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!

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 = 0,24А. Гм… некоторые выходы ОК тянут по 0,5 А — так что контактор прокатит! Главное не забудьте про защитный диод — здесь те же правила!

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! =)

Использование открытого коллектора в качестве обычного выхода 5В

Я пытаюсь использовать следующую микросхему: SN74S289BJ, чтобы выходной сигнал составлял 5 В при ВЫСОКОМ и ~ 0 В при НИЗКОМ, однако у меня возникли проблемы из-за его природы с открытым коллектором, поскольку я записал данные по определенному адресу и транзистор не будет поглощать ток подтягивания (это означает, что выходные светодиоды, которые я использую для проверки данных, всегда включены) в соответствии с таблицей данных, когда есть данные на конкретном выходе, транзистор будет насыщен и вызовет это направить поток тока к земле.

В настоящее время у меня есть 5 В через 330 Ом на коллектор IC 74S289BJ и светодиод, чтобы показать состояние.

Какой будет правильный способ его настройки?

Вот мои текущие настройки, предположим, что адрес и данные подготовлены и IC находится в режиме чтения (МЫ ВЫСОКО).

Кроме того, выходные данные инвертированы, потому что в соответствии с таблицей данных выходные данные являются дополнением данных.

Примечание: IC U2 / 3/4/5 в приведенной выше схеме являются преобразователями SN74H04N HEX

проезжий

Типичная установка светодиодов с открытым коллектором:

^{смоделировать эту схему — схема, созданная с использованием CircuitLab}

По сути, вы создаете два пути, два основания, которые являются переменными и не идеальными. Существует также падение напряжения CE. Если вы измеряете напряжение выходного контакта по сравнению с землей, когда выходной контакт должен быть низким (активный коллектор активен), что вы получите? Список данных, который макс был бы 0.8v. U2-U5, они буферы? Какой уровень напряжения активирует буферы? И какой номер детали?

alexan_e

Выходы с открытым коллектором обычно используются в качестве переключателей на стороне низкого уровня, подключая эмиттер к земле, а затем подавая нагрузку на землю со стороны коллектора. При использовании таким способом открытый коллектор может либо подвести ток (обеспечить заземление) к нагрузке, когда он включен, либо оставить выходной сигнал плавающим (высокое сопротивление на транзисторе), когда выключен, подтягивающий резистор может вызвать состояние ВЫСОКОЕ, находясь в этом состоянии. режим высокого сопротивления.

В вашей конкретной схеме проблема может быть в пороге НИЗКОГО уровня U2 / 3/4/5 (74H04), который составляет около 1,5 В при питании 5 В.

Еще одним соображением является максимальный ток микросхемы 74HC04, который составляет 50 мА, а при отсутствии светодиодных резисторов это может быть большой проблемой.
Резисторы, которые находятся на входе 74H04, не будут играть никакой роли в ограничении тока светодиода.

Открытый коллектор

Дискретные транзисторы в различном конструктивном оформлении

Транзи́стор (англ. transistor), полупроводнико́вый трио́д — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами^[1], способный от небольшого входного сигнала управлять значительным током в выходной цепи, что позволяет использовать его для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов. В настоящее время транзистор является основой схемотехники подавляющего большинства электронных устройств и интегральных микросхем.

Транзисторами также называются дискретные электронные приборы, которые, выполняя функцию одиночного транзистора, имеют в своём составе несколько элементов, конструктивно являясь интегральной схемой, например, составной транзистор или многие транзисторы большой мощности^[2].

Транзисторы по структуре, принципу действия и параметрам делятся на два класса — биполярные и полевые (униполярные). В биполярном транзисторе используются полупроводники с обоими типами проводимости, он работает за счет взаимодействия двух близко расположенных на кристалле p-n переходов и управляется изменением тока через база-эмиттерный переход, при этом вывод эмиттера в схеме «с общим эмиттером» является общим для управляющего и выходного токов. Существуют также схемы «с общим коллектором (эмиттерный повторитель)» и «с общей базой». В полевом транзисторе используется полупроводник только одного типа проводимости, расположенный в виде тонкого канала, на который воздействует электрическое поле изолированного от канала затвора^[3], управление осуществляется изменением напряжения между затвором и истоком. Полевой транзистор, в отличие от биполярного, управляется напряжением, а не током. В настоящее время в аналоговой технике доминируют биполярные транзисторы (БТ) (международный термин — BJT, bipolar junction transistor). В цифровой технике, в составе микросхем (логика, память, процессоры, компьютеры, цифровая связь и т. п.), напротив, биполярные транзисторы почти полностью вытеснены полевыми. В 1990-е годы был разработан новый тип гибридных биполярно-полевых транзисторов — IGBT, которые сейчас широко применяются в силовой электронике.

В 1956 году за исследования транзисторного эффекта Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн получили Нобелевскую премию по физике^[4].

К 1980-м годам транзисторы, благодаря своей миниатюрности, экономичности, устойчивости к механическим воздействиям и невысокой стоимости, практически полностью вытеснили электронные лампы из малосигнальной электроники. Благодаря своей способности работать при низких напряжениях и значительных токах, транзисторы позволили уменьшить потребность в электромагнитных реле и механических переключателях в оборудовании, а благодаря способности к миниатюризации и интеграции позволили создать интегральные схемы, заложив основы микроэлектроники. С 1990-х в связи с появлением новых мощных транзисторов, стали активно вытесняться электронными устройствами трансформаторы, электромеханические и тиристорные ключи в силовой электротехнике, начал активно развиваться частотно-регулируемый привод и инверторные преобразователи напряжения.

На принципиальных схемах транзистор обычно обозначается «VT» или «Q» с добавлением позиционного индекса, например, VT12. В русскоязычной литературе и документации в XX веке до 70-х годов применялись также обозначения «Т», «ПП» (полупроводниковый прибор) или «ПТ» (полупроводниковый триод).

История

Изобретение транзистора, являющееся одним из важнейших достижений XX века^[5], стало следствием длительного развития полупроводниковой электроники, которое началось в 1833 году, когда английский физик экспериментатор Майкл Фарадей в своей работе «Экспериментальные исследования по электричеству», описал необычную температурную зависимость электропроводимости сульфида серебра, которая увеличивалась при повышении температуры, в то время как проводимость металлов при нагреве уменьшалась. К 1838 году Фарадей открыл еще 5 веществ с подобными свойствами^[6]. Позднее такие вещества назовут полупроводниками.

В 1820—1900 годы, большой вклад в исследование различных свойств кристаллов внесла династия французских физиков Беккерелей: Антуан Сезар Беккерель, Александр Эдмон Беккерель и Антуан Анри Беккерель. Были изучены пьезоэлектрические, термоэлектрические свойства кристаллов, в 1851 году Александр Эдмон Беккерель открыл фотогальванический эффект в переходе электролит-полупроводник.

В 1874 году немецкий физик Карл Фердинанд Браун впервые обнаружил явление односторонней проводимости контакта металлического усика с кристаллом сульфида свинца, а затем и с другими кристаллами полупроводников. Точечный полупроводниковый диод-детектор, основанный на этом явлении, был запатентован в 1906 году инженером Гринлифом Виттером Пиккардом.

Изобретение в 1904 году Джоном Флемингом вакуумного диода и последующее за этим в 1906 году изобретение Ли де Форестом усилительного вакуумного триода, стало началом развития вакуумной электроники. Стабильные в работе и основанные на понятных физических принципах электронные лампы на 50 лет замедлили развитие полупроводниковой электроники в мире. В этот период физика полупроводников была ещё плохо изучена, все достижения являлись следствием экспериментов. Учёные затруднялись объяснить, что происходит внутри кристалла. Часто выдвигались ошибочные гипотезы.

В 1910 году английский физик Уильям Икклз обнаружил у некоторых полупроводниковых диодов способность генерировать электрические колебания, а инженер Олег Лосев в 1922 году самостоятельно разработал диоды, обладающие при некоторых напряжениях смещения отрицательным дифференциальным сопротивлением, с помощью которых впервые успешно использовал усилительные и генераторные свойства полупроводников (Кристадинный эффект) в детекторных и гетеродинных радиоприёмниках собственной конструкции.

В то же время на рубеже 1920—1930 годов в радиотехнике началась эпоха бурного индустриального развития электронных ламп, в этом направлении работала основная масса учёных-радиотехников. Хрупкие и капризные полупроводниковые детекторы открытой конструкции, в которых нужно было при помощи металлической иглы вручную искать на кристалле «активные точки», стали уделом кустарей-одиночек и радиолюбителей, строивших на них простейшие радиоприемники. Потенциальных перспектив полупроводников никто не видел.

Создание биполярного и полевого транзисторов произошло разными путями.

Полевой транзистор

Первый шаг в создании полевого транзистора сделал австро-венгерский физик Юлий Эдгар Лилиенфельд, который предложил метод управления током в образце путём подачи на него поперечного электрического поля, которое, воздействуя на носители заряда, будет управлять проводимостью. Патенты были получены в Канаде (22 октября 1925 года) и Германии (1928 год)^[7][8]. В 1934 году немецкий физик Оскар Хайл (англ.)русск. в Великобритании также запатентовал «бесконтактное реле», основанное на аналогичном принципе. В 1938 году Р. Поль и Р. Хильш впервые получили усиление от прототипа полевого транзистора, но усиление было очень низким, а рабочая частота не выше 1 Герца.

Несмотря на то, что полевые транзисторы основаны на простом электростатическом эффекте поля и по протекающим в них физическим процессам проще биполярных (экспериментаторы часто пытались повторить в кристалле конструкцию трехэлектродной лампы — триода), создать работоспособный образец полевого транзистора не удавалось. Создатели не могли обойти неизвестные на тот момент явления в поверхностном слое полупроводника, которые не позволяли управлять электрическим полем внутри кристалла у транзисторов такого типа (МДП-транзистор — металл, диэлектрик, полупроводник). Работоспособный полевой транзистор был создан уже после открытия биполярного транзистора. В 1952 году Уильям Шокли теоретически описал модель полевого транзистора другого типа, модуляция тока в котором, в отличие от ранее предложенных МДП^[9] структур, осуществлялась изменением толщины проводящего канала за счёт расширения или сужения обеднённой области, прилегающей к каналу р-n-перехода. Это происходило при подаче на переход управляющего напряжения запирающей полярности затворного диода. Транзистор получил название «полевой транзистор с управляющим р-n-переходом» (мешающие работе поверхностные явления устранялись, так как проводящий канал находился внутри кристалла).

Первый полевой МДП-транзистор, запатентованный ещё в 1920-е годы и ныне составляющий основу компьютерной индустрии, впервые был со

Открытый коллектор — Open collector

Простая схема открытого коллектора интегральной схемы (ИС).

Открытый коллектор представляет собой общий тип вывода на многих интегральных схем (ИС) , которые ведет себя как переключатель , который либо подключен к земле или отсоединен. Вместо вывода сигнала определенного напряжения или тока выходной сигнал подается на базу внутреннего NPN-транзистора , коллектор которого выведен на внешний (открытый) вывод IC. Эмиттер транзистора внутренне соединен с заземляющим контактом. Если устройство вывода представляет собой полевой МОП-транзистор, выход называется открытым стоком, и он работает аналогичным образом. Например, шина I²C и шина 1-Wire основаны на этой концепции.

Функция

На рисунке база транзистора обозначена как «IC output». Это сигнал от внутренней логики ИС к транзистору. Этот сигнал управляет переключением транзисторов. Внешний выход — коллектор транзистора; транзистор образует интерфейс между внутренней логикой ИС и частями, внешними по отношению к ИС.

