Для включення і відключення навантаження (ламп розжарювання, обмоток реле, електродвигунів і т.п.) найчастіше використовують тиристори. Особливість цього виду напівпровідникових приладів і основне їх відмінність від транзисторів полягає в тому, що вони володіють двома стійкими станами, без будь-яких проміжних. Це стан «включено», коли опір напівпровідникового приладу мінімально, і стан «вимкнено», коли опір тиристора максимально. В ідеалі ці опору наближаються до нуля або нескінченності.

Для включення тиристора на його керуючий електрод достатньо хоча б короткочасно подати напругу, що управляє. Відключити тиристор (замкнути) можна короткочасним вимиканням харчування тиристора, зміною полярності живлячої напруги або зменшенням струму в навантаженні нижче струму утримання тиристора.

Зазвичай включають і відключають тиристорні комутатори двома кнопками. Значно меншого поширення отримали однокнопочні схеми управління тиристорами. У цій главі досить докладно розглянуті методи Однокнопковий-го управління тиристорними комутаторами. Принцип роботи тиристорних Однокнопковий керуючих пристроїв заснований на динамічних зарядно-розрядних процесах в ланцюзі управління тиристора [EW 4/01-299].

На рис. 17.1 показана одна з найпростіших схем однокно-почни управління тиристорним комутатором. У схемі (тут і далі) використовують кнопки без фіксації положення. У початковому стані нормально замкнуті контакти кнопки шунтируют ланцюг управління тиристором. Опір тиристора максимально, струм через навантаження не протікає. Діаграми основних процесів, що протікають в схемі на рис. 17.1, розглянуті на рис. 17.2.

Для включення тиристора (ON) натискають на кнопку SB1. При цьому навантаження виявляється підключеної до джерела живлення через контакти кнопки SB1, а конденсатор С1 заряджається через резистор R1 від джерела живлення. Швидкість заряду конденсатора визначається постійної часу ланцюга R1C1 (див.

діаграму). Після того як кнопку відпустять, конденсатор С1 розряджається на керуючий електрод тиристора. Якщо напруга на ньому дорівнює або перевищує напруга включення тиристора, тиристор відмикається.

Рис. 17.1

Рис. 17.2

Відключити навантаження (OFF) можна короткочасним натисканням на кнопку SB1. При цьому конденсатор С1 не встигає зарядитися. Оскільки контакти кнопки шунтируют електроди тиристора (анод – катод), це рівноцінно відключенню джерела живлення тиристора. У результаті навантаження буде відключена.

Отже, для включення навантаження необхідно з більшою тривалістю натиснути на керуючу кнопку, для вимикання – ще раз короткочасно натиснути ту ж кнопку.

Рис. 17.3

Рис. 17.4

На рис. 17.3 і 17.4 показані варіанти схемної ідеї, представленої на рис. 17.1. На рис. 17.3 використана ланцюжок послідовно з’єднаних діодів VD1 і VD2 для обмеження максимального напруги заряду конденсатора. Це дозволило помітно знизити робочу напругу (до 1,5 … 3 В) і ємність конденсатора С1. У такій схемі (рис. 17.4) резистор R1 включений послідовно з навантаженням, що дозволяє створити двополюсний комутатор навантаження. Опір навантаження повинно бути набагато нижче, ніж опір R1.

Тиристорне пристрій керування навантаженням (мал. 17.5) може бути використано для включення і виключення навантаження будь-якої з декількох послідовно включених кнопок, що працюють на розрив ланцюга. Принцип дії Тірі-сторно комутатора полягає в наступному. При включенні пристрою напруга, що подається на керуючий електрод тиристора, недостатньо для його включення. Тиристор, і, відповідно, навантаження відключені. При натисканні на будь-яку з кнопок SB1 – SBn (й утриманні її натиснутою) конденсатор С1 заряджається через резистор R1 від джерела живлення. Ланцюг управління тиристора і сам тиристор при цьому відключені.

Рис. 17.5

Після відпускання кнопки і відновлення ланцюга живлення тиристора накопичена конденсатором С1 енергія виявляється прикладеною до керуючого електроду тиристора. В результаті розряду конденсатора через керуючий електрод тиристор включається, під’єднуючи тим самим навантаження до ланцюга живлення.

Для відключення тиристора (і навантаження) короткочасно натискають на будь-яку з кнопок SB1 – SBn. При цьому конденсатор С1 не встигає зарядитися. У той же час ланцюг живлення тиристора розмикається, тиристор замикається. Величина резистора R2 залежить від напруги живлення пристрою: при напрузі 15 В його опір – 10 кОм при 9 В – 3,3 кОм при 5 6-1,2 кОм.

