Skip to main content

Elektronik Çıkış Devreleri | Elektronik Sistemler

ELEKTRONİK ÇIKIŞ ARAYÜZ DEVRELERİ

Elektronik çıkış arayüz devreleri nedir ? Led arayüz devreleri , transistör anahtarlama , mosfer anahtarlama , dc motor kontrolü gibi devreler nedir ?

Bu ve benzeri sorulara yanıt aradığımız Elektronik Çıkış Arayüz Devreleri adlı yazımızla karşınızdayız.

Başlayalım.

ÇIKIŞ ARAYÜZ DEVRELERİ NEDİR ?

Bir önceki yazımız olan Giriş Arayüz Devrelerinde gördüğümüz gibi, bir arayüz devresi, bir devrenin , farklı bir voltaj veya akım derecesinde olabilecek başka bir devre tipine bağlanmasına izin verir.

Ancak anahtarlar ve sensörler gibi arayüz giriş cihazlarının yanı sıra röleler, manyetik selonoidler ve lambalar gibi çıkış cihazlarını da arayüzlendirebiliriz.Ardından çıkış cihazlarını elektronik devrelere entegre edebiliriz ki bu  yaygın olarak çıkış arayüz işlemleri olarak bilinir.

Elektronik devrelerin ve mikro kontrolörlerin Çıkış Arayüzleri, örneğin robotların motorları veya kolları, vb. hareket ettirerek bize gerçekte kontrol etme avantajı sağlar.Ancak çıkış arayüz devreleri, göstergeler veya ışıklar gibi açma veya kapatma işlemleri için de kullanılabilir.

Dijital mantık çıkışları en yaygın çıkış arayüz sinyal türüdür ve kontrol edilmesi en kolay olanıdır.Dijital çıkış arayüzleri, kontrolör yazılımını kullanan röleleri kullanarak bir mikro kontrolör çıkış portundan veya dijital devrelerden gelen bir sinyali bir On/Off kontak çıkışına dönüştürür.

Analog çıkış arayüz devreleri, hız veya konum kontrol tipi çıkışlar için değişken bir voltaj veya akım sinyali üretmek için amplifikatörler kullanır.Pals ile çıkış anahtarlamak, lamba kısmak veya bir DC motorun hız kontrolü için çıkış sinyalinin görev döngüsünü değiştiren başka bir çıkış kontrolü türüdür.

Giriş arayüz devreleri, farklı sensör tiplerinden farklı voltaj seviyelerini kabul etmek üzere tasarlanırken, daha büyük akım kontrol etme kabiliyeti ve/veya voltaj seviyeleri üretmek için çıkış arayüz devreleri gerekir.

Çıkış sinyallerinin voltaj seviyeleri, açık kollektör çıkış konfigürasyonları sağlanarak artırılabilir.Bu, normal bağlı yükün bir transistörün (veya bir Mosfet’in drain ucu)  kollektör terminaline bağlanması ile olmaktadır.

Neredeyse tüm mikro kontrolörlerin, PIC’lerin veya dijital mantık devrelerinin çıkış aşamaları, gerçekte bir sistemi veya cihazı kontrol etmek için çok çeşitli çıkış arayüz cihazlarını, değiştirmek ve kontrol etmek için yeterli miktarlarda çıkış akımı sağlayabilir veya kontrol edebilir.

Sink ve Source akımlarından bahsettiğimizde, çıkış arayüzü hem bir anahtarlama akımını “verebilir” (source) hem de bir anahtarlama akımını “kullanır” (sink).

Bu, yükün çıkış arayüzüne nasıl bağlandığına bağlı olarak, bir Yüksek-1 veya Düşük-0 olarak çıkışın onu aktif edeceği ile ilgilidir.

Belki de, tüm çıkış arayüz aygıtlarının en basiti, tek bir Açma/Kapama göstergesi olarak ya da çok parçalı veya çubuk grafikli bir ekranın parçası olarak ışık üretmek için kullanılanlardır.Ancak doğrudan bir devrenin çıkışına bağlanabilen normal bir ampulün aksine, diyot olan Led’lerin ileri akımlarını sınırlamak için bir seri direnç gerekir.

elektronik  çıkış cihazları nedir

Çıkış Arayüz Devreleri

Işık yayan diyotlar veya kısaca Led’ler, birçok elektrik devresi için yüksek voltajlı, yüksek sıcaklık içeren ampullerin, durum göstergesi olarak değiştirilmesinde kullanılabileceği için çok uygun birer düşük güç seçeneğidir.Bir LED , genel olarak düşük voltajlı, düşük akım kaynağıyla çalıştırılır, bu sayede dijital devrelerde kullanım için çok uygun bir bileşendir.