На условных обозначениях компонентов схемы открытый выход обозначается этими символами:

• ⎐ для вывода, который выводит low-Z L или hi-Z H (или ⎒ с внутренним подтягивающим резистором )
• ⎏ для вывода, который выводит hi-Z L или low-Z H (или ⎑ с внутренним понижающим резистором)

Выход образует либо разомкнутую цепь, либо соединение с землей. Выход обычно состоит из внешнего подтягивающего резистора , который повышает выходное напряжение, когда транзистор выключен. Когда транзистор, подключенный к этому резистору, включается, на выходе устанавливается напряжение почти 0 вольт. Выходы с открытым коллектором могут быть полезны для аналогового взвешивания, суммирования, ограничения и т. Д., Но такие приложения здесь не обсуждаются.

С тремя состояниями логического устройства в отличие от открытого устройства коллектора, так как он состоит из транзисторов источника и приемника тока в обоих логических состояний, а также в качестве контроля , чтобы выключить оба транзистора и изолировать выход.

Применение устройств с открытым коллектором

Поскольку подтягивающий резистор является внешним и его не нужно подключать к напряжению питания микросхемы, вместо него можно использовать более низкое или более высокое напряжение, чем напряжение питания микросхемы (при условии, что оно не превышает абсолютный максимальный рейтинг выхода микросхемы). . Поэтому схемы с открытым коллектором иногда используются для сопряжения различных семейств устройств с разными уровнями рабочего напряжения. Транзистор с открытым коллектором может быть рассчитан на то, чтобы выдерживать более высокое напряжение, чем напряжение питания микросхемы. Этот метод обычно используется логическими схемами, работающими при напряжении 5 В или ниже, для управления устройствами, такими как двигатели, реле на 12 В , вакуумные люминесцентные дисплеи на 50 В или лампы Nixie, требующие более 100 В.

Еще одно преимущество состоит в том, что к одной линии можно подключить более одного выхода с открытым коллектором. Если все выходы, подключенные к линии, находятся в состоянии высокого импеданса, подтягивающий резистор будет удерживать провод в состоянии высокого напряжения (логическая 1). Если один или несколько выходов устройства находятся в состоянии логического 0 (заземление), они будут потреблять ток и подтягивать линейное напряжение к земле. Это проводное логическое соединение имеет несколько применений. Устройства с открытым коллектором обычно используются для подключения нескольких устройств к одному сигналу запроса прерывания или к общей шине, такой как I²C . Это позволяет одному устройству управлять шиной без помех от других неактивных устройств. Если бы устройства с открытым коллектором не использовались, то выходы неактивных устройств пытались бы поддерживать высокое напряжение на шине, что приводило бы к непредсказуемому выходу.

Проводное ИЛИ с активным низким уровнем / проводное И с активным высоким уровнем с использованием вентилей с открытым стоком.

Связывая выход нескольких открытых коллекторов вместе, общая линия становится логическим элементом «соединенное И» (положительная-истинная логика) или «проводное ИЛИ» (отрицательная-истинная логика). «Проводное И» ведет себя как логическое И двух (или более) вентилей в том смысле, что это будет логическая 1, когда (все) находятся в состоянии высокого импеданса, и 0 в противном случае. «Проводное ИЛИ» ведет себя как логическое ИЛИ для логики «отрицательная-истина», где на выходе низкий уровень, если на каком-либо из его входов низкий уровень.

Устройства SCSI -1 используют открытый коллектор для электрической сигнализации. SCSI-2 и SCSI-3 могут использовать EIA-485 .

Одной из проблем устройств с открытым коллектором является энергопотребление, поскольку подтягивающий резистор рассеивает мощность всякий раз, когда выходной сигнал понижается, и чем выше желаемая рабочая скорость, тем меньшее значение резистора (т. Е. Более сильное подтягивание) должно быть, в результате повышенный расход. Даже в выключенном состоянии они часто имеют ток утечки в несколько наноампер (точное значение зависит от температуры).

МОП-транзистор

Аналогичное соединение, используемое с МОП-транзисторами, представляет собой соединение с открытым стоком. Выходы с открытым стоком могут быть полезны для аналогового взвешивания, суммирования и ограничения, а также для цифровой логики. Клемма открытого стока соединяется с землей, когда на затвор подается высокое напряжение (логическая 1), но имеет высокий импеданс, когда на затвор подается низкое напряжение (логический 0). Это состояние с высоким импедансом возникает из-за того, что клемма находится под неопределенным напряжением (плавающее), поэтому для такого устройства требуется внешний подтягивающий резистор, подключенный к шине положительного напряжения (логическая 1), чтобы обеспечить логическую 1 в качестве выхода.

Микроэлектронные устройства, использующие сигналы с открытым стоком (например, микроконтроллеры), могут обеспечивать слабый (высокоомный) внутренний подтягивающий резистор для подключения рассматриваемого терминала к положительному источнику питания устройства. Такие слабые подтяжки, часто порядка 100 кОм, снижают потребление энергии, удерживая входные сигналы от плавающих сигналов, и могут избежать необходимости во внешнем подтягивающем компоненте. Внешние подтяжки более сильные (меньшее сопротивление, возможно, 3 кОм), чтобы уменьшить время нарастания сигнала (как с I²C ) или минимизировать шум (как на входах системного сброса ). Внутренние подтягивания обычно можно отключить, если они не нужны.

Псевдо открытый сток (POD)

В псевдо открытом стоке ( POD водителей) имеют сильную ниспадающую силу , но слабее силы подтягивающих. Для сравнения, чистый драйвер с открытым стоком не имеет силы подтягивания, за исключением тока утечки: все подтягивающее действие осуществляется на внешнем согласующем резисторе. Вот почему здесь должен использоваться термин «псевдо»: на стороне драйвера наблюдается некоторое подтягивание, когда выходной сигнал находится в высоком состоянии, оставшаяся сила подтягивания обеспечивается параллельным завершением приемника на дальнем конце для ВЫСОКОЕ напряжение, часто с использованием переключаемого терминатора на кристалле вместо отдельного резистора. Цель всего этого — снизить общую потребляемую мощность по сравнению с использованием как сильного подтягивания, так и сильного понижения, как в драйверах, таких как HSTL. В памяти DDR4 используются драйверы POD12, но с одинаковой мощностью драйвера (34 Ом / 48 Ом) для понижения (R _onPd ) и подтягивания (R _onPu ). Термин POD в DDR4 относится только к типу завершения, который является только параллельным подтягиванием без завершения на дальнем конце. Контрольная точка (V _REF ) для входа — это не половинное питание, как в DDR3, и может быть выше.

Использование Pseudo Open Drain в интерфейсах DDR.

JEDEC стандартизировал POD15, POD125, POD135 и POD12 для напряжений питания интерфейса 1,5 В, 1,35 В и 1,2 В. Сравнение схем завершения DDR3 и DDR4 с точки зрения перекоса, апертуры глаза и энергопотребления было опубликовано в конце 2011 года.

Открытый сток, высокие диски

Обычно эти выходы подключают контакт к земле для представления низкого уровня и разъединяют для представления высокого уровня, но они также могут подключать контакт к напряжению питания для представления высокого уровня и разъединять для представления низкого уровня. Это по-прежнему «открытый коллектор» или «открытый сток», поскольку приводное устройство имеет противоположную полярность (PNP или P-канал). Контакты GPIO обычно можно настроить на любую полярность.

Смотрите также

Рекомендации

Внешние ссылки

Выходной ттл-каскад с открытым коллектором

 

Полезная модель относится к интегральным микроэлектронным устройствам на биполярных транзисторах, выдающих сигналы в стандарте транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ), получаемые преобразованием внутренних токовых логических сигналов. Ее технический результат, заключающийся в повышении устойчивости устройства к уменьшению величин коэффициентов передачи тока транзисторов, достигается введением в выходной ТТЛ каскад токоограничивающего транзистора 4 NPN структуры, второго резистора 9 смещения и выполнением их связей. На схеме устройства также обозначены первый токозадающий транзистор 1 PNP структуры, второй токозадающий NPN транзистор 2, NPN транзистор 3 ограничения напряжения, потенциалозадающий резистор 5, первый и второй токозадающие резисторы 6 и 7, первый резистор 8 смещения. 1 п. ф-лы, 1 илл.

Полезная модель относится к интегральным микроэлектронным устройствам на биполярных транзисторах, выдающим сигналы в стандарте транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ), получаемые преобразованием внутренних токовых логических сигналов. Данное устройство может быть использовано, например, в компараторах уровней электрических сигналов или в преобразователях сигналов эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ) в ТТЛ сигналы.

Известное выполнение выходного ТТЛ каскада с открытым коллектором, примененное в ЭСЛ-ТТЛ преобразователе, описанном в патенте Японии 9107283 ПК: Н03К 19/018, опубликованном 22 апреля 1997 г. [1], содержит первый токозадающий транзистор PNP структуры, база и эмиттер которого через потенциалозадающий и первый токозадающий резисторы соответсвенно подключены к шине положительного напряжения питания, база первого токозадающего транзистора является входом устройства, второй токозадающий транзистор NPN структуры, эмиттер которого подключен к шине нулевого потенциала, база соединена с коллектором первого токозадающего транзистора, а коллектор является выходом устройства, второй токозадающий резистор, подключенный между эмиттером и базой второго токозадающего транзистора.

Данное устройство обладает низким быстродействием при переключении выходного напряжения из низкого уровня в высокий, что вызвано насыщением второго токозадающего транзистора, формирующего выходные сигналы.

Этого недостатка лишено устройство, описанное в источнике — Сдвоенные маломощные компараторы напряжения 597СА3А, БТАР, 597СА3А, БТ1АР, 597СА3Н4АР. Спецификация. Акционерное общество ALFA, Рига, Латвия, www.alfarzpp.lv/rus/sc/597ca3.pdf, 2009, с.8 [2]. Устройство дополнено элементами, предотвращающими насыщение второго токозадающего транзистора. Это резистор смещения, заменивший непосредственную связь коллектора и базы соответственно первого и второго токозадающих транзисторов, и NPN транзистор ограничения напряжения, база и коллектор которого соответственно соединены с коллектором и эмиттером первого токозадающего транзистора, а эмиттер подключен к выходу устройства. По технической сущности такой выходной ТТЛ каскад с открытым коллектором наиболее близок к предложенному техническому решению.

Транзистор ограничения напряжения не позволяет напряжению коллектора второго токозадающего транзистора снижаться до уровня, вызывающего его насыщение. Уровень ограничения коллекторного напряжения соответствует падению напряжения на резисторе смещения, ток в котором формирует второй токозадающий резистор.

Недостатком устройства — аналога является нарушающее нормальную работу повышение напряжения низкого уровня на выходе при уменьшении величин коэффициентов передачи тока транзисторов, вызванном, например, длительным воздействием гамма-излучения. Повышение низкого выходного уровня вызвано тем, что обусловленное снижением коэффициента увеличение базового тока второго токозадающего транзистора приводит к повышению падения напряжения на резисторе смещения.

Технический результат полезной модели, заключающийся в повышению устойчивости устройства к уменьшению величин коэффициентов передачи тока транзисторов, достигается в выходном ТТЛ каскаде с открытым коллектором, содержащем первый токозадающий транзистор PNP структуры, база и эмиттер которого через потенциалозадающий и первый токозадающий резисторы соответсвенно подключены к шине положительного напряжения питания, база первого токозадающего транзистора является входом устройства, второй токозадающий транзистор NPN структуры, эмиттер которого подключен к шине нулевого потенциала, а коллектор является выходом устройства и соединен с эмиттером NPN транзистора ограничения напряжения, коллектор которого соединен с эмиттером первого токозадающего транзистора, второй токозадающий резистор, подключенный между эмиттером и базой второго токозадающего транзистора, резистор смещения, подключенный между базами второго токозадающего транзистора и транзистора ограничения напряжения, дополнительным введением токоограничивающего транзистор NPN структуры, коллектор и эмиттер которого соответственно подключены к шине положительного напряжения питания и к базе второго токозадающего транзистора, и второго резистора смещения, первый вывод которого подключен к базе транзистора ограничения напряжения, а второй вывод соединен с коллектором первого токозадающего транзистора и с базой токоограничивающего транзистора.

