Выход с открытым коллектором что это?

Открытый коллектор принцип работы

Всем доброго времени суток! Мы продолжаем изучать основы электроники и сегодня пришло время разобраться как работает транзистор и что это вообще за зверь такой. Сразу отметим, что они делятся на два больших класса – биполярные и полевые, так вот в этой статье речь пойдет о биполярных. Полевые пока немного подождут, но и до них мы доберемся

Источник: https://microtechnics.ru/osnovy-elektroniki-bipolyarnyj-tranzistor/

Принцип работы биполярного транзистора

На определённом этапе времени всем привычные электронные лампы были заменены транзисторами. И это не удивительно, поскольку они имеют гораздо меньший размер, более надёжные и затрачивают гораздо меньше энергии. Такое большое количество положительных сторон привело к тому, что на сегодняшний день биполярные транзисторы являются главными элементами практически всех усилительных схем.

• Составные части устройства
• Биполярный транзистор — принцип работы
• Режимы функционирования устройства
• Схемы включения транзисторов биполярного типа
• Схема включения с общим эммитерным слоем
• Схема включения с общим базовым слоем
• Схема включения с общим коллекторным слоем

Составные части устройства

Биполярный транзистор разделяется на три основные части:

1. Эммитер – это один из слоёв полупроводника, его задача заключается в инжектировании носителей заряда в базу (её слой).
2. База – это один из слоёв полупроводника, считается главным в транзисторе.
3. Коллектор – слой полупроводника, задачей которого является собрать все заряды, которые прошли через базу.

Как правило, область эммитера немного уже, чем у коллектора. Поскольку изготовление базы происходит из слаболегированного полупроводника, то она является очень тонкой. В результате того, что площадь контакта между эммитером и базой гораздо уже, чем между базой и коллектором, то произвести замену коллектора и эмиттера просто невозможно, даже при большом желании. Подобная ситуация приводит к тому, что биполярный транзистор считается устройством, в котором отсутствует симметрия.

Биполярный транзистор — принцип работы

Принцип действия биполярного транзистора представлен ниже.

Когда транзистор включают в режиме усиления, открывается эммитерный переход, и закрывается переход коллектора. Это происходит в результате подключения источников питания.

Из-за того, что переход эммитера находится в открытом положении, через него происходит переход эммитерного тока, он образуется в результате перехода дырок из базового слоя транзистора в эммитер и аналогичного перехода электронов из эммитера в базовый слой.

В результате этого эммитерный ток состоит из двух основных частей – дырочной и электронной.

Чтобы определить коэффициент инжекции, следует разобраться с уровнем эффективности эммитера.

В базовом слое транзистора происходит рекомбинация электронов, а восполнение их концентрации происходит за счёт плюса источника ЭГ. В итоге электрическая цепь базового слоя биполярного транзистора содержит в себе достаточно слабый ток.

А те электроны, которые попросту не успели поддаться процессу рекомбинации в базовом слое, с помощью разгоняющего воздействия закрытого коллекторного перехода перемещаются в него, и происходит образование коллекторного тока. В результате этого наблюдается экстракция электрических зарядов (переход элементов, которые содержат в себе заряд из зоны, где они играли второстепенную роль в зону, где они играют главную роль).

Вот и весь принцип работы биполярного транзистора.

Режимы функционирования устройства

На этом этапе времени выделяют следующие режимы работы биполярного транзистора:

1. Активный инверсный режим. В этом случае открыт переход между базовым и коллекторным слоями, а переход между базой и эммитером закрыт. Усилительные свойства в данном режиме очень плохие, поэтому в таком состоянии транзисторы используют в редчайших ситуациях.
2. Насыщение. Оба вышеуказанных перехода находятся в открытом состоянии. В результате этого элементы коллектора и эммитера, которые содержат в себе заряд, перемещаются в базовый слой, где происходит их активная рекомбинация с основными элементами базы. Из-за чрезмерного количества зарядов происходит снижение сопротивляемости базы, наблюдается уменьшение p — n переходов. В режиме насыщения, цепь транзистора имеет вид короткозамкнутой, а данный элемент представлен в роли эквипотенциальной точки.
3. Режим отсечки. Оба перехода в биполярном транзисторе закрыты, соответственно, происходит прекращение тока основных носителей заряда между коллекторным и эммитерным слоями. Потоки второстепенных зарядов способны только создавать неуправляемые и малые токи. В результате скудности базового слоя и перемещения носителей зарядов сопротивление вышеуказанных токов в значительной мере возрастает. Из-за подобной работы достаточно часто бытует мнение, что устройство, работающее в таком режиме, являет собой разрыв цепи.
4. Барьерный режим. В данном режиме базовый слой прямо или с помощью малого сопротивления замыкается с коллекторным слоем. В этом случае, в цепь коллектора или эммитера необходимо включить резистор, который через транзистор начинает задавать ток. В результате такой работы происходит образование эквивалента схемы диода, которая имеет последовательно включённое сопротивление. В подобном состоянии устройства схема способна работать при различных температурных режимах и при разнообразных параметрах транзистора.