Ayrıca, katı halli bir cihaz olarak, 100.000 saatin üzerinde çalışma ömrüne sahip olabilirler ve bu da onları uyumlu bir cihaz haline getirmektedir.

LED Arayüz Devresi

Işık Yayan Diyot için, bir LED’in, ileriye biased durumunda, katodunun(K) anotuna(A) göre yeterince negatif olduğunda tüm aralıklarda renkli ışık ve parlaklık üretebileceğini ve tek renkli bir yarı iletken cihaz olduğunu biliyoruz.

Rs = (Vs – Vled)/Iled  

LED’in PN-birleşimi oluşturmak için kullanılan yarı iletken malzemelere bağlı olarak, yayılan ışık Led’in rengini ve açılma gerilimini belirleyecektir.En yaygın LED renkleri kırmızı, yeşil, veya sarı ışıktır.

Silisyum için yaklaşık 0.7 volt veya Germanyum için yaklaşık 0.3 volt , ileri voltaj düşüşüne sahip standart bir sinyal diyotundan farklı olarak, bir ışık yayan diyot, standart sinyal diyotundan daha büyük bir ileri voltaj düşüşüne sahiptir.Ancak böylece ileri bias durumunda gözle görülür ışık üretir.

Işık yaydığında, tipik bir LED, sabit bir ileri voltaj düşüşüne sahip olabilir, yaklaşık Vled 1.2 ila 1.6 volt arasında olabilir ve aynı zamanda ışık yoğunluğu, doğrudan ileri LED akımına göre değişir.

Ancak, LED etkili bir şekilde “diyot” gibi olabilmesi için (ok gibi sembolü bir diyotu simgeler, ancak ışık olduğunu belirtmek için LED sembolünün yanında küçük oklar bulunur), ileri bias durumunda iken kaynağın kısalmasını önlemek için akım sınırlayıcı bir dirence ihtiyaç duyar.

Standart LED’ler 5mA ile 25mA arasındaki ileri akımlarla çalışabildiğinden, LED’ler doğrudan çıkış arabirim portları üzerinden, doğrudan çalıştırılabilir.Standart bir renkli LED, oldukça parlak bir görüntü sağlamak için yaklaşık 10 mA ileri akım gerektirir.

Dolayısıyla, tek bir kırmızı LED’in 1,6 volt ile aydınlatıldığında ileri voltaj düşüşüne sahip olduğunu ve 10mA besleyen 5 voltluk bir mikrokontrolörün çıkış portu tarafından çalıştırılacağını varsayarsak. Bu durumda ; sınırlayıcı seri direnç değeri, gerekli olan RS değeri şöyle hesaplanır:

Rs = (5.0V – 1.6V)/10mA = 340 Ω

Bununla birlikte, E24 (% 5) serilerinde tercih edilen direnç değerleri dizisinde, 340Ω direnç yoktur, bu nedenle seçilen en yakın tercih edilen değer 330Ω veya 360Ω olacaktır.Gerçekte, besleme voltajına (Vs) ve istenen ileri akıma (If) bağlı olarak, 150Ω ile 750Ω’ler arasındaki herhangi bir seri direnç değeri etkin şekilde işe yarayacaktır.

Ayrıca, bir seri devre olduğundan direnç ve LED’in hangi tarafa bağlı olduğu önemli değildir.Ancak, tek yönlü olması için LED doğru şekilde bağlanmalıdır.LED’i yanlış bağlarsanız, hasar görmez, yanmaz.

Çoklu LED Arayüz Devresi

Çıkış arabirim devreleri için tekli LED’leri (veya lambaları) kullanmanın yanı sıra, iki veya daha fazla LED’i birbirine bağlayabilir ve bunları optoelektronik devrelerde ve ekranlarda kullanmak için aynı çıkış voltajından güçlendirebiliriz.

İki veya daha fazla LED’in seri olarak birbirine bağlanması, yukarıda gördüğümüz tek bir LED’i kullanmaktan farklı değildir, ancak bu sefer seri kombinasyonundaki ilave LED’lerin VLed’i olan ekstra ileri voltaj düşüşlerini dikkate almamız gerekir.

Örneğin, yukarıdaki basit LED çıkış arayüz örneğimizde, LED’in ileri voltaj düşüşünün 1,6 volt olduğunu söyledik.Seri olarak üç LED kullanırsak, üçünün tamamındaki toplam voltaj düşüşü 4,8 (3×1,6) volt olur.