Указанное выполнение выходного ТТЛ каскада с открытым коллектором позволяет стабилизировать напряжение на первом резисторе смещения в условиях повышения тока базы второго токозадающего транзистора.

Отличительными признаками полезной модели являются дополнительное введение в устройство токоограничивающего транзистора, второго резистора смещения и выполнение их связей.

Полезная модель поясняется чертежом Фиг.1, на котором изображена электрическая схема выходного ТТЛ каскада с открытым коллектором.

Выходной ТТЛ каскад с открытым коллектором, содержащий первый токозадающий трнзистор 1 PNP структуры, второй токозадающий транзистор 2 NPN структуры, NPN транзистор 3 ограничения напряжения и токоограничивающий NPN транзистор 4, а также потенциалозадающий резистор 5, первый и второй токозадающие резисторы 6 и 7, первый и второй резисторы 8 и 9 смещения. База первого токозадающего транзистора 1 вляется входом устройства и через потенциалозадающий резистор 5 соединена с шиной положительного напряжения питания +U_П, к которой через первый токозадающий резистор 6 также подключены, эмиттер первого токозадающего транзистора 1 и коллектор транзистора 3 ограничения напряжения. Эмиттер второго токозадающего транзистора 2 подключен к шине нулевого потенциала, а коллектор является выходом устройства и соединен с эмиттером транзистора 3 ограничения напряжения. Второй токозадающий резистор 7 подключен между эмиттером и базой второго токозадающего транзистора 2. Первый резистор 8 смещения подключен между базами второго токозадающего транзистора 2 и транзистора 3 ограничения напряжения. Коллектор и эмиттер токоограничивающего транзистора 4 соответственно подключены к шине положительного напряжения питания +U_П и к базе второго токозадающего транзистора 2. Первый вывод второго резистора 9 смещения подключен к базе транзистора 3 ограничения напряжения, а второй вывод соединен с коллектором первого токозадающего транзистора 1 и с базой токоограничивающего транзистора 4.

Устройство работает следующим образом.

В отсутствии тока во входе напряжение на резисторе 5 равно нулю, также как на резисторе 6 и эмиттерном PN переходе транзистора 1, тока в его коллекторе, а следовательно, и в резисторах 7, 8, 9 нет. Напряжения на эмиттерных PN переходах транзисторов 2 и 4, поэтому, равны нулю. В результате транзистор 2 формирования выходного тока выключен, что соответствует состоянию логической единицы на выходе.

Состояние логического нуля возникает на выходе при появлении вытекающего входного тока достаточной величины, который разветвляется в базу транзистора 1 и в резистор 5. Напряжение на резисторе 5 должно обеспечивать отпирание эмиттерного PN перехода транзистора 1 и формирование необходимой разности потенциалов на резисторе 6, определяющего ток I_K1 в коллекторе транзистора 1 согласно выражению:

где _N1 — коэффициент передачи эмиттерного тока транзистора 1,

I_BX — абсолютная величина входного тока,

U_ЭБ1 — разность потенциалов эмиттера и базы транзистора 1,

R₅ и R₆ — сопротивления резисторов 5 и 6.

Коллекторный тока транзистора 1 протекает в резисторах 7, 8, 9, частично ответвляясь в базу транзистора 2, если падение напряжения на резисторе 7 достаточно для открытия эмиттерного PN перехода транзистора 2. Выходной ток устройства, задаваемый коллекторным током I _K2 транзистора 2, может достигать величины:

где _N2 — коэффициент передачи эмиттерного тока транзистора 2,

U_БЭ2 — база-эмиттерное напряжение транзистора 2,

R₇ — сопротивление резистора 7.

Ток на выходе устройства должен обеспечивать требуемое падение напряжения на подключенной к выходу нагрузке и, если коллекторный ток транзистора 2 избыточен для этого, его избыток ответвляется через эмиттер-коллектор транзистора 3 в резистор 6. Это происходит, когда напряжение на выходе устройства опускается до уровня, открывающего эмиттерный PN переход транзистора 3, базовое напряжение которого выше базового напряжения транзистора 2 на величину разности потенциалов выводов резистора 8, пропускающего ток, в основном состоящий из тока резистора 7.

Величина U_R8 смещения потенциала на базе транзистора 3 вверх относительно базового потенциала транзистора 2 установлена такой, чтобы не допустить снижение напряжения на его коллекторе до уровня, при котором открывается коллекторный PN переход транзистора 2 и он входит в насыщение, что замедляет переключение устройства из нулевого логического состояния в единичное.

Нормальный активный режим транзистора 2 поддерживает отрицательная обратная связь, реализованная посредством подключения к узлу эмиттера транзистора 1 коллектора транзистора 3, ток которого ответвляет часть тока резистора 6 из эмиттера транзистора 1, уменьшая в результате и базовый ток транзистора 2 до необходимой для нормального активного режима величины.

Уменьшение значения коэффициента _N1 передачи тока транзистора 1 согласно формуле (1) приводит к уменьшению его коллекторного тока I_K1 , поэтому его номинальное значение имеет запас, компенсируемый обратной связью через транзистор 3. Однако, при уменьшении значения коэффициента _N2 передачи тока транзистора 2 I_K1 становится недостаточным для поддержания определяемой нагрузкой величины тока I_K2, см. формулу (2), в которой заключенная в скобки часть, представляющая базовый ток транзистора 2, должна увеличиваться для сохранения значения I_K2. Функцию компенсации увеличения базового тока транзистора 2 выполняет транзистор 4 вместе с резисторами 8 и 9.

Когда величина коэффициента _N2 достаточно высока, базовый ток транзистора 2 вместе с током резистора 7 создает на резисторах 8 и 9 падения напряжений, сумма которых недостаточна для открывания шунтируемого резисторами 8 и 9 эмиттерного PN перехода транзистора 4. Транзистор 4 закрыт и не оказывает влияние на работу устройства. Выходное напряжение при этом с высокой степенью приближения соответствует выражению:

Увеличение тока в базе транзистора 2 повышает падение напряжений на резисторах 8 и 9 до тех пор, пока не откроется транзистор 4, который после этого все возрастающие далее излишки тока направляет в шину +U_П. Этим поддерживается значение тока I_K2, обеспечивающее заданный уровень выходного напряжения, мало зависящий от изменений выходного тока:

Таким образом, выходной ТТЛ каскад с открытым коллектором формирует выходное напряжение логического нуля установленного уровня в заданном диапазоне токов нагрузки в условиях уменьшения значений коэффициентов передачи тока составляющих его транзисторов, не допуская их насыщения.

Выходной ТТЛ каскад с открытым коллектором, содержащий первый токозадающий транзистор PNP структуры, база и эмиттер которого через потенциалозадающий и первый токозадающий резисторы соответственно подключены к шине положительного напряжения питания, база первого токозадающего транзистора является входом устройства, второй токозадающий транзистор NPN структуры, эмиттер которого подключен к шине нулевого потенциала, а коллектор является выходом устройства и соединен с эмиттером NPN транзистора ограничения напряжения, коллектор которого соединен с эмиттером первого токозадающего транзистора, второй токозадающий резистор, подключенный между эмиттером и базой второго токозадающего транзистора, резистор смещения, подключенный между базами второго токозадающего транзистора и транзистора ограничения напряжения, отличающийся тем, что дополнительно содержит токоограничивающий транзистор NPN структуры, коллектор и эмиттер которого соответственно подключены к шине положительного напряжения питания и к базе второго токозадающего транзистора, и второй резистор смещения, первый вывод которого подключен к базе транзистора ограничения напряжения, а второй вывод соединен с коллектором первого токозадающего транзистора и с базой токоограничивающего транзистора.

3.2.4. Типы выходных каскадов Микросхемы с открытым коллектором

Выходы некоторых микросхем выполнены так, что верхний выходной транзистор и относящиеся к нему элементы отсутствуют. Это так называемые элементы со свободным (открытым) коллектором. На их выходе формируется сигнал только низкого уровня. Поэтому для нормальной работы выходного транзистора коллектор такой микросхемы следует подключить к источнику питания через внешнюю нагрузку (рис. 3.29): резистор, элемент индукции, реле и т.п.

Рис. 3.29. Логический элемент с открытым коллектором

Для выпуска таких микросхем есть по меньшей мере две причины:

1. Выходной транзистор может быть использован для управления внешними устройствами, которые к тому же могут работать от других источников питания (см. рис. 3.29 – U_пн). Например, микросхема 155ЛА11 позволяет подводить к выходному транзистору до 30 В. Эти микросхемы легко также вводить в линейный (усилительный) режим.

2. Логические элементы с открытым коллектором допускают параллельное подсоединение нескольких выходов к общей нагрузке. Такое объединение выходов называют монтажной (проводной) логикой.

При подключении к внешнему резистору элемент выполняет функцию И–НЕ. В условном графическом обозначении элемента с открытым коллектором имеется специальный значок – ромб (или подчеркнутый ромб).

Имея дело с монтажной логикой, следует учитывать, что каждый компонент схемы утрачивает самостоятельность и действует как элемент общей системы. Так, если на одном выходе (рис. 3.30) низкий потенциал, то тот же потенциал окажется на выходе всей системы. Чтобы обеспечить логическую 1 на общем выходе, необходимо иметь логические 1 на всех выходах.

Каждый из логических элементов (см. рис. 3.30) производит операцию И-НЕ:

Следовательно,

Преобразовав последнее выражение на основе закона де Моргана, получим

или, можно показать, что

Из этих выражений следует, что логические элементы с объединенными выходами функционируют подобно элементам И–ИЛИ–НЕ, выполняя операцию ИЛИ–НЕ по отношению к входным переменным, связанным операциями И в каждом логическом элементе. Такое толкование послужило причиной наименования монтажное ИЛИ. Однако для положительной логики верно монтажное И.

Рис. 3.30. Псевдомонтажное И: а – схема соединения; б – условное обозначение

Расчет величины сопротивления нагрузки R_н в микросхемах с открытым коллектором можно посмотреть, например, в [9].

Пример микросхем с открытым коллектором серии 155:

ЛН2 – 6 элементов НЕ;

ЛН3 – 6 НЕ с повышенным напряжением питания U_к;

ЛН4 – 6 буферных формирователей;

ЛН5 – 6 элементов НЕ с повышенным U_к;

ЛА7 – 2×4 И –НЕ;

ЛА8 – 4×2 И–НЕ;

ЛА11 – 4×2 И–НЕ с повышенным U_к

ЛА13 – 4×2 И–НЕ буферных формирователей;

ЛА18 – 2×2 И–НЕ с мощным выходом;

ЛИ5 – 2×2 И с мощным выходом;

ЛЛ2 – 2×2 ИЛИ с мощным выходом.

3.2.5. Микросхемы с тремя логическими состояниями

Устройства, оперирующие дискретной информацией, при высоком уровне выходного напряжения имеют малое сопротивление между выводом Выход и шиной питания. В противоположном состоянии у Выхода малое сопротивление по отношению к общей шине. В обоих случаях выходной вывод имеет определенный электрический потенциал, который воздействует на входы последующих приборов.

Существует категория микросхем, способных принимать и третье состояние, когда выход микросхемы отключен от нагрузки. В третьем состоянии выходной ток микросхемы пренебрежимо мал. Такое состояние называют высокоимпедансным. Перевод микросхем в это состояние осуществляется по специальному входу Z. Этот вход часто обозначают ЕZ или ОЕ (Output Enable). В зависимости от конкретного типа микросхемы отключение выхода может осуществляться 1 или 0.

Упрощенная электрическая схема элемента с тремя состояниями и ее условное обозначение представлены на рис. 3.31.

Когда на входе Z низкий уровень, то VT₃ заперт и не влияет на работу схемы. Если вход Z имеет высокий уровень, то транзистор VT₃ открыт, коллектор транзистора VT₂ имеет нулевой потенциал и, следовательно, ток через него не протекает. При этом эмиттер VT₂ также имеет нулевой потенциал. Поскольку базы транзисторов VT₄ и VT₅ соединены с коллектором и эмиттером VT₂,то транзисторы VT₄ и VT₅ закрыты и выходной провод микросхемы отключен и от плюса источника питания и от общего провода.

