Оптическое реле схема: Инструкция по сборке твердотельного реле своими руками

Инструкция по сборке твердотельного реле своими руками

Твердотельное реле (ТТР) – прибор из серии электронных компонентов немеханического действия. Отсутствие механики открывает больше возможностей любителям электроники сделать твердотельное реле своими руками для личного пользования.

Рассмотрим такую возможность подробнее.

Содержание статьи:

Конструкция и принцип действия ТТР

Если большая часть подобной электроники традиционно содержит подвижные детали контактных групп, твердотельное реле таких деталей не имеет совсем. Коммутация цепи схемой устройства осуществляется по принципу электронного ключа. А роль электронных ключей обычно исполняют встроенные в тело реле полупроводники – силовые транзисторы, симисторы, тиристоры.

Прежде чем пытаться изготовить твердотельное реле самостоятельно, логично ознакомиться с базовой конструкцией подобных устройств, понять принцип их функционирования.

Промышленным производством выпускаются реле твердотельные различной конфигурации, предназначенные под самые разные условия практического применения. Выбор модификаций обширный

В рамках плотного изучения прибора сразу же следует выделить преимущественные стороны ТТР:

• коммутация мощной нагрузки;
• высокая скорость переключения;
• идеальная гальваническая развязка;
• способность кратковременно держать высокие перегрузки.

Среди механических конструкций найти реле с подобными параметрами реально не представляется возможным. Вообще, преимущества относительно механических собратьев у твердотельных реле выражаются внушительным списком.

Два электронных прибора, функционально обеспечивающих коммутацию цепей: слева сделан на основе твердотельной конструкции, справа – традиционная механическая система переключения

Условия эксплуатации для ТТР практически не ограничивают применение этих устройств. К тому же отсутствие подвижных механических деталей благоприятно сказывается на продолжительности службы приборов. Так что есть все основания, чтобы заняться твердотельным реле – собрать устройство своими руками.

Однако, справедливости ради, наряду с положительными моментами следует отметить свойства реле, характеризуемые как недостатки. Так, для эксплуатации мощных приборов, как правило, требуется дополнительный компонент конструкции, который предназначен отводить тепло.

На случай коммутации мощной нагрузки реле твердотельного исполнения практически всегда дополняются мощными радиаторами охлаждения. Этот момент несколько усложняет применение ТТР

Радиаторы охлаждения твердотельных реле имеют габаритные размеры в несколько раз превосходящие габариты ТТР, что снижает удобство и рациональность монтажа.

Приборы ТТР в процессе эксплуатации (в закрытом состоянии) дают обратный ток утечки и показывают нелинейную вольт-амперную характеристику. Не все твердотельные реле допустимо использовать без ограничений в характеристиках коммутируемых напряжений.

Конструкция для применения только в схемах, где питание осуществляется постоянным током. Обычно эти приборы отличают малые габариты и небольшая мощность коммутации

Отдельные виды устройств предназначены коммутировать только постоянный ток. Внедрение твердотельных реле в схему обычно требует обращения к дополнительным мерам, направленным на блокировку ложных срабатываний.

Твердотельные реле часто можно встретить в общем .

Как работает твердотельное реле?

Управляющий сигнал (обычно напряжение низкого уровня, исходящее, к примеру, от контроллера управления) подаётся на светодиод оптоэлектронной пары, присутствующей в схеме ТТР. Светодиод начинает излучать свет в сторону фотодиода, который в свою очередь открывается и начинает пропускать ток.

Обобщённая схема ТТР, наглядно показывающая, каким образом функционирует электронный прибор: 1 – источник напряжения управления; 2 – оптопара внутри корпуса реле; 3 – источник тока нагрузки; 4 – нагрузка

Проходящий через фотодиод ток приходит на управляющий электрод ключевого транзистора или тиристора. Ключ открывается, замыкает цепь нагрузки.

Так работает функция коммутации прибора. Вся электроника традиционно заключена в монолитный корпус. Собственно, поэтому устройство и получило название твердотельного реле.

А о том, как подключить твердотельное реле можно прочесть в .

Разновидности твердотельных переключателей

Весь существующий ассортимент приборов условно можно разделить по группам, исходя из категории подключаемой нагрузки, особенностей контроля и коммутации напряжений.

Таким образом, в общей сложности наберётся три группы:

1. Устройства, действующие в цепях постоянного тока.
2. Устройства, действующие в цепях переменного тока.
3. Универсальные конструкции.

Первая группа представлена приборами с параметрами рабочих управляющих напряжений  3 – 32 вольта. Это относительно малогабаритная электроника, наделённая светодиодной индикацией, способная функционировать без перебоев при температурах -35 / +75 ºС.

Широко распространённое исполнение электронного прибора для применения в однофазной электрической сети. Также встречаются иные варианты конструкций, но значительно реже

Вторая группа – устройства, предназначенные под установку в сетях переменного напряжения. Здесь представлены конструкции ТТР для установки в сетях переменного тока, управляемые напряжением 24 – 250 вольт. Есть устройства, способные коммутировать нагрузку высокой мощности.

Третья группа – приборы универсального назначения. Схемотехника этого вида устройств поддерживает ручную настройку на использование в тех или иных условиях.

Если отталкиваться от характера подключаемой нагрузки, следует выделить два вида твердотельных реле переменного тока: однофазные и трёхфазные. Оба вида рассчитаны на коммутацию достаточно мощной нагрузки при токах 10 – 75 А. При этом пиковые кратковременные значения тока могут достигать величины 500 А.

Широко распространённый вариант исполнения для применения в трёхфазной электрической сети. Часто используется в качестве линейного регулятора мощных электрических нагревателей (ТЭН)

В качестве нагрузки, коммутируемой твердотельными реле, могут выступать ёмкостные, резистивные, индукционные цепи. Конструкции переключателей позволяют без лишнего шума, плавно управлять, к примеру, нагревательными элементами, лампами накаливания, электродвигателями.

Надёжность работы в достаточной степени высока. Но во многом стабильность и долговечность твердотельных реле зависит от качества производства изделий. Так, устройства, выпускаемые под некой торговой маркой «Impuls», часто отмечаются непродолжительным сроком службы.

С другой стороны, изделия фирмы «Schneider Electric» не оставляют повода для критики.

Как сделать ТТР своими руками?

Учитывая конструкционную особенность прибора (монолит), схема собирается не на текстолитовой плате, как это принято, а навесным монтажом.

Вот такой выглядит самодельная конструкция твердотельного реле. Сделать нечто подобное несложно. Нужны лишь базовые навыки электронщика и электрика. Материальные затраты небольшие

Схемотехнических решений в этом направлении можно отыскать множество. Конкретный вариант зависит от требуемой коммутируемой мощности и прочих параметров.

Электронные компоненты для сборки схемы

Перечень элементов простой схемы для практического освоения и построения твердотельного реле своими руками следующий:

1. Оптопара типа МОС3083.
2. Симистор типа ВТ139-800.
3. Транзистор серии КТ209.
4. Резисторы, стабилитрон, светодиод.

Все указанные электронные компоненты спаиваются навесным монтажом согласно следующей схеме:

Принципиальная схема маломощного твердотельного реле для сборки своими руками. Небольшое количество деталей и простой навесной монтаж позволяют спаять схему без труда

Благодаря использованию оптопары МОС3083 в схеме формирования сигнала управления величина входного напряжения может изменяться от 5 до 24 вольт.

А за счёт цепочки, состоящей из стабилитрона и ограничительного резистора, снижен до минимально возможного ток, проходящий через контрольный светодиод. Такое решение обеспечивает долгий срок службы контрольного светодиода.

Проверка собранной схемы на работоспособность

Собранную схему нужно проверить на работоспособность. Подключать при этом напряжение нагрузки 220 вольт в цепь коммутации через симистор необязательно. Достаточно подключить параллельно линии коммутации симистора измерительный прибор – тестер.

Проверка работоспособности твердотельного реле с помощью измерительного прибора. Если на вход устройства подано управляющее напряжение, переход симистора должен быть открыт

Режим измерений тестера нужно выставить на «мОм» и подать питание (5-24В) на схему генерации напряжения управления. Если всё работает правильно, тестер должен показать разницу сопротивлений от «мОм» до «кОм».

Устройство монолитного корпуса

Под основание корпуса будущего твердотельного реле потребуется пластина из алюминия толщиной 3-5 мм. Размеры пластины некритичны, но должны соответствовать условиям эффективного отвода тепла от симистора при нагреве этого электронного элемента.

Каркас под заливку корпуса будущего прибора. Делается из картонной полосы или других подходящих материалов. На алюминиевой подложке закрепляется универсальным клеем

Поверхность алюминиевой пластины должна быть ровной. Дополнительно необходимо обработать обе стороны – зачистить мелкой шкуркой, отполировать.

На следующем этапе подготовленная пластина оснащается «опалубкой» – по периметру приклеивается бордюр из плотного картона или пластика. Должен получиться своеобразный короб, который в дальнейшем будет залит эпоксидной смолой.

Внутрь созданного короба помещается собранная «навесом» электронная схема твердотельного реле. На поверхность алюминиевой пластины укладывается только симистор.

Закрепление симистора на алюминиевой подложке. Главное условие – этот электронный компонент необходимо плотно прижать к металлическому основанию. Только так обеспечивается качественный теплоотвод и надёжность работы

Никакие другие детали и проводники схемы не должны касаться алюминиевой подложки. Симистор прикладывается к алюминию той частью корпуса, которая рассчитана под установку на радиатор.