O zaman 5 voltluk beslememiz hemen hemen tamamen kullanılabilirdi, ancak üç LED’i çalıştırmak yerine daha yüksek bir 6 voltluk veya 9 voltluk bir besleme kullanmak daha iyi bir yöntem olurdu.

10mA’de 9.0 voltluk bir besleme olduğunu varsayarak (daha önce olduğu gibi), seri akım sınırlama direncinin değeri, gerekli olan Rs : Rs = (9 – 4.8)/10mA = 420Ω olarak hesaplanır.Yine E24 (%5) serisi tercih edilen direnç değerleri dizisinde 420Ω direnci yoktur, bu nedenle seçilen en yakın tercih edilen değer 430Ω olacaktır.

Düşük voltajlı, düşük akımlı cihazlar olan LED’ler, doğrudan mikro kontrolör ve dijital mantık geçitleri veya sistemlerin çıkış portlarından yönlendirilebilen durum göstergeleri olarak idealdir.Mikro denetleyici portları ve TTL mantık kapıları, sink ya da source akımını aktarabilir ve bu nedenle bir katodu topraklayarak (anot + 5v’ye bağlıysa) veya anota + 5v uygulayarak (eğer katod toprağa bağlı ise) bir LED’i uygun bir seri direnç ile yakabiliriz.

LED Dijital Çıkış Arayüzü

Yukarıdaki çıkış arabirim devreleri, bir veya daha fazla seri LED için veya mevcut gereksinimleri 25 mA’dan az olan herhangi bir diğer cihaz için iyi çalışır.Fakat çıkış  akımı bir LED’i çalıştırmak için yetersizse veya 12V filamanlı bir lamba gibi daha yüksek voltajlı veya akım dereceli bir yükü çalıştırmak veya değiştirmek istiyorsak cevabımız ne olurdu ?

Cevap,bir transistör, mosfet veya röle gibi ek bir anahtarlama cihazı kullanmaktır.

Yüksek Akım Yükleri İçin Çıkış Arayüzü

Motorlar, selonoidler ve lambalar gibi ortak çıkış arayüz oluşturma cihazları, büyük akımlara ihtiyaç duyar, bu nedenle de transistörler tarafından kontrol edilirler veya aktif edilirler.Bu şekilde, yük, (lamba veya motor) anahtarlama arayüzünün veya kontrol ünitesinin çıkış devresini aşırı yükleyemez.

Transistör anahtarları, yüksek güç yüklerini değiştirmek veya farklı güç kaynaklarının çıkış arayüzleri için çok yaygındır ve çok kullanışlıdır.

Darbe genişliği modülasyonunda olduğu gibi, gerektiğinde saniyede birkaç kez “On” ve “Off” olarak da çalıştırılabilirler.Ancak, transistörün anahtar olarak kullanılması hakkında ilk önce göz önünde bulundurmamız gereken birkaç şey bulunmaktadır.

Base Emiter birleşme noktasına akan akım, kollektörden emitere akan  akımdan daha büyük akımı kontrol etmek için kullanılır.Bu nedenle, eğer base terminaline hiçbir akım akmazsa, veya kolektörden emitere (veya kolektöre bağlı yük aracılığıyla) hiçbir akım akmazsa, bu durumda transistörün tamamen Kapalı olduğunu söyleyebiliriz.

Transistörün tamamen Açık duruma getirilmesi (saturation) durumunda, transistör anahtarı etkin bir şekilde kapalı bir anahtar görevi görür, burada kolektör voltajı, emiter voltajıyla aynı voltajdadır. Fakat katı halli bir cihaz olarak, doymuş bile olsa, Vce(SAT) durumunda , her zaman küçük bir voltaj düşmesi olacaktır.

Bu voltaj düşmesi , transistöre bağlı olarak yaklaşık 0.1 ila 0.5 volt arasındadır.

Ayrıca, transistör tamamen Açık duruma getirileceğinden, yük direnci, transistör kolektör akımını (Ic) yükün gerektirdiği gerçek akıma sınırlar.

Ardından çok fazla base akımı, daha büyük bir yük akımını daha küçük bir akımla kontrol etmek için kullanılmak istenen bir transistörü aşırı ısındırabilir veya zarar verdirebilir.Bu nedenle, Ib akımını sınırlamak için bir direnç gerekmektedir.

Bir yükü kontrol etmek için tek bir anahtarlama transistörü kullanan temel çıkış arayüz devresi resimde de  gösterilmiştir.

Transistörlü röleler, motorlar ve selonoidleri vs. akımın transistör tarafından kesildiği anlarda ,benzeri endüktif yükler arasında üretilen her türlü arka emf voltajından korumak için 1N4001 veya 1N4148 gibi bir volan diyotu veya geri emf baskı diyotu olarak da bilinen wheels diyotu bağlamak normaldir ve kullanışlıdır.

