Mikroelektronika a villamossági eszközökben VI.
Gyakorlati áramkörök I.
2014/11. lapszám | Porempovics József | 8264 |
Figylem! Ez a cikk 11 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Az elektronikai alkatrészek talán megfelelő mértékben történő bemutatása után következzenek gyakorlati alkalmazások, áramköri kapcsolások. A konkrét áramkörök kapcsolási rajzokkal lesznek bemutatva, melynek célja elsősorban az, hogy a nem kifejezetten elektronikával foglalkozó villamossági szakemberek – akik egyébként napról napra használnak elektronikát tartalmazó eszközöket – képet kapjanak arról, hogy mit is tartalmaznak pontosabban ezek az eszközök, hogyan van megoldva a tápegység vagy éppen egy bemeneti jel fogadása, feldolgozása.
Az áramkörök elvileg meg is építhetők, hiszen többségük tartalmazza a pontos alkatrésztípusokat és értékeket, valamint nem utolsó szempontként elektronikai üzletekben szinte azonnal beszerezhetők, viszonylag elérhető árakon. Ha valaki erre „vetemedne”, akkor szüksége lesz egy-két apróságra, ami lehet, hogy meg is található már a szerszámosládában: ilyen például egy mikroelektronikai alkatrészekhez is használható forrasztópáka (a „pillanatpáka” nem az!), esetleg egy digitális multiméter.
Persze lehetne még sorolni, mi minden található még egy elektronikai műhelyben, ám az egyszerű hobbiépítgetést egy minimum eszközkészlettel, kis költséggel el lehet kezdeni. Az alkatrészek összehuzalozásának, elhelyezésének, rögzítésének módja attól függ, mit és melyik fázisban készítünk. Kisebb áramköröket akár drót-drót forrasztással (pókháló), hordozó nélkül is kipróbálhatunk, ami nem túl elegáns megoldás, de gyors és célravezető, hiszen csak azért készítjük, hogy pontosítsuk a kapcsolás alkatrészeinek értékeit, de a végleges áramkört nyomtatott áramköri lapra (NYÁK) illik szerelni. Kaphatók próbapanelek előre kifúrva, de kísérletezéshez legjobb a „dugdosós” próbapanel, melynél nem kell forrasztani az összekötéseket (1. ábra).
A kisebb, egyszerűbb végleges NYÁK-ot magunk is elkészíthetjük, melyhez több eljárás ismert, de talán leggyorsabb út, ha papíron elkészítjük a huzalozást, és átmásoljuk a megcsiszolt NYÁK lemezre a furathelyekkel együtt. Alkoholos tollal jó takarással átrajzoljuk, majd megfelelő maratószerrel kimaratjuk. A kísérletezés, az áramkörök kipróbálása egyszerűbb a hagyományos kivitelű alkatrészekkel, hiszen a kisméretű SMD alkatrészeket mindenképpen be kell forrasztani az áramkörbe, akár próba, akár végleges is az elkészített panel.
A kapcsolásában bemutatott ütemadónál a relé behúzási és elengedési időtartama egyforma és fix, mivel nincs változtatható alkatrész az áramkörben.
Fontos! A bemutatott kapcsolások, áramkörök némelyikénél a bekötött hálózati feszültség és az áramkörön belüli alkatrészek között galvanikus kapcsolat van, tehát hiába van pl. csökkentve ellenállásokkal a feszültség értéke az áramkörben, attól még „rázhat”, mert nincsenek leválasztva egymástól. Előfordulhat, hogy sehol sincs leválasztva a hálózati feszültség, ezért ezeknek az áramköröknek az után építése nem javasolt. A villamossági eszközök sokasága ilyen, elsősorban a moduláris vezérlő- szabályozóeszközök, de modultokozatuk némi biztonságot nyújt. Egy ilyen modul IP védettségét sokszor két adat adja. Külön van a modul előlapjára vonatkozó védettség, pl. IP40, és külön a csatlakozókra, pl. IP20. A csatlakozósorok sokszor takarólemezt kapnak a szekrényben, így ott megfelelő, elegendő lesz a védettség. A megépítésre javasolható áramkörök azok, melyek elemről vagy külső biztonsági tápegységről is működtethetők, valamint egyik bemenetük vagy kimenetük sincs galvanikus kapcsolatban a hálózati feszültséggel. Némelyik áramkörnél átalakíthatók a kritikus részek, hogy törpefeszültségről működhessenek.
Az előző lapszámban ígért ütemadó üzemmód ugyanúgy alapkapcsolása az előző cikkben említett és bemutatott NE555 típusú időzítő áramkörnek, melynek egyébként három alapkapcsolása van:
Monostabil multivibrátor (MMV), vagyis az egy stabil állapottal rendelkező kapcsolás, amit a meghúzás- vagy elengedés-késleltetésnek lehetne megfeleltetni. A stabil állapotból egy megfelelő bemeneti jel (pl. impulzus) billenti ki (pl. egy relé behúz), majd az időzítés végén visszabillen stabil állapotába a kimenet, pl. egy relé elenged.