Следует использовать теплопроводящую пасту на площади соприкосновения корпуса симистора и алюминиевой подложки. Некоторые марки симисторов с неизолированным анодом обязательно требуется ставить через слюдяную прокладку.

Вариант крепления симистора к подложке при помощи клёпки. С обратной стороны клёпка расплющивается заподлицо с поверхностью подложки

Симистор нужно плотно прижать к основанию каким-то грузом и залить по периметру эпоксидным клеем либо закрепить каким-то образом без нарушения глади обратной стороны подложки (например, заклёпкой).

Приготовление компаунда и заливка корпуса

Под изготовление твёрдого тела электронного устройства потребуется изготовить компаундную смесь. Состав смеси компаунда делается на основе двух компонентов:

1. Эпоксидная смола без отвердителя.
2. Порошок алебастра.

Благодаря добавлению алебастра мастер решает сразу две задачи – получает исчерпывающий объём заливного компаунда при номинальном расходе эпоксидной смолы и создаёт заливку оптимальной консистенции.

Смесь нужно тщательно перемешать, после чего можно добавить отвердитель и вновь тщательно перемешать. Далее аккуратно заливают «навесной» монтаж внутри картонного короба созданным компаундом.

Так выглядит готовый экземпляр твердотельного реле, собранного своими руками. Несколько необычно и не очень презентабельно, но достаточно надёжно

Заливку делают до верхнего уровня, оставив на поверхности лишь часть головки контрольного светодиода. Первоначально поверхность компаунда может выглядеть не совсем гладкой, но спустя некоторое время картинка изменится. Останется только дождаться полного застывания литья.

По сути, применить можно любые подходящие для литья растворы. Главный критерий – состав заливки не должен быть электропроводящим, плюс должна формироваться хорошая степень жёсткости литья после застывания. Литой корпус твердотельного реле является своего рода защитой электронной схемы от случайных физических повреждений.

Выводы и полезное видео по теме

Этот ролик показывает, как и на базе каких электронных компонентов можно сделать твердотельное реле. Автор доходчиво рассказывает обо всех деталях практики изготовления, с какими он столкнулся лично в процессе производства электронного коммутатора:

Видео о проблеме, с которой можно столкнуться после приобретения однофазного ТТР у продавцов из Китая. Попутно проводит своеобразный обзор устройства прибора коммутации:

Самостоятельное изготовление твердотельных реле – вполне возможное решение, но применительно к изделиям под низковольтную нагрузку, потребляющую относительно малую мощность.

Более мощные и высоковольтные приборы сделать своими руками сложно. Да и обойдётся эта затея по финансам в такую же сумму, какой оценивается заводской экземпляр. Так что в случае надобности проще купить готовый прибор промышленного изготовления.

Если у вас появились вопросы по сборке твердотельного реле, пожалуйста, задайте их в блоке с комментариями, а мы постараемся дать на них предельно понятный ответ. Там же можно поделиться опытом самостоятельного изготовления реле или сообщить ценную информацию по теме статьи.

Твердотельное реле: схема, принцип работы, подключение

Чтобы обеспечить бесконтактную коммуникацию различных устройств без использования электромагнитов применяют твердотельное реле. Об особенностях, принципе действия и схеме подключения данного устройства поговорим далее.

Оглавление:

1. Твердотельное реле — принцип работы
2. Преимущества и сфера использования твердотельного реле
3. Разновидности твердотельных реле
4. Выбор и покупка твердотельного реле
5. Особенности подключения твердотельного реле

Твердотельное реле — принцип работы

Твердотельное реле — это устройство, обеспечивающее контакт между низковольтными и высоковольтными электрическими цепями.

Рассматривая структуру данного прибора, большинство моделей схожи между собой, имеют незначительные отличия, которые никак не влияют на принцип их работы.

Структура твердотельного реле включает наличие:

• входа,
• оптической развязки,
• триггерной цепи,
• цепи переключателя,
• цепи защиты.

Входом является первичная цепь, которая характеризуется наличием резистора на постоянном изоляторе, который имеет последовательное подключение. Основная функция цепи входа состоит в принятии сигнала и передаче команды устройству твердотельного реле, которое коммутирует нагрузку.

В качестве изоляции входной и выходной сети с переменным током используется устройство оптической развязки. От типа данного компонента, зависит вид реле и его принцип работы.

Для обработки входного сигнала и переключения выхода используется конструкция триггерной цепи. Она выступает, как отдельный элемент, а в некоторых моделях входит в состав оптической развязки.

Чтобы подать силу напряжения на нагрузку используется цепь переключающего типа, которая включает транзистор, кремниевый диод и симистор.

Чтобы защитить твердотельное реле от сбоев в работе или возникновения ошибок, используется отдельная защитная цепь. Это устройство бывает двух видов: внутреннего и внешнего.

Твердотельное реле схема состоит из:

• системы контроля,
• устройства твердотельного реле,
• двигателя, насоса, сварочного аппарата, трансформатора или нагревателя.

Чтобы коммутировать индуктивную нагрузку с помощью твердотельного реле следует увеличить запас тока в 6-8 раз.

Принцип работы твердотельного реле состоит в замыкании или размыкании контактов, которые передают напряжение непосредственно на реле. Чтобы привести в действие контакты необходимо наличие активатора. Его роль в твердотельном реле выполняет полупроводник или твердотельный прибор. В устройствах которые работают при переменном токе это тиристор или симистор, а для приборов с постоянным током — транзистор.

Прибор, который характеризуется наличием ключевого транзистора, является твердотельным реле. Это, например, датчик движения или света, который с помощью транзистора осуществляет передачу напряжения.

Между напряжением в катушке и силовых контактах появляется действие гальванической развязки, которое исчезает в следствие наличия оптической цепи.

Преимущества и сфера использования твердотельного реле

Твердотельное реле часто заменяет обычные контактеры из-за большого количества преимуществ перед ними. Рассмотрим основные достоинства твердотельного реле:

1. Небольшое потребление энергии — из-за отсутствия электромагнитного разнесения, электромагнитное реле потребляет много электроэнергии, так как в твердотельном реле используется полупроводник, количество электроэнергии для его работы меньше на 90%.

2. Твердотельное реле малогабаритное устройство, это качество позволяет его легко транспортировать и устанавливать.

3. Данное устройство характеризуется высоким уровнем быстродействия и не требует ожидания для запуска.

4. Низкая шумопроизводительность — еще одно преимущество твердотельного реле перед контактерами.

5. Такие приборы отличаются более длительным сроком эксплуатации и не требуют дополнительного технического обслуживания.

6. Имеют большую сферу использования и подходят для разных приборов.

7. Твердотельное реле позволяет включать цепь не допуская помех электромагнитного характера.

8. Высокий уровень быстродействия позволяет избежать дребезга контактов во время работы устройства.

9. Твердотельное реле позволяет осуществить более миллиарда срабатываний.

10. Наличие надежной изоляции между цепями входа и коммутации повышает производительность прибора.

11. Реле отличается наличием компактной герметичной конструкции и стойкой вибрацией перед ударами.

Сфера использования твердотельного реле достаточно широкая. Их используют в том случае, если возникает необходимость в коммутации индуктивной нагрузки. Рассмотрим основные области применения данного устройства:

• система, в которой производится регулировка температуры при помощи тэна;
• чтобы поддержать постоянную температуру в технологическом процессе;
• для коммутирования цепи управления;
• при выполнении замены пускателей бесконтактного реверсного типа;
• управление электрическими двигателями;
• контроль нагрева, трансформаторов и других технических приборов;
• регулирование уровня освещения.

Разновидности твердотельных реле

Есть несколько разновидностей твердотельного реле, которые отличаются особенностями контролирующего и коммутируемого напряжения:

1. Твердотельные реле постоянного тока — используется при действии постоянного электричества в диапазоне от 3 до 32-х Вт. Характеризуется высокими удельными характеристиками, светодиодной индикацией, высокой надежностью. Большинство моделей имеют широкий диапазон рабочих температур от -30 до +70 градусов.

2. Твердотельные реле переменного тока отличается низким уровнем электромагнитных помех, отсутствием шума во время работы, низким потреблением электроэнергии и высокой скоростью работы. Рабочий интервал составляет 90-250 Вт.

3. Твердотельные реле с ручным управление, позволяют настраивать тип работы.

В соотношении с типом нагрузки выделяют:

• однофазное твердотельное реле,
• трехфазное твердотельное реле.

Однофазное реле позволяет коммутировать электричество в диапазоне 10-120 А, или в диапазоне 100-500 А. Фазовое управление осуществляется при помощи аналогового сигнала и переменного резистора. Трехфазные реле применяют для коммутации тока сразу на трех фазах одновременно. Они имеют рабочий интервал от 10 до 120 А. Среди трехфазных реле выделяют устройства реверсивного типа, которые отличаются маркировкой и бесконтактной коммукацией. Их функция состоит в надежной коммутации каждой цепи отдельно. Специальные устройства способны надежно защищать реле от ложных включений.

Они используются во время запуска и работы асинхронного двигателя, который производит их реверс. При выборе данного устройства необходимо соблюдать большой запас мощности тока, который безопасно и эффективно эксплуатирует устройство.

Чтобы избежать возникновения перенапряжений при использовании реле, следует обязательно приобрести варистор или предохранитель быстрого действия.

Трехфазные реле отличаются более длительным сроком эксплуатации, чем однофазные. Коммукация происходит в следствие перехода тока через ноль и светодиодную индикацию.

В соотношении с методом коммукации выделяют:

• устройства, выполняющие нагрузки емкостного типа, редуктивного типа, слабой индукции;
• реле со случайным или мгновенным включением, используются в том случае, когда требуется мгновенное срабатывание;
• реле с наличием фазового управления, позволяют производить настройку нагревательных элементов, ламп накаливания.