То есть состояние в отличие от 1 и 0 обозначается буквой Z, и символ такого выхода – ромб с поперечной чертой (рис.3.31.б).

а б

Рис. 3.31. Микросхема с тремя состояниями: а – электрическая схема;

б – условное графическое обозначение

Другой простой вариант перевода микросхемы в третье состояние представлен на рис. 3.32.

В том случае, когда диод VD₃ подключен к эмиттеру и коллектору транзисторов VT₁ и VT₂, а на катод диода подается управляющий сигнал Z с высоким уровнем напряжения (лог. 1), схема работает как элемент 2И–НЕ. Если управляющий сигнал Z представлен низким уровнем напряжения (лог. 0), то эмиттер транзистора VT₁ и коллектор транзистора VT₂ (а соответственно и база транзистора VT₄) подключен через открытый диод VD₃ к общему проводу. В этом случае все транзисторы закрыты, и элемент переходит в третье состояние (Z-состояние).

Рис. 3.32. Второй вариант перевода схемы в третье состояние

В третьем варианте (рис. 3.33) для перевода схемы в Z-состояние используются транзистор и два диода. Здесь транзистор VT₃ соединен непосредственно с базами транзисторов VT₄ и VT₅ и его состояние определяет потенциал баз этих транзисторов. Диоды VD₃ и VD₄ между базами транзисторов VT₄ и VT₅ и коллектором VT₃ включены для исключения влияния цепей друг на друга. Если Z = 0, то транзистор закрыт и микросхема работает в обычном режиме. Если Z = 1, то транзистор VT₃ открыт, базы транзисторов VT₄ и VT₅ через диоды и открытый VT₃ соединены с общим проводом, т. е имеют нулевой потенциал и транзисторы VT₄ и VT₅ закрыты.

Рис. 3.33. Вариант схемы с тремя состояниями

В результате связь логической части элемента с его выходом разрывается, элемент со стороны выхода приобретает высокий импеданс. Уровень потенциала на выходе неопределенный (плавающий) – он может быть любым в зависимости от соотношения токов утечки транзисторов VT₄ и VT₅, если выход схемы ни к чему не подключен.

Переход в третье состояние может происходить из 1 в Z, или из 0 в Z. Для элементов с тремя состояниями вводятся следующие временные параметры для задания задержек распространения:

t_0Z и t_1Z – длительность задержки при переходе из низкого или высокого уровней в третье состояние;

t_Z0 и t_Z1 – длительность задержки при переходе из третьего состояния в состояние низкого или высокого уровней соответственно.

О микросхемах, выходной сигнал которых может принимать значения 0 или 1, говорят, что это микросхемы типа 2С. Микросхемы с открытым коллектором обозначают ОК (ОС), микросхемы с третьим состоянием – 3С (ТС).

Элементы с третьим состоянием выхода разработаны специально для применения в качестве выходного управляемого буфера для подключения цифровых блоков к магистралям, шинам данных. Буфером называют устройство, предназначенное для увеличения мощности, отдаваемой в нагрузку источником сигнала (для увеличения нагрузочной способности источника сигнала). Для этой цели используют микросхемы с выходом ОК. Другая функция буферов – создание двунаправленных линий и мультиплексирование. В этом случае буферы имеют выход 3С.

Под двунаправленными линиями понимаются такие линии, сигналы по которым могут распространяться в двух противоположных направлениях. В отличие от однонаправленных линий, которые идут от одного выхода к одному или нескольким входам, к двунаправленной линии могут одновременно подключаться несколько выходов и несколько входов. Двунаправленные линии могут организовываться только на основе выходов 3С, поэтому почти все буферы имеют именно такие выходы.

Мультиплексированием называется передача сигналов по одним и тем же линиям в разные моменты времени между разными устройствами. Основная цель мультиплексирования состоит в сокращении общего количества соединительных линий. Двунаправленная линия обязательно является мультиплексированной, а мультиплексированная линия может быть как однонаправленной, так и двунаправленной. Но в любом случае к ней присоединяется несколько выходов, только один из которых в каждый момент времени находится в активном состоянии. Остальные выходы в это время отключаются.

С тремя состояниями выхода выпускаются микросхемы различного функционального назначения как комбинационного, так и последовательностного типов. При поочередном действии таких приборов их выходы можно соединять между собой и подключать к общей нагрузке. На рис. 3.34 представлена схема мультиплексирования при работе на общую нагрузку. Выходные сигналы y₁, y₂,…y_n поступают в нагрузку с того элемента, на входе Z которого имеется разрешающий сигнал. Таким способом удается уплотнить каналы передачи данных, а также создавать магистрали с двунаправленными потоками информации.

Поскольку выходной каскад буфера построен на основе двух последовательно включенных транзисторов, подача разрешающих сигналов на Z-входы сразу двух буферов магистрали недопустима: результат будет такой же, как и при объединении выходов двух обычных логических элементов.

Рис. 3.34 схема мультиплексирования

В микропроцессорных устройствах в настоящее время широко используют двунаправленные шинные усилители ДНШУ. Следует отметить, что в таких устройствах обычно используются в качестве выходных каскадов не ключевые элементы, выход которых имеет состояние Z. Это позволяет уменьшить уровень импульсных полей – «иголок», возникающих при коммутации мощных быстродействующих ключей. Если в каждый проводник шины данных установить такой усилитель, то, подав на микросхему команду, можно разрешить передачу сигналов по шине данных слева направо или наоборот. На рис. 3.35, а приведена схема одного двунаправленного канала усиления образованного буферными элементами DD1.1 и DD1.2 Эти составные части ДНШУ имеют взаимно инверсные входы разрешения передачи данных: дляDD1.1 и Z для DD1.2. Если на вход Z подать напряжение низкого уровня, канал будет передавать данные слева направо через DD1.1 (вход х₁, выход у₁), поскольку выход нижнего по схеме усилителя DD1.2 разомкнут. При напряжении высокого уровня Z = 1 данные можно передавать по проводнику шины данных справа налево через DD1.2 (вход х₂,выход у₂). Выход элемента DD1.1 окажется отключенным.

На рис. 3.35, б оба элемента имеют разрешающий вход высокого уровня Z = 1.

Рис. 3.35. Функциональная схема двунаправленного шинного усилителя:

а – передача сигнала по одной линии в обоих направлениях; б – при передаче справа налево – выход на другую линию

Для управления направлением передачи сигнала в этой схеме в линию Z одного из элементов следует поставить инвертор. Тогда при Z = 1 сигнал передается справа налево через элемент DD1.2, при Z = 0 – через элемент DD1.2 слева направо.

На рис. 3.36 показан пример организации двунаправленной шины с помощью буфера К555АП6. Этот восьмиканальный буфер может передавать данные между двумя двунаправленными шинами А и В в заданном направлении.

Рис. 3.36. Включение двунаправленного буфера

При единичном уровне на управляющем входе Т (сигнал Направл.) данные передаются из шины А в шину В, а при нулевом уровне – из шины В в шину А. Единичный уровень на входе ЕZ отключает микросхему от обеих шин.

Микросхемы буферов в отечественной системе обозначений имеют разнообразные обозначения: ЛН, ЛП, АП, ИП, что иногда затрудняет их выбор. Буферы с буквами ЛН имеют инверсию, буферы АП и ИП могут быть с инверсией или без инверсии. Все параметры у буферов довольно близки, отличие в инверсии, в количестве разрядов и в управляющих сигналах

Еще два типа выходных каскадов – с открытым эмиттером и с программируемой схемой выхода – будут рассмотрены при изучении микросхем эмиттерно-связанной логики и микросхем на полевых транзисторах.

Биполярный транзистор автосигнализации

Транзистор — это полупроводниковый прибор, который может усиливать слабые сигналы и управлять большой мощностью при помощи относительно слабых воздействий.

Рисунок 48. Транзистор управляет большим током при помощи малого

Транзистор, в отличие от диода, имеет 3 вывода. У биполярных транзисторов эти выводы называются база, эмиттер и коллектор.

Рисунок 49. Виды корпусов биполярных транзисторов

Состоит биполярный транзистор из кристалла полупроводника (в нем имеются границы сочетания полупроводников с разными типами проводимости), корпуса и металлических выводов, которыми транзистор впаивается в электрическую цепь.

Биполярные транзисторы бывают двух типов — п-р-п и р-п-р.

Рисунок 50. Типы биполярных транзисторов

Р-п-р транзисторы пропускают ток от эмиттера к коллектору, п-р-п — наоборот. В п-р-п транзисторах основные носители заряда — электроны, а в р-п-р — так называемые «дырки», которые менее мобильны (в смысле скорости переноса мощности), соответственно п-р-п транзисторы быстрее переключаются в общем случае.

В сигнализациях StarLine используются современные компактные транзисторы, предназначенные для поверхностного монтажа ( SMD-монтаж)

Рисунок 51. SMD-транзистор

Транзистор проявляет свои усилительные свойства в трех видах основных схем: схема с общим эмиттером (ОЭ), общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК).

Рисунок 52. Схема включения биполярного транзистора «общий эмиттер»

При включении транзистора по схеме ОЭ входной сигнал поступает между базой и эмиттером, а нагрузка включена между коллектором и источником питания. Такая схема является наиболее распространенной, так как она дает наибольшее усиление по мощности (в тысячи раз).

Достоинствами схемы с общим эмиттером являются: большой коэффициент усиления по току и большее, чем у схемы с общей базой, входное сопротивление.

Кроме того, для питания схемы требуются два однополярных источника, то есть, на практике можно обойтись одним источником питания.

Единственным серьезным недостатком является худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой.

Рисунок 53. Схема включения биполярного транзистора «общая база»

В схеме ОБ входной сигнал подается на эмиттер и базу, а нагрузка подключается между коллектором и источником питания. Входная цепь транзистора представляет собой открытый эмиттерный переход, поэтому входное сопротивление мало (десятки Ом).

Недостатки схемы: не усиливает ток и для ее питания требуется два разных источника напряжения. Но схема с общей базой имеет хорошие температурные и частотные свойства.

Рисунок 54. Схема включения биполярного транзистора «общий коллектор»

В схеме О К входной сигнал поступает на переход эмиттер-база, проходит через нагрузку, а сама нагрузка подключается к эмиттеру и источнику питания. В этой схеме выходное напряжение равно входному, поэтому она получила название «эмиттерный повторитель». При включении общего коллектора напряжение сигнала не усиливается, а лишь повторяется. При этом эмиттерная нагрузка может быть очень небольшой, выходное сопротивление усилителя измеряется сотнями и даже десятками ом. В то же время входное сопротивление очень большое — сотни килоом и даже мегаомы.

При монтаже автомобильных охранных систем биполярный транзистор чаще всего используется в качестве ключа, который либо заперт (не проводит ток), либо открыт (пропускает ток).

на базу не поступает ток управления — транзистор закрыт, тока нет, лампа не горит на базу поступил ток управления — транзистор открылся, ток пошел, лампа зажглась Рисунок 55. Работа транзистора в качестве ключа

Отпирание или запирание транзистора в режиме ключа происходит при подаче тока на его базу. Например, часто в описании сигнализации пишут «дополнительный канал выполнен по схеме «открытый коллектор». Это значит, что внутри блока сигнализации спрятан биполярный транзистор п-р-п типа, включенный по схеме ОЭ. При срабатывании этого канала на выходе будет появляться масса (через проводящую структуру транзистора), а в исходном состоянии выход ни к чему не подсоединен.

Как правило, выходы, выполненные по схеме «открытый коллектор», допускают небольшой ток нагрузки (до 300 мА). То есть подключить к этому выходу напрямую мощную нагрузку нельзя — оборудование выйдет из строя. Для подключения к такому выходу необходимо использовать дополнительное реле.