Astabil multivibrátor (AMV), melynek nincs stabil állapota, ez lenne az ütemadó, mely kapcsolástechnikától függően lehet szimmetrikus, amikor a kimenet azonos ideig van be- és kikapcsolva, vagy aszimmetrikus, amikor külön megadható vagy állítható a kimenet be- és kikapcsolási időtartama (a villamossági eszközökben a kimeneti relé behúzási és elengedési időtartama).
Bistabil multivibrátor, mely az impulzusrelé egyik elektronikai megfelelője, nevéből is adódóan két stabil állapottal rendelkezik, az állapotok közötti átváltás valamilyen bemeneti jellel, impulzussal történik.
A 2. ábra bal oldalsó kapcsolásában bemutatott ütemadónál a relé behúzási és elengedési időtartama egyforma és fix, mivel nincs változtatható alkatrész az áramkörben. Más időértékekhez a két 68 K -os ellenállás értékét kell módosítani – a fele-fele kitöltési tényező megtartásához egyenlő mértékben –, valamint a 10 µF-os kondenzátort, ha az ellenállásokkal már nem érhető el a várt időzítés a határértékek miatt. A 2-7 pontok közötti dióda segítségével érhető el, hogy a kondenzátor töltési és kisütési időtartama egyenlő legyen. A felső 68 k -os ellenálláson és a diódán át töltődik a 10 µF-os kondenzátor, melyet az IC a 6-os kivezetésén át érzékel.
Amint a 6-os pont feszültséget elérte az IC-n belül beállított referenciaértéket (a táp 2/3-a), bekapcsolódik a 7-es kivezetés IC-n belüli kisütő tranzisztora, és kisüti a kondenzátort. Ezzel a küszöbérték-figyelő visszavált (a táp harmadánál), és kikapcsolja a tranzisztort, majd újra kezdődhet a kondenzátor feltöltése. A folyamat így ismétlődik. Ha a dióda nem lenne, akkor a töltés mindkét ellenálláson át történne, míg a kisütés csak az egyiken, így nem lehetne szimmetrikus a kimeneti jel kitöltési tényezője.
A 2. ábra jobb oldali részén a népszerű aszimmetrikus ütemadó kapcsolása látható, szintén NE555 IC-vel megvalósítva. Az időzítő funkcióval rendelkező villamossági eszközök, mint pl. az aszimmetrikus ütemadó, természetesen már régen nem ilyen analóg időzítővel működnek, szinte biztos, hogy mindegyik mikrovezérlővel van kifejlesztve és gyártva. Nem csak egy oka van ennek, de az egyik lényeges ok, hogy az analóg időzítéseknél kondenzátor töltése- kisütése történik ellenálláson keresztül, így ezek értékállandósága, hőmérsékletfüg- gése nagyban hozzájárul az időzítések pontosságához.
Legkényesebb a kondenzátor, főleg, ha elektrolit, hiszen az idők során kiszáradhat, pláne, ha még az üzemelési körülmények is segítik ebben, pl. magas környezeti hőmérséklet. Mikrovezérlőknél lehetőség van külső kvarc vagy rezonátoros oszcillátor alkalmazására, ami az alap ütemjelet adja a mikrovezérlő belső áramköreinek, proceszszormagjának, de az időzítésekhez is ez szolgál ütemjelként. Az ilyen kvarc oszcillátor frekvenciája viszonylag stabil, kicsi a hőfokfüggése. Másik lehetőség a mikrovezérlők lapkáján kialakított RC oszcillátor használata, ami szintén töltés-kisütés elven működik, de az időzítő elemek az IC-n belül, a chipen vannak kialakítva, kalibrálhatók és nagyon stabilak.
Visszatérve a 2. ábra jobb oldali részletéhez, lényeges különbség az előzőhöz képest a két potenciométer, amikkel értelemszerűen külön állítható a kimeneti relé behúzási és elengedési időtartama – ettől lesz ez a kapcsolás aszimmetrikus működésű ütemadó. A működési elv nagyjából ugyanaz. A két dióda ellentétes polaritással csatlakozik a 7-es ponthoz, ahol kettéválik a töltő és a kisütő kör, így a töltés csak a függőleges diódán át tud megtörténni, a kisütés pedig csak a vízszintes diódán át.
A következő lapszámban megjelenő folytatásban felépítünk elvi kapcsolási rajz formájában egy mikrovezérlős alapáramkört, ami különböző bemenetekkel és különböző kimenetekkel rendelkezik, de funkcióját nem határozzuk meg, mert egy univerzális elvi kapcsolási elrendezés lesz, ami a be- és kimenet megváltoztatásával más-más feladatra bírható rá. Látni fogjuk a legegyszerűbb mikrovezérlők képességeit, valamint azt, hogy az eddigieknél is egyszerűbben lehet segítségükkel komoly funkciókat végrehajtatni, kis túlzással tulajdonképpen kényünk-kedvünk szerint.