В соотношении с конструкцией твердотельные реле бывают:

• монтируемые на Д И Н рейки,
• универсальные, устанавливаемые на планки переходного типа.

Выбор и покупка твердотельного реле

Чтобы купить твердотельное реле, следует обратиться в специализированный магазин электроники, в котором опытные специалисты помогут подобрать устройство, в соотношении с необходимой мощностью.

Твердотельное реле цена определяется такими характеристиками:

• тип устройства,
• наличие крепежных элементов,
• материал, из которого изготовлен корпус,
• мгновенное или постепенное включение,
• наличие дополнительных функций,
• производитель,
• мощность,
• потребление электроэнергии,
• габариты прибора.

Во время покупки твердотельного реле, следует учесть один очень важный момент. Данные устройства должны работать с запасом мощности, который превышает мощность устройства в несколько раз. Если не придерживаться этого правила, при небольшом повышении мощности, прибор мгновенно выйдет из строя.

Рекомендуется использование специальных предохранителей, которые помогут избежать поломки реле.

Есть несколько разновидностей предохранителей:

• g R — используются во широком диапазоне мощностей, отличаются быстрым действием;
• g S — используются во всем диапазоне тока, защищаю элементы полупроводников от повышенных нагрузок электросети;
• a R — защищают элементы полупроводникового типа от возникновения коротких замыканий.

Такие устройства имеют достаточно высокую стоимость, которая приравнивается к стоимости самого реле, но они обеспечивают высокоэффективную защиту устройства от поломки.

Существуют другие предохранители, которые относятся к классу В, С и D. Они отличаются меньшим спектром защиты и более дешевой стоимостью.

Во время эксплуатации твердотельного реле, следует учесть, что данный прибор очень быстро нагревается. Если корпус устройства очень сильно нагрелся, то оно не способно коммутировать ток в обычном режиме, количество тока очень сильно снижается. Если температура нагрева достигнет 65 градусов, то прибор сгорит.

Поэтому во время использования реле обязательно требуется установка охлаждающего радиатора. И запас тока должен быть в три, четыре раза выше. Если производится регулировка двигателей асинхронного типа, то запас тока увеличивается в восемь-десять раз.

Особенности подключения твердотельного реле

Рекомендации по самостоятельному подключению твердотельного реле:

1. Соединения не требуют использования пайки, а осуществляются винтовым способом.

2. Чтобы избежать повреждения прибора нельзя допускать попадания в него пыли или элементов металлического происхождения.

3. Не разрешается прилагать недопустимые внешние воздействия на корпус устройства.

4. Не размещайте твердотельное реле рядом с легко воспламеняющимися предметами, а также не прикасайтесь к прибору, в то время когда он работает, чтобы избежать получения ожогов.

5. Перед включением реле следует убедиться в правильной коммутации соединений.

6. В случае нагрева корпусы выше 60 градусов, рекомендуется установка реле на радиатор охлаждения.

7. Чтобы избежать повреждения прибора нельзя допускать возникновения короткого замыкания на выходе.

 

Оптоэлектронное реле

Оптоэлектронное реле

И. НЕЧАЕВ, г. Курск

Оптоэлектронные реле — это электронные коммутаторы с управлением по оптическому каналу. Их основные достоинства — гальваническая развязка между цепью управления и коммутирующим элементом, а также отсутствие механических контактов. В управляющей цепи оптоэлектронных реле применяют излучающие диоды, а в качестве коммутирующего элемента — фототиристоры, фототранзисторы или полевые транзисторы. В последнем случае для управления транзисторами используют фотодиоды, работающие в режиме генерации напряжения.

Поскольку оптоэлектронные реле не всегда доступны, а иногда подобных приборов с необходимыми параметрами промышленность не выпускает, то для радиолюбителей представляют интерес их аналоги на дискретных элементах. Сделать такой аналог можно на основе мощных переключательных полевых транзисторов фирмы International Rectifier («Мощные полевые переключательные транзисторы фирмы International Rectifier» в «Радио», 2001, № 5, с. 45) и излучающих ИК диодов, используя свойство их обратимости. Схема оптоэлектронного реле и его включения для управления нагрузкой в сети 220 В показана на рис. 1.

Для управления мощным переключательным полевым транзистором необходима очень малая статическая мощность сигнала. Чтобы открыть транзистор, указанный на схеме, достаточно на его затвор подать управляющее напряжение в пределах от 4,5 до 10 В. При этом сопротивление его канала уменьшится до 0,85 Ом. Требуемое для открывания транзистора напряжение генерируют излучающие ИК диоды BL1 — BL5, которые работают в режиме фотодиодов. Излучающие диоды В11—B15 располагают точно напротив фотодиодов BL1 — BL5. Излучающие диоды и резистор R1 образуют цепь управления. Когда по управляющей цепи протекает ток, ИК излучение попадает на фотодиоды, генерируемое напряжение поступает на затвор полевого транзистора и он открывается. Таким образом, для подключения нагрузки к сети необходимо подать напряжение на цепь управления.

Число фотодиодов зависит от напряжения на затворе, при котором полевой транзистор открывается. Поскольку при освещении на каждом фотодиоде возникает напряжение 0,9… 1 В, то последовательно необходимо включить не менее пяти таких диодов. В цепи управления при токе 20…50 мА падение напряжения на каждом излучающем диоде составляет 1,1. .. 1,2 В, поэтому для пяти диодов управляющее напряжение должно быть больше 6 В. В зависимости от его значения и необходимого тока через диоды вычисляют сопротивление резистора R1:

R1=(Uу-NUд)/Iд,

где Uy — управляющее напряжение; Uд — напряжение на диоде; N — число диодов; Iд — ток излучающего диода.

Если необходимо уменьшить управляющее напряжение, то в цепи управления излучающие диоды допустимо включить параллельно, но для каждого из них следует подобрать свой токоограничивающий резистор.

Большинство деталей смонтировано на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита со стороны печатных проводников. Чертеж платы показан на рис, 2. Диоды размещают точно друг напротив друга с зазором около 1 мм и после налаживания приклеивают к плате. Сверху диоды закрывают светонепроницаемым экраном из изоляционного материала. Транзистор припаивают к плате, а место пайки заливают эпоксидным клеем.

В устройстве допустимо применить любые излучающие ИК диоды средней мощности, которые следует обязательно предварительно проверить на работоспособность в генераторном режиме. Используя другие полевые транзисторы, можно получить реле с требуемыми параметрами. Например, если установить транзистор IRLR2905, у которого напряжение открывания 2,5 В, число последовательно включенных фотодиодов можно уменьшить. При этом максимальный ток реле равен 30.. .40 А, но коммутируемое напряжение не должно превышать 55 В. В зависимости от мощности нагрузки транзистор возможно придется разместить на теплоотводе. Диодный мост VD1 должен обеспечивать требуемый ток нагрузки.

«Реле, управляемое по оптоволокну: ведутся опытно-конструкторские работы»

Уважаемые коллеги, большая просьба прокомментировать эту запись. Сомнений в технических вопросах у нас нет, идет выбор между несколькими возможными вариантами реализации, определяется элементная база (решили использовать в максимальной степени отечественные компоненты). А вот насчет ближайших рыночных перспектив понимание отсутствует, поэтому ваше мнение о возможных областях применения будет для нас особенно ценно.

ООО «КОММЕНЖ» (Санкт-Петербург) начало ОКР «Реле, управляемое по оптоволокну». Целью работ является разработка комплекса оборудования, состоящего из:

— передатчика оптического сигнала;

— управляемого по оптоволокну реле с коммутируемым током 1 А;

— управляемого по оптоволокну реле с коммутируемым током 20-30 А.

Оборудование применяется в случаях, когда необходимо обеспечить защиту цепи управления от электромагнитных помех или полную гальваническую изоляцию между системой управления и исполнительным устройством.

Структурная схема применения показана на рисунке ниже. Ко входу передатчика подключен контакт, состояние которого повторяет контакт реле, находящегося в приемнике. Информация о состоянии контакта передается с помощью оптического сигнала (контакт замкнут — лазерный диод включен, контакт разомкнут — лазерный диод выключен).

В качестве нагрузки приемника может быть подключено любое устройство с cответствующим током потребления, промежуточное реле. Контакты можно подключить так же к любому устройству управления, например к входу промышленного контроллера.

Подобные решения давно известны и применяются в различных областях техники. Как правило, и приемник и передатчик, выполняющие функции управляемого по волокну реле, являются частью конкретной технической системы.

В данном случае мы решили предложить на рынок универсальное решение, которое легко может быть встроено и сопряжено с любым оборудованием.

Учитывая все более расширяющиеся сферы применения оптического волокна, наличие большого количества обученных работе с ним специалистов, невысокой стоимости оптического кабеля и компонентов, надеемся, что реле, управляемое по оптоволокну, заинтересует инженеров и проектировщиков, работающих в различных направлениях.

Твердотельное реле-полный обзор всех параметров

Твердотельные реле относятся к модульным полупроводниковым устройствам, в конструкции которых предусмотрены силовые ключи на структурах, содержащих симисторы, тиристоры или транзисторы.

Используются в качестве успешной альтернативы традиционным электромагнитным реле или контакторам. Устройства распространены в сфере коммутации однофазных и 3-фазных линий. Они применяются для бесконтактной коммутации отопительных устройств, освещения и прочего оборудования с резистивной нагрузкой с напряжением от 24 до 380 В для переменного тока для управления трансформаторами. Используются для индуктивной нагрузки, например, слаботочные двигатели или электромагниты.

