С myROBOT

Components: Что внутри L293?! Часть первая.

Усилитель тока.

Практически все схемы обработки сигналов или схемы управления работают на относительно малых токах. Через детали таких схем, через транзисторы или микросхемы, обычно протекают токи всего лишь в несколько миллиампер. Выходные сигналы таких схем так же слабы. Такого тока недостаточно для работы какого либо исполнительного устройства или мощнной нагрузки: мотора, лампочки, обмотки реле. На рис. 1 приведена схема, которую можно собрать, что бы проверить это на практике.


Рис. 1. Ток 10 мА слишком мал для работы.


В этом случае источник сигнала заменён резистором. Сопротивление резистора выбрано таким, что бы проходящий через него и через нагрузку ток был в пределах нескольких миллиампер. Приблизительно такой же ток обеспечивают и обычные логические микросхемы, операционные усилители или микроконтроллеры.
Для того, что бы усилить небольшой ток до нужной величины применяют усилитель тока.

Усилитель тока - устройство для повышения значения силы тока в цепи за счёт энергии постороннего источника.

Схему усилителя тока можно собрать на двух транзисторах одинаковой структуры n-p-n (рис. 2). Для достижения максимального усиления тока транзисторы соединены специальным образом. Такое соединение транзисторов образует составной транзистор, или транзистор Дарлингтона (по имени изобреталетя Sidney Darlington).


Рис. 2. Усилитель тока по схеме Дарлингтона.


Транзистор Т2 полностью откроется при токе от источника сигнала около 1 мА, а через его коллектор может проходить ток до 1000 мА. Получается, схема на двух транзисторах усиливает ток в 1000 раз!
Тут нагрузка подключена одним выводом к плюсу источника питания, а вторым - к выходу усилителя. Другая важная оссобенность этой схемы в том, что открытие транзистора происходит от источника положительной полярности. То есть, что бы усилитель "прижал" нагрузку к минусу, нужно подать "плюс".

Но иногда один вывод нагрузки обязательно должен быть подключён к минусу питания, тогда второй вывод нужно "тянуть" к плюсу. В таком случае можно применить немного другую схему усилителя, рис. 3.


Рис. 3. Усилитель тока по схеме Шиклаи.


Этот усилитель так же собран на составном транзисторе, но с применением транзисторов разной проводимости. Такое соединение транзисторов называют транзисторной парой Шиклаи (по имени изобреталетя George Clifford Sziklai). Но в противовес транзистору Дарлингтона открытие транзистора Шиклаи тут происходит сигналом отрицательной полярности. То есть, что бы усилитель "тянул" нагрузку к плюсу, нужно подать "минус".

Диод в схемах на рис. 2 и рис. 3 предназначен для подавления противо-ЭДС, появляющейся при подключении нагрузки индуктивного харрактера. Такую же функцию выполняют эти диоды и во всех схемах далее.


Рис. 4. Двухтактный усилитель тока.

Если совместить схему на рис. 2 со схемой на рис. 3, то получится более универсальный усилитель тока - рис. 4. Такой усилитель может не только "давить" подключённую нагрузку к минусу, но и "тянуть" её к плюсу, поэтому про такой усилитель говорят "усилитель с push-pull-выходом" (от английского "push" - давить и "pull" - тянуть). Применяется и другое его название - двухтактный усилитель.
В двухтактном усилителе в один момент времени может быть открыт только один из выходных транзисторов, верхний или нижний. Причём, что бы открыть нижний транзистор, на вход схемы нужно подать сигнал величиной около двух вольт, а что бы открыть верхний транзистор - нужен сигнал величиной менее одного вольта. Такая "избирательность" уровней входного напряжения очень удобна, так как подобные усилители используются обычно в ключевом режиме. То есть в режиме, когда имеется только два состояния, в данном случае выход усилителя может быть либо притянут к плюсу ("вверх") либо прижат к минусу ("вниз").
Для схемы на рис.4 действует правило: если на вход подать малое напряжение - то выход будет тянуться к плюсу, если на входе большое напряжение - то выход давится к минусу. То есть напряжение на выходе схемы будет "обратное" входному. Такая функция не всегда удобна и для исправления положения можно применить ещё один транзистор, который бы "переворачивал" полярность сигнала на противоположную.


Рис. 5. Усилитель тока с фотодатчиком.


Усилитель по схеме рис. 5 будет усиливать сигнал без "инверсии": при подаче на вход напряжения высокого уровня, выход усилителя будет "тянуться наверх"; при подаче низкого уровня - выход "тянется" вниз. То есть выходной сигнал как будто "повторяет" сигнал на входе, а так как это схема усилителя - то маленький ток сигнала будет усилен тысячу раз!

В качестве источника сигнала для такого усилителя может выступать обычный фотосенсор на основе фототранзистора или фотодиода (показан на рис. 5). Именно этот фотосенсор хорошо знаком из серии "Шаг за шагом" в схемах простейших роботов. Соединив этот фотосенсор с усилителем, а к усилителю подключив моторчик - получим универсальную схему, реагирующую на свет! Лишь подключая второй контакт моторчика к плюсу или к минусу питания, можно решать, будет ли он вращаться при освещении или затемнении фотодатчика.
На первый взгляд эта схема слишком сложна и избыточна для такой простой другой функции как фотореле. Но вместе с тем схема максимально универсальна, и этим окупается её сложность. Так поступают, например, при изготовлении микросхем и сложных устройств: какой либо блок можно использовать по-разному, не переделывая его.

Вне зависимости от сложности и вида самого усилителя, в стуктурных схемах усилители принято обозначать пиктограммой треугольника (рис. 6-а), "острие" треугольника всегда указывает в направление выхода. Так же применяется и обозначение треугольника в квадрате (рис. 6-б).


Рис. 6. Условное обозначение усилителя.



Рис. 7. Структурная схема L293D.

Если имеется ввиду именно усилитель с двухтактным выходом, можно добавить обозначение выходных транзисторов (рис. 6-в). Если усилитель имеет какие либо управляющие выводы, то к условному обозначению подводят линии соединений, которые могут быть подписаны (рис. 6-г).

Такие обозначения можно встретить в структурных схемах различных микросхем-усилителей или микросхем, содержащих усилители. Например, структурная схема хорошо известной микросхемы L293D, приведена на рис. 7. В этой структурной схеме легко можно различить четыре усилителя (помечены жёлтым цветом). То есть всю микросхему L293(D) можно рассматривать просто как четыре усилителя тока, помещённых в общий корпус.

Кроме входных и выходных выводов каждого усилителя тока и ножек для подачи питания, микросхема L293(D) имеет ещё несколько выводов. Назначение этих ножек, а так же варианты подключения нагрузки к этой микросхеме и её управлением можно узнать во второй части статьи "Что внутри L293?! Часть вторая. От усилителя тока к драйверу L293.".


Смелых и Удачных Экспериментов!!!


Дополнения и файлы:

Автор: nest

Размещение этой статьи на других сайтах как полностью, так и частично разрешено только после согласования с администрацией myROBOT.RU

Получено с http://myrobot.ru/wiki/index.php?n=Components.L293Feature1
Редакция от 24.12.2011 03:24