çıkış arayüz devreleri nedir

Temel Transistör Anahtarlama Devresi

Bir TTL 5VDC dijital mantık kapısının çıkışını kullanarak, uygun bir çıkış arayüz transistör anahtar devresi üzerinden 12 volt kaynağına bağlı 5 watt’lık bir filaman lambasının çalışmasını kontrol etmek istediğimizi varsayalım.

Eğer DC akım kazancı (kollektör (çıkış) ve base (giriş) akımı arasındaki oran), transistörün beta değeri (β) 100’dür.(bu Beta veya hFE değerini, kullandığınız transistörün veri sayfasından bulabilirsiniz) Transistör tamamen Açık olduğunda Vce doyma gerilimi 0,3 volt  ve Rb kolektör akımını sınırlandırmak için gerekli base direncinin değeri ne olacaktır.

Transistör kolektör akımı Ic, filaman lambası boyunca akan akımın değeri ile eşit olacaktır.Lambanın güç değeri 5 watt ise, tamamen açık olduğunda akım:

P = V x I -> I = P/V

Vce(sat) = 0,3V

Ic = P / (Vs – Vce(sat)) = 5 / (12 – 0,3) = 427 mA

Ic, lamba (yük) akımına eşit olduğu için, transistörlerin base akımı, transistörün akım kazancına

Ib = Ic / β olacaktır.Mevcut kazanç daha önce şu şekilde verilmişti:

β = 100,

Bu nedenle minimum base akımı Ib(min) şöyle hesaplanır:

Β = Ic / Ib -> Ib = Ic/ β

Ib(min) = Ic(sat)/ β  => 427mA / 100 = 4,27mA

Gerekli temel akımın değerini bulduktan sonra, şimdi temel direnç Rb(max) maksimum değerini hesaplamamız gerekir.Verilen bilgiler, transistör base ucunun  bir dijital mantık kapısının 5.0v çıkış geriliminden (Vo) kontrol edilmesi gerektiğini belirtmiştir.Base-emiter ileri bias voltajı 0,7 volt ise, Rb değeri şu şekilde hesaplanır:

R = V/I , Rb(max) = (Vo – Vbe)/Ib(min)

Rb(max) = (5V – 0,7V) / 4,27mA = 1007Ω ya da 1kΩ

Ardından mantık kapılarından gelen çıkış sinyali low(0v) olduğunda, hiçbir base akımı akmaz ve transistör tamamen kapanır, bu 1kΩ direncinden hiçbir akım geçmediği anlamına gelir.

Mantık kapılarından gelen çıkış sinyali Yüksek(+ 5v) olduğunda, temel akım 4.27mA’dır ve filaman lambası için 11.7V voltaj uygulanması durumunda transistör Açık konuma gelir.Base direnci Rb, 4.27mA iletirken 18mW’den daha az enerji tüketir, bu nedenle 1/4W direnç ile çalışacaktır.

Bir transistörü çıkış arayüz devresinde bir anahtar olarak kullanırken, temel bir sürücü akımı Ib’nin gerekli yük akımının yaklaşık % 5’i veya hatta% 10’u olacak şekilde bir base direnci yani Rb değerinin seçilmesi gerektiğine dikkat etmeliyiz.

Ic, transistörün doyma bölgesine iyi şekilde ulaşmasına yardımcı olarak Vce ve güç kaybını en aza indirir.

Ayrıca, direnç değerlerinin daha hızlı bir şekilde hesaplanması ve matematiğin biraz azaltılması için, hesaplamalarınızda kolektör emiter birleşim noktasındaki 0,1 ila 0,5 voltaj düşüşünü ve base emiter birleşimindeki 0,7 volt düşüşü görmezden gelebilirsiniz.

Sonuçta ortaya çıkan yaklaşık değer, halihazırda hesaplanan gerçek değere yeterince yakın olacaktır.

Tekli güç transistörü anahtarlama devreleri, filaman lambalar gibi düşük güçlü cihazları kontrol etmek veya motorlar ve solenoidler gibi çok daha yüksek güç cihazlarını değiştirmek için kullanılabilen anahtarlama röleleri için çok kullanışlıdır.

Ancak röleler, örneğin 8 portlu bir mikro denetleyicinin arayüzünü çıkarmak için kullanıldığında pahalı olabilecek ya da bir devre kartında çok yer kaplayabilecek büyük, hacimli elektromekanik aygıtlardır.