Схемы включения транзисторов биполярного типа

Из-за того, что транзистор имеет три контакта, то питание на него следует подавать из 2 источников, сумма которых образует четыре вывода. Подобное действие приводит к тому, что в один из контактов устройства происходит подача напряжения одного знака из различных источников.

Источник: https://contur-sb.com/otkrytyy-kollektor-printsip-raboty/

8.11. Элементы с тремя состояниями и с открытым коллектором

Макеты страниц

Вентили ТТЛ и КМОП, которые мы сейчас рассматриваем, имеют двухтактные выходные схемы: высокий или низкий уровень подается на выход через открытый биполярный или МОП-транзистор. Такую схему, называемую активной нагрузкой, а в ТТЛ называемую также столбовым выходом, используют почти все логические элементы.

Схема обеспечивает низкое выходное сопротивление в обоих состояниях, имеет малое время переключения и обладает более высокой помехоустойчивостью по сравнению с одиночным транзистором, который использует пассивный резистор в качестве коллекторной нагрузки.

В случае КМОП применение активного выхода, кроме всего прочего, позволяет понизить рассеиваемую мощность.

Но существуют ситуации, при которых активный выход оказывается неудобным. Представим себе компьютерную систему, в которой несколько функциональных блоков должны обмениваться данными. Центральный процессор (ЦП), память и различные периферийные устройства должны иметь возможность передавать и получать -разрядные слова.

И, мягко говоря, было бы неудобно использовать для соединения каждого устройства с каждым индивидуальный -жильный кабель. Для разрешения этой проблемы используется так называемая шина (или магистраль) данных, т. е. один -жильный кабель, доступный для всех устройств.

Такая структура аналогична телефонному каналу коллективного пользования: в каждый момент времени «говорить» («передавать данные») может только одно устройство, а остальные могут только «слушать» («принимать данные»).

Если используется шинная система, то необходимо иметь соглашение о том, кому разрешено «говорить».

Для возбуждения шины нельзя использовать вентили (или другие схемы) с активным выходом, так как их нельзя отключить от общих информационных линий (в любой момент времени выходы устройств, подключенные к шине, будут находиться в состоянии высокого или низкого уровня). В этом случае необходим вентиль, выход которого может находиться в «обрыве», т. е. быть отключенным. Такие устройства выпускаются промышленностью и имеют две разновидности, которые носят названия «элементы с тремя состояниями» и «элементы с открытым коллектором».

Источник: https://altyn-stroy.ru/otkrytyy-kollektor-printsip-raboty/

Канализационный коллектор что это такое и принцип работы

Разберем важный узел системы — канализационный коллектор, что это такое, для чего он используется и как строится. В состав сети входит много элементов, среди которых есть трубы, резервуары, колодцы и прочие узлы.

Коллектор выполняет роль основной транспортной артерии, передающей стоки от участков сбора к очистным сооружениям. Задача, которую решает этот узел, не сложная, но весьма ответственная.

Назначение и особенности конструкции

Не все пользователи знают, что такое коллектор канализации. При этом, большинство людей имеет примерное представление об общем строении системы. Незнаком сам термин, определение элемента.

Сам термин обозначает подземныйтрубопровод или канал большого размера. Иногда в коллекторы помещают целыереки. Например, помещение под землю реки Неглинной в Москве.

Канализационный коллектор — это основнойтрубопровод, по которому стоки перемещаются от участков слива до системочистки. Его длина может составлять несколько километров или ограничиватьсясчитанными метрами. В зависимости от размеров, для строительства используются готовые трубы илистроительные материалы:

• кирпич;
• железобетонные блоки или монолитная отливка.