Рисунок 56. Схема-подсказка «Транзистор»

Основы

: Выходы с открытым коллектором | Лаборатории злых безумных ученых

Одна из радостей работы с базовой цифровой электроникой — и с ИС логических вентилей, в частности, — это то, что она работает почти как сборка из набора блоков Lego: здесь идет один выход, который здесь подключается к следующему входу, и так далее, пока он делает то, что вы хотели.

Если вы играли с подобными чипами, вы наверняка встречали и чипы с выходом «открытый коллектор». А если нет, о них стоит знать.Выходы с открытым коллектором составляют основу ряда хитроумных приемов для переключения уровня и взаимодействия между различными типами логики, а также от логики к другим типам электронных схем.

Далее мы будем работать с SN7407N, которая является одной из самых простых ИС с выходами с открытым коллектором. Мы обсудим, что значит иметь выходы с «открытым коллектором», и покажем некоторые из различных способов их использования.

Это схематическое изображение SN7407N, показывающее распиновку.Есть питание (номинальное 5 В) и земля, а затем шесть пар ввода-вывода, всего 14 контактов.

Микросхема описывается как шестнадцатеричный буфер (или шестнадцатеричный драйвер), потому что существует шесть независимых каналов, а логическая функция состоит в том, что каждый выход дает непрерывную копию своего входа.

Логическая функция «буфера» обычно обозначается на схематическом символе символом «усилителя» в виде прямого треугольника на каждом канале — буфер — это просто усилитель с «единичным» (X1) усилением — и символ изменяется с помощью подчеркнутый ромбовидный знак, обозначающий выходы с открытым коллектором.

Вот упрощенная модель того, что находится внутри каждого буферного канала.

Вход буфера переходит в логический элемент НЕ. Выход этого затвора НЕ идет на базу биполярного транзистора NPN. Эмиттер транзистора подключен к земле, а коллектор транзистора подключен к выходу. Это «открытый коллектор».

Когда на логическом входе SN7407N низкий уровень, на выходе затвора НЕ высокий уровень, поэтому на базе транзистора поддерживается напряжение выше эмиттера.Это «включает» транзистор, что означает, что если есть какое-либо напряжение (выше примерно 1,5 В), подключенное к коллектору, то есть подключенное к выходу канала SN7407N, то ток будет течь от коллектора через транзистор к земля.

Когда на логическом входе SN7407N высокий уровень, на выходе затвора НЕ низкий уровень, поэтому база транзистора остается на низком уровне при том же напряжении, что и эмиттер. Транзистор выключен и не проводит ток. То есть ток не течет к выходу или от выхода.Как будто выход просто ни к чему не подключен.

Итак, там, где в большинстве цифровых электронных устройств выход буфера (или другого логического элемента) имеет «высокое» или «низкое» напряжение, открытый коллектор имеет два разных состояния: выходной транзистор отключен или выходной транзистор включен. Другими словами, выход (фактически) «не подключен» или выход, подключенный через транзистор к земле.

Вот самый простой пример того, как это может быть полезно. Предположим, что на выходе с открытым коллектором установлен подтягивающий резистор — резистор среднего номинала (обычно 2.2k — 10k), подключенный к положительной шине питания, скажем, 12 В.

Затем, когда выходной транзистор отключен (и выход фактически «не подключен»), выход будет подтянут до значения шины питания, в данном случае 12 В. Когда выходной транзистор включен, выход эффективно заземлен, и выход приближается к 0 В.

Таким образом, это изящный способ создания устройства сдвига логического уровня. Что мы сделали, так это преобразовали входной сигнал логического уровня (например,, 0-5 В) на другой уровень (0-12 В). Обратите внимание, что выход не нужно тянуть так далеко. Если бы подтяжка была подключена к 3 В, выходной диапазон был бы 0–3 В, и вы могли бы использовать это как вход для цифровой электроники, которая не допускает полных 5 В на своих входах. Для SN7407N выходное напряжение может достигать 30 В, поэтому вы также можете использовать его для переключения выше.

Другой способ использования выходов с открытым коллектором — это компактная замена набора внешних дискретных транзисторов.Предположим, вы хотите управлять шестью наборами по три белых светодиода в каждом, управляемых шестью выходами вашего микроконтроллера. Для этого вы можете подключить каждый выход через резистор к базе транзистора и использовать этот транзистор для переключения тока на светодиоды. SN7407N можно использовать таким же образом, позволяя заменить одну микросхему на шесть резисторов плюс шесть транзисторов.

Вот один канал последней схемы, построенный на макетной плате. Мигающий TTL-сигнал поступает с микроконтроллера на SN7407, а внешние зажимы выводят на плату 12 В.Если вы присмотритесь, вы увидите, что на самом деле есть еще один компонент: рудиментарное (но безвредное) подтягивание 10k на выходе SN7407.

Эта схема является примером драйвера «низкой стороны», в котором светодиоды включаются и выключаются со своей «нижней стороны», стороны, более близкой к потенциалу земли.

Есть некоторые вещи, которые не может сделать с выходами с открытым коллектором.

Заманчиво думать, что, поскольку ваш выход работает для переключения 20 мА, его также можно использовать для источника 20 мА, как в «плохой цепи» выше.Это правда, что в сочетании с подтягивающим резистором выход с открытым коллектором может повышаться до 12 В, но это при условии, что потребляет только минимальный ток с этого выхода 12 В. Проблема в том, что выход с открытым коллектором вообще не является источником тока; он может только пропускать ток.

Таким образом, если какой-либо ток протекает через светодиоды, он будет идти не с выхода SN7407, а с шины 12 В через резистор 10 кОм. А по закону Ома вы не можете получить 20 мА для прохождения через 10 кОм, если вы не обеспечите минимум 200 В.Эта трасса и близко не подойдет.

Схема выше была бы примером драйвера «высокой стороны», если бы она действительно работала. Драйверы верхнего плеча включают и выключают светодиоды (или другую электронику) с помощью переключателя, подключенного к стороне с более высоким напряжением. На самом деле существует реальная потребность в схемах драйверов как «высокой стороны», так и «нижней стороны». Например, в мультиплексированной светодиодной матрице каждая строка включается по очереди, используя драйвер верхнего уровня, подключенный к каждой строке. Затем драйверы нижнего уровня, подключенные к каждому столбцу, определяют, какие светодиоды в этом ряду включены и выключены в данный момент.

Итак, как мы можем создать работающий высокочастотный драйвер? Поскольку выход с открытым коллектором с подтягиванием не будет обеспечивать ток, который нам нужен, очевидная вещь — вернуться к обычной логике (которая может использовать как источник и потреблять ток), и вместо этого разместить настоящий переключатель — транзистор — на высокой стороне светодиодов.

И вот… мы получаем еще одну неисправную цепь. Что касается плохих схем, это одна из самых распространенных. Проблема * заключается в том, что для включения или выключения светодиодов логический выход должен иметь возможность изменять напряжение базы транзистора как выше, так и ниже напряжения в верхней части пакета светодиодов, очень близко к 12 В.Поскольку наш логический вход находится в диапазоне только от 0 до 5 В, светодиоды будут всегда гореть (если выбран транзистор PNP) или всегда выключаться (если выбран транзистор NPN).

* Помимо : Возможно, вы заметили и вторую проблему: даже если транзистор все-таки включился, это все равно будет неисправной схемой , потому что мы забыли подключить резистор последовательно со светодиодами.

Оказывается, у нас действительно есть отличный случай для использования одной из тех схем «сдвига уровня», которые мы обсуждали ранее, чтобы мы могли поднять транзисторные входы до 12 В.

Итак, вот решение, которое работает, и на самом деле это отличный драйвер для высоких частот.

Выход SN7407 подтянут до 12 В через 10 кОм? резистор. Он также подключен через 1 кОм к базе транзистора PNP. Когда на входе SN7407 высокий уровень, выходы эффективно отключаются, а база транзистора подтягивается до 12 В, отключая транзистор и обеспечивая отсутствие тока через светодиоды. Когда на входе SN7407 низкий уровень, база транзистора соединена с землей через 1 k? резистор, включающий транзистор и тем самым позволяющий светодиодам включиться.Таким образом, забавный побочный эффект заключается в том, что это не просто драйвер верхнего плеча, это , инвертирующий драйвер верхнего плеча — светодиоды горят, когда входной сигнал низкий. Если вы хотите изменить это так, чтобы светодиоды горели, когда входной сигнал был высоким, вы можете просто заменить SN7407N на SN7406N, инвертирующий эквивалент SN7407N.

Есть еще один уникальный способ использования выходов с открытым коллектором — это создание специальных логических вентилей путем соединения их выходов вместе.

Выше простой пример. Два канала SN7407, от входов X и Y , имеют свои выходы, соединенные вместе и с подтягивающим резистором. Тогда, если и X , и Y будут высокими, комбинированный выход также будет высоким. Но если значение X или Y низкое, выход будет низким. Это составляет логический элемент И, поскольку на выходе высокий уровень тогда и только тогда, когда оба значения X и Y имеют высокий уровень.

Этот тип логического элемента называется проводным логическим элементом И (потому что он сделан путем его подключения, а не с использованием кремниевого кристалла логического элемента И), и это очень полезный тип логического элемента.Это особенно полезно, потому что вы можете подключить десятков выходов с открытым коллектором к одной и той же линии, чтобы создать очень большой логический элемент И, который мог бы (например) контролировать десятки критических систем и запускать отключение, если какая-либо из них выходит из строя.

Таким же образом могут быть построены и другие типы логических вентилей с проводным подключением. Например, приведенная выше схема, построенная с инвертированием каналов SN7406, будет вентилем Wired-NOR, который можно снова инвертировать, чтобы получить вентиль Wired-OR.
В качестве сноски, логические вентили с открытым коллектором, подобные этим, в значительной степени вышли из моды.Это отчасти потому, что сложно отладить аппаратную проблему, когда у вас есть несколько десятков вентилей, соединенных вместе, а отчасти из-за разработки (давно) трехсторонних логических микросхем. Но иногда они все еще являются правильным решением проблемы .
Дополнительная литература:

Открытый коллектор против открытого дренажа — Digilent Blog

В чем разница между Pmod OD1 и Pmod OC1 ? В чем разница между выходом с открытым стоком и выходом с открытым коллектором ? В чем разница между MOSFET (металлооксидный полевой транзистор) и BJT (биполярный транзистор)? Оказывается, это, по сути, один и тот же вопрос! Однако для осознания этого может потребоваться некоторое время, особенно если вы новичок в понимании различных транзисторных технологий.Чтобы найти ответ, мы начнем с последней версии вопроса и вернемся к первой.

Краткий обзор транзисторов

BJT и MOSFET — это два разных типа транзисторов. У них схожие функции, но разные характеристики. С точки зрения функциональности, они оба могут использоваться как усилители или переключатели. Как усилители, они принимают небольшой ток на одном конце и производят гораздо больший ток на другом конце. Это особенно полезно в аналоговых схемах, где транзисторы составляют основу таких компонентов, как операционные усилители.

В качестве переключателей небольшой ток через одну часть транзистора может включать больший ток через другую его часть. Другими словами, транзистор может находиться в двух различных состояниях и представлять два разных значения; 0 или 1, выключено или включено. Это особенно полезно в цифровых схемах и является основой работы всех компьютерных микросхем.

Все транзисторы сделаны из кремния, электрически нейтрального химического элемента, определенного как полупроводник , что означает, что он не является ни сильным проводником электричества, ни отличным изолятором.Что такого полезного в кремнии, так это то, что его поведение можно изменить известным способом, добавив примеси, с помощью процесса, называемого «легирование». Если кремний легирован определенными химическими веществами, он получает дополнительные «свободные» электроны и может легче переносить электрический ток. Этот тип кремния известен как n-тип или отрицательный тип.