Bunu aşmanın ve ağır yüklü olan akım cihazlarını doğrudan bir mikro denetleyicinin, PIC’nin veya dijital devrenin çıkış pinlerinden değiştirmenin bir yolu, iki transistörden oluşan bir darlington çifti kullanmaktır.

Güç transistörlerinin çıkış arayüz cihazları olarak kullanılmasının en büyük dezavantajlarından biri, özellikle yüksek akımların anahtarlanmasında mevcut kazançlarının (β) çok düşük olabilmesidir.

Bu sorunun üstesinden gelmek için gerekli olan şey , temel akım değerini azaltmak için, bir Darlington konfigürasyonunda iki transistör kullanmaktır.

elektronik çıkış arayüz devreleri dersleri

Darlington Transistör Konfigürasyonu

Darlington transistör konfigürasyonları, birbirine bağlanan iki NPN veya iki PNP transistöründen , 2N6045 veya tek bir TO-220 paket içinde anahtarlama uygulamaları için hızlı kapanmaya yardımcı olmak için hem transistörleri hem de bazı dirençleri birleştiren TIP100 gibi hazır bir Darlington aygıtı olarak kullanılabilir.

Bu darlington konfigürasyonunda, transistör, TR1, kontrol transistörüdür ve güç anahtarlama transistörü TR2’nin iletimini kontrol etmek için kullanılır.Transistör TR1’in base’ine uygulanan giriş sinyali, transistör TR2’nin base akımını kontrol eder.

Transistörler veya tek bir paket olarak Darlington düzenlemesi aynı üç uca sahiptir: Emiter (E), Base (B) ve Collector (C).

Darlington transistör konfigürasyonları, kullanılan transistörlere bağlı olarak birkaç yüz ila birkaç bin DC akım kazancına (yani kolektör (çıkış) ve base (giriş) akımı arasındaki oran) sahip olabilir.O zaman yukarıdaki filament lamba örneğimizi, kolektör akımı olarak ilk birkaç transistörün β1| β1’i, ikinci transistörün temel akımı haline geldiğinde, sadece birkaç mikro amperlik (uA) bir base akımı ile kontrol etmek mümkün olacaktır.

Daha sonra, iki kazanç βT = β1 × β2 olarak çarpıldığında, TR2’nin mevcut kazancı β1β2Iβ1 olacaktır. Başka bir deyişle, tek bir Darlington transistor çifti oluşturmak için bir araya getirilen bir çift bipolar transistör, mevcut kazançlarını bir araya getirecektir.

Bu nedenle, uygun bipolar transistörleri seçerek ve doğru bias ile, çift emiterli darlington konfigürasyonları, değeri çok yüksek ve sonuç olarak binlerce ohm değerine yüksek giriş empedansına sahip tek bir transistör olarak kabul edilebilir.

Neyse ki, bizim için, birileri zaten çok sayıda cihazdan oluşan bir arabirim çıktısını almamızı kolaylaştıran, tek bir 16-pin entegre devre paketine birçok darlington transistör yapılandırması koymuştur.

ULN2003A Darlington Transistör Dizisi

ULN2003A, yüksek verim ve düşük güç tüketimine sahip ucuz, tek kutuplu bir transistör dizisidir ve selonoidler, röleler, DC Motorlar ve LED göstergeler veya filament lambaları dahil olmak üzere çok çeşitli yüklerin doğrudan PIC ,dijital devreler veya mikro kontrolörlerin portlarından sürülmesi için son derece kullanışlı bir çıkış arayüz devresidir.

Darlington dizileri ailesi, ULN2002A, ULN2003A, hepsi yüksek voltajlı ULN2004A ve her biri tek bir entegre devre paketi içinde yedi açık kollektör darlington çifti içeren yüksek akım darlington dizileri içerir.

ULN2803 Darlington Sürücüsü ayrıca yedi yerine sekiz darlington çifti içerir.

Dizinin her izole edilmiş kanalı 500mA olarak derecelendirilmiştir ve küçük motorları veya lambaları veya yüksek güç transistörlerinin kolektör ve base’lerini kontrol etmek için ideal hale getirerek 600 mA’ya kadar tepe akımlarına dayanabilir.

Endüktif yük sürebilmek için ilave diyotlar dahil edilmiştir ve girişler, bağlantıları ve kart düzenini basitleştirmek için çıkışların karşısına tutturulmuştur.

ULN2003 Darlington Transistör Dizisi

ULN2003A Darlington sürücüsü, çok yüksek bir giriş empedansına ve doğrudan bir TTL veya + 5V CMOS mantık kapısından sürülen akım kazancına sahiptir.