Использование кирпичной кладки внастоящее время прекращено из-за низкой скорости сборки. Строительство канализационныхколлекторов требует высокой скорости, поэтому используют сборные каналы из железобетонныхколец, или производят заливку прямо на месте. Однако, современные системыстроят из готовых пластиковых элементов. Они превосходят все альтернативныеварианты по скорости сборки, долговечности, устойчивости к воздействию воды иагрессивных веществ. Во время реконструкциистарые системы часто заменяют на новые пластиковые каналы.

Коллектор канализации обычной городской системы неимеет слишком больших размеров. Его сечение обеспечивает пропускную способностьгородской сети с учетом коэффициента запаса на случай увеличения числапользователей. Для устранения засоров и пробивки пробок по всей длине устанавливают коллекторныеколодцы. Они обеспечивают доступ для проведения ремонтных работ. Кроме этого,колодцы ставят в узлах или на точках поворота линии. На дне колодцевустанавливают желоба, соединяющие входной и выходной патрубки. Они выполняютнаправляющую функцию, способствуют сохранению энергии потока.

Принцип работы

Выяснив, что такое канализационный коллектор,рассмотрим принцип его работы. Сточные воды от сантехнических приборовпоступают в горизонтальные дворовые сети. Они соединяются в квартальные и вконце концов присоединяются к основной магистрали. По ней стокитранспортируются до очистных сооружения. Таким образом, коллектор канализации — это общийтрубопровод, который объединяет все мелкие линии вместе. Сам он никогда неразветвляется на части.

В автономных системах частныхдомов роль основного элемента канализациивыполняет горизонтальная труба, соединяющая выход системы из дома с приемнойсекцией септика. Ее длина, как правило, невелика, но выполняемая функция ничемне отличается от задач крупных канализационныхтрубопроводов.

Кроме этого, есть ливневые системы водоотведения. Они отличаются от бытовых или промышленных сетей сезонным режимом работы и сравнительно малой глубиной погружения в грунт. Коллектор ливневой канализации — это канал, по которому дождевые стоки направляются к системам очистки. Он может быть реализован в виде подземной трубы или в форме открытого желоба.

Существуют две разновидностиканалов, отличающихся способом перемещения стоков:

• самотечный тип. Трубопровод, установленный с небольшим уклоном. Сточные жидкости перемещаются по нему самостоятельно, под действием силы тяжести;
• напорный канализационный коллектор. Предназначен для принудительной подачи стоков с нижней отметки на более высокий уровень.

Самотечные линии преобладают,поскольку они выгоднее и проще. Однако, иногда приходится использовать напорный тип канализации,если того требует рельеф местности, присутствие на пути прокладки труб зданий,сооружений, автострад.

Напорный коллектор канализации — это герметичныйтрубопровод, рассчитанный на определенное давление жидкости. Перемещение стоковпо нему происходит при помощи специального насоса. Для снижения нагрузок иэкономии энергии напорные участки коллекторов делают небольшими. Обычноустанавливают канализационную напорную станцию (КНС), которая под давлениемподает стоки на определенную высоту. Затем жидкость следует самотеком.

Подъем сточных вод можетпроисходить как под уклоном, так и с помощью вертикального трубопровода. Выборподходящего способа производится исходя из местных условий — рельеф,наличие сооружений или построек, особенности грунта.

Также читайте: Раструб канализационной трубы: что это такое, особенности, монтаж

Особенности монтажа

Строительство канализации производится на основании проектных данных. Предварительный расчет и создание схемы сборки выполняют в соответствии с нормами СНиП и СанПиН, обеспечивая полное соответствие всем требованиям.

Прокладка трубопроводапроизводится на глубине, превышающей уровень зимнего промерзания грунта.Порядок действий:

• земляные работы. Роют траншею под трубопровод. Сразу же делают гнезда для смотровых колодцев;
• на дно всех углублений насыпают песчаную подушку для выравнивания и придания заданного уклона;
• производя укладку труб с определенным уклоном в сторону приемного резервуара (обычно для самотечных систем 2 см на каждый метр);
• если используются пластиковые емкости для колодцев, на дне сначала укладывают бетонную плиту — якорь. Она препятствует выдавливанию резервуара грунтовыми водами;
• все соединения тщательно уплотняют. Проверяют систему на герметичность. после этого трубы утепляют и засыпают грунтом.

При строительстве напорных комплектов сначала собирают КНС, после чего прокладывают остальные траншеи по описанной схеме. Для обслуживания и ремонта насосов необходимо обеспечить доступ к станции в любое время года.

