие резисторы.	Выход транзистора подает напряжение питания на выходные устройства только в том случае, если к клемме коллектора подключены подтягивающие резисторы.

ТТЛ-затвор с открытым коллектором

Когда транзистор Tc удаляется из конфигурации с тотемным полюсом, формируется ТТЛ-затвор с открытым коллектором. Вентиль TTL NAND можно преобразовать в вентиль AND с помощью подтягивающего резистора между выходными клеммами P и Q на рисунке ниже.

Логический элемент И-НЕ с открытым коллектором

С помощью логического элемента с открытым коллектором можно разработать проводные логические элементы И и проводные логические элементы ИЛИ. На приведенном ниже рисунке несколько логических элементов И объединяются с помощью логического элемента TTL с открытым коллектором, который показывает результат как проводное И. Это связано с тем, что И создается путем И всех выходов, которые могут быть выражены следующим образом:

X = (U.V)’ (W.X)’ (Y.Z)’

Когда все клеммы коллектора И-НЕ замыкаются на выход транзисторы, это выполняет операцию И. Через это проводное соединение ИЛИ также можно получить по принципу Де Моргана, и уравнение

X = (UV + WX + YZ)’

На приведенном ниже рисунке значение подтягивающего резистора определяется максимальным значением тока, протекающего через вывод коллектора, допустимого через каждый выходной транзистор.

Проводное И-ИЛИ с использованием вентиля TTL NAND

Примеры

Схемы с открытым коллектором обычно используются в компараторах напряжения. Немногие микросхемы компараторов напряжения относятся к LM339, LM393 и LM311, где все они работают как устройства с открытым коллектором.

Когда любое устройство, подключенное к выходу, выходное устройство должно быть подключено к источнику положительного напряжения, который должен управлять нагрузкой.

Например: Если выходное устройство представляет собой двигатель на 12 В постоянного тока, то выход должен быть подключен к +12 В. Затем отрицательные и заземляющие клеммы нагрузки подключаются к выходу устройства, которое приводит в движение двигатель.

Когда двигатель постоянного тока 12 В должен быть подключен к микросхеме LM311, конфигурация выглядит следующим образом:

Микросхема LM311 с выходом с открытым коллектором

Преимущества и недостатки

Здесь обсуждаются преимущества и недостатки с открытым коллектором .

Преимущества

1. Основным преимуществом схемы с открытым коллектором является то, что нагрузка, которую необходимо либо контролировать, либо переключать, может быть подключена к независимому источнику питания. Или оно может быть изменено от напряжения питания, используемого схемой управления.
2. Эти устройства могут использоваться для сопряжения различных семейств устройств с различными уровнями функционального напряжения.
3. Это устройство может работать с более высокими уровнями напряжения, чем напряжение питания чипа.
4. Используется для подключения нескольких устройств к одному сигналу запроса прерывания или к общей шине в схемах I ² C. Это показывает результат включения только одного устройства без участия различных неактивных устройств.

Перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о MCQ Open Collector

Недостатки

Недостатком открытого коллектора является высокое энергопотребление. Это связано с тем, что подтягивающий резистор в цепи потребляет мощность, когда выход переводится в состояние LOW. Это проявляется для требуемой функциональной скорости, и когда значение резистора низкое, подтяжка становится сильнее, что приводит к высокому энергопотреблению.

Это все о концепции открытого коллектора. В статье представлена ​​информация о конфигурации открытого коллектора, работе, затворе TTL, преимуществах и недостатках. Знать характеристики открытого коллектора и как они влияют на функциональность устройства?

Общие сведения о реле с открытым коллектором — Global Electronic Services

Открытые коллекторы — это электрические компоненты, управляющие входными сигналами для различных устройств. Эти выходы имеют простую конструкцию, но играют важную роль в приложениях, охватывающих несколько отраслей. Вот посмотрите, что они собой представляют, как они работают и что они делают в электрических реле.

Что такое открытый коллектор?

Открытые коллекторы — это выходы, которые можно найти на различной электронике и большинстве плат с интегральной схемой (ИС). Они работают с питанием постоянного тока и ведут себя во многом как выключатели питания или твердотельные реле (SSR), позволяя вам переключать входной сигнал для включения или выключения различных схем. Открытый коллектор либо полностью выключен, либо полностью включен — они также не усиливают и не ослабляют. Иногда в серию включают диод с открытым коллектором для защиты от неожиданных сдвигов напряжения.

Как используются открытые коллекторы?

Выходы с открытым коллектором представляют собой особый тип конфигурации транзисторов BJT (биполярный переход). В дополнение к коллектору выход с открытым коллектором также имеет базу и эмиттер. Эти транзисторы имеют пассивный выход с открытым коллектором, который либо подключается к электрическому заземлению, либо генерирует плавающее напряжение.

Компонент получает входной сигнал от платы ИС и активируется. Во время работы транзистора с открытым коллектором транзистор BJT посылает выходной сигнал на транзистор с отрицательной положительной отрицательной полярностью (NPN). В отличие от стандартных цифровых выходов, открытый коллектор не подает питание на нагрузку. Вместо этого эти компоненты переключают переключатель, который соединяет цепь под напряжением с электрическим заземлением.

Каковы области применения выходов с открытым коллектором?

Как неотъемлемая часть многих интегральных схем, выходы с открытым коллектором полезны для бесчисленных приложений, но для их работы обычно требуются подтягивающие резисторы. Каждый раз, когда вы используете открытый коллектор с плавающей землей, вам необходимо иметь подтягивающий резистор между VCC (общим коллектором напряжения) и землей, чтобы предотвратить самосмещение ваших цепей и логических элементов и отправку ложных сигналов.

Используя подтягивающий резистор, вы можете изменить работу транзистора с открытым коллектором, чтобы посылать сигналы с другим напряжением. Эта возможность делает их полезными для управления внешними схемами, такими как питание 12-вольтового реле или взаимодействие с устройствами, требующими различных уровней входного напряжения, такими как цифровые логические элементы, усилители, датчики, серводвигатели и логарифмические преобразователи.

Почему в реле используются открытые коллекторы?

Транзисторы с открытым коллектором обеспечивают лучшую гибкость по напряжению и току, чем стандартные логические элементы. Конструкция компонентов позволяет подключать несколько выходов к одной подключенной линии. С открытыми разъемами вы можете выбирать, какие устройства вы хотите активировать, без помех. Реле с открытыми коллекторами также не нуждаются в согласовании входного напряжения. Вы можете использовать их в 5-вольтовых логических схемах, которые управляют компонентами, требующими напряжения в пять, 10 или более 20 раз выше.

Эксперт по тестированию и ремонту выхода с открытым коллектором

Поскольку реле играют жизненно важную роль во многих электронных устройствах, неисправности или короткие замыкания являются признаком того, что вам может потребоваться проверить выход с открытым коллектором. Если ваши серводвигатели вышли из строя или вообще перестали работать, Global Electronic Services может оценить их и восстановить в рабочем состоянии. Мы обслуживаем клиентов со всего мира, предоставляя быстрые услуги по тестированию, техническому обслуживанию и ремонту.

Заполните нашу форму, чтобы запросить расценки и посмотреть, что мы можем сделать для вашей компании.