 

Рис. №1. Внешний вид твердотельного реле и габаритные размеры.

Твердотельные реле подразделяются по типу управления, это реле переменного или постоянного тока с использованием переменного резистора и с помощью аналогового сигнала тока 4 – 20 мА. Реле для управления уровня напряжения включают или отключают нагрузку с помощью подачи или снятия с нагрузки полного сигнала.

Достоинства

• Продолжительный период эксплуатации.
• Отсутствие постороннего шума, неустойчивых контактных соединений, искрений и электродуги при переключении.
• Надежное сопротивление изоляции в цепях нагрузки и цепях управления коммутационными аппаратами.
• Отсутствие акустических помех.
• Высокая степень энергосбережения.
• Быстродействие (высокая скорость коммутации).
• Небольшие габаритные размеры.
• Отсутствие профилактики и технического обслуживания.

Высокие качественные электротехнические показатели делают возможным переход с  электромагнитных реле и контакторов на твердотельные реле.

 

Рис. №2. Пример твердотельного реле с использованием SCR управления.

Недостатки и меры по защите релейного устройства

Существует несколько локальных факторов, при которых возможен выход устройства из строя – это:

1. Перенапряжение.
2. Токовая перегрузка и короткое замыкание.
3. Перегрев из-за плохого теплоотвода (максимальная температура нагрева основания устройства не должна превышать 80⁰С).

Рекомендуется при использовании реле в управлении электродвигателями включать в цепь управления варисторы.

Для нагрузки более 5 А на основание реле наносится специальная теплопроводящая паста. При I = 25А применяют вентилятор. Некоторые модели оборудованы защитой от перегрева, она отключает реле при превышении температуры тиристора – 120⁰С. Для защиты реле от перегруза по нагрузке используются предохранители на полупроводниках (срабатывают чрезвычайно быстро (2 мс) не позволяют развиться току к.з.).

Принцип работы твердотельного реле

 

Рис. №3. Схема работы с использованием твердотельного реле. В положении выключено, когда на входе наблюдается 0 В, твердотельное реле не дает пройти току через нагрузку. В положение включено, на входе есть напряжение, ток идет через нагрузку.

Основные элементы регулируемой входной цепи переменного напряжения.

1. Регулятор тока служит для поддержки неизменного значения тока.
2. Двухполупериодный мост и конденсаторы на входе в устройство служат для преобразования сигнала переменного тока в постоянный.
3. Встроенный оптрон оптической развязки, на него подается питающее напряжение и через него протекает входной ток.
4. Тригерная цепь служит для управления эмиссией света встроенного оптрона, в случае прекращения подачи входного сигнала ток прекратит свое протекание через выход.
5. Резисторы, расположенные в схеме последовательно.

В твердотельных реле используется два распространенных типа оптических развязок – семистор и транзистор.

Симистор обладает следующими преимуществами: включение в состав развязки тригерной цепи и ее защищенность от помех. К недостаткам следует отнести дороговизну и необходимость больших величин тока на входе в устройство, необходимого для переключения выхода.

 

Рис. №4.  Схема реле с семистором.

Тиристор  — не нуждается в наличии большого значения тока для переключения выхода. Недостаток – нахождение триггерной цепи вне развязки, а значит большее число элементов и слабая защита от помех.

 

Рис. №5. Схема реле с тиристором.

 

Рис. №6. Внешний вид и расположение элементов в конструкции твердотельного реле с транзисторным управлением.

Принцип работы твердотельного реле типа SCR полупериодного управления

При прохождении тока через реле исключительно в одном направлении величина мощности снижается почти на 50%. Для предотвращения этого явления используют  два параллельно подключенных  SCR, расположенные на выходе (катод соединяется анодом другого).

 

Рис. №7. Схема принципа работы полупериодного управления SCR

 

Типы коммутирования твердотельных реле

1. Управление коммутационными действиями при переходе тока через ноль.

 

 

Рис. №8. Коммутация реле при переходе тока через ноль.

Преимущество способа – отсутствие помех при включении.

Недостатки – прерывание выходного сигнала, отсутствие возможности применения с нагрузками, обладающими высокой индуктивностью.

Используется для резистивной нагрузки в системах управления и контролирования нагревательных устройств. Использование в слабоиндуктивных и емкостных нагрузках.

 

2. Фазовое управление твердотельным реле

 

Рис. №9. Схема фазного управления.

Преимущество: непрерывность и плавная регулировка, возможность изменять значение выходного напряжения.

Недостатки: присутствуют помехи при производстве переключений.Область использования: управление систем нагрева, индуктивные нагрузки (трансформаторы), инфракрасные выключатели (резистивная нагрузка).   

 

Основные показатели для выбора твердотельных реле

• Ток: нагрузки, пусковой, номинальный.
• Тип нагрузки: индуктивность, емкость или резистивная нагрузка.
• Тип напряжения цепи: переменное или постоянное.
• Тип сигнала управления.

 

Рекомендации по подбору реле и эксплуатационные нюансы

Токовая нагрузка и ее характер служат главным фактором, определяющим выбор. Реле выбирается с запасом по току, в который входит учет пускового тока (он должен выдержать 10-кратное превышение тока и перегруз на 10 мс). При работе с обогревателем номинальный ток превышает номинальный ток нагрузки не менее чем на 40%. При работе с электродвигателем запас по току рекомендован быть больше номинала не менее чем в 10 раз.

Ориентировочные примеры выбора реле при превышении тока

1. Нагрузка активной мощности, например, ТЭН – запас 30-40%.
2. Электродвигатель асинхронного типа, 10 кратный запас по току.
3. Освещение с лампами накаливания – 12 кратный запас.
4. Электромагнитные реле, катушки – от 4 до 10 кратного запаса.

 

 

Рис. №10. Примеры выбора реле при активной нагрузке по току.

Такой электронный компонент электрических цепей как твердотельное реле становиться обязательным интерфейсом в современных схемах и обеспечивает надежную электрическую изоляцию между всеми задействованными электроцепями.

Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

 

Поделиться ссылкой:

Похожее

принцип работы, управление и схемы

В данной статье поговорим про твердотельное реле, обозначим его преимущество перед механическим реле. Рассмотрим управление и подключение твердотельного реле, принцип его работы и конструкцию, а так же разберем различные схемы.

Описание

В отличие от электромеханических реле (EMR), которые используют катушки, магнитные поля, пружины и механические контакты для управления и переключения питания, твердотельное реле или SSR не имеет движущихся частей, но вместо этого использует электрические и оптические свойства полупроводниковых полупроводников, выполняет его вход в функции изоляции и переключения выхода.

Как и обычные электромеханические реле, твердотельные реле обеспечивают полную электрическую изоляцию между их входными и выходными контактами, а его выход действует как обычный электрический переключатель в том смысле, что он имеет очень высокое, почти бесконечное сопротивление в непроводящем (разомкнутом) и очень низком сопротивлении при проведении. Твердотельные реле могут быть предназначены для переключения как переменного, так и постоянного тока с помощью SCR, триак или переключающего транзисторного выхода вместо обычных механических нормально разомкнутых контактов. Купить твердотельное реле на Алиэкспресс:

В то время как твердотельное реле и электромеханическое реле в основном схожи в том, что их низковольтный вход электрически изолирован от выхода, который переключает и контролирует нагрузку, электромеханические реле имеют ограниченный жизненный цикл контакта, могут занимать много места и имеют более низкие скорости переключения, особенно большие силовые реле и контакторы. Твердотельные реле не имеют таких ограничений.

Таким образом, основные преимущества твердотельных реле по сравнению с обычными электромеханическими реле состоят в том, что у них нет движущихся частей, изнашиваемых, и, следовательно, нет проблем с отскоком контактов, они могут переключать «ВКЛ» и «ВЫКЛ» гораздо быстрее, чем механические реле может двигаться, а также включаться при нулевом напряжении и отключаться при нулевом токе, что устраняет электрические помехи и переходные процессы.

Полупроводниковые реле можно купить в стандартных готовых комплектах, от нескольких вольт или ампер до многих сотен вольт и ампер выходной коммутационной способности. Однако твердотельные реле с очень высоким номинальным током (плюс 150 А) все еще слишком дороги для покупки из-за их требований к силовым полупроводникам и теплоотдаче, и, как таковые, все еще используются более дешевые электромеханические контакторы.

Подобно электромеханическому реле, небольшое входное напряжение, обычно от 3 до 32 вольт постоянного тока, может использоваться для управления очень большим выходным напряжением или током, например 240В, 10А. Это делает их идеальными для взаимодействия микроконтроллеров, PIC и Arduino, так как слаботочный 5-вольтный сигнал, скажем, от микроконтроллера или логического вентиля, может использоваться для управления конкретной нагрузкой цепи, и это достигается с помощью опто-изолятора.

Принцип работы и конструкция твердотельного реле

Одним из основных компонентов твердотельного реле (SSR) является оптоизолятор (также называемый оптопарой), который содержит один (или более) инфракрасный светодиод или светодиодный источник света, а также фоточувствительное устройство в один случай. Оптоизолятор изолирует вход от выхода.

Светодиодный источник света подключен к входной секции SSR и обеспечивает оптическую связь через зазор с соседним фоточувствительным транзистором, парой Дарлингтона или симистором. Когда ток проходит через светодиод, он загорается, и его свет фокусируется через зазор на фототранзистор / фототриак.

Таким образом, выход оптронного SSR включается при включении этого светодиода, как правило, с помощью низковольтного сигнала. Поскольку единственным входом между входом и выходом является луч света, высоковольтная изоляция (обычно несколько тысяч вольт) достигается с помощью этой внутренней оптоизоляции.