обзор:

Всё полезное о канализации — gidkanal.ru 

GidKanal | Яндекс Дзен

Источник: https://gidkanal.ru/kanalizatsionnyj-kollektor-chto-eto-takoe-printsip-raboty-i-osobennosti/

Подключение транзисторных датчиков

Здесь я отдельно рассмотрю такой важный практический вопрос, как подключение индуктивных датчиков с транзисторным выходом, которые в современном промышленном оборудовании – повсеместно. Кроме того,  приведены реальные инструкции к датчикам и ссылки на примеры.

Принцип активации (работы) датчиков при этом может быть любым – индуктивные (приближения), оптические (фотоэлектрические), и т.д.

В первой части были описаны возможные варианты выходов датчиков. По подключению датчиков с контактами (релейный выход) проблем возникнуть не должно. А по транзисторным и с подключением к контроллеру не всё так просто.

Рекомендую тем, кто интересуется, также мою статью про параллельное подключение транзисторных выходов.

Схемы подключения датчиков PNP и NPN

Отличие PNP и NPN датчиков в том, что они коммутируют разные полюсы источника питания. PNP (от слова “Positive”) коммутирует положительный выход источника питания, NPN – отрицательный.

Ниже для примера даны схемы подключения датчиков с транзисторным выходом. Нагрузка – как правило, это вход контроллера.

PNP выход датчика.

Нагрузка (Load) постоянно подключена к “минусу” (0V), подача дискретной “1” (+V) коммутируется транзистором. НО или НЗ датчик – зависит от схемы управления (Main circuit)

NPN выход датчика.

Нагрузка (Load) постоянно подключена к “плюсу” (+V). Здесь активный уровень (дискретный “1”) на выходе датчика – низкий (0V), при этом на нагрузку подается питание через открывшийся транзистор.

Призываю всех не путаться, работа этих схем будет подробно расписана далее.

Схемы подключения NPN и PNP выходов датчиков. Схема «Открытый коллектор»

На левом рисунке – датчик с выходным транзистором NPN. Коммутируется общий провод, который в данном случае – отрицательный провод источника питания.

Справа – случай с транзистором PNP на выходе. Этот случай – наиболее частый, так как в современной электронике принято отрицательный провод источника питания делать общим, а входы контроллеров и других регистрирующих устройств активировать положительным потенциалом.

Как проверить индуктивный датчик?

Для этого нужно подать на него питание, то есть подключить его в схему. Затем – активировать (инициировать) его. При активации будет загораться индикатор. Но индикация не гарантирует правильной работы индуктивного датчика. Нужно подключить нагрузку, и измерить напряжение на ней, чтобы быть уверенным на 100%.

Замена датчиков

Как я уже писал, есть принципиально 4 вида датчиков с транзисторным выходом, которые подразделяются по внутреннему устройству и схеме включения:

Все эти типы датчиков можно заменить друг на друга, т.е. они взаимозаменяемы.

Это реализуется такими способами:

• Переделка устройства инициации (хреновина, которая активирует датчик) – механически меняется конструкция.
• Изменение имеющейся схемы включения датчика.
• Переключение типа выхода датчика (если имеются такие переключатели на корпусе датчика).
• Перепрограммирование программы контроллера – изменение активного уровня данного входа, изменение алгоритма программы.

Ниже приведён пример, как можно заменить датчик PNP на NPN, изменив схему подключения:

PNP-NPN схемы взаимозаменяемости. Слева – исходная схема, справа – переделанная.Функционал этих схем — абсолютно одинаковый, не смотря на то, что датчики используются разных типов. Много раз применял такую переделку в станках, когда не было подходящего датчика.

Понять работу этих схем поможет осознание того факта, что транзистор – это ключевой элемент, который можно представить обычными контактами реле (примеры – ниже, в обозначениях).

Итак, схема слева. Предположим, что тип датчика – НО. Тогда (независимо от типа транзистора на выходе), когда датчик не активен, его выходные “контакты” разомкнуты, и ток через них не протекает. Когда датчик активен, контакты замкнуты, со всеми вытекающими последствиями. Точнее, с протекающим током через эти контакты)). Протекающий ток создает падение напряжения на нагрузке.

Если внутренней нагрузки в датчике нет, и коллектор “висит в воздухе”, то это называют “схема с открытым коллектором”. Эта схема работает ТОЛЬКО с подключенной нагрузкой.

Так вот, в схеме с PNP выходом при активации напряжение (+V) через открытый транзистор поступает на вход контроллера, и он активизируется. Как того же добиться с выходом NPN?

Бывают ситуации, когда нужного датчика нет под рукой, а станок должен работать “прям щас”.