+15V CMOS mantığı için ULN2004A kullanın ve 100V’a kadar daha yüksek anahtarlama voltajları için SN75468 Darlington dizisini kullanmak daha iyidir.

Daha fazla anahtarlama akımı özelliği gerekliyse, hem Darlington çifti girişleri hem de çıkışları daha yüksek akım kapasitesi için birbirine paralel hale getirilebilir.

Örneğin, giriş pimleri 1 ve 2 birlikte bağlanmış ve çıkış pimleri 16 ve 15 birlikte yükü değiştirmek için birbirine bağlanmıştır.

Güç Mosfet Arayüz Devreleri

Tek transistörlerin veya Darlington çiftlerinin kullanılmasının yanı sıra, güç Mosfet’leri orta güçteki cihazları sürmek için de kullanılabilir.

Bipolar birleşim transistörünün aksine, transistörü doygunluğa sürüklemek için bir temel akım gerektiren BJT, MOSFET anahtarı, gate terminali ana akım taşıma kanalından izole edildiğinden neredeyse hiç akım akmaz.

Temel MOSFET Anahtar Devresi

Pozitif eşik gerilimi ve son derece yüksek giriş empedansı ile N-kanalı, geliştirme modu (normalde kapalı) Mosfet’leri (eMOSFET), mikro kontrolörlere, PIC’lere ve dijital mantık devrelerine doğrudan arayüz sağlamak için ideal bir cihaz olarak çalışır ve pozitif çıktılar üretir.

MOSFET anahtarları bir gate giriş sinyali tarafından kontrol edilir ve Mosfet’in aşırı yüksek giriş (gate) direnci nedeniyle, bağlı yükün güç işleme kabiliyeti elde edene kadar neredeyse hep güçsüz Mosfet’leri bir araya getirebiliriz.

N-kanal geliştirme tipinde MOSFET, cihaz kapalıdır ,cut-off durumundadır (Vgs = 0) ve kanal normalde açık bir anahtar gibi davranarak kapalıdır.

Gate ucuna pozitif bir ön bias voltajı uygulandığında, akım kanaldan akar.Akım miktarı gate ön bias voltajına bağlıdır, Vgs.

Başka bir deyişle, Mosfet’i doygunluk bölgesinde çalıştırmak için, gate’den source’a olan gerilim gerekli drain voltajı sağlamalı ve dolayısıyla yük akımını korumak için yeterli olmalıdır.

Daha önce tartışıldığı gibi, n-kanal eMOSFETS, gate ile source arasına uygulanan bir voltaj tarafından sürülür, böylece gösterildiği gibi Mosfet’lerin gate-source’tan bağlantı noktasına zener diyot eklenmesi, transistörü aşırı pozitif veya negatif giriş gerilimlerinden korur.

Örneğin, doymuş bir op-amp karşılaştırıcı çıktısından üretilirler.Zener, pozitif gate voltajını sıkıştırır ve bir gate voltajını -0.7V’a ulaştırarak, gate terminalini ters olarak arıza voltaj sınırından uzakta tutmak için standart bir diyot görevi görür.

çıkış arayüz devreleri örnekleri

MOSFET’ler ve Açık Kollektörlü Kapılar

TTL’den bir güç Mosfet’in arayüze çıkarılması işleminde, mantık geçitleri bize her zaman gerekli Vgs çıkışını veremeyeceğinden, açık-kollektör çıkışlı kapıları ve sürücüleri kullandığımız zaman sorun yaratır.Bu sorunun üstesinden gelmenin bir yolu, resimde de gösterildiği gibi bir çekme direnci kullanmaktır.

Çekme direnci, TTL besleme hattı ile Mosfet gate terminaline bağlı olan mantık kapıları çıkışı arasına bağlanır.TTL mantık kapıları çıkışı “0” (low) mantık seviyesinde olduğunda, Mosfet “Kapalı” ve mantık kapıları çıkışı “1” (High) mantık seviyesindeyken, direnç gate voltajını +5V seviyesine kadar çeker.

Bu çekme direnci düzenlemesiyle, gate voltajını gösterildiği gibi üst besleme hattına bağlayarak Mosfet “On” ayarını tamamen değiştirebiliriz.

Çıkış Arayüz Motorları

Bir dizi cihazı kontrol etmek için hem iki kutuplu bağlantı transistörlerini hem de Mosfet’leri çıkış arayüz devresinin bir parçası olarak kullanabileceğimizi gördük.Diğer standart bir çıkış cihazı, dönme hareketi oluşturan DC motordur.

Tek bir transistör, darlington transistör veya Mosfet kullanarak motorların ve step motorların mikro kontrolörlere, PIC’lere ve dijital devrelere arayüzlenme  işleminin yüzlerce yolu vardır.