Оптоизолятор не только обеспечивает более высокую степень изоляции входов / выходов, он также может передавать сигналы постоянного тока и низкочастотные сигналы. Кроме того, светодиод и фоточувствительное устройство могут быть полностью отделены друг от друга и оптически связаны с помощью оптического волокна.

Входная схема SSR может состоять только из одного ограничивающего ток резистора, включенного последовательно со светодиодом оптоизолятора, или из более сложной цепи с выпрямителем, регулированием тока, защитой от обратной полярности, фильтрацией и т.д.

Чтобы активировать или включить «ВКЛ» проданное реле состояния в проводимость, на его входные клеммы должно быть приложено напряжение, превышающее его минимальное значение (обычно 3 В постоянного тока) (эквивалентно катушке электромеханического реле). Этот сигнал постоянного тока может быть получен от механического переключателя, логического вентиля или микроконтроллера, как показано ниже.

Входная цепь постоянного тока твердотельного реле

При использовании в качестве сигнала активации механических контактов, переключателей, кнопок, других контактов реле и т.д., используемое напряжение питания может быть равно минимальному значению входного напряжения SSR, тогда как при использовании твердотельных устройств, таких как транзисторы, вентили и микро-контроллеры, минимальное напряжение питания должно быть на один или два вольт выше напряжения включения SSR для учета внутреннего падения напряжения коммутационных аппаратов.

Но помимо использования напряжения постоянного тока, либо ослабления, либо источника, для переключения твердотельного реле в проводящее состояние, мы также можем использовать синусоидальную форму волны, добавив мостовой выпрямитель для двухполупериодного выпрямления и схему фильтра на вход постоянного тока.

Входная цепь переменного тока твердотельного реле

Мостовые выпрямители преобразуют синусоидальное напряжение в двухполупериодные выпрямленные импульсы с удвоенной входной частотой. Проблема здесь заключается в том, что эти импульсы напряжения начинаются и заканчиваются с нуля вольт, что означает, что они упадут ниже минимальных требований к напряжению при включении порога входа SSR, в результате чего выход будет «включаться» и «выключаться» в каждом полупериоде.

Чтобы преодолеть это беспорядочное срабатывание на выходе, мы можем сгладить выпрямленную рябь, используя сглаживающий конденсатор (C1) на выходе мостового выпрямителя. Эффект зарядки и разрядки конденсатора повысит постоянную составляющую выпрямленного сигнала выше максимального значения напряжения включения на входе твердотельных реле. Тогда, даже если используется постоянно изменяющаяся синусоидальная форма волны напряжения, входной сигнал SSR видит постоянное напряжение постоянного тока.

Значения резистора падения напряжения R ₁ и сглаживающего конденсатора C ₁выбираются в соответствии с напряжением питания, 120 В переменного тока или 240 В переменного тока, а также входным сопротивлением твердотельного реле. Но что-то около 40 кОм и 10 мкФ подойдет.

Затем с добавлением этой мостовой выпрямителя и сглаживающей конденсаторной цепи можно управлять стандартным твердотельным реле постоянного тока, используя источник переменного или неполяризованного постоянного тока. Конечно, производители уже производят и продают входные твердотельные реле переменного тока (обычно от 90 до 280 В переменного тока).

Выход твердотельного реле

Возможности переключения выхода твердотельного реле могут быть как переменного, так и постоянного тока, аналогичными его требованиям к входному напряжению. Выходная цепь большинства стандартных твердотельных реле сконфигурирована для выполнения только одного типа переключающего действия, дающего эквивалент нормально разомкнутого однополюсного однополюсного (SPST-NO) режима работы электромеханического реле.

Для большинства твердотельных реле постоянного тока обычно используются твердотельные коммутационные устройства — силовые транзисторы, Дарлингтона и MOSFET, тогда как для твердотельного реле переменного тока, коммутационные устройства — это симисторные или двухсторонние тиристоры. Тиристоры предпочтительны из-за их высокого напряжения и тока. Один тиристор также может использоваться в схеме мостового выпрямителя, как показано на рисунке.

Наиболее распространенным применением твердотельных реле является переключение нагрузки переменного тока, будь то управление мощностью переменного тока для включения / выключения, затемнение света, управление скоростью двигателя или другие подобные приложения, где необходимо управление мощностью, эти нагрузки переменного тока может легко управляться с помощью постоянного тока низкого напряжения с помощью твердотельного реле, обеспечивающего длительный срок службы и высокие скорости переключения.

Одним из самых больших преимуществ твердотельных реле по сравнению с электромеханическим реле является его способность выключать «переменные» нагрузки переменного тока в точке нулевого тока нагрузки, тем самым полностью устраняя искрение, электрический шум и отскок контактов, связанные с обычными механическими реле и индуктивными нагрузками.

Это связано с тем, что твердотельные реле переключения переменного тока используют SCR и триак в качестве выходного переключающего устройства, которое продолжает проводить после удаления входного сигнала до тех пор, пока переменный ток, протекающий через устройство, не опустится ниже своего порогового значения или не сохранит значение тока. Тогда выход SSR никогда не сможет выключиться в середине пика синусоидальной волны.

Отключение при нулевом токе является основным преимуществом использования твердотельного реле, поскольку оно уменьшает электрические помехи и обратную эдс, связанные с переключением индуктивных нагрузок, которые видятся как искрение контактами электромеханического реле. Рассмотрим диаграмму формы выходного сигнала ниже типичного твердотельного реле переменного тока.

Форма выходного сигнала твердотельного реле

При отсутствии входного сигнала ток нагрузки не протекает через SSR, поскольку он фактически выключен (разомкнут), а выходные клеммы видят полное напряжение питания переменного тока. При применении входного сигнала постоянного тока, независимо от того, какую часть синусоидального сигнала, положительного или отрицательного, проходит цикл, из-за характеристик переключения SSR при нулевом напряжении, выход включается только тогда, когда сигнал пересекает нулевую точку.

Когда напряжение питания увеличивается в положительном или отрицательном направлении, оно достигает минимального значения, необходимого для полного включения выходных тиристоров или симистора (обычно менее чем около 15 вольт). Падение напряжения на выходных клеммах SSR соответствует падению напряжения переключающего устройства V _T (обычно менее 2 вольт). Таким образом, любые высокие пусковые токи, связанные с реактивными или ламповыми нагрузками, значительно снижаются.

Когда сигнал входного напряжения постоянного тока удаляется, выход не отключается внезапно, так как после срабатывания проводимости тиристор или триак, используемый в качестве переключающего устройства, остается включенным в течение оставшейся части полупериода, пока токи нагрузки не упадут ниже удерживающих устройств тока, в этот момент он выключается. Таким образом, высокая обратная ЭДС dv / dt, связанная с переключением индуктивных нагрузок в середине синусоиды, значительно снижается.

Тогда основными преимуществами твердотельного реле переменного тока над электромеханическим реле является его функция пересечения нуля, которая включает SSR, когда напряжение нагрузки переменного тока близко к нулю вольт, таким образом подавляя любые высокие пусковые токи, поскольку ток нагрузки всегда будет запускаться от точки, близкой к 0 В, и присущей нулевой характеристике отключения тока тиристора или симистора. Поэтому существует максимально возможная задержка выключения (между удалением входного сигнала и отключением тока нагрузки) в один полупериод.

Фазорегулирующее твердотельное реле

Хотя твердотельные реле могут выполнять прямое переключение нагрузки при пересечении нуля, они также могут выполнять гораздо более сложные функции с помощью цифровых логических схем, микропроцессоров и модулей памяти. Другое превосходное применение твердотельного реле — в устройствах с диммером ламп, будь то дома, для шоу или концерта.

Твердотельные реле с ненулевым включением (мгновенное включение) включаются сразу после подачи входного управляющего сигнала, в отличие от SSR пересечения нуля, который выше, и ожидает следующей точки пересечения нуля синусоидальной волны переменного тока. Это случайное переключение при пожаре используется в резистивных устройствах, таких как диммер ламп, и в устройствах, в которых нагрузка должна подаваться только в течение небольшой части цикла переменного тока.

Форма сигнала с произвольным переключением

Хотя это позволяет контролировать фазу сигнала нагрузки, основная проблема случайного включения SSR заключается в том, что начальный скачок тока нагрузки в момент включения реле может быть высоким из-за переключающей мощности SSR, когда напряжение питания составляет близко к своему пиковому значению (90 ^o ). Когда входной сигнал удаляется, он перестает проводить, когда ток нагрузки падает ниже тока тиристоров или триаков, как показано на рисунке. Очевидно, что для твердотельного реле постоянного тока действие включения-выключения является мгновенным.

Твердотельное реле идеально подходит для широкого диапазона применений ВКЛ / ВЫКЛ переключения , поскольку они не имеют подвижных частей или контактов в отличие от электромеханического реле (ЭМР). Существует много различных коммерческих типов на выбор для входных сигналов управления переменного и постоянного тока, а также для переключения выходов переменного и постоянного тока, так как они используют полупроводниковые переключающие элементы, такие как тиристоры, триаки и транзисторы.

Но используя комбинацию хорошего оптоизолятора и симистора, мы можем сделать наше собственное недорогое и простое твердотельное реле для управления нагрузкой переменного тока, такой как нагреватель, лампа или соленоид. Поскольку для работы оптоизолятора требуется только небольшое количество входной / управляющей мощности, управляющий сигнал может поступать от PIC, Arduino, Raspberry PI или любого другого такого микроконтроллера.

