Jeżeli styki zaopatrzymy w trzpień z klawiszem, aby można było dociskać je palcem, to wtedy uzyskamy zwykły przycisk impulsowy.

Transkrypt

1 E06 Przekaźniki w praktyce. W tej części zostaną omówione przekaźniki oraz inne elementy stykowe. Dowiesz się, jak działają, jakie są ich ograniczenia, a jakie zalety. Wrócimy też na chwilę do tranzystorów. Pomimo rozwiniętej techniki półprzewodnikowej, proste w budowie elementy, takie jak, przekaźniki nadal są bardzo często wykorzystywane. W ogólności, działanie elementów stykowych polega na sterowaniu przepływem prądu poprzez mechaniczne rozłączanie obwodu. Działa to na zasadzie, jak zwykłe połączenie/rozłączenie przewodów. Z tą różnicą, że punkty, w których kawałki metalu dotykają do siebie, są specjalnie ukształtowane, aby rezystancja takiego styku była możliwie mała. Aby umożliwić przepływ prądu, należy docisnąć styki do siebie. Można to zrobić na kilka sposobów, zależnie od wykonania elementu stykowego. Rodzaje elementów stykowych Jeżeli styki zaopatrzymy w trzpień z klawiszem, aby można było dociskać je palcem, to wtedy uzyskamy zwykły przycisk impulsowy. Popularne microswitche 5mm Kontaktron. Nazywa się go również monostabilnym, ponieważ tylko jedna jego pozycja jest stabilna (bez ingerencji użytkownika). Drugą pozycję wymusza się zewnętrzną siłą i trwa tak długo, jak długo ta siła działa. Jeżeli zaś same styki wykonane zostaną z materiału, który jest przyciągany przez magnes, można uzyskać kontaktron. Czyli szklana rurkę, w której. Pod wpływem pola magnetycznego styki te zbliżają się do siebie i zamykają obwód. Bardzo często używa się ich w systemach alarmowych do wykrycia otwarcia okien lub drzwi. Tymi elementami zajmiemy się szerzej w planowanej kontynuacji kursu. Jeżeli do styku ruchomego dołączyć kawałek stalowej blachy, wówczas styki można do siebie dociskać przy pomocy elektromagnesu. Elektromagnes, to cewka o bardzo dużej ilości zwojów z metalowym rdzeniem, która zachowuje się jak magnes, gdy przez uzwojenie płynie prąd. Działanie przekaźnika. Przekaźniki Mają formę prostopadłościennych kostek. Najczęściej o wymiarach pudełka zapałek lub mniejsze. W ich wnętrzu znajduje się elektromagnes oraz styki. Ilość oraz rozmieszczenie styków zależą od danego modelu. Po tę informację należy sięgnąć do noty katalogowej lub dobrze przyjrzeć się napisom umieszczonym przez producenta na obudowie. 1

2 Do zestawu dołączony jest przekaźnik zbliżony wyglądem do poniższego. Cewka przystosowana jest do zasilania napięciem 5V. Jednak po przerobieniu ćwiczeń z poprzedniej części powinieneś wiedzieć już w jaki sposób można otrzymać napięcie o takiej wartości. Oznaczenia przekaźnika. Wyprowadzenia przekaźnika Symbol przekaźnika oraz układ jego wyprowadzeń (widziany jak na zdjęciu wyżej). Posiada on pięć wyprowadzeń. Ich konfigurację przedstawia poniższy rysunek: Objaśnienia skrótów: o E elektromagnes, najczęściej nie ma jakiejkolwiek nazwy. Biegunowość obojętna, dlatego wejście te nazywają się jednakowo. o C common, czyli wspólny. Ten styk jest przełączany między dwoma pozostałymi. o NC normally closed, czyli normalnie zamknięty. Między tym stykiem, a wspólnym może płynąć prąd, jeżeli przez cewkę nie płynie prąd. o NO normally open, czyli normalnie otwarty. Ten styk jest zwierany ze wspólnym po zasileniu cewki. Wtedy też styk NC jest odłączany. Najważniejsze parametry przekaźników: o napięcie cewki (typowo 3V, 5V, 12V i 24V); o rezystancja cewki (setki lub tysiące omów); o ilość styków, ich konfiguracja; o maksymalne napięcie między stykami oraz maksymalny prąd, jaki można przez nie przenieść. Działanie przekaźnika można przyrównać do działania wyłącznika, tyle, że nie obsługuje się go ręką, a prądem o niewielkim natężeniu. Może służyć do załączania urządzeń pobierających duży prąd, np.: silników, żarówek, syren i innych urządzeń. Wady i zalety przekaźników Przekaźniki posiadają sporo zalet: o można przepuszczać przez nie prąd o znacznej wartości (rzędu kilkunastu amperów), a nie będą wymagały jakiegokolwiek chłodzenia (w przeciwieństwie do tranzystorów) o spadek napięcia na zwartych stykach jest bardzo mały, ponieważ ich rezystancja jest rzędu miliomów o nie interesuje ich kierunek prądu płynącego przez styki, co w tranzystorach ma duże znaczenie o cewka elektromagnesu jest dobrze odizolowana od styków, pozwala to na przełączanie różnych napięć przy użyciu jednego układu sterującego 2

