Serwisy partnerskie:
Close icon
Serwisy partnerskie

Jak to działa? - wyłącznik zatrzaskowy (latch, przerzutnik RS) z izolacją galwaniczną

W numerze 4/2019 przedstawiony był, pokazany na rysunku B, prosty układ z transoptorem. Jest to wyłącznik zatrzaskowy (latch, przerzutnik RS) z izolacją galwaniczną. Punkt A to wyjście, gdzie stanem aktywnym jest stan niski. Punkt oznaczony B to wejście zerujące (reset). Rozwiązanie zagadki było łatwiejsze po rozrysowaniu schematu wewnętrznego transoptora 6N139.
Article Image

Tytułem przypomnienia: transoptor 6N139 to bardzo atrakcyjny element. Jego podstawową zaletą jest możliwość pracy przy małych prądach diody LED. Typowe, popularne transoptory powinny pracować przy prądach diody rzędu od kilku do kilkunastu miliamperów. Gdy prąd diody jest mniejszy, poważnie zmniejsza się w nich współczynnik CTR, czyli „przekładnia prądowa”.

Rys.B prosty układ z transoptorem - wyłącznik zatrzaskowy

W przeciwieństwie do takich „zwyczajnych” transoptorów, 6N139 przeznaczony jest do pracy przy stosunkowo małych prądach diody. Parametry katalogowe są określane dla prądu diody 0,5mA i przekładnia CTR przy takim prądzie nie jest niższa od 400%, natomiast typowo wynosi około 2000%. Przy prądzie diody 1,6mA minimalna przekładnia to 500%.

Duża wartość przekładni wynika między innymi z obecności dwóch tranzystorów wyjściowych w układzie podobnym do darlingtona. Dużą wartość przekładni prądowej można byłoby też osiągnąć, stosując „zwykły transoptor” i dodatkowy, zewnętrzny tranzystor, ale wtedy problemem byłaby bardzo mała szybkość przełączania przy małych prądach diody. Natomiast transoptor 6N139 jest dość szybki. Przy małym prądzie 0,5mA suma czasów przełączania to typowo 10 mikrosekund, co przy transmisji danych daje możliwość pracy z prędkością do 100kbps. Przy większych prądach diody czasy przełączania są krótsze.

Rys.C Fragment karty katalogowej Vishay

Rysunek C pokazuje fragment karty katalogowej Vishay. W analizowanym teraz przypadku szybkość i możliwość pracy przy małych prądach nie mają istotnego znaczenia. Kluczowe znaczenie ma fakt, że wyprowadzone jest połączenie emitera „pierwszego” tranzystora z bazą „drugiego”, co jest wyraźnie pokazane na rysunku D. Ten szczegół pozwala zdecydowanie rozszerzyć zakres zastosowań tego transoptora. I właśnie przykładem rozszerzonego zastosowania jest układ z rysunku B. Układ można przedstawić jak na rysunku E.

Rys.D Wyprowadzone połączenie emitera „pierwszego” tranzystora z bazą „drugiego”
Rys.E Wyłącznik zatrzaskowy - schemat układu

Kluczową sprawą jest to, że zewnętrzny tranzystor PNP wraz z „drugim” tranzystorem transoptora tworzy układ o strukturze tyrystorowej, zatrzaskowej. Może nadal słabo to widać na rysunku F, jednak przerysowanie go do postaci z rysunku G dużo jaśniej pokazuje istotę sprawy.

Rys.F Układ o strukturze tyrystorowej

Niewątpliwie mamy tu powszechnie znaną dwutranzystorową strukturę tyrystorową. Drobną zagadką pozostaje punkt oznaczony B.

 

Jeżeli podstawą układu jest struktura tyrystorowa, to niewątpliwie układ ma mieć dwa stany:

- stan spoczynku, gdy żaden z tranzystorów nie przewodzi,

- stan aktywny, gdy przewodzą (są nasycone) oba tranzystory z rysunku G.

Łatwo się domyślić, że włączenie pozostających w spoczynku tranzystorów następuje wtedy, gdy przez diodę transoptora zaczyna płynąć prąd. Wtedy maleńki prąd popłynie przez fotodiodę odbiorczą, jest on wzmacniany przez „pierwszy” tranzystor transoptora. I tak wzmocniony prąd staje się prądem bazy „drugiego” tranzystora, oznaczonego TT na rysunku G. Nawet króciutkie otwarcie tranzystora TT powoduje też otwarcie zewnętrznego tranzystora T1 typu PNP, którego prąd kolektora podtrzymuje taki stan.

Rys.G Układ o strukturze tyrystorowej

Tak zatrzaśnięta struktura tyrystorowa nie wróci sama do stanu spoczynku. Punkt B jest wejściem umożliwiającym zerowanie.

Na rysunku B mamy więc dziwnie zrealizowany rodzaj przerzutnika RS. Punkt A jest tu wyjściem. W spoczynku panuje tam stan wysoki, a po pobudzeniu pojawia się stan niski.

Punkt B jest wejściem zerującym – resetowanie następuje po zwarciu punktu B do masy.

Jest to niewątpliwie realizacja przerzutnika zatrzaskowego RS, tylko w zaskakujący sposób. Jej cechą szczególną i jedyną zaletą jest galwaniczne odizolowanie obwodu sterującego, ściślej włączającego. Niemniej stosując drugi, odpowiedni transoptor, można także galwanicznie oddzielić obwód resetowania.