Пример твердотельного реле

Предположим, нам нужен микроконтроллер с сигналом порта цифрового выхода всего лишь +5 В для управления нагревательным элементом 120 В переменного тока, 600 Вт. Для этого мы могли бы использовать опто-триационный изолятор MOC 3020, но внутренний триак может пропускать только максимальный ток (I _TSM ) в пике 1 А на пике источника переменного тока 120 В, поэтому необходимо также использовать дополнительный переключающий триак.

Сначала давайте рассмотрим входные характеристики оптоизолятора MOC 3020 (доступны другие опто-триаки). Спецификация оптоизоляторов говорит нам, что прямое напряжение (V _F ) падения входного светодиода составляет 1,2 В, а максимальный прямой ток (I _F ) составляет 50 мА.

Светодиоду требуется около 10 мА, чтобы он мог достаточно ярко светиться до максимального значения 50 мА. Однако порт цифрового выхода микроконтроллера может выдавать максимум 30 мА. Тогда значение требуемого тока лежит где-то между 10 и 30 миллиампер. Следовательно:

Таким образом, можно использовать резистор для ограничения последовательного тока со значением от 126 до 380 Ом. Поскольку порт цифрового выхода всегда переключается на +5 В и для уменьшения рассеивания мощности через светодиод оптопары мы выберем предпочтительное значение сопротивления 240 Ом. Это дает светодиодный прямой ток менее 16 мА. В этом примере подойдет любое предпочтительное значение резистора между 150 Ом и 330 Ом.

Нагрузка нагревательного элемента составляет 600 Вт. Использование 120 В переменного тока даст нам ток нагрузки 5 ампер (I = P / V). Поскольку мы хотим управлять этим током нагрузки в обоих полупериодах (все 4 квадранта) формы сигнала переменного тока, нам потребуется триак переключения сети.

BTA06 — это симистор 600 В на 6 ампер (I _{T (RMS)} ), подходящий для общего / двухпозиционного переключения нагрузок переменного тока, но подойдет любой аналогичный симистор с номинальным напряжением 6–8 ампер. Кроме того, для этого переключающего триака требуется только 50 мА привода затвора для запуска проводимости, что намного меньше максимального значения 1 А для оптоизолятора MOC 3020.

Учтите, что выходной триак оптоизолятора включился при пиковом значении (90 ^o ) _{среднеквадратичного} напряжения питания 120 В переменного тока. Это пиковое напряжение имеет значение: 120 x 1,414 = 170Vpk. Если максимальный ток опто-триаков (I _TSM ) составляет 1 А, то минимальное значение требуемого последовательного сопротивления составляет 170/1 = 170 Ом или 180 Ом до ближайшего предпочтительного значения. Это значение 180 Ом будет защищать выходной триак оптопары, а также затвор триака BTA06 при питании 120 В переменного тока.

Если симистор оптоизолятора включается при значении пересечения нуля (0 ^o ) _{среднеквадратичного} переменного напряжения питания 120 В , то минимальное напряжение, необходимое для подачи требуемого тока возбуждения затвора 50 мА, заставляющего переключающий триак в проводимость, будет: 180 Ом х 50 мА = 9,0 вольт. Затем симистор срабатывает, когда синусоидальное напряжение Gate-to-MT1 превышает 9 вольт.

Таким образом, минимальное напряжение, требуемое после точки пересечения нуля формы сигнала переменного тока, должно составлять 9 вольт, при этом рассеяние мощности в этом последовательном затворном резисторе очень мало, поэтому можно безопасно использовать резистор номиналом 0,5 Ом с сопротивлением 0,5 Ом и номиналом 0,5 Вт. Рассмотрим схему ниже.

Схема реле переменного тока

Этот тип конфигурации оптопары формирует основу очень простого применения твердотельного реле, которое может использоваться для управления любой нагрузкой от сети переменного тока, такой как лампы и двигатели. Здесь мы использовали MOC 3020, который является изолятором со случайным переключением. Опто-триачный изолятор MOC 3041 имеет те же характеристики, но со встроенным обнаружением пересечения нуля, позволяющим нагрузке получать полную мощность без больших пусковых токов при переключении индуктивных нагрузок.

Диод D ₁ предотвращает повреждение из-за обратного подключения входного напряжения, в то время как резистор 56 Ом (R ₃ ) шунтирует любые токи di / dt при отключенном симисторе, устраняя ложные срабатывания. Он также связывает терминал затвора с MT1, обеспечивая полное отключение симистора.

Если используется входной сигнал ШИМ с широтно-импульсной модуляцией, частота переключения ВКЛ / ВЫКЛ должна быть установлена ​​не более 10 Гц для нагрузки переменного тока, иначе выходное переключение этой полупроводниковой релейной цепи может не выдержать.

RP Photonics Encyclopedia — оптические линии задержки, переменные, сканирование, свободное пространство, линии задержки волокна, спецификации, дисперсия, приложения

Энциклопедия

> буква O> линии оптической задержки

можно найти в Руководстве покупателя RP Photonics.

Из них:

Найдите более подробную информацию о поставщиках в конце этой статьи энциклопедии или посетите наш

Вас еще нет в списке? Получите свою заявку!

Акроним: ODL

Определение: оптическая установка, которая используется для введения временной задержки для светового луча

немецкий: optische Verzögerungsstrecken

Категории: общая оптика, фотонные устройства

Как цитировать статью; предложить дополнительную литературу

Автор: Dr.Rüdiger Paschotta

Существует множество оптических устройств и приложений, в которых необходимо ввести определенную временную задержку для светового луча (обычно лазерного луча):

• Для различных типов интерферометров требуется переменная (настраиваемая) линия задержки. В некоторых случаях требуется только регулировка оптической фазы; это может быть достигнуто с очень небольшими изменениями расстояния распространения порядка одной оптической длины волны. Однако для других интерферометров требуются существенно большие переменные временные задержки — например, волновомеры, оптическая когерентная томография (ОКТ) и другие устройства, использующие интерферометрию белого света.
• В оптоволоконной связи переменные задержки требуются для когерентных приемников и в контексте мультиплексирования с временным разделением.
• В оптическом автокорреляторе требуется переменная временная задержка для управления относительной синхронизацией между двумя ультракороткими импульсами. Затем сигнал детектора измеряется как функция этого относительного времени. Оптическое стробирование с частотным разрешением работает аналогично, только для обнаружения используется спектрограф. Для оптических кросс-корреляторов требуются такие же переменные задержки по времени.
• Аналогичным образом, устройства для электрооптического отбора проб требуют переменных временных задержек.
• В микроволновой фотонике часто требуются временные задержки порядка периода микроволновых колебаний.
• При измерениях насос-зонд также требуется переменная временная задержка для измерения некоторой реакции на импульс через переменное время.
• Когда генерация суммарной или разностной частоты выполняется с помощью ультракоротких импульсов, эффективное преобразование также требует, чтобы импульсы хорошо перекрывались пространственно и во времени в нелинейном кристалле.Однако здесь временная задержка не должна изменяться во время работы, только, возможно, во время первой настройки или в контексте обслуживания.
• Для оптических вычислений требуются буферы данных, которые, по сути, реализуются с задержками по времени.

В большинстве случаев требуется какая-то линия с регулируемой оптической задержкой , в то время как в некоторых случаях достаточно фиксированной задержки . Переменные задержки часто выполняются в виде быстрого сканирования линий задержки , периодического сканирования через некоторый диапазон задержек.Требования к диапазону задержки, точности, скорости и т. Д. Во многом зависят от области применения. Далее обсуждаются различные виды линий задержки.

Линии задержки в свободном пространстве

Большинство оптических линий задержки работают на основе того, что импульсы отправляются через оптическую систему с переменной длиной пути. Обычно используются длины пути в воздухе, что подразумевает задержку примерно 3,34 пс на миллиметр или примерно 1 нс для 30 см.

Рисунок 1: Настройка автокоррелятора интенсивности.BS = светоделитель.

В качестве примера на рисунке 1 показана установка автокоррелятора интенсивности, который содержит простую оптическую линию задержки с левой стороны. Перемещая два зеркала, которые вместе установлены на какой-либо подвижной части (образуя подвижный ретрорефлектор), можно управлять синхронизацией импульсов. Здесь перемещение на 1 мм изменяет синхронизацию импульсов на дважды на 3,34 пс, поскольку изменяются две длины плеча. Например, для длительности импульса 1 пс требуется диапазон задержки порядка 1 мм, что соответствует диапазону перемещения 0.5 мм.

В некоторых случаях задержка регулируется вручную, например, с помощью микрометрического винта. Для достижения высокой точности желательна качественная оптико-механика.

Во многих случаях, например для автокорреляторов и кросс-корреляторов движения должны выполняться с помощью какой-либо моторизованной трансляции. Возможны разные технические варианты:

• Для относительно небольших диапазонов перемещения (например, несколько десятков микрон) достаточно пьезопреобразователя.

Могут использоваться различные типы двигателей, в зависимости от требуемого диапазона перемещения, точности, скорости и т. Д.

• Другие типы двигателей, например пьезоэлектрические двигатели в виде приводов с скользящей рукояткой или дюймовых червячных двигателей, или двигателей постоянного тока, могут использоваться для больших диапазонов перемещения.
• В некоторых случаях используется привод электромагнитного вибратора, аналогичный приводу громкоговорителя; Часто существенные отклонения от линейного движения с постоянной скоростью можно компенсировать различными средствами, например программным обеспечением.
• Вместо линейного перемещения можно использовать устройство с вращающимися частями, например, с вращающимся стеклянным блоком или многоугольным сканером.С такими методами движение часто далеко от линейного, но хорошо определено и, следовательно, хорошо корректируется, например с программным обеспечением. Недостаток может заключаться в том, что операция регулярно прерывается, поскольку не все положения вращения приводят к пригодному к использованию лучу. Существуют и другие конструкции, основанные на вращающихся лопастях [7], которые могут обеспечивать линейно изменяющиеся задержки с минимальными перерывами.