Sorun, motorların, dönme hareketini oluşturmak için manyetik alanlar, fırçalar ve bobinler kullanan elektromekanik cihazlardır ve bu nedenle motorlar ve özellikle ucuz oyuncak veya bilgisayar fan motorları, çok sayıda “elektriksel gürültü” ve “voltaj yükselmesi” meydana getirir ve bu durumda anahtarlama transistörüne zarar verebilir.

Bu motorlar elektriksel gürültü ürettiğinde veya aşırı voltaj çektiğinde, sorun motor terminallerine wheel diyotu veya polarize olmayan bastırma kapasitörünün bağlanmasıyla azaltılabilir.Ancak, elektriksel gürültüyü ve ters voltajların yarı iletken transistör anahtarlarını veya mikro kontrolörlerin çıkış portlarını etkilemesini önlemenin basit bir yolu, kontrol işlemleri ve motor için uygun bir röle aracılığıyla ayrı güç kaynakları kullanmaktır.

Bir elektromekanik röleyi DC motoruna arayüzleme işlemi için tipik bir bağlantı şeması resimde gösterilmiştir.

On/Off DC Motor Kontrolü

NPN transistörü, röle bobinine istenen akımı sağlamak için On-Off anahtarı olarak kullanılır.Wheeling diyotu, enerjilendirildiğinde endüktif bobin içinden akan akımın anında sıfıra indirgenememesiyle aynı olduğu gibi gereklidir.Base ucuna giriş High olarak ayarlandığında, transistör “On” konumuna getirilir.Akım, röle bobinden akar ve kontakları motoru sürmeyi kapatır.

Transistör base ucuna giriş low-0 olduğunda, transistör “kapalı” konuma getirilir ve röle kontakları açık olduğu için motor durur.Bobinin etkisiz hale getirilmesiyle oluşan herhangi bir geri emf, wheeling diyodu boyunca akar ve transistöre zarar gelmesini önleyerek yavaşça sıfıra düşer.

Ayrıca, transistör (veya mosfet), motorun çalışması tarafından oluşturulan herhangi bir gürültü veya voltaj yükselmesinden izole edilir ve etkilenmez.

Bir DC motorun, motor ile güç kaynağı arasındaki bir çift röle kontağı kullanılarak açılıp kapatılabileceğini gördük.Ancak, motorda veya bir başka motorlu projede kullanılmak üzere motorun her iki yönde de dönmesini istiyorsanız , motorun gösterildiği gibi iki röle kullanarak kontrol edilmesi gerekmektedir.

Çift Yönlü DC Motor Kontrolü

Bir DC motorun dönüş yönü, sadece besleme bağlantılarının kutupları değiştirilerek tersine çevrilebilir.İki transistör anahtarı kullanarak, motorların dönme yönü, her biri tek voltaj beslemesinden beslenen bir tek kutuplu çift kontak (SPDT) kontaklı iki röle ile kontrol edilebilir.Bir anda transistör anahtarlarından birinin çalıştırılmasıyla, motor her iki yönde (ileri veya geri) dönecek şekilde yapılabilir.

Motorların röleler üzerinden çıkış arayüzleri, onları çalıştırmamızı ve durdurmamızı veya dönüş yönünü kontrol etmemizi sağlar.Rölelerin kullanımı, rölelerin kontakları sürekli olarak açılıp kapanacağı için dönme hızını kontrol etmemizi önler.

Bununla birlikte, bir DC motorun dönme hızı, güç kaynağı voltajının değeri ile orantılıdır.Bir DC motor hızı, DC besleme geriliminin ortalama değerini ayarlayarak veya darbe genişlik modülasyonunu kullanarak kontrol edilebilir.Bu, besleme geriliminin kullanım oranını % 5’ten% 95’e kadar değiştirir ve çoğu motorlu H köprü kontrolörü bunu yapar.

Çıkış Arayüz Ana Bağlantılı Yükler

Daha önce, rölelerin bir devreyi diğerinden elektriksel olarak ayırabildiğini, yani daha küçük bir devrenin başka bir büyük güç devresini kontrol etmesine izin verdiklerini gördük.Aynı zamanda röleler, daha küçük devrelere, elektriksel gürültüye, aşırı voltaj yükselmelerine ve hassas yarı iletken anahtarlama cihazına zarar verebilecek geçici akımlara karşı koruma sağlar.