Ten dziwny pomysł nie powstał w redakcji EdW. Schemat pochodzi z noty aplikacyjnej Fairchild, dziś OnSemi AN-3002, gdzie jest zaprezentowany jako rysunek 7. Oryginalny schemat (po lekkim skompaktowaniu) pokazany jest na rysunku H. Jedyną znaczącą ingerencją redakcji EdW jest jak widać zastąpienie wartości rezystora R4 gwiazdką, co sygnalizuje konieczność dobrania jego wartości.

Było to niezbędne, ponieważ na oryginalnym schemacie z rysunku H występuje błąd. Oryginalny układ bez takiej zmiany kwalifikowałby się jedynie do zadania Co tu nie gra? Na rysunku H w opisie można wyczytać, że resetowanie następuje za pomocą przycisku (push-button) lub układu z otwartym kolektorem. W takich przypadkach rezystor R4 w ogóle nie jest potrzebny. Można go zastąpić zworą.

Jeśli już miałby być w układzie, musiałby mieć małą rezystancję. Gdy tranzystor T1 jest otwarty, nasycony, wtedy po zwarciu punktu B do masy rezystory R3, R4 stworzą dzielnik. Aby wyłączyć wtedy tranzystor TT transoptora, wartość R4 musiałaby być na tyle mała, żeby zmniejszyć napięcie na bazie TT do wartości 0,5V lub jeszcze niższej. Przy zasilaniu 5V wartość R4 powinna więc wynosić 470 omów lub mniej.

H

Gdyby zgodnie z rysunkiem H „rezystor resetujący” R4 miał oporność 4,7kΩ, na pewno zerowanie nie nastąpi.

Krótkie zastanowienie nad sytuacją wskazuje, że błąd na rysunku H nie polega na zbyt dużej wartości „resetującego rezystora” R4. Błąd polega na jego nieprawidłowym dołączeniu. Otóż w wersji z rysunku H podczas spoczynku, gdy punkt B nie jest zwarty do masy, baza tranzystora TT „wisi w powietrzu” i nawet niewielki prąd, pochodzący z zakłóceń, może włączyć TT i zatrzasnąć strukturę tyrystorową. Jest to prawdopodobne tym bardziej, że do punktu B może być dołączony przycisk resetujący za pomocą długiego przewodu. I w tym długim przewodzie mogą się indukować różne „śmieci”, grożące zatrzaśnięciem przerzutnika.

Takie rozwiązanie jest wręcz niedopuszczalne i dla zmniejszenia wrażliwości na zakłócenia w obwodzie zerowania, rezystor R4 powinien być na stałe zwarty do masy, a punkt B powinien być dołączony bezpośrednio do bazy TT według rysunku J i rysunku K. Wtedy rzeczywiście wszystkie rezystory w układzie mogłyby mieć wartość 4,7 kilooma.

Rys.J Punkt B powinien być dołączony bezpośrednio do bazy TT
Rys.K Punkt B powinien być dołączony bezpośrednio do bazy TT

Kwietniowe zadanie Jak to działa? okazało się wyjątkowo trudne. Nic dziwnego, ponieważ zaproponowany układ jest dziwny, a jego praktyczna przydatność – dyskusyjna.

Nadeszło niewiele odpowiedzi, w większości nie do końca opisujących działanie i funkcje układu. Oto przykład jednego z rozwiązań:

Zakładam, że na początku tranzystor T1 jest zamknięty. Gdy na wejściu nr 2 układu 6N139 jest stan wysoki, a na wejściu nr 3 stan niski, to na wyjściu A jest stan niski, a na wyjściu B stan wysoki (otwarty tranzystor T1). Gdy na wejściu nr 2 układu 6N139 jest stan niski, a na wejściu nr 3 stan niski lub wysoki, to na wyjściu A nadal będzie stan niski, a na wyjściu B stan wysoki (nadal otwarty tranzystor T1). Wygląda, że układ się zatrzaśnie...

Układ może służyć do wyłapania wystąpienia choć jednego impulsu dodatniego na wejściu nr 2 względem wejścia nr 3. Tak się jednak zastanawiam, czy to aby nie przypomina przerzutnika RS, gdzie sygnał SET jest różnicowy (nr 2–nr 3), a sygnał RESET jest podawany na B i B wcale nie jest wyjściem.

 

AUTOR
Źródło
Elektronika dla Wszystkich sierpień 2019
Udostępnij
Czytelnia kategorie
AI-Sztuczna Inteligencja
Aparatura
Arduino
Artykuły
Audio
Automatyka
Ciekawostki
CNC
DIY
Druk 3d
Elektromechanika Fotowoltaika
FPGA-CPLD-SPLD
GPS
IC-układy scalone
Interfejsy
IoT
Konkursy
Książki
Lasery
LED/LCD/OLED
Mechatronika
Mikrokontrolery (MCV,μC)
Moc Moduły
Narzędzia
Optoelektronika
PCB/Montaż Podstawy elektroniki
Podzespoły bierne
Półprzewodniki Pomiary i testy
Porady
Projektowanie
Raspberry Pi
Retro
RF
Robotyka
SBC-SIP-SoC-CoM
Sensory Silniki i serwo
Software
Sterowanie
Transformatory
Tranzystory
Wyświetlacze
Wywiady
Wzmacniacze Zasilanie
W tym numerze znajdziesz źródłową wersję artykułu publikowanego obok
Elektronika dla Wszystkich
sierpień 2019
Elektronika dla Wszystkich
Przejrzyj i kup
UK Logo