Можно сделать и обратное, создав p-тип или положительный тип, который имеет меньше свободных электронов и часто описывается как имеющий дырок там, где должны находиться электроны.Однако обратите внимание, что кремний n-типа или p-типа не заряжен электрически. Следовательно, их можно соединить вместе, и электроны и дырки не начнут пересекать n-p переход, пока не будет приложен электрический ток (BJT) или напряжение (MOSFET). Различные конфигурации кремния n-типа и p-типа — вот что приводит к разнице между BJT и MOSFET.

БЮЦ

Биполярные переходные транзисторы (BJT) — это токовые устройства , которые бывают двух типов: NPN и PNP.Как следует из названия, NPN BJT имеют два слоя кремния n-типа, окружающие один слой кремния p-типа (и наоборот для PNP). У каждого слоя есть определенное имя: эмиттер, база и коллектор. См. Рисунок 1.

Рис. 1. Две разные конфигурации биполярного транзистора (BJT).

Принципы работы каждого типа BJT практически идентичны; Функциональное отличие заключается в основном в смещении переходов. Например, когда на базу NPN-транзистора подается положительное смещение, устройство включается, и ток течет от эмиттера к коллектору.Также известный как переключатель нижнего уровня, эмиттер подключается к GND , а коллектор подключается к нагрузке. Напротив, когда отрицательное смещение (или 0 В / GND) применяется к базе транзистора PNP, устройство включается, и ток течет от коллектора к эмиттеру в противоположном направлении от устройства NPN. Также известный как переключатель верхнего плеча, эмиттер подключается к источнику напряжения , а коллектор подключается к нагрузке.

Рисунок 2. Изображение BJT с контактами, обозначенными E для эмиттера, B для базы и C для коллектора.

С точки зрения плюсов и минусов, BJT удобны для управления маломощными светодиодами и аналогичными устройствами от обычных микроконтроллеров, которые могут выдавать постоянное напряжение только 5 В, таких как chipKIT и Arduino. Полевые МОП-транзисторы логического уровня можно использовать таким же образом, но, как правило, они дороже и их труднее найти, чем стандартные МОП-транзисторы, для включения которых требуется 10 В или более. BJT также переключаются быстрее, чем MOSFET, поэтому они хороши для высокочастотных приложений, однако они менее энергоэффективны, поэтому не всегда являются отличным выбором для приложений с батарейным питанием, где нагрузка является переменной.

Для получения дополнительной информации о теории, лежащей в основе BJT, см. Ссылку , ссылка , а для получения поучительной анимации перейдите по ссылке , здесь .

МОП-транзисторы

Металлооксидные полевые транзисторы (MOSFET) представляют собой устройства , управляемые напряжением, и похожи на BJT в том, что они имеют три разных вывода: исток , (аналог эмиттера), сток , (аналог коллектора) , и затвор (аналог основания).Как и BJT, полевые МОП-транзисторы состоят из кремния n-типа и p-типа, но они устроены несколько иначе. См. Рисунок 3.

Рисунок 3. Конфигурация секций n-типа и p-типа полевого МОП-транзистора.

Существует несколько подкатегорий полевых МОП-транзисторов, но я упомяну две подкатегории: N-канал и P-канал . Разница между ними заключается в приложенном напряжении и в том, какой тип носителя заряда отвечает за протекание тока. Для N-канального полевого МОП-транзистора источник подключается к заземлению , и устройство активируется приложением положительного напряжения к затвору .Это создает электрическое поле, «эффект поля», и позволяет электронам течь по тонкому каналу от истока к стоку. Для P-канального MOSFET источник подключается к Vcc , и устройство активируется путем подключения затвора к земле . Здесь носителями заряда выступают дырки, а не электроны. Чаще всего используются полевые МОП-транзисторы N-типа.

Примечание. Поскольку через полевой МОП-транзистор протекает только один тип заряда (электрон или дырка), они являются «униполярными» транзисторами в отличие от биполярных транзисторов, которые позволяют обоим типам зарядов проходить через переходы NP / PN.

Рис. 4. MOSFET, показывающий выводы истока, стока и затвора, в отличие от выводов эмиттера, коллектора и базы BJT.

С точки зрения плюсов и минусов, полевые МОП-транзисторы имеют бесконечно высокое входное сопротивление, что делает их полезными в усилителях мощности. Они также более энергоэффективны, чем BJT, и более устойчивы к нагреванию. Хотя BJT могут переключаться быстрее, полевые МОП-транзисторы по-прежнему достаточно быстры для приложений с частотой менее 1 МГц и сегодня являются наиболее часто используемыми транзисторами. В общем, вы можете думать, что высокий входной импеданс и низкое энергопотребление = MOSFET, а работа на очень высоких частотах и ​​возможности привода с большим током = BJT.

Дополнительные сведения о полевых МОП-транзисторах см. В этой статье.

В чем разница между выходом с открытым стоком и выходом с открытым коллектором?

Я уверен, что после прочтения вышеперечисленных разделов вы догадались, как ответить на эту версию вопроса. Если вы сказали, что разница между MOSFET и BJT, вы были бы правы! Выходной вывод с открытым стоком или открытым коллектором — это просто вывод, управляемый одним транзистором, либо MOSFET, либо BJT соответственно. С точки зрения использования, ответ отражает вышеприведенное обсуждение плюсов и минусов самих MOSFET и BJT.Конечно, их также можно комбинировать, чтобы создать очень интересные схемы, используя сильные стороны каждой.

В чем разница между Pmod OD1 и Pmod OC1?

Наконец, мы подошли к последней форме вопроса, и снова ответ теперь очевиден. Pmod OD1 — это модуль вывода с открытым стоком с четырьмя выходными контактами с открытым стоком, каждый из которых управляется N-канальным полевым МОП-транзистором. Pmod OC1 — это модуль с открытым коллектором с четырьмя выходными контактами с открытым коллектором, каждый из которых управляется NPN BJT.Оба модуля используются для потребления более высокого тока, чем могут обеспечить контакты на вашем Digilent FPGA или микроконтроллере.

Рисунок 5. Pmod OD1 слева и Pmod OC1 справа.

Pmod OC1 был разработан для управления устройствами с чуть более высоким током при 200 мА, такими как небольшая лампа или реле, и имеет более высокий рейтинг ESD, чем Pmod OD1. Поэтому он особенно прочен и подходит для студентов, которые учатся использовать эту схему. Он рассчитан на напряжение до 20 В. Pmod OD1 имеет винтовые клеммы на каждом штыре и был разработан специально для привода шаговых двигателей.Однако он также может использоваться для многих других приложений с высоким током до 3 А. Он рассчитан на напряжение до 40 В.

Для получения дополнительной информации о Pmod OD1 или Pmod OC1 посетите Digilent wiki или оставьте комментарий ниже!

Список литературы

Как использовать MOSFET — Учебное пособие для начинающих

Как использовать биполярный переходной транзистор BJT — Учебное пособие для начинающих

Как работают транзисторы

Основы: Выходы с открытым коллектором

Разница между BJT и MOSFET

Открытый коллектор — Википедия

Игровая Зона.СН с открытым коллектором

Простая схема открытого коллектора интегральной схемы (ИС).

Открытый коллектор — это распространенный тип выхода, встречающийся во многих интегральных схемах (ИС). Вместо вывода сигнала определенного напряжения или тока выходной сигнал подается на базу внутреннего NPN-транзистора, коллектор которого выведен на внешний (открытый) вывод IC. Эмиттер транзистора внутренне соединен с заземляющим контактом. Если устройство вывода представляет собой полевой МОП-транзистор, выход называется с открытым стоком, и работает аналогичным образом.

[править] Функция

На рисунке выше база транзистора обозначена как «IC Output». Это внутренний выход внутренней логики ИС на транзистор. С точки зрения транзистора, это вход, который управляет переключением транзистора. Внешний выход — это коллектор транзистора, а транзистор действует как интерфейс между внутренней логикой ИС и частями, внешними по отношению к ИС.

Выход, по сути, действует либо как разомкнутая цепь (нет соединения ни с чем), либо как соединение с землей.На выходе обычно есть внешний подтягивающий резистор, который повышает выходное напряжение, когда транзистор выключен. Когда транзистор, подключенный к этому резистору, включается, на выходе устанавливается напряжение почти 0 вольт. Выходы с открытым коллектором могут быть полезны для аналогового взвешивания, суммирования, ограничения и т. Д., Но такие приложения здесь не обсуждаются.

Логическое устройство с тремя состояниями отличается от устройства с открытым коллектором, поскольку оно имеет транзисторы для подачи и приема тока в обоих логических состояниях, а также средство управления для отключения обоих транзисторов и изоляции выхода.

[править] Применение устройств с открытым коллектором

Поскольку подтягивающий резистор является внешним и его не нужно подключать к напряжению питания микросхемы, вместо него можно использовать более низкое или более высокое напряжение. Поэтому цепи с открытым коллектором иногда используются для сопряжения различных семейств устройств с разными уровнями рабочего логического напряжения или для управления внешними цепями, требующими более высокого напряжения (например, реле на 12 В).

Еще одно преимущество — возможность подключения более одного выхода с открытым коллектором к одной линии.Если все выходы, подключенные к линии, находятся в состоянии с высоким импедансом (то есть с логической 1), подтягивающий резистор будет удерживать провод в состоянии высокого напряжения. Если один или несколько выходов устройства находятся в состоянии заземления (то есть в состоянии логического 0), они будут потреблять ток и подтягивать линейное напряжение к земле.

Устройства с открытым коллектором обычно используются для подключения нескольких устройств к шине (т. Е. Одно устройство передает сигналы прерывания или разрешения записи). Это позволяет одному устройству управлять шиной без помех от других неактивных устройств — если устройства с открытым коллектором не используются, то выходы неактивных устройств будут пытаться поддерживать высокое напряжение на шине, что приведет к непредсказуемому выходу.

При связывании выходов нескольких открытых коллекторов вместе общая линия становится логическим элементом «соединенное И» (положительная-истинная логика) или «проводное ИЛИ» (отрицательная-истинная логика). «Проводное И» ведет себя как логическое И двух (или более) вентилей в том смысле, что это будет логическая 1, когда (все) находятся в состоянии высокого импеданса, и 0 в противном случае. «Проводное ИЛИ» ведет себя как логическое ИЛИ для логики «отрицательная-истина», где на выходе низкий уровень, если на любом из его входов низкий уровень. Такие конструкции схем называются «соединенным И» и «соединенным ИЛИ» соответственно.

Транзистор с открытым коллектором может быть рассчитан на то, чтобы выдерживать более высокое напряжение, чем напряжение питания микросхемы. Такие устройства обычно используются для управления такими устройствами, как лампы Nixie и вакуумные флуоресцентные дисплеи, которые требуют более высоких рабочих напряжений, чем обычный 5-вольтовый логический источник питания.

Устройства

SCSI-1 используют открытый коллектор для электрической сигнализации. ^[1] SCSI-2 и SCSI-3 могут использовать EIA-485.

Одной из проблем устройств с открытым коллектором является энергопотребление, поскольку они, как правило, требуют более высоких минимумов тока для правильной работы.Даже в выключенном состоянии они часто имеют ток утечки в несколько наноампер (точное количество зависит от температуры).

Проводное ИЛИ с активным низким уровнем / Проводное И с активным высоким уровнем с использованием вентилей с открытым стоком.

[править] MOSFET

Аналогичное соединение, используемое с МОП-транзисторами, представляет собой соединение с открытым стоком. Выходы с открытым стоком могут быть полезны для аналогового взвешивания, суммирования, ограничения, а также для цифровой логики. Клемма открытого стока соединена с землей в состоянии низкого напряжения (логический 0), но имеет высокий импеданс в состоянии логической 1.Это запрещает протекание тока, но в результате для такого устройства требуется внешний подтягивающий резистор, подключенный к шине положительного напряжения (логическая 1).

