Transistoren – Digitale Steuerschnittstelle, Teil II

Vor nicht allzu langer Zeit wurde ich als Ingenieur eingestellt, um im Namen eines Klägers auszusagen, der eine Sportbar besaß. Der Ort war mit Flachbildfernsehern gefüllt, die an 120-Volt-Wechselstrom-Steckdosen angeschlossen waren. Kurz gesagt, die Netzkabel, die die Bar speisten, wurden von einem vorbeifahrenden Fahrzeug getroffen, wodurch die Spannung an den Steckdosen viel stärker anstieg, als die Elektronik in den Fernsehgeräten verarbeiten konnte. Die empfindlichen elektronischen Komponenten waren nicht geeignet, um sich mit der Hochspannung zu verbinden, die sie infolge des Treffers plötzlich durchbohrte. Sie waren überlastet und versagten.

In ähnlicher Weise eignen sich Mikroprozessoren mit niedrigerer Spannung und digitale Logikchips nicht zum direkten Anschluss an Geräte mit höherer Spannung wie Motoren, elektrische Relais und Glühbirnen. Eine Schnittstelle zwischen beiden ist erforderlich, um zu verhindern, dass die empfindlichen elektronischen Schaltkreise in den Chips überlastet werden und ausfallen wie die unglücklichen Fernseher an der Sportbar meines Kunden. Schauen wir uns nun an, wie ein Feldeffekttransistor (FET) als Schnittstelle zwischen hohen und niedrigen Spannungen fungiert, wenn er in einem Industrieprodukt in Betrieb genommen wird.

Ich wurde einmal gebeten, ein Industrieprodukt zu entwerfen, eine Maschine, die medizinische Röntgenfilme entwickelte und deren Betrieb mit einem Mikroprozessorchip automatisierte. Die Konstruktionsanforderungen erforderten, dass das Produkt mit 120 VAC betrieben wird, wie es über die nächste Steckdose erhältlich ist. In Bezug auf die Funktionalität musste der Mikroprozessorchip beim Start so programmiert werden, dass er zuerst eine 40-minütige Aufwärmphase der Maschine durchführte und dann zwei Sekunden lang einen 12-Volt-Gleichstromsummer (VDC) aktivierte, um anzuzeigen, dass er betriebsbereit war. verwendet werden. Diese Sequenz musste von einem menschlichen Bediener initiiert werden, der einen Aktivierungsknopf drückte.

Das Problem in diesem Szenario bestand darin, dass der Hersteller des Mikroprozessorchips ihn für den Betrieb mit nur 5 VDC ausgelegt hatte. Darüber hinaus war es mit einem digitalen Ausgangskabel ausgestattet, dessen Funktionalität auf “Ein” oder “Aus” beschränkt war und das nur das 0-VDC- oder 5-VDC-Ende und nicht die vom Summer benötigten 12 VDC versorgen konnte.

Abbildung 1 zeigt meine Lösung für dieses Spannungsproblem, obwohl das gezeigte Diagramm eine sehr vereinfachte Version der endgültigen Lösung darstellt.

Mikroprozessorsteuerung

Abbildung 1

Die Abbildung zeigt, dass die anfängliche Stromversorgung oben links 120 VAC beträgt. Dies wird dann von einer Stromversorgungsschaltung in 5 VDC bzw. 12 VDC umgewandelt. Die 5 VDC versorgen den Mikroprozessorchip und die 12 VDC versorgen den Summer. Die Umwandlung von 120 VAC Hochspannung in 5 und 12 VDC Niederspannung wird durch die Verwendung eines Transformators, einer Diodenbrücke und spezieller Spannungsregeltransistoren erreicht. Da es in diesem Artikel ausschließlich um FETs geht, werden wir in einem zukünftigen Artikel ausführlicher auf Transistorstromversorgungen eingehen.

Um die Verfolgung zu vereinfachen, zeigt das Diagramm in Abbildung 1 den Mikroprozessorchip mit einem einzelnen Eingangsdraht und einem Ausgangsdraht. In der Realität kann ein Mikroprozessorchip Dutzende von Eingangs- und Ausgangsdrähten haben, wie dies bei meiner Lösung der Fall war. Die Eingangskabel sammeln Informationen von Sensoren, Schaltern und anderen elektrischen Komponenten zur Verarbeitung und Entscheidungsfindung unter Verwendung des Computerprogramms auf dem Chip. Die Ausgangskabel senden dann Befehle in Form von digitalen Signalen mit 0 VDC oder 5 VDC. Mit anderen Worten, ein oder aus. Das Nettoergebnis ist, dass der Entscheidungsprozess des Programms diese Signale ein- oder ausschaltet.

Abbildung 1 zeigt, dass das Eingangskabel an einen vom Menschen aktivierten Druckknopf angeschlossen ist. Das Ausgangskabel ist mit dem Gate (G) des FET verbunden. Der FET wird symbolisch grün angezeigt. Das FET-Drain-Kabel (D) ist mit dem Summer verbunden und sein Source-Kabel (S) endet in elektrischer Masse, um den Stromkreis zu vervollständigen. Denken Sie daran, dass elektrischer Strom von Natur aus gerne innerhalb von Stromkreisen von der Versorgungsquelle zur elektrischen Masse fließt, und unser Szenario ist keine Ausnahme.

Das nächste Mal werden wir sehen, was passiert, wenn jemand den Knopf drückt, um alles in die Tat umzusetzen.

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