مدار راه انداز رله

بدون دیدگاه

رله وسیله ای الکترومکانیکی است که از یک الکترومغناطیس و یک فنر برای اتصال کنتاکت تیغه متحرک به کنتاکت ثابت و برگرداندن آن به حالت قبل استفاده می کند.

رله ها فضای کمی اشغال می کنند و برای راه اندازی بوبین ( سیم پیچ ) آن به توان زیادی نیاز نداریم. اما با استفاده از کنتاکت های رله می توان بارهایی را که توان به مراتب بیشتری مصرف می کنند کنترل نمود. مانند موتورها، هیترها و لامپها.

رله ها در شکل ها و اندازه ها و طراحی های مختلف ساخته می شوند. در شکل زیر یک رله کوچک که بوبین آن برای راه اندازی به 12vDC نیاز دارد دیده می شود.

پایه های رله

در شکل زیر نشان داده شده است که بوبین بین کدام دو پایه قرار دارد. پایه های دیگر مربوط به کنتاکت ها هستند و به پایه های بوبین اتصال ندارند. همین مساله باعث می شود که بتوانیم از کنتاکت ها به صورت ایزوله از سمت مدار فرمان استفاده کنیم و به طور مثال یک لامپ که با برق 220vAC کار می کند را به وسیله یک مدار الکترونیکی با تغذیه 12vDC کنترل کنیم.

معمولا پایه های متصل به کنتاکت ها 3 نام مختلف دارند. پایه ای که در حالت قطع و وصل بین کنتاکتها مشترک است Common نامیده می شود. پایه ای که در حالت قطع به پایه Common یا مشترک متصل هست پایه Normally Close نام دارد که به اختصار NC نوشته می شود. پایه دیگر که در حالت قطع به پایه Common یا مشترک متصل نیست و پس از فعال شدن رله به این پایه متصل می شود Normally Open یا به اختصار NO نامیده می شود.

تعداد تیغه ها و کنتاکتها و پایه ها و چگونگی اتصال آنها به یکدیگر در انواع رله ها متفاوت است. همچنین ولتاژ و جریان مورد نیاز برای راه اندازی و ولتاژ و جریان قابل تحمل برای کنتاکتها نیز به مشخصات رله بستگی دارد. به طور مثال کنتاکتهای رله ای که در شکل بالا دیده می شود در ولتاژ 250vAC می توانند حداکثر تا 10A و در ولتاژ 125vAC می توانند حداکثر تا 15A را تحمل کنند.

راه اندازی رله ها توسط مدارهای مختلفی می تواند صورت بگیرد، اما در پروژه های الکترونیکی کوچک از ترانزیستور و ماسفت استفاده می شود که می توانند کنترل ( قطع و وصل ) سریع DC را روی بوبین رله اعمال کنند.

مدار راه انداز رله توسط ترانزیستور NPN

مداری که در شکل زیر دیده می شود یکی از متداولترین مدارهای راه اندازی رله است.

وقتی ولتاژ یبس ترانزیستور صفر باشد ترانزیستور در ناحیه قطع است و مانند یک کلید باز عمل می کند. در این حالت هیچ جریانی از کلکتور و در نتیجه از بوبین عبور نمی کند و بنابراین وضعیت کنتاکت رله نیز تغییر نمی نماید.

اگر یک جریان مثبت به اندازه کافی بزرگ در بیس ترانزیستور جاری شود، ترانزیستور در ناحیه اشباع قرار می گیرد و مانند یک کلید بسته عمل می کند. جریانی که از کلکتور می گذرد باعث فعال شدن بوبین و در نتیجه اتصال کنتاکت ها می شود.

وقتی که جریان از بوبین عبور می کند، مقدار آن برابر I=V/R می شود که در اینجا R مقاومت بوبین و V ولتاژِی است که به دو سر بوبین اعمال شده است. وقتی که ترانزیستور قطع می شود جریانی که از بوبین عبور می کند کاهش یافته و میدان مغناطیسی آن از بین می رود.

اما با توجه به اینکه ترانزیستور قطع شده و این اتفاق در زمان کوتاهی رخ می دهد، بوبین به علت ماهیت سلفی با تغییر ناگهانی جریان مخالفت می کند و ولتاژ معکوس روی بوبین تشکیل می شود.

این ولتاژ مانند یک جهش با دامنه بالا است که سعی می کند مقدار جریان را ثابت نگه دارد و اگر چاره ای برای آن اندیشیده نشود به ترانزیستور آسیب می زند.

به همین منظور یک دیود با بوبین موازی می شود که به آن دیود هرزگرد یا flywheel یا freewheeling اطلاق می گردد. این دیود ولتاژ معکوس روی بوبین را روی 0.7v برش می زند و با مستهلک کردن انرژی ، از ترانزیستور محافظت می کند.

البته دیود هرزگرد فقط برای ولتاژ DC قابل اعمال است و برای رله هایی که بوبین آنها با ولتاژ AC فعال می شوند از مدار اسنابر Snubber استفاده می شود.

انتخاب ترانزیستور مناسب برای راه اندازی صحیح رله مهم است. چرا که حداقل جریان راه اندازی بوبین که معمولا روی رله نوشته شده است، باید از جریان کلکتور – امیتر ترانزیستور در حالت اشباع کمتر باشد تا ترانزیستور بتواند جریان مورد نیاز برای فعال شدن بوبین را تامین کند.