Обратите внимание, что микроэлектронные устройства, использующие сигналы с открытым стоком (например, микроконтроллеры), могут обеспечивать «слабый» внутренний подтягивающий резистор для подключения рассматриваемого терминала к источнику / шине положительного напряжения, например V _dd устройства. Такие слабые подтяжки, часто порядка 100 кОм, снижают энергопотребление, не позволяя входным сигналам плавать.Внешние подтяжки более сильные (возможно, 3 кОм) для уменьшения времени нарастания сигнала (как в случае с I²C) или для минимизации шума (как на входах системного сброса). Внутренние подтягивания часто можно отключить в тех случаях, когда есть внешнее, или в других случаях, когда они не нужны.

Общие сведения о реле с открытым коллектором — Global Electronic Services

Открытые коллекторы — это электрические компоненты, управляющие входными сигналами для различных устройств. Эти выходные данные имеют простой дизайн, но играют важную роль в приложениях, охватывающих несколько отраслей.Вот посмотрите, что это такое, как они работают и что делают в электрических реле.

Что такое открытый коллектор?

Открытые коллекторы — это выходы, которые можно найти на различной электронике и большинстве плат интегральных схем (ИС). Они работают с питанием постоянного тока и ведут себя так же, как переключатели питания или твердотельные реле (SSR), позволяя 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 скачков напряжения.

Как используются открытые коллекторы?

Выходы

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

Компонент принимает входной сигнал от платы IC и активируется.Во время работы транзистора с открытым коллектором BJT-транзистор отправляет выходной сигнал на отрицательно-положительно-отрицательный (NPN) транзистор. В отличие от стандартных цифровых выходов, открытый коллектор не питает нагрузку. Вместо этого эти компоненты включают переключатель, который подключает цепь под напряжением к электрическому заземлению.

Каковы применения выходов с открытым коллектором?

Являясь неотъемлемой частью многих микросхем IC, 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 (общий коллектор напряжения) и землей, чтобы остановить ваши схемы и логические вентили от самосмещения и отправки ложных сигналов.

С помощью подтягивающего резистора можно изменить режим работы транзистора с открытым коллектором для передачи сигналов с разными напряжениями. Эта возможность делает их полезными для управления внешними схемами, такими как питание 12-вольтного реле или взаимодействие с устройствами, требующими различных уровней входного напряжения, такими как цифровые логические вентили, 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 вентили. Компонентная конструкция позволяет подключать несколько выходов к одной подключенной линии. С открытыми разъемами вы можете без помех выбирать, какие устройства хотите активировать. Реле с открытым коллектором также не требует согласования входного напряжения. Вы можете использовать их в 5-вольтовых логических схемах, управляющих компонентами, требующими напряжения в пять, 10 или более чем в 20 раз выше.

Экспертная проверка и ремонт выходов с открытым коллектором

Поскольку реле играют жизненно важную роль во многих электронных устройствах, неисправности или короткое замыкание 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 вернуть в рабочее состояние. Мы обслуживаем клиентов со всего мира, предоставляя быстрые услуги по тестированию, техническому обслуживанию и ремонту.

Заполните нашу форму, чтобы запросить расценки и узнать, что мы можем сделать для вашей компании.Мы составим подробную смету и быстро завершим утвержденный ремонт, чтобы свести к минимуму время простоя.

транзисторов — что такое открытый коллектор?

На первый взгляд схема, которую вы показываете, очень похожа на одноканальный 7-канальный драйвер Дарлингтона ULN2003A. Каждый канал ULN2003A представляет собой драйвер Дарлингтона: схему, в которой один транзистор напрямую управляет другим транзистором, чтобы получить общий коэффициент усиления по току, намного превышающий коэффициент усиления любого транзистора.

COM-диод в каждом канале ULN2003A полезен, если какой-либо из драйверов с открытым стоком переключает индуктивную нагрузку, например реле или соленоид.Диоды могут ограничивать обратную ЭДС индуктивных нагрузок, хотя все индуктивные нагрузки должны использовать общий источник питания выше, чем для нагрузок на неиндуктивных каналах. СОМ-диоды экономят на внешних диодах, когда ULN2003A управляет 7 индуктивными нагрузками от одного источника. Это микросхема для управления такими вещами, как соленоиды в принтерах несколько десятилетий назад, а ULN2003A далеко вышла из своего пика, с высокими коммутационными потерями по сравнению с современными ИС переключателя на полевых транзисторах.

Помимо этого, давайте ответим на ваш вопрос…

Открытый коллектор — это тип схемы драйвера с переключаемой нагрузкой, наряду с открытым эмиттером и двухтактным. Термины «открытый коллектор» и «открытый эмиттер» используются, когда переключающим компонентом является транзистор с биполярным переходом (BJT), поскольку коллектор и эмиттер являются выводами BJT. Если переключатели являются полевыми транзисторами, используются «открытый сток» и «открытый исходный код».

В коммутируемом драйвере выходные транзисторы либо жестко включены (насыщены), либо жестко отключены, никогда не являются частично проводящими. Они действуют как простые переключатели включения / выключения.На самом деле происходит нечто большее, но простой взгляд позволяет нам понять основы.

Используемая комплексная схема импульсного драйвера представляет собой двухтактный выход. Он состоит из двух переключающих транзисторов — полевых транзисторов в примере ниже.

Когда один полевой транзистор включен, другой выключен, поэтому схема имеет два состояния управления:

(1) Когда верхний полевой транзистор включен, нижний полевой транзистор выключен, и схема выдает «высокое» напряжение, которое может подавать (подавать) ток на его выход.

(2) Когда верхний полевой транзистор выключен, нижний полевой транзистор включен, и схема выдает «низкое» напряжение, которое может потреблять (принимать) ток с ее выхода.

В идеале «высокое» напряжение должно быть VDD, а «низкое» напряжение — GND, но полевые транзисторы имеют потери и не могут достичь этих напряжений.

Драйвер с открытым коллектором — это схема BJT, содержащая нижний транзистор, который потребляет ток, но не верхний транзистор для его источника. Опять же, когда используются полевые транзисторы, это называется драйвером с открытым стоком.

Как показано на схеме ниже, в двухтактной схеме полевого транзистора (слева) был удален верхний полевой транзистор, чтобы образовался драйвер с открытым стоком (в центре). Когда нижний полевой транзистор (средний) включен, ток может течь через транзистор на GND. Когда нижний полевой транзистор выключен, ток не протекает, и говорят, что выход имеет «высокий импеданс» или «плавающий», если ни к чему не подключен.

Внешняя цепь должна подавать ток через нижний полевой транзистор. Это может быть подтягивающий резистор (справа).

Аналогичным образом, схема драйвера с открытым исходным кодом на полевом транзисторе имеет верхний транзистор и не имеет нижнего транзистора. Он может подавать ток на выход или иметь высокое сопротивление.

На этих схемах полевого транзистора показаны все три схемы драйвера.

Вы можете сами почитать в Интернете об этих схемах. Но это должно дать вам основы, чтобы найти, понять и изучить его.

сигналов с открытым коллектором (примечание по приложению) | LabJack

Это примечание к приложению написано для всех LabJack, кроме U12.U12 имеет нагрузку на 1 МОм, а не на 100 кОм на всех других устройствах.

Открытый коллектор (также называемый открытым стоком, NPN или PNP) — очень распространенный тип цифрового сигнала. Вместо того, чтобы обеспечивать низкий импеданс 5 В и землю, как двухтактный или сигнальный, сигнал с открытым коллектором обеспечивает разомкнутость и землю. Этот тип сигнала можно представить как выключатель, подключенный к земле. Различные термины используются несколько вольно, и часто все варианты просто называют «открытым коллектором», но наиболее часто используется следующее:

Открытый коллектор = NPN = Переключение между открытым и низким.

Открытый сток = PNP = Переключение между открытым и высоким.

Поскольку цифровые входы LabJack имеют внутренний подтягивающий резистор 100 кОм, который удерживает их на высоком уровне, когда ничего не подключено, сигнал NPN является естественным подходом и, как правило, может быть подключен непосредственно ко входу. Когда сигнал NPN неактивен, он не генерирует никакого напряжения, а подтягивающий резистор переводит цифровой вход на высокий логический уровень. Когда сигнал NPN активен, он генерирует 0 вольт, который подавляет подтягивание и переводит цифровой вход на низкий логический уровень.Иногда устанавливается внешний подтягивающий усилитель (например, 4,7 кОм от напряжения Vs к цифровому входу) для увеличения скорости и силы (т. Е. Большей невосприимчивости к электромагнитным помехам) состояния высокого логического уровня.

Рисунок 1. Общее подключение открытого коллектора (NPN) к цифровому входу

Rground обычно составляет 0 Ом, но иногда используется последовательный резистор для предотвращения протекания больших токов в землю.

Rseries обычно составляет 0 Ом, за исключением случаев, когда требуется создать RC-фильтр нижних частот или если необходимо ограничить ток для напряжений, существенно превышающих 5 вольт.Если есть некоторая неуверенность в том, является ли сигнал на самом деле открытым коллектором или может вызывать напряжение выше 5 вольт, используйте Rseries 22 кОм, как описано в примечании к приложению Driven Signals.

Rpullup (внешний подтягивающий резистор) обычно не требуется, но используется гораздо чаще, чем Rground и Rseries. Иногда добавляется 4,7 кОм, если требуется более сильное подтягивание, чтобы избежать ложных минимумов из-за EMI. Единственным недостатком добавления этого внешнего подтягивания является то, что VS должен подавать небольшой дополнительный ток, а переключатель NPN должен потреблять этот дополнительный ток, но он составляет всего около 1 мА с 4.7кОм.

Без дополнительных резисторов рисунок 1 упрощается до рисунка 2, который является наиболее распространенным подключением:

Рис. 2. Типовое подключение с открытым коллектором (NPN) к цифровому входу

Для переключателя PNP требуется Rpulldown (а не Rpullup) с цифрового входа на GND. Добавьте понижающий резистор 4,7 кОм, который подавляет внутреннее повышение сопротивления 100 кОм и поддерживает низкий уровень на цифровом входе, когда PNP неактивен (разомкнут).Когда PNP активен (высокий), он подавляет понижение и удерживает высокий уровень цифрового входа. Обратите внимание, что если высокое напряжение PNP превышает 5 вольт, для защиты цифрового входа требуется Rseries, как обсуждалось ранее. В этом случае Rseries объединяется с Rpulldown для создания делителя напряжения (а также внутреннего повышения 100 кОм до 3,3 В, но мы проигнорируем это для грубых расчетов). Rseries = 10k и Rpulldown = 4.7k, означает усиление примерно x0,32, поэтому входной сигнал 12 В будет разделен до ~ 3.8 вольт. Rseries = 22k и Rpulldown = 4.7k, означает усиление около x0,18, поэтому входной сигнал 24 В будет разделен до ~ 4,3 вольт.

Другой вариант для переключателей PNP — LJTick-Divider.

Наше самое старое устройство, U12, имеет нагрузку на 1 МОм, а не на 100 кОм на каждой цифровой линии. Мы рекомендуем всегда использовать подтягивающий резистор 4,7 кОм (до +5 В) с сигналами NPN или подтягивающий резистор 4,7 кОм (к заземлению) с сигналами PNP.

Выше были упомянуты различные способы защиты от напряжений более 5 вольт.Фактические ограничения можно найти в Приложении A к спецификации каждого устройства. U12 начинает фиксацию с VS + 0,3, а U3, U6, UE9, T4 и T7 начинают фиксироваться с фиксированного значения 5,8 вольт, поэтому для напряжений, превышающих эти уровни, следует подумать о дополнительном последовательном резисторе.

Обратите внимание, что отдельное заземление LabJack часто не требуется для каждого сигнала. Любые сигналы, питаемые от одного и того же внешнего источника или иным образом относящиеся к одному и тому же внешнему заземлению, должны по возможности совместно использовать одно заземляющее соединение с LabJack.