Для обеспечения максимальной точности и воспроизводимости некоторые устройства оснащены оптическим интерферометром, с помощью которого управляющая электроника может точно отслеживать положение привода и корректировать его с помощью контура обратной связи.

Для выравнивания луча некоторые линии задержки имеют съемные диафрагмы для определения правильного положения луча.

Обычно линия задержки в свободном пространстве должна работать с коллимированным лучом, радиус луча которого достаточно велик, чтобы получить длину Рэлея, которая намного превышает длину пути, так что радиус луча не претерпевает больших изменений во время прохождения. через устройство, и, что наиболее важно, радиус луча и кривизна волнового фронта выходного луча существенно не изменяются с изменением задержки.Например, линия задержки для луча 1550 нм с максимальной задержкой 1 нс, что соответствует & приблизительно 300 мм, радиус луча должен быть порядка 1 мм, что приведет к рэлеевской длине & приблизительно; 2 м.

Волоконно-оптические линии задержки

Для оптоволоконной связи, например, требуются линии задержки с оптоволоконными соединителями.

Для фиксированной задержки по времени такое устройство может просто содержать оптическое одномодовое волокно некоторой длины, намотанное на катушку и помещенное в более или менее компактный корпус.Поскольку потери при распространении в волокнах могут быть довольно низкими, особенно на типичных длинах волн связи, даже длина волокна в несколько километров, соответствующая временам задержки в несколько микросекунд, может быть реализована без чрезмерных вносимых потерь.

Обратите внимание, что соответствующее время задержки обычно является групповой задержкой, которая может быть рассчитана как длина волокна, умноженная на групповой индекс, деленная на скорость света в вакууме: T = L n _g / c . Групповой показатель однородной оптической среды обычно несколько больше показателя преломления.Кроме того, в оптическом волокне он модифицирован волноводной дисперсией. Тогда релевантной величиной является групповой индекс моды волокна, которая обычно является основной модой.

Переменные задержки по времени могут быть достигнуты с помощью вытяжного устройства , в котором часть волокна может быть более или менее растянута контролируемым образом с помощью пьезопреобразователя. Однако этот метод ограничен довольно небольшими временными задержками, обычно менее 1 пс. Некоторые из них используются только в качестве фазовращателей , обеспечивая диапазон задержки немногим более одной длины волны.

Фигура 2: Линия с регулируемой волоконной задержкой, содержащая два волоконных коллиматора и подвижный ретрорефлектор.

Для более длительных задержек (например, десятки или сотни пикосекунд) приходится прибегать к решениям для свободного пространства, которые, однако, могут быть соединены с оптоволоконными разъемами и заключены в герметичные коробки, что делает их невосприимчивыми к грязи и пыли. Обычно такое устройство содержит два волоконных коллиматора вокруг некоторой объемно-оптической установки в свободном пространстве, как описано выше. В качестве примера на рис. 2 показано решение с двумя волоконными коллиматорами и ретрорефлектором на подвижной платформе.Для достижения низких вносимых потерь с небольшой зависимостью от времени задержки требуется тщательно продуманная конструкция устройства на основе высококачественных компонентов.

Существуют также миниатюрные линии задержки , то есть довольно компактные устройства с оптоволоконными разъемами на противоположных концах, где можно регулировать время задержки с помощью некоторой ручки регулировки, и может быть дополнительная контргайка для фиксации полученного значения задержки. Обычно время задержки регулируется только в диапазоне нескольких пикосекунд или меньше.

Прочие принципы работы

Помимо простых принципов работы, описанных выше, можно реализовать оптические линии задержки совершенно разными способами. Ниже приведены некоторые примеры.

Очень большие временные задержки для света могут быть реализованы в ситуациях, когда получается медленный свет , то есть свет с сильно уменьшенной групповой скоростью (обычно вблизи некоторого узкого резонанса). Тогда временная задержка также может быть настроена в широком диапазоне.Однако такие линии задержки обычно работают только в очень узкой оптической полосе пропускания, за исключением случаев, когда задействованы очень маленькие структуры, например в фотонных метаматериалах.

Некоторые интерферометры с общим лучом основаны на двулучепреломлении. На основе регулируемого количества двойного лучепреломления, например перемещая клиновидный кристалл с двойным лучепреломлением [4] более или менее в пучок, можно реализовать своего рода оптическую линию задержки в особенно стабильной установке интерферометра.

Переключение между двумя разными временными задержками, если возможно изменение направления поляризации света, распространяющегося в двулучепреломляющей среде.

Перестраиваемая полностью волоконная линия задержки для применений в оптической когерентной томографии реализована на основе чирпированных волоконных брэгговских решеток, растянутых с помощью пьезопреобразователей [2].

Можно также использовать эффекты оптического резонанса. Например, существуют устройства, в которых микрокольцевые резонаторы с малыми потерями соединены с волноводом и вызывают существенные изменения групповой задержки [5]. Для небольших резонаторов, реализованных на фотонных интегральных схемах, это может работать в значительной оптической полосе пропускания.Настройка возможна, например, через температуру устройства.

Рабочие характеристики и дополнительные характеристики

Характеристики линии переменной оптической задержки можно по существу охарактеризовать с помощью спецификаций для следующих аспектов:

• Доступный диапазон по длине пути или времени задержки
• разрешение, точность и повторяемость положения (иногда значительно улучшаются с помощью петли обратной связи)
• скорость, например максимальная частота сканирования или максимальное время достижения новой позиции
• полезный диапазон длин волн (часто ограниченный диэлектрическими зеркалами)
• вносимые потери (и их зависимость от установленной задержки)

Некоторые из этих величин актуальны только для линий задержки, которые могут быть произвольно установлены в разные положения, а не только для непрерывного сканирования.Для волоконно-оптических линий задержки также могут быть важны другие аспекты, например хроматическая дисперсия и нелинейности волокна, вызывающие фазовую самомодуляцию, а также, возможно, сохранение поляризации.

Многие линии задержки подключены к некоторому компьютеру или другому электронному устройству управления, обычно с помощью системы цифровой шины, такой как RS-232 или USB. Часто ими можно полностью управлять с помощью компьютера, например, вручную. с некоторым пользовательским интерфейсом Windows или автоматически.

Для устройств, в которых можно устанавливать произвольные значения задержки, текущее значение может отображаться на экране компьютера, а новые значения могут вводиться численно или изменяться с определенными шагами.Есть также линии задержки, в которых отображение положения и, возможно, другие элементы расположены на корпусе самой линии задержки.

Дисперсные линии задержки

Существуют оптические линии задержки, в которых намеренно используется большое количество хроматической дисперсии, чтобы получить существенную зависимость времени задержки от длины волны. Например, длинное оптическое волокно можно использовать в качестве линии дисперсионной задержки для ультракоротких импульсов; типичные значения дисперсии составляют порядка плюс-минус несколько десятков пикосекунд на нанометр и километр.Для широкополосных импульсов, например при ширине оптической полосы порядка 100 нм в оптоволокне длиной 1 км возможны относительные временные задержки в несколько наносекунд в пределах оптического спектра. В результате получаются чирпированные импульсы с сильно увеличенной длительностью импульса. Это может быть полезно, например, для расширителей импульсов, необходимых для усиления чирпированных импульсов.

Очень большая хроматическая дисперсия на короткой длине распространения может быть реализована с помощью волоконной чирпированной брэгговской решетки.

Дисперсионные оптические линии задержки также могут быть реализованы на основе дифракционных решеток, возможно, дополненных дополнительными оптическими элементами, такими как линзы.

Помимо растяжения импульса, в некоторых приложениях обработки сигналов могут использоваться дисперсионные линии задержки.

Оптические линии задержки для СВЧ приложений

Линии задержки давно используются в микроволновой технике. В современной области микроволновой фотоники, использующей фотонику в сочетании с микроволнами, можно использовать превосходные свойства оптических линий задержки для эффективной реализации линий задержки для микроволновых устройств.Для этого можно преобразовать микроволновые сигналы в оптические, отправить их через волоконно-оптическую линию задержки и, наконец, преобразовать обратно в микроволны с помощью быстрого фотодетектора.

Одним из возможных преимуществ этого подхода является то, что могут быть реализованы очень большие временные задержки, поскольку оптические волокна обеспечивают низкие потери распространения и могут быть сильно изогнуты для образования компактных катушек.

Поставщики

Справочник покупателя RP Photonics содержит 18 поставщиков оптических линий задержки.Среди них:

APE

APE ScanDelay — это линия с регулируемой оптической задержкой, позволяющая ввести четко определенную временную задержку в оптический тракт — например, для измерений накачки-зонд. Задержка периодически регулируется встряхивателем с быстрым сканированием с частотой до 20 Гц.

Сердцем серии оптических линий задержки APE является специальный каскад линейного преобразования, который поставляется вместе с соответствующей управляющей и управляющей электроникой. Линейный привод был разработан специально для оптических приложений.Он сочетает в себе небольшую подвижную массу с компактностью, высокой скоростью, а также высокой точностью и разрешением. Привод задержки имеет движение без трения, большой и точный диапазон перемещения, а также позволяет выполнять очень небольшие перемещения без каких-либо эффектов прерывистого скольжения.

Управляющая электроника содержит драйвер движения и кварцевый стабилизатор сигналов. Его можно синхронизировать с внешними часами для точного движения сканера с синхронизацией по фазе.