Смотрим на изменения в схеме справа. Прежде всего, обеспечен режим работы выходного транзистора датчика. Для этого в схему добавлен дополнительный резистор, его сопротивление обычно порядка 5,1 – 10 кОм. Теперь, когда датчик не активен, через дополнительный резистор напряжение (+V) поступает на вход контроллера, и вход контроллера активизируется. Когда датчик активен – на входе контроллера дискретный “0”, поскольку вход контроллера шунтируется открытым NPN транзистором, и почти весь ток дополнительного резистора проходит через этот транзистор.

В данном случае происходит перефазировка работы датчика. Зато датчик работает в режиме, и контроллер получает информацию. В большинстве случаев этого достаточно. Например, в режиме подсчета импульсов – тахометр, или количество заготовок.

Да, не совсем то, что мы хотели, и схемы взаимозаменяемости npn и pnp датчиков не всегда приемлемы.

Как добиться полного функционала? Способ 1 – механически сдвинуть либо переделать металлическую пластинку (активатор). Либо световой промежуток, если речь идёт об оптическом датчике. Способ 2 – перепрограммировать вход контроллера чтобы дискретный “0” был активным состоянием контроллера, а “1” – пассивным. Если под рукой есть ноутбук, то второй способ и быстрее, и проще.

Я использую и тот, и другой способ.

Условное обозначение датчика приближения

На принципиальных схемах индуктивные датчики (датчики приближения) обозначают по разному. Но главное – присутствует квадрат, повёрнутый на 45° и две вертикальные линии в нём. Как на схемах, изображённых ниже.

НО НЗ датчики. Принципиальные схемы.

На верхней схеме – нормально открытый (НО) контакт (условно обозначен PNP транзистор). Вторая схема – нормально закрытый, и третья схема – оба контакта в одном корпусе.

Вот как обозначают датчики на схемах немцы и американцы.

Цветовая маркировка выводов датчиков

Существует стандартная система маркировки датчиков. Все производители в настоящее время придерживаются её.

Однако, нелишне перед монтажом убедиться в правильности подключения, обратившись к руководству (инструкции) по подключению. Кроме того, как правило, цвета проводов указаны на самом датчике, если позволяет его размер.

Вот эта маркировка.

• Синий (Blue)  – Минус питания
• Коричневый (Brown) – Плюс
• Чёрный (Black) – Выход
• Белый (White)  – второй выход, или вход управления, надо смотреть инструкцию.

Система обозначений индуктивных датчиков

Тип датчика обозначается цифро-буквенным кодом, в котором зашифрованы основные параметры датчика. Ниже приведена система маркировки популярных датчиков Autonics.

Система обозначений датчиков Autonics

Скачать инструкции и руководства на некоторые типы индуктивных датчиков:

•Autonics_PR / Индуктивные датчики приближения. Подробное описание параметровэ, pdf, 135.28 kB, скачан: 2350 раз./

•Autonics_proximity_sensor / Каталог датчиков приближения Autonics, pdf, 1.73 MB, скачан: 1336 раз./

•Omron_E2A / Каталог датчиков приближения Omron, pdf, 1.14 MB, скачан: 1747 раз./

•ТЕКО_Таблица взаимозаменяемости выключателей зарубежных производителей / Чем можно заменить датчики ТЕКО, pdf, 179.92 kB, скачан: 1354 раз./

•Turck_InduktivSens / Датчики фирмы Turck, pdf, 4.13 MB, скачан: 1924 раз./

•pnp npn / Схема включения датчиков по схемам PNP и NPN в программе Splan/ Исходный файл., rar, 2.18 kB, скачан: 2797 раз./

Скачать книгу про датчики

•Алейников А.Ф. Гридчин В.А. Цапенко М.П. Датчики / Алейников А.Ф. Гридчин В.А. Цапенко М.П. Датчики. Рассмотрены все виды датчиков — теория и практика, pdf, 13.21 MB, скачан: 135 раз./

Источник статьи

Мои статьи про разные датчики:

Интересно? Ставьте лайк, подписывайтесь, задавайте вопросы!

Если интересны темы канала, заходите также на мой сайт —https://samelectric.ru/и в группу ВК —https://.com/samelectric

Обращение к читателям, которым есть, что сказать: Если Вы готовы стать Автором, я могу предоставить страницы своего канала и сайта!

Источник: https://zen.yandex.ru/media/samelectric/kak-podkliuchaiutsia-datchiki-5f1dcd15aecb5c1738f4c3e4