 |
Управление дискретной нагрузкой от элементов ТТЛ и КМОП
|
|
|
|
Поскольку элементы ТТЛ серии 74XX рассчитаны на отвод больших токов, то их можно использовать для непосредственного управления светодиодами, реле, сигнальными лампами и т.д. (рис. 7.35).
Рис. 7.35. Типовые схемы управления дискретной нагрузкой от ТТЛ и КМОП логики
Для управления высоковольтной нагрузкой следует использовать вентиль с открытым коллектором 7432, работающий от источника напряжением 15 В, или сдвоенный периферийный формирователь 75451, предназначенный для управления любой нагрузкой в диапазоне до 30 В при токе до 300 мА. Выпускаются аналогичные элементы с открытым коллектором (например, DS3611 – DS3614), рассчитанные на напряжение питания до 80 В и имеющие большую нагрузочную способность по току.
Если используется серия ТТЛ 74LSXX, имеющая в состоянии низкого уровня на выходе нагрузочную способность всего 8 мА, то для управления светодиодами, реле и т.д. следует применять элементы 7404, 74H04.
Когда сильноточная нагрузка питается непосредственно от логических элементов, необходимо уделять особое внимание шине земли, так как ток нагрузки возвращается к нулевой шине источника через кристалл микросхемы. В некоторых случаях следует использовать отдельный земляной провод.
Для коммутации сильноточной нагрузки от элементов ТТЛ и КМОП можно также использовать дискретные транзисторные ключи, но их применение ограничено величиной базового тока примерно 0,25 мА. Аналогичные схемы выпускаются в интегральном исполнении, имеют входы, совместимые с уровнями ТТЛ и КМОП, и выходы, рассчитанные на нагрузку 300 мА при напряжении до 56 В. Например, DS3687 – формирователь для реле с отрицательным питанием, DS3686 – с положительным питанием.
Стандартные логические элементы КМОП при напряжении питания 5 В имеют входную нагрузочную способность значительно ниже 1 мА. Поэтому для управления дискретной нагрузкой необходимо использовать мощные усилители. Элемент 4050 (шесть буферов) может отводить ток от 5 до 50 мА при напряжении питания от 5 до 15 В соответственно. Элемент 40107 имеет мощный выходной n-канальный МОП-транзистор с открытым стоком, рассчитанный на отвод тока от 16 до 50 мА (при напряжении питания 5 – 15 В), а элемент DS3632 с выходным усилителем, выполненным на npn-транзисторах по схеме Дарлингтона, может пропускать ток до 300 мА.
|
|
|
Защита от перенапряжений
Это особенно важно при питании логических схем ТТЛ, для которых максимальное напряжение питания не должно превышать 7 В.
Датчик перенапряжения на стабилитроне (рис. 7.36). Включается между выходом стабилизатора и землей. При превышении выходным напряжением стабилизатора пробивного напряжения стабилитрона плюс прямое падение напряжения на диоде (для приведенной схемы порядка 6,2 В), тиристор включится и останется в этом состоянии, пока его анодный ток не упадет до нескольких миллиампер. Недорогой тиристор типа 2N4441 может длительное время отводить ток 5 А и выдерживать всплески до 80 А. Резистор 68 Ом обеспечивает нормальный ток стабилитрона (10 мА) при включении тиристора, конденсатор исключает ложные срабатывания от безвредных коротких всплесков напряжения.
При срабатывании схема жестко устанавливает на выходе источника питания напряжение короткого замыкания около 1 В и может быть отключена только выключением питания.
Так как в проводящем состоянии на тиристоре падает небольшое напряжение, то отсутствует вероятность перегрева самой схемы защиты. Важно только, чтобы источник питания имел какую-нибудь токоограничивающую схему или просто плавкий предохранитель.
Основной недостаток схемы – трудность подбора стабилитрона из-за разброса его параметров.
|
|
|
Рис. 7.36
ИМС – датчики перенапряжений. Проблемы, возникающие при построении простой схемы защиты на стабилитроне и тиристоре, можно решить, применив специальную триггерную ИМС защиты, например, MS3423. Это недорогая ИМС в стандартном двухрядном корпусе с регулируемым напряжением и временем срабатывания. Она имеет индикаторный вывод для сигнализации о срабатывании. Для построения всей схемы защиты требуется еще три внешних резистора, тиристор и конденсатор (необязательно).
Ограничители (рис. 7.37). Другое решение защиты от перенапряжений – установка мощного стабилитрона или его аналога параллельно выходу источника питания. Это снимает вопрос о срабатывании на всплесках, поскольку стабилитрон немедленно перестает, как только исчезает «лишнее» напряжение. Основной недостаток такой схемы – необходимость рассеивания большой мощности (U стаб/огр) в случае выхода стабилизатора из строя, что может привести к выходу из строя самой схемы защиты.
Рис. 7.37
Светодиоды
На рис. 7.38, 7.39 показаны типовые схемы включения светодиодов на переменном и постоянном токе и таблица падений напряжений на стандартных светодиодах при токе 20 мА.
Стандартные светодиоды выпускают различной интенсивности свечения красного, зеленого, оранжевого, желтого цветов, диаметром 3, 5, 10 мм или прямоугольной формы 5x2,0;, 5x2,5. Кроме того, существуют светодиоды, мигающие с частотой около 2 Гц или трехцветные – имеющие три вывода и меняющие цвет свечения в зависимости от того, на какой вывод подано напряжение (в таких светодиодах самый длинный вывод – общий катод, два других – аноды). Как правило, длинный вывод светодиода является анодом.
Для панельного монтажа чаще всего используют 5-миллиметровые светодиоды (отверстия для монтажа диаметром 7 мм). Монтаж легко осуществляется с помощью специальных пластиковых шайб стоимостью около 5 – 10 центов за штуку.
Рис. 7.38. Включение светодиодов на постоянном и переменном токе
Рис. 7.39. Основные схемы возбуждения светодиодов с активным уровнем:
а – низким; б – высоким
|
|
|
