Электроника для начинающих (2-е издание) - Чарльз Платт

Секрет раскрывается на рис. 3.81. В данном случае крайняя справа кнопка снова замкнулась после размыкания, и поэтому транзистор выключился, но реле по-прежнему включено, т. к. теперь на обмотку подается питание через дополнительно подключенный провод. Когда реле включает сигнализацию, оно также блокирует само себя.

На рис. 3.82 показаны цепи, по которым протекает электрический ток. Поскольку контакты реле замкнуты, катушка получает питание через собственные контакты. Таким образом, реле остается включенным.

Блокировка несоответствующего напряжения

Полученная схема выглядит многообещающей, но есть одна проблема. Не все процессы, происходящие в данной схеме, отображены на рис. 3.81. Взгляните на рис. 3.83. В верхней части этого рисунка крупным планом показана цепь управления реле. Когда сигнализация блокирует себя, а транзистор выключен, электрический ток может поступать с катушки реле на эмиттер транзистора. Я обозначил эти провода красным цветом, поскольку они будут относительно положительными.

Подача обратного напряжения на транзистор – довольно неприятная ситуация. При этом можно вывести компонент из строя. Как же этого избежать? Нужно как-то предотвратить протекание обратного тока, например, добавив выпрямительный диод. Измененная часть схемы показана внизу на рис. 3.83.

Новый вариант схемы сигнализации с блокирующим диодом изображен на рис. 3.84.

Рис. 3.83. Диод предотвращает обратный ток через транзистор, когда реле заблокировано

Рис. 3.84. Схема сигнализации с блокирующим диодом

Но что на самом деле представляет собой диод? То же самое, что и светодиод? И да, и нет.

Все о диодах

Диод – это давно известный полупроводниковый прибор. Электрический ток через диод протекает в одном (прямом) направлении и не протекает в обратном направлении. Как и его более поздний «родственник» – светодиод, диод можно вывести из строя чрезмерным обратным напряжением и слишком большой силой тока, но большинство обычных диодов гораздо более устойчивы к перегрузкам, чем светодиоды. Фактически они выдерживают обратное напряжение до максимального значения, указанного производителем.

Отрицательный вывод диода всегда маркируется, обычно круговой полосой, как показано на рис. 3.25. Этот вывод называется катодом. Другой вывод – это анод, он не помечается. Иногда диоды очень полезны в логических схемах, они также способны преобразовывать переменный ток в постоянный. Выпускаются диоды разных типономиналов. Если максимальный ток или напряжение какого-либо диода недостаточны для ваших целей, замените его на более мощный.

Я рекомендую выбирать диоды, рассчитанные на напряжение не меньше, чем у источника питания. Как и любой полупроводниковый компонент, при неправильном использовании диод может перегреться и выйти из строя.

Три варианта условного обозначения диода приведены на рис. 3.85.

Рис. 3.85. Три варианта условного обозначения диода. Они функционально идентичны

Одна проблема создает другую

Решив проблему самоблокировки реле во включенном состоянии добавлением дополнительного провода, мы создали новую проблему – электрический ток может пойти обратно к транзистору. Мы добавили диод, но при этом возникла еще одна проблема.

Работа диода тоже чего-то стоит, как и работа транзистора. На самом деле, поскольку оба компонента содержат p-n-переход, то затраты оказываются сравнимы. Эффект заключается в снижении напряжения.

Ток поступает в обмотку реле, проходя сначала через транзистор, а затем через диод. После того как реле включится, оно само поддерживает автономную работу, и это не проблема. Но транзистор накладывает «штраф» размером около 0,7 В, а диод накладывает дополнительный «штраф», тоже около 0,7 В, и в сумме потери получаются 1,4 В. Это падение напряжения является фиксированным и не зависит от напряжения источника питания.

Я думаю, что наше реле, рассчитанное на 9 В, должно надежно работать при напряжении 7,6 В. В техническом паспорте компании Ошгоп указано, что для срабатывания рекомендованного мною реле серии G5V-2 достаточно 75 % от подаваемого напряжения, что составляет всего 6,75 В. Похоже, это указанный тип реле подойдет для наших целей.

А как быть с другими реле? Некоторые компоненты имеют более жесткие параметры, чем другие. А если напряжение батареи окажется ниже 9 В? Проектировщик всегда должен учитывать все факторы, и, как правило, следует по возможности выбирать компоненты, номиналы которых наиболее близки к расчетным.

Кое-кто из читателей сообщил мне о проблеме падения напряжения, когда эта схема появилась в первом издании книги. (Да, я уделяю внимание откликам читателей.) Тогда я рекомендовал источник питания напряжением 12 В и считал, что потери в размере 1,4 В на транзисторе и диоде приемлемы. Но для этого издания я решил, что все устройства должны работать от источника питания напряжением 9 В, чтобы не пришлось покупать сетевой адаптер и вы могли бы использовать только батареи на 9 В, если вам так нравится. К сожалению, изъятие 1,4 В из 9 В может привести к неприятностям.

Вы убедились, что любое решение приводит к разным последствиям. Теперь, когда выбран источник питания на 9 В, я думаю, что необходим лучший способ самоблокировки реле.

Решение проблемы

Первый этап решения проблемы – четко понять, в чем ее суть.

Задачу управления сигнализацией осуществляют одновременно два компонента: транзистор и реле. Транзистор обеспечивает срабатывание сигнализации. После этого транзистор не делает ничего. Он выключен, а самоблокировку обеспечивает только реле. Слабым местом в этой системе является то, что задача разделена между двумя компонентами, и они могут конфликтовать друг с другом. Лучшим решением мог бы стать один компонент, отвечающий за все. Мне хотелось бы сохранить контролирующую роль за транзистором. Он должен поддерживать себя во включенном состоянии неограниченное время, а пока он будет включен, то и реле останется включенным.

Рис. 3.86. Цепь датчиков теперь заземлена через правые контакты реле, которые нормально замкнуты

И вот теперь я понимаю, как решить проблему. Все, что нужно, – это задействовать второй полюс реле (это то же самое реле, которое вы исследовали в эксперименте 7). С помощью второй пары контактов реле, которые нормально замкнуты, можно заземлить цепь датчиков, как показано на рис. 3.86.

Вот как это будет работать теперь. База транзистора сейчас подключена к отрицательной шине источника питания через цепочку датчиков, резистор 1 кОм и контакты с правой стороны реле (которые нормально замкнуты). Поскольку эта цепь соединений не нарушена, база транзистора находится под достаточно низким напряжением, чтобы предотвратить протекание тока.

Пусть теперь кто-то вызвал срабатывание датчика. База транзистора больше не заземлена, и таким образом транзистор включает реле. Контакты с левой стороны замыкаются и запускают сигнализацию. Но одновременно контакты реле, обозначенные справа, размыкаются.