21.3. Виведення дискретних сигналів

Виведення дискретних сигналів використовується для управління станом ввімкнено/вимкнено виконавчих пристроїв. Пристрої виводу відрізняються великим різноманіттям. Знання структури вихідних каскадів необхідне для правильного їх застосування.

Вихідні каскади із стандартними ТТЛ або КМОП логічними рівнями в промисловій автоматизації використовуються рідко. Це пов'язано з тим, що навантаженням дискретних виходів є не логічні входи електронних пристроїв, а найчастіше електромеханічні реле, пускачі, крокові двигуни і ін. Дискретні виходи зазвичай будуються на основі потужних біполярних транзисторів з відкритим колектором або польових транзисторів (зазвичай МОП) з відкритим стоком (рис. 21.7). З погляду схемотехніки застосування цих каскадів еквівалентне, тому ми їх називатимемо каскадами ОК. Каскади ОК забезпечують велику гнучкість, дозволяючи отримати необхідні для навантаження струм або напруги за допомогою зовнішнього джерела живлення. Крім того, каскад ОК за допомогою зовнішніх резисторів і джерел напруги дозволяє отримати стандартні КМОП або ТТЛ-рівні Vвих (рис. 21.7, 21.8).

Якнайкращим рішенням для побудови дискретних виходів є мікросхеми інтелектуальних ключів, які містять в собі не тільки потужний транзистор з відкритим стоком, але і ланцюги його захисту від перевантаження за струмом, напругою, короткого замикання, переполюсовки і перегріву, а також електростатичних розрядів. При перегріві вихідного каскаду або перевищенні струму навантаження інтелектуальний ключ вимикається.

Найбільш поширені вихідні каскади ОК модулів виведення двох типів: для впадаючого (рис. 21.9) і витікаючого (рис. 21.10) струмів. Відмінність між ними полягає в тому, який вивід є загальним для декількох навантажень: заземлений або сполучений з шиною живлення.

Каскади з відкритим колектором (стоком) зручні тим, що дозволяють використовувати зовнішнє джерело живлення з напругою, відмінною від напруги живлення модулів виводу (рис. 21.9, 21.10). Крім того, в цих схемах замість джерела живлення Епіт можна використовувати те ж джерело, що і для живлення модулів виводу (Vпит).

Для управління навантаженнями, що живляться великим струмом або від джерела напруги 110...220В використовують вихідні каскади з електромагнітними або твердотільними (напівпровідниковими) реле, тиристорами, симісторами.

Основною перевагою електромагнітних реле є дуже низьке падіння напруги на замкнутих контактах, що виключає необхідність їх охолоджування. Недоліком є обмежена кількість спрацьовувань (порядка 105...10⁶). Напівпровідникові реле, навпаки, мають відносно великий опір у відкритому стані і вимагають відведення тепла, але можуть виконати до 10¹⁰ перемикань. Крім того, напівпровідникові реле володіють вищою надійністю і не мають ефекту «брязкоту контактів».

При використанні реле для комутації індуктивного навантаження виникає велика е.р.с. самоіндукції, яка викликає пробій повітряного зазору при розмиканні контактів і їх іскріння. Це призводить до швидкої деградації контактів і появи електромагнітних перешкод. Проблема вирішується за допомогою діода, включеного паралельно котушці індуктивності при комутації в ланцюзі постійної напруги (рис. 21.11) і RС-ланкою в ланцюзі змінної напруги (рис. 21.12). Контакти реле бажано захищати запобіжниками.

При використанні твердотільних реле або тиристорів у високовольтних ланцюгах з довгими кабельними лініями використовують захист на вар’їсторах (рис. 21.13), TVS-діодах і газових розрядниках.

Рис. 21.13. Вихід тиристора. Вар’їстор використовується для захисту тиристора від імпульсів напруги.

ЛЕКЦІЯ 22. МОДУЛІ ВВОДУ ІМПУЛЬСНИХ ПОСЛІДОВНОСТЕЙ І УПРАВЛІННЯ.