Ancak röleler ayrıca 5 voltluk bir mikrodenetleyici veya PIC ile şebeke gerilimi beslemesi arasındakiler gibi farklı gerilimler ve topraklamalara sahip devrelerin çıkış arayüzlerine izin verir.Ancak, AC motorlar, 100W lambalar veya ısıtıcılar gibi elektrikle çalışan cihazları kontrol etmek için transistör (veya Mosfet) şalterleri ve röleleri kullanmanın yanı sıra, opto izolatörleri ve güç elektroniği cihazlarını kullanarak da kontrol edebiliriz.

Opto izolatörün temel avantajı, optik olarak bağlandığı ve minimum giriş akımı (tipik olarak sadece 5mA) ve voltaj gerektirdiği için giriş ve çıkış terminalleri arasında yüksek derecede elektriksel izolasyon sağlamasıdır.

Bu, opto izolatörlerin, çıkışında yeterli LED sürücü özellikleri sunan bir mikrodenetleyici bağlantı noktasından veya dijital devreden kolayca sürülebileceği, kullanılabileceği anlamına gelir.

Bir opto izolatörün temel tasarımı, kızılötesi ışık üreten bir LED ve yayılan kızılötesi ışını tespit etmek için kullanılan yarı iletken fotoya duyarlı bir cihazdan oluşur.

Tek bir foto-transistör, foto-darlington veya bir foto-triyak olabilen hem LED hem de fotoya duyarlı cihaz, resimde de gösterildiği gibi elektrik bağlantıları için hafif bir gövdeye veya metal ayaklı bir pakete yerleştirilmiştir.

Opto İzolatörün Farklı Tipleri

Giriş bir LED olduğundan, seri direncin değeri, LED akımını sınırlamak için gereken Rs değeri, yukarıda bahsedildiği gibi hesaplanabilir.İki veya daha fazla opto izolatörün Led’leri aynı anda birden fazla çıkış cihazını kontrol etmek için seri olarak birbirine bağlanabilir.

Opto-triyak izolatörleri, AC ile çalışan ekipmanın ve şebeke lambalarının kontrol edilmesini sağlar. MOC 3020 gibi Opto-kuplajlı triyaklar, doğrudan şebeke bağlantısı için ideal olan ve yaklaşık 100mA maksimum akım için yaklaşık 400 volt voltaj değerine sahiptir.

Daha yüksek güçlü yükler için, opto-triyak geçit palsının gösterildiği gibi bir akım sınırlama direnci vasıtasıyla başka bir daha büyük triyak elde etmek için kullanılabilir.

Katı Hal Rölesi (SSR) 

Bu tip optokuplör konfigürasyonunları, lambalar ve motorlar gibi herhangi bir AC şebekesi yükünü doğrudan bir mikro kontrolör, PIC veya dijital devrenin çıkış arayüzünden kontrol etmek için kullanılabilecek çok basit bir katı hal röle uygulamasının temelini oluşturur.

Çıkış Arayüz Devreleri Özet

Mikrodenetleyicileri, PIC’leri, dijital devreleri ve diğer mikroişlemci tabanlı sistemleri kullanan katı hal yazılım kontrol sistemlerinin, motorları kontrol etmek veya Led göstergeleri ile lambaları Açık veya Kapalı duruma getirmek için gerçek dünyada , gerçekte kullanılabilmesi için farklı çıkış arayüz devrelerinin kullanılabileceğini gördük.

En basit arayüz devresi, basit bir Açma/Kapama göstergesi olarak işlev gören bir ışık yayan diyot yani Led’dir.Ancak, katı hal şalterleri olarak standart transistör veya Mosfet arayüz devrelerini kullanarak, kontrolörün çıkış pimleri çok az miktarda akım verebilse (veya çekebilse) bile çok daha büyük bir akım akışını kontrol edebiliriz.

Tipik olarak, çoğu kontrol cihazı için bunların çıkış arayüzü devresi, yükün genellikle besleme voltajı ve anahtarlama cihazının çıkış terminali arasına bağlandığı bir akım sink çıkışı olabilir.

Örneğin, bir proje veya robot uygulamasında farklı çıkış cihazlarını kontrol etmek istiyorsak, tek bir pakette birkaç transistör anahtarından oluşan bir ULN2003 Darlington sürücü entegresi kullanmak daha uygun olabilir.Veya bir AC aktüatörü kontrol etmek istiyorsak, bir röle veya opto-izolatör (optokuplör) arayüzü kullanabiliriz.

ELEKTRONİK ÇIKIŞ DEVRELERİ SONUÇ :

Bugün Elektronik Çıkış Devreleri ile ilgili yazımızı sizlerle paylaştık.Umuyorum faydalı bir yazı olmuştur.

Bizi takipte kalın.

İyi Çalışmalar

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.