Поставщики и ресурсы беспроводной связи RF

О компании RF Wireless World

Веб-сайт RF Wireless World является домом для поставщиков и ресурсов радиочастотной и беспроводной связи. На сайте представлены статьи, руководства, поставщики, терминология, исходный код (VHDL, Verilog, MATLAB, Labview), тестирование и измерения, калькуляторы, новости, книги, загрузки и многое другое.

Сайт RF Wireless World охватывает ресурсы по различным темам, таким как RF, беспроводная связь, vsat, спутник, радар, волоконная оптика, микроволновая печь, wimax, wlan, zigbee, LTE, 5G NR, GSM, GPRS, GPS, WCDMA, UMTS, TDSCDMA, Bluetooth, Lightwave RF, z-wave, Интернет вещей (IoT), M2M, Ethernet и т. Д.Эти ресурсы основаны на стандартах IEEE и 3GPP. В нем также есть академический раздел, который охватывает колледжи и университеты по инженерным дисциплинам и MBA.

Статьи о системах на основе Интернета вещей

Система обнаружения падений для пожилых людей на основе Интернета вещей : В статье рассматривается архитектура системы обнаружения падений, используемой для пожилых людей. В нем упоминаются преимущества или преимущества системы обнаружения падений Интернета вещей. Узнать больше➤
Также обратитесь к другим статьям о системах на основе Интернета вещей следующим образом:
• Система очистки туалетов самолета. • Система измерения столкновений • Система отслеживания скоропортящихся продуктов и овощей • Система помощи водителю • Система умной торговли • Система мониторинга качества воды. • Система Smart Grid • Система умного освещения на базе Zigbee • Умная парковка на базе Zigbee • Система умной парковки на основе LoRaWAN

---

RF Статьи о беспроводной связи

В этом разделе статей представлены статьи о физическом уровне (PHY), уровне MAC, стеке протоколов и сетевой архитектуре на основе WLAN, WiMAX, zigbee, GSM, GPRS, TD-SCDMA, LTE, 5G NR, VSAT, Gigabit Ethernet на основе IEEE / 3GPP и т. Д. .стандарты. Он также охватывает статьи, относящиеся к испытаниям и измерениям, по тестированию на соответствие, используемым для испытаний устройств на соответствие RF / PHY. УКАЗАТЕЛЬ СТАТЬИ ДЛЯ ССЫЛКИ >>.

---

Физический уровень 5G NR : Обработка физического уровня для канала 5G NR PDSCH и канала 5G NR PUSCH рассмотрена поэтапно. Это описание физического уровня 5G соответствует спецификациям физического уровня 3GPP. Читать дальше➤

---

Основы повторителей и типы повторителей : В нем объясняются функции различных типов ретрансляторов, используемых в беспроводных технологиях.Читать дальше➤

---

Основы и типы замирания : В этой статье рассматриваются мелкомасштабные замирания, крупномасштабные замирания, медленные, быстрые замирания и т. Д., Которые используются в беспроводной связи. Читать дальше➤

---

Архитектура сотового телефона 5G : В этой статье рассматривается блок-схема сотового телефона 5G с внутренними модулями 5G Архитектура сотового телефона. Читать дальше➤

---

Основы помех и типы помех: В этой статье рассматриваются помехи в соседнем канале, помехи в совмещенном канале, Электромагнитные помехи, ICI, ISI, световые помехи, звуковые помехи и т. Д.Читать дальше➤

---

5G NR Раздел

В этом разделе рассматриваются функции 5G NR (New Radio), нумерология, диапазоны, архитектура, развертывание, стек протоколов (PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC) и т. Д. 5G NR Краткий указатель ссылок >>
• Мини-слот 5G NR • Часть полосы пропускания 5G NR • 5G NR CORESET • Форматы DCI 5G NR • 5G NR UCI • Форматы слотов 5G NR • IE 5G NR RRC • 5G NR SSB, SS, PBCH • 5G NR PRACH • 5G NR PDCCH • 5G NR PUCCH • Эталонные сигналы 5G NR • 5G NR m-последовательность • Золотая последовательность 5G NR • 5G NR Zadoff Chu Sequence • Физический уровень 5G NR • Уровень MAC 5G NR • Уровень 5G NR RLC • Уровень 5G NR PDCP

---

Учебные пособия по беспроводным технологиям

В этом разделе рассматриваются учебные пособия по радиочастотам и беспроводной связи.Он охватывает учебные пособия по таким темам, как сотовая связь, WLAN (11ac, 11ad), wimax, bluetooth, zigbee, zwave, LTE, DSP, GSM, GPRS, GPS, UMTS, CDMA, UWB, RFID, радар, VSAT, спутник, WLAN, волновод, антенна, фемтосота, тестирование и измерения, IoT и т. Д. См. УКАЗАТЕЛЬ >>

---

Учебное пособие по 5G — В этом учебном пособии по 5G также рассматриваются следующие подтемы по технологии 5G:
Учебное пособие по основам 5G. Частотные диапазоны руководство по миллиметровым волнам Волновая рама 5G мм Зондирование волнового канала 5G мм 4G против 5G Испытательное оборудование 5G Сетевая архитектура 5G Сетевые интерфейсы 5G NR канальное зондирование Типы каналов 5G FDD против TDD Разделение сети 5G NR Что такое 5G NR Режимы развертывания 5G NR Что такое 5G TF

---

В этом руководстве GSM рассматриваются основы GSM, сетевая архитектура, сетевые элементы, системные спецификации, приложения, Типы пакетов GSM, структура или иерархия кадров GSM, логические каналы, физические каналы, Физический уровень GSM или обработка речи, вход в сеть мобильного телефона GSM, установка вызова или процедура включения питания, MO-вызов, MT-вызов, VAMOS, AMR, MSK, модуляция GMSK, физический уровень, стек протоколов, основы работы с мобильным телефоном, Планирование RF, нисходящая линия связи PS и восходящая линия связи PS.
➤Подробнее.

LTE Tutorial , охватывающий архитектуру системы LTE, охватывающий основы LTE EUTRAN и LTE Evolved Packet Core (EPC). Он обеспечивает связь с обзором системы LTE, радиоинтерфейсом LTE, терминологией LTE, категориями LTE UE, структурой кадра LTE, физическим уровнем LTE, Стек протоколов LTE, каналы LTE (логические, транспортные, физические), пропускная способность LTE, агрегация несущих LTE, передача голоса по LTE, расширенный LTE, Поставщики LTE и LTE vs LTE продвинутые.➤Подробнее.

---

RF Technology Stuff

Эта страница мира беспроводной радиосвязи описывает пошаговое проектирование преобразователя частоты RF на примере преобразователя RF UP от 70 МГц до диапазона C. для микрополосковой платы с использованием дискретных радиочастотных компонентов, а именно. Смесители, гетеродин, MMIC, синтезатор, опорный генератор OCXO, колодки аттенюатора. ➤Подробнее.
➤Проектирование и разработка радиочастотного трансивера ➤Конструкция RF-фильтра ➤Система VSAT ➤Типы и основы микрополосковой печати ➤ОсновыWaveguide

---

Секция испытаний и измерений

В этом разделе рассматриваются контрольно-измерительные ресурсы, испытательное и измерительное оборудование для тестирования ИУ на основе Стандарты WLAN, WiMAX, Zigbee, Bluetooth, GSM, UMTS, LTE.ИНДЕКС испытаний и измерений >>
➤Система PXI для T&M. ➤ Генерация и анализ сигналов ➤Измерения слоя PHY ➤Тест устройства на соответствие WiMAX ➤ Тест на соответствие Zigbee ➤ Тест на соответствие LTE UE ➤Тест на соответствие TD-SCDMA

---

Волоконно-оптическая технология

Волоконно-оптический компонент , основы, включая детектор, оптический соединитель, изолятор, циркулятор, переключатели, усилитель, фильтр, эквалайзер, мультиплексор, разъемы, демультиплексор и т. д.Эти компоненты используются в оптоволоконной связи. Оптические компоненты INDEX >>
➤Учебное пособие по оптоволоконной связи ➤APS в SDH ➤SONET основы ➤SDH Каркасная конструкция ➤SONET против SDH

---

Поставщики, производители радиочастотной беспроводной связи

Сайт RF Wireless World охватывает производителей и поставщиков различных радиочастотных компонентов, систем и подсистем для ярких приложений, см. ИНДЕКС поставщиков >>.

Поставщики радиочастотных компонентов, включая радиочастотный изолятор, радиочастотный циркулятор, радиочастотный смеситель, радиочастотный усилитель, радиочастотный адаптер, радиочастотный разъем, радиочастотный модулятор, радиочастотный трансивер, PLL, VCO, синтезатор, антенну, генератор, делитель мощности, сумматор мощности, фильтр, аттенюатор, диплексор, дуплексер, микросхема резистора, микросхема конденсатора, микросхема индуктивности, ответвитель, оборудование ЭМС, программное обеспечение для проектирования радиочастот, диэлектрический материал, диод и т. д.Производители RF компонентов >>
➤Базовая станция LTE ➤RF Циркулятор ➤RF Изолятор ➤Кристаллический осциллятор

---

MATLAB, Labview, встроенные исходные коды

Раздел исходного кода RF Wireless World охватывает коды, связанные с языками программирования MATLAB, VHDL, VERILOG и LABVIEW. Эти коды полезны для новичков в этих языках. ИНДЕКС ИСХОДНОГО КОДА >>
➤3-8 декодер кода VHDL ➤Код MATLAB для дескремблера ➤32-битный код ALU Verilog ➤T, D, JK, SR триггеры labview коды

* Общая информация о здоровье населения *

Выполните эти пять простых действий, чтобы остановить коронавирус (COVID-19).
СДЕЛАЙТЕ ПЯТЬ
1. РУКИ: часто мойте их
2. КОЛЕНО: Закашляйтесь
3. ЛИЦО: Не трогай его
4. НОГИ: держитесь на расстоянии более 3 футов (1 м) друг от друга
5. ЧУВСТВОВАТЬ: Болен? Оставайся дома

Используйте технологию отслеживания контактов >>, соблюдайте >> рекомендации по социальному дистанцированию и установить систему видеонаблюдения >> чтобы спасти сотни жизней. Использование концепции телемедицины стало очень популярным в таким странам, как США и Китай, остановить распространение COVID-19, поскольку это заразное заболевание.

---

RF Беспроводные калькуляторы и преобразователи

Раздел «Калькуляторы и преобразователи» охватывает ВЧ-калькуляторы, беспроводные калькуляторы, а также преобразователи единиц. Сюда входят такие беспроводные технологии, как GSM, UMTS, LTE, 5G NR и т. Д. СПРАВОЧНЫЕ КАЛЬКУЛЯТОРЫ Указатель >>.
➤ Калькулятор пропускной способности 5G NR ➤5G NR ARFCN против преобразования частоты ➤Калькулятор скорости передачи данных LoRa ➤LTE EARFCN для преобразования частоты ➤Калькулятор антенн Яги ➤ Калькулятор времени выборки 5G NR

---

IoT-Интернет вещей Беспроводные технологии

Раздел IoT охватывает беспроводные технологии Интернета вещей, такие как WLAN, WiMAX, Zigbee, Z-wave, UMTS, LTE, GSM, GPRS, THREAD, EnOcean, LoRa, SIGFOX, WHDI, Ethernet, 6LoWPAN, RF4CE, Bluetooth, Bluetooth Low Power (BLE), NFC, RFID, INSTEON, X10, KNX, ANT +, Wavenis, Dash7, HomePlug и другие.Он также охватывает датчики Интернета вещей, компоненты Интернета вещей и компании Интернета вещей.
См. Главную страницу IoT >> и следующие ссылки.
➤ НИТЬ ➤EnOcean ➤Учебник по LoRa ➤Учебник по SIGFOX ➤WHDI ➤6LoWPAN ➤Zigbee RF4CE ➤NFC ➤Lonworks ➤CEBus ➤UPB

СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ

RF Wireless Учебники

Различные типы датчиков

Поделиться страницей

Перевести страницу

.