Transistoren – Digitale Steuerschnittstelle, Teil I.

In der Marine ist der Kapitän das Gehirn hinter den Operationen eines Schiffes. Sammeln Sie Informationen, treffen Sie wichtige Entscheidungen und erteilen Sie dann Befehle. Er ist nicht da, um die Ärmel hochzukrempeln und die Decke zu reinigen. Der Kapitän verlässt sich darauf, dass die Schiffsoffiziere als Schnittstelle zwischen ihm und den Seeleuten fungieren, die die erforderlichen körperlichen Arbeiten an Deck ausführen.

In diesem Artikel werden wir sehen, wie der FET, das heißt der Feldeffekttransistor, spielt die gleiche Rolle wie Bootsoffiziere, wenn sie in elektronischen Steuerungen verwendet werden. Dort fungiert es als Schnittstelle zwischen den elektronischen Bauteilen, die Befehle erteilen, und den elektrischen Geräten, die sie ausführen.

Letzte Woche haben wir uns mit Feldeffekttransistoren vertraut gemacht und erfahren, wie ihre Steuerung des Stromflusses analog dazu ist, wie ein Wasserhahn den Wasserfluss steuert. Obwohl FETs verwendet werden können, um den Stromfluss zu variieren, werden sie im Allgemeinen verwendet, um eine viel einfachere Aufgabe auszuführen, nämlich das einfache Ein- oder Ausschalten des Flusses ohne Zwischenmodus.

Wie der Kapitän eines Schiffes sind der Mikroprozessor und die Logikchips die Köpfe hinter dem Betrieb aller Arten von Industrie- und Unterhaltungselektronik. Abbildung 1 zeigt einige davon.

Digitale Token

Abbildung 1

Die Niederspannungs-Chips enthalten umfassende Computerprogramme, die Informationen sammeln, Entscheidungen treffen und dann Hochspannungsgeräte wie Motoren, elektrische Relais, Glühbirnen und akustische Alarme anweisen, diesen zu folgen. Mit “Information” meine ich die Datensignale, die der Chip von seinen Eingangsverbindungen zu Sensoren, Tasten und anderen elektrischen Komponenten empfängt. Diese Daten informieren das Computerprogramm des Chips über wichtige Betriebsinformationen, z. B. ob Tasten gedrückt wurden, ob Schalter aktiviert wurden und ob die Temperaturen normal sind. Basierend auf diesen Daten trifft der Chip “Entscheidungen” unter Verwendung der in seinem Programm enthaltenen Logik, dann gibt der Chip abhängig von den getroffenen Entscheidungen “Befehle” aus. Die Befehle in Form von elektrischen Ausgangssignalen werden von PS, den Geräten mit höherer Spannung, ausgeführt. Sie erledigen wie die Seeleute auf einem Schiff die eigentliche körperliche Arbeit.

Bei diesem Szenario liegt jedoch ein Problem vor. Die elektrischen Ausgangssignale der Chips mit niedrigerer Spannung sind nicht zur direkten Steuerung der Geräte mit höherer Spannung geeignet, da die von den Chips emittierte Signalspannung zu niedrig ist. Selbst wenn der Chip für den Betrieb mit einer höheren Spannung ausgelegt wäre, würde der hohe Stromverbrauch von Motoren, Relais und Glühbirnen die empfindlichen Schaltkreise im Chip beschädigen. Daher müssen sich die Chips darauf verlassen, dass der FET als digitale Steuerschnittstelle zwischen ihnen und Hochspannungsgeräten fungiert, so wie sich der Schiffskapitän bei der Ausführung seiner Befehle auf seine Untergebenen verlässt.

Nächste Woche werden wir ein reales Beispiel dafür sehen, wie eine digitale Schnittstelle in einem Industrieprodukt in Betrieb genommen wird.

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