3 Niestety, przekaźniki mają też wady: o ich trwałość (ilość przełączeń) jest ograniczona, po pewnym czasie styki ulegają uszkodzeniu, tzw. wypalają się o działają z dosyć dużym opóźnieniem, dlatego mogą wykonywać nie więcej niż kilka przełączeń na sekundę o cewka może pobierać prąd rzędu 100mA, co może być dokuczliwe przy zasilaniu układu z baterii o generują słyszalne stuknięcie w chwili przełączenia o zajmują (w porównaniu z tranzystorami) sporo miejsca Wykorzystanie przekaźnika w praktyce Najczęściej przekaźniki wykorzystuje się do sterowania urządzeń, które wymagają stosunkowo dużego prądu i/lub zasilane są innym napięciem. Jeśli chcielibyśmy zbudować małe urządzenie, które będzie przykładowo sterowało włączaniem lampki biurkowej na 230V, to użyjemy do tego właśnie przekaźnika. Pamiętaj, że wiedza zdobyta na zajęciach omawia jedynie podstawy, podstaw elektroniki! Dlatego zdecydowanie odradzamy zabaw z wysokim napięciem. Dla własnego bezpieczeństwa pozostań przy projektach zasilanych z baterii! Aby jednak poczuć w praktyce jak działają przekaźniki zbudujemy prosty układ. Jego schemat jest widoczny poniżej. Po lewej stronie znajduje się tradycyjnie źródło zasilania w naszym przypadku jest nim bateria 9V. Następnie obniżamy napięcie do 5V, tyle do pracy wymaga cewka przekaźnika. Chyba nie muszę już tłumaczyć jak działa stabilizator napięcia? Dalej znajduje się nasz przekaźnik, zwróć uwagę jak został podłączony. W tym przykładzie służy on do włączania diody, która zasilana jest z tego samego źródła, co reszta uwagą. Pamiętaj jednak, że w praktyce przekaźnik może załączać zupełnie oddzielny obwód np.: taki na 230V. Tylko lepiej tego teraz nie próbuj! Jest to zbyt niebezpieczne jak na początki zabawy z elektroniką. Zasilanie cewki (elektromagnesu) reguluj zwierając odpowiednie przewody. Jedno wyprowadzenie podłącz na stałe do masy, a drugie podłączaj ręcznie do dodatniej szyny zasilania (Vcc, 5V). Prosty przykład wykorzystania przekaźnika. Jak zachowuje się układ? Czy słyszysz charakterystyczny dźwięk przełączania? Podziel się swoimi spostrzeżeniami w komentarzach do artykułu. Zastanów się dlaczego w powyższym układzie została umieszczona dioda 1N4148. Odpowiedź znajdziesz kilka akapitów niżej! Informacje dodatkowe Poniższe informacje mają charakter dodatkowego uzupełnienia, które przyda się w przyszłości, podczas dalszego zagłębiania podstaw elektroniki. Szczególnie zwrócić na nie swą uwagę powinny osoby, które chciałyby zacząć budować inteligentne, programowalne urządzenia np.: po zapoznaniu się z naszym darmowym kursem Arduino. Bezpośrednie zasilanie przekaźników z wyprowadzeń mikrokontrolera jest niemożliwe, ponieważ pobierają zbyt duży prąd. Należy do tego użyć tranzystora. Przykład: Przykład sterowania przekaźnikiem z mikrokontrolera. Wystawienie stanu wysokiego powoduje, że przez bazę tranzystora płynie prąd ok. 1,3mA. Dzięki temu tranzystor może się nasycić i prawie całe napięcie zasilające odkłada się na cewce przekaźnika. Nie ma przeciwwskazań, by użyć przekaźnika z cewką na wyższe napięcie, na przykład 12V, jeżeli takowe jest dostępne mniejszy 3