برای راه اندازی رله با میکروکنترلر بیس ترانزیستور را به یکی از پایه های میکرو کنترلر که به صورت خروجی تعریف شده است وصل می کنیم. جریانی که این پایه می تواند تامین کند در راه اندازی مدار مهم است، چرا که ممکن است با توجه به مشخصات میکروکنترلر جریان کافی برای به اشباع بردن ترانزیستور را نتواند تامین کند. برای رفع این مشکل می توان از ترانزیستور دارلینگتون یا ماسفت MOSFET استفاده کرد.

گیت منطقی Or

بدون دیدگاه

گیت OR که همان یای منطقی است، باعث می شود که اگر فقط یکی از ورودی ها مقدار منطقی صحیح یا همان True داشته باشد خروجی نیز True شود. بنابراین تنها در صورتی مقدار خروجی برابر غلط یا False خواهد شد که همه ورودی ها False باشند.

عملکرد این گیت مشابه شکل زیر است که با وصل شدن هر یک از کلیدها لامپ روشن می شود:

مدار ترانزیستوری زیر طرز کار گیت OR را شبیه سازی می کند:

در صورتی که +5 ولت را معادل 1 منطقی یا همان True و 0 ولت را همان 0 منطقی یا False در نظر بگیریم، با اعمال +5 ولت به ورودی A یا B و یا هردو، حداقل یکی از ترانزیستورها در ناحیه اشباع قرار می گیرد و ولتاژ خروجی Q برابر +5 ولت خواهد بود که همان True یا 1 منطقی است.

اما در صورتی که هر دو ترانزیستور در ناحیه قطع باشند، یعنی به هر دو ورودی 0 ولت اعمال شود، خروجی نیز برابر 0 ولت یا همان False خواهد بود.

یکی دیگر از مدارهایی که می تواند عملکرد گیت OR را شبیه سازی کند در شکل زیر نمایش داده شده است:

از آی سی های TTL که در خود 4 گیت OR را جا داده اند می توان 7432 و از آی سی های CMOS می توان 4071 را نام برد.

گیت منطقی And

بدون دیدگاه

همان طور که از نام این گیت مشخص است، خروجی آن فقط زمانی صحیح یا True یا High یا 1 منطقی خواهد بود که دو ورودی هر دو True باشند. نماد شماتیک گیت AND به شکل زیر است:

and gate

و عملکرد آن را به طریق ساده می توان با این شکل نشان داد:

برای تحلیل این گیت مانند گیت NOT فرض می کنیم که ولتاژ +5 معادل مقدار منطقی 1 یا همان صحیح یا True و ولتاژ 0 معادل مقدار منطقی 0 یا False است.

یک مدار ترانزیستوری که عملکرد گیت AND را شبیه سازی می کند در شکل زیر نمایش داده شده است.

کاملا واضح است که اگر ولتاژ هر یک از مقادیر ورودی A و B تقریبا برابر 0 ولت یا در واقع همان Low یا False نباشند ترانزیستور متناظر در حالت قطع قرار گرفته و ولتاژ خروجی Q برابر 0 خواهد بود که همان 0 منطقی است. بنابراین تنها زمانی می توانیم انتظار خروجی High داشته باشیم که هر دو ترانزیستور در حالت اشباع قرار گیرند و این تنها در صورتی امکان پذیر است که هر دو ورودی به طور هم زمان High باشند.

با بسط همین تحلیل می توان دریافت که عمل AND بر روی هر تعداد ورودی تنها زمانی منجر به خروجی True خواهد شد که همه ورودی ها True باشند و تنها False شدن یکی از آنها باعث خواهد شد که خروجی نیز False شود.
آی سی های TTL گیت AND عبارتند از 7408 ، 7811 ، 7421 و آی سی های CMOS مشتمل است بر CD4081 ، CD4073 و CD4082.

مداری که در زیر شماتیکش رو ملاحظه می کنید می تونه سرعت یا دور یک فن DC رو کنترل کنه. این مدار در سایت pcbheaven معرفی شده و ما اون رو بستیم و عملکردش رو بررسی کردیم.

کنترل دور فن

قبل از هر چیز دقت کنید که این فن دو سیمه س و تاکومتر نداره.
کارکرد مدار خیلی ساده س و دردسرهای کنترل سرعت فن با PWM رو نداره.
ولتاژ بیس ترانزیستور به کمک یک ولوم یا پتانسیومتر تعیین می شه و در نتیجه جریانی که از فن می گذره تغییر می کنه و باعث می شه دورش کم و زیاد بشه.
با بالا رفتن جریانی که از کلکتور می گذره ولتاژی که روی امیتر میفته بیشتر می شه و بنابراین بین کلکتور و امیتر ترانزیستور اختلاف ولتاژ کمتری ایجاد می شه و این به این معنیه که هر چه سرعت فن بالاتر باشه اتلاف حرارتی کمتری روی ترانزیستور داریم و بازده بیشتر می شه، و به همین ترتیب اگه دور فن کم باشه ترانزیستور گرمای بیشتری تولید می کنه.
بنابراین ترانزیستور باید مطابق با جریان فن انتخاب بشه و در صورت نیاز هیت سینک هم به کار بره.
درباره خازن C1 هم باید گفت که وجودش الزامی نیست و جلوی نوسانات رو می گیره و اگه با اسیلسکوپ نگاه کنید می بینید که بدون این خازن شکل موج ولتاژ فن دارای ریپل هست.