При використанні замість тиристора його транзисторного аналога (рис. 17.6) величина цього резистора змінюється, відповідно, від 240 кОм (15 В) до 16 кОм (9 В) і до 4,7 кОм (5 В).

Тиристорне пристрій, що дозволяє створити аналог многокнопочного перемикача з залежною фіксацією положення і використовує для керування кнопкові елементи, що працюють без фіксації, показано на рис. 17.7. У схемі може бути використано кілька тиристорів, однак, для спрощення схеми, на малюнку показано лише два канали. Інші канали комутації можуть бути підключені аналогічно попереднім.

Рис. 17.6

Рис. 17.7

У початковому стані тиристори замкнені. При натисканні на кнопку управління, наприклад, кнопку SB1, конденсатор С1 щодо великої ємності виявляється підключеним до джерела живлення через діоди VD1 – VDm і опору навантаження всіх каналів. В результаті заряду конденсатора виникає імпульс струму, який приводить до короткочасного замикання анодів всіх тиристорів через відповідні діоди VD1 – VDm на загальну шину. Будь-який з тиристорів, якщо він був включений, відключається. У той же час конденсатор накопичує енергію. Після відпускання кнопки конденсатор розряджається на керуючий електрод тиристора, відмикаючи його. Для включення будь-якого іншого каналу натискають відповідну кнопку. Відбувається відключення (скидання) раніше задіяної навантаження і включення нової навантаження. У схемі передбачена кнопка SB0 загального відключення всіх навантажень.

Рис. 17.8

Рис. 17.9

Варіант схеми, виконаний на транзисторних аналогах тиристорів і діод-ємнісних зарядних ланцюжках з використанням малогабаритних конденсаторів, показаний на рис. 17.8, 17.9. У схемі передбачена світлодіодна індикація включеного каналу. У цьому зв’язку максимальний струм навантаження кожного з каналів обмежений значенням 20 мА.

Пристрої, аналогічні представленим на рис. 17.7 – 17.9, а також на рис. 17.10 – 17.12, можна використовувати для систем вибору програм радіо-та телеприймачів. Недоліком схемних рішень (рис. 17.7 – 17.9) є те, що в момент натискання на будь-яку з кнопок всі навантаження виявляються хоча б на мить підключеними до джерела живлення.

Рис. 17.10

Рис. 17.11

На рис. 17.10 і 17.11 показаний тиристорний комутатор розривного типу з необмеженою кількістю послідовно включених елементів. При натисканні на одну з кнопок управління ланцюг живлення аналогів тиристорів розмикається по постійному струму. Конденсатор С1 виявляється включеним послідовно з аналогом тиристора. Одночасно керуюче напруга (нульового рівня) через задіяну кнопку і резистор R2 (мал. 17.10) подається на керуючий електрод аналога тиристора.

Оскільки в перші миті при натисканні кнопки послідовно з аналогом тиристора виявляється включеним повністю розряджений конденсатор, таке включення рівносильно короткого замикання в ланцюзі живлення відповідного тиристора. Отже, тиристор відмикається, включаючи тим самим відповідне навантаження.

При натисканні на будь-яку іншу кнопку раніше задіяний канал відключається, і включається інший канал. При тривалому (близько 2 сек) натисканні на будь-яку з кнопок конденсатор С1 заряджається, що рівнозначно розмиканню ланцюга і призводить до замикання всіх тиристорів.

Рис. 17.12

У ряді тиристорних комутаторів найбільш досконалою представляється схема, показана на рис. 17.12. При натисканні кнопки управління виникає кидок струму, еквівалентний короткого замикання. Відбувається відключення раніше задіяних тиристорів і включення тиристора, відповідного натиснутій кнопці. У схемі передбачена світлодіодна індикація задіяного каналу, а також кнопка загального скидання. Замість конденсаторів великої ємності можуть бути використані діод-конденсаторні ланцюжка (рис. 17.12). Принцип дії схеми зберігається. В якості навантаження можна використовувати низьковольтні реле, наприклад, РМК 11105 опором 350 Ом на робочу напругу 5 В.

Резистор R1 обмежує струм короткого замикання і ток максимального споживання величиною 10 … 12 мА. Кількість каналів комутації не обмежена.

   
Література: Шустов М.А. Практична схемотехніка (Книга 1), 2003 рік