4 prąd będzie pobierany ze źródła zasilania. Dioda D1 jest w tym układzie konieczna i powinna zostać przylutowana możliwie blisko przekaźnika. Chroni tranzystor przed zniszczeniem podczas wyłączania cewki. Jest to spowodowane istnieniem zjawiska samoindukcji, które powoduje, że odłączana cewka generuje impuls bardzo wysokiego napięcia o polaryzacji przeciwnej do tego, które było przyłożone. W czasie normalnej pracy dioda D1 jest zatkana i otwiera się tylko pod wpływem tego impulsu. Jej typ jest niemalże dowolny, bardzo często stosuje się w tej roli 1N4148. Przyciski (znane też jako microswitche) Przyciski chwilowe (monostabilne) są bardzo wygodnym i tanim sposobem na przekazywanie informacji mikrokontrolerowi informacji przez człowieka. Wystarczy skonfigurować pin jako wejście, ustawić jego stan logiczny na 1 (poprzez przyłączenie wewnętrznego rezystora podciągającego, tzw. pull-up ) i sprawdzać, czy nie zmienił się na 0. Schemat jest bardzo prosty: Najprostszy sposób dołączenia przycisku do Lepszy sposób dołączenia przycisku do mikrokontrolera. mikrokontrolera. Ta wersja, pomimo prostoty, posiada pewną wadę: wartości wewnętrznych rezystorów podciągających mają bardzo duże rozrzuty (patrz: nota katalogowa wybranego przez Ciebie mikrokontrolera) i może się tak zdarzyć, że zakłócenia zewnętrzne spowodują nieprawidłowe działanie układu. Stanie się tak, jeśli rezystor podciągający będzie miał dużą wartość. Ponieważ zależy nam na niezawodnym działaniu układów, warto dodać zewnętrzny rezystor, aby wspomóc wewnętrzny. W tej konfiguracji, przez styki będzie musiał płynąć znaczący prąd (min. 0,5mA), aby zostało to prawidłowo odczytane. Prawdopodobieństwo wpływu zakłóceń jest znikome. Wartość dodatkowego rezystora nie jest sztywno ustalona, byleby prąd przez niego płynący po zwarciu styków nie był zbyt duży. Zarówno wciśnięcie przycisku, jak i jego zwolnienie, generuje iskrzenie/drganie styków. Jest ono niewidoczne dla oczu, ale szybko działający mikrokontroler może je uznać za kilka lub kilkanaście cykli zwarcia i rozwarcia. Dlatego stosuje się programowe opóźnienia w odczytywaniu stanu (rzędu kilkudziesięciu milisekund) po wykryciu zmiany. W większości przypadków, jako przyciski stosuje się elementy ze stykami NO. Czyli takie, gdzie wciśnięcie powoduje podanie stanu niskiego na nóżkę mikrokontrolera. Podsumowanie W tej części poznałeś rodzinę bardzo prostych, a zarazem użytecznych podzespołów, jakimi są elementy stykowe. Spotkać z nimi można się na każdym kroku: począwszy od klawiatury komputera po mikrofalówkę. Warto je znać, ponieważ w niektórych zastosowaniach są doskonałą konkurencją dla tranzystorów. 4

5 Zespół Szkół Mechanicznych w Namysłowie Eksploatacja urządzeń elektronicznych Temat ćwiczenia: Przekaźnik w praktyce. Imię i nazwisko Nr ćw E06 Data wykonania Klasa 2TEZ Grupa Zespół OCENY Przygotowanie Wykonanie Ogólna Cel ćwiczenia: Odpowiedz na pytania. 1. Co to jest kontaktron? 2. Objaśnij skróty stosowane na przekaźnikach: a. NC b. NO c. C d. E 3. Wymień parametry przekaźnika. 4. Wymień zalety przekaźników. 5. Wymień wady przekaźników. 6. Jakie znaczenie w układzie ma dioda prostownicza 1N4148 PLAN DZIAŁANIA Do wykonania eksperymentu potrzebne będą: o przekaźnik, o układ stabilizacyjny LM7805, o bateria 9V lub zasilacz. o płytka stykowa, o przewody połączeniowe, o 2 kondensatory 100nF o dioda LED o dioda prostownicza 1N4148 o rezystory: 1kΩ. Narysuj schemat potrzebny do wykonania zadania WNIOSKI I SPOSTRZEŻENIA 5