Fastlite

С лазерными источниками с несколькими МГц и длительностью импульса от 60 фс, Dazzler становится сверхстабильной и сверхбыстрой линией задержки.Частота сканирования несколько кГц в компактном кварцевом модуле. Без движущихся частей, без гистерезиса.

Эта акустооптическая линия задержки с низкой дисперсией открывает путь к новым видам спектроскопии во временной области, схемам генерации частотных гребенок и экспериментам с зондом и накачкой с высокой частотой повторения.

G&H

G&H разрабатывает и производит специальные модули — оптоволоконные сборки пассивных и / или активных оптических компонентов, интегрированных для обеспечения более высокой функциональности при компактных размерах. Заказчики, закупающие оптоволоконные сборки, сосредоточены на своей основной компетенции, сокращая время вывода на рынок и затраты на разработку.Наше глубокое понимание характеристик оптических компонентов в сочетании с использованием продуктов G&H с низкими потерями обеспечивает оптимальную конструкцию. Передовые методы сборки, такие как сращивание лент и повторное покрытие волокон, используются для обеспечения надежности, уменьшения форм-факторов и минимизации производственных затрат.

В G&H мы берем индивидуальные конструкции модулей от спецификации до готового продукта. Мы являемся экспертами в области механического проектирования оптики, волоконной оптики и волоконных узлов.Наши волоконно-оптические сборки включают в себя лазеры с косичками, спектрометры, оптические линии задержки, телескопы и оптоволоконные коллиматоры. Самые сложные сборки могут включать в себя объемную оптику, волоконную оптику, управление движением и электронику.

Вопросы и комментарии пользователей

Здесь вы можете оставлять вопросы и комментарии. Если они будут приняты автором, они появятся над этим абзацем вместе с ответом автора. Автор принимает решение о приеме на основании определенных критериев.По сути, вопрос должен представлять достаточно широкий интерес.

Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы скоро удалили его. (См. Также нашу декларацию о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личный отзыв или консультацию от автора, пожалуйста, свяжитесь с ним, например по электронной почте.

Отправляя информацию, вы даете согласие на возможную публикацию ваших материалов на нашем веб-сайте в соответствии с нашими правилами. (Если вы позже отзовете свое согласие, мы удалим эти данные.) Поскольку ваши материалы сначала проверяются автором, они могут быть опубликованы с некоторой задержкой.

Библиография

[1]	P.-L. Hsiung et al. , «Высокоскоростное сканирование по длине пути с многопроходной линией задержки резонатора», Прил. Опт. 42 (4), 640 (2003), DOI: 10.1364 / AO.42.000640
[2]	E. Choi et al. , «Полноволоконная переменная оптическая линия задержки для приложений в оптической когерентной томографии: технико-экономическое обоснование новой линии задержки», Опт.Express 13 (4), 1334 (2005), DOI: 10.1364 / OPEX.13.001334
[3]	G. Lamouche et al. , «Линия оптической задержки с вращающимися ромбическими призмами», Proc. SPIE 6429, 64292G (2007), DOI: 10.1117 / 12.701047
[4]	A. Oriana et al. , «Сканирующий спектрометр с преобразованием Фурье в видимом диапазоне на основе двулучепреломляющих клиньев», J. Opt. Soc. Am. A 33 (7), 1415 (2016), DOI: 10.1364 / JOSAA.33.001415
[5]	J.Cardenas et al. , «Широкополосная непрерывно перестраиваемая оптическая линия задержки с использованием кремниевых микрокольцевых резонаторов», Опт. Express 18 (25), 26525 (2010), DOI: 10.1364 / OE.18.026525
[6]	С. Хан, М. А. Багбан и С. Фатпур, «Кремниевые фотонные линии задержки с электронной перестройкой», Опт. Express 19 (12), 11780 (2011), doi: 10.1364 / OE.19.011780
[7]	М. Скоробогатый, «Линейные поворотные оптические линии задержки», Опт. Экспресс 22 (10), 11812 (2014), DOI: 10.1364 / OE.22.011812

(Предлагаем дополнительную литературу!)

См. Также: автокорреляторы, измерения накачки – зондирования, интерферометры
и другие статьи в категориях общая оптика, фотонные устройства

Если вам нравится эта страница, поделитесь ссылкой со своими друзьями и коллегами, например через соцсети: Эти кнопки общего доступа реализованы с учетом конфиденциальности!

Код для ссылок на других сайтах

Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (например,г. ваш веб-сайт, социальные сети, дискуссионный форум, Википедия), вы можете получить здесь необходимый код.

HTML-ссылка на эту статью:

   
 Статья об оптических линиях задержки  
 в  
 Энциклопедия фотоники RP   

С изображением предварительного просмотра (см. Рамку чуть выше):

   
  alt =" article ">   

Для Википедии, например в разделе «== Внешние ссылки ==»:

  * [https://www.rp-photonics.com/optical_delay_lines.html 
, статья «Оптические линии задержки» в энциклопедии RP Photonics]  

Компактная оптическая линия задержки

для более эффективной ОКТ-визуализации

Эндрю Робертсон, старший вице-президент по системным технологиям, представляет линию задержки малого форм-фактора (SFF) G&H.Линия задержки была специально разработана для точных требований оптической когерентной томографии (ОКТ). ОКТ — это метод визуализации, который в основном используется в биомедицинских приложениях. Используя OCT, можно неинвазивным способом получать 3D-изображения высокого разрешения в реальном времени.

ОКТ — это метод, который использует оптическую интерферометрию, в которой одно плечо интерферометра является опорным оптическим путем, а другое — оптическим путем к образцу, на котором создается изображение. Этот метод основан на точном выравнивании длины пути двух мешающих сигналов.

В зависимости от применения образец может представлять собой сетчатку, стенку артерии, пищевод или, если он используется для небиомедицинских целей, образец может представлять собой покрытие таблетки, поверхность фотоэлектрического элемента. , или поверхность плоского экрана. Во многих из этих приложений будут изменения в длине пути рычага отбора пробы во время нормальной работы. Например, при визуализации сетчатки будет неизбежное изменение длины пути пробы руки между субъектами просто из-за разницы в размере головы человека (например,г. ребенок и взрослый), что приводит к разнице в длине пути к сетчатке. Другое, часто неизбежное изменение происходит в системах ОКТ, в которых используются волоконно-оптические катетеры, длина которых может достигать нескольких метров — это связано с производственными допусками на длину катетера.

Чтобы обеспечить точное выравнивание длины между двумя мешающими плечами, для одного из длин пути требуется переменная оптическая линия задержки с высокой точностью и высокой воспроизводимостью. В то же время блок должен быть достаточно маленьким и достаточно прочным, чтобы его можно было включить в оборудование, которое будет использоваться каждый день в сложных биомедицинских или промышленных условиях.Чтобы удовлетворить эту потребность, G&H разработала оптическую линию задержки SFF.

Линия задержки SFF была разработана для производственных линий массового производства. Устройство работает по принципу «включай и работай», и им можно управлять с помощью широкого набора драйверов через стандартный разъем. Устройство компактно и оснащено встроенным аттенюатором, что позволяет сэкономить средства и упростить конструкцию системы OCT. Устройство спроектировано таким образом, чтобы свести к минимуму изменения потерь передачи при движении и температуре. Стандартный продукт может быть сконфигурирован как в конфигурации «волокно-волокно», так и в конфигурации «точка-и-обратно», в зависимости от типа системы OCT.

Охватываются все основные диапазоны длин волн ОКТ, включая 850 нм, 1060 нм, 1310 нм, и G&H может использовать все доступные типы волокна и разъемы для оптимальной интеграции в любую систему ОКТ. Скорость перемещения линии задержки SFF указана до 25 мм / с с точностью до 5 мкм, и она увеличивалась до скорости, приближающейся к 80 мм / с, короткими очередями. Стандартный вариант предлагает оптическую задержку до 1200 пс в конфигурации «точка-и-возврат».

Линия задержки SFF — одна из растущего портфеля компонентов и подсистем, разработанных G&H специально для рынка OCT.Другие продукты включают в себя оптоволоконные разветвители и ответвители, оптоволоконные коллиматоры, оптоволоконные интерферометры, ОКТ-спектрометры, а также специальные оптико-механические и электрооптические сборки.

Для получения более подробной информации о наших компонентах и ​​подсистемах OCT перейдите на страницу продукта или свяжитесь с нами.

Описание простых схем таймера задержки

В этом посте мы обсудим создание простых таймеров задержки с использованием очень обычных компонентов, таких как транзисторы, конденсаторы и диоды. Все эти схемы будут производить задержку включения или задержку выключения с интервалами времени на выходе в течение заранее определенного периода, от нескольких секунд до многих минут.Все конструкции полностью регулируются.

Важность таймеров задержки

Во многих приложениях электронных схем задержка в несколько секунд или минут становится решающим требованием для обеспечения правильной работы схемы. Без указанной задержки схема может выйти из строя или даже быть повреждена.

Давайте подробно разберем различные конфигурации.

---

Вы также можете прочитать о таймерах задержки на основе IC 555. Рекомендуется для вас!

---

Использование одного транзистора и кнопки

Первая принципиальная схема показывает, как транзисторы и несколько других пассивных компонентов могут быть подключены для получения заданных выходных сигналов времени задержки.

Транзистор снабжен обычным базовым резистором для функций ограничения тока.

Светодиод, который используется здесь только в целях индикации, ведет себя как нагрузка коллектора схемы.

Конденсатор, который является важной частью схемы, занимает определенное положение в схеме, мы можем видеть, что он размещен на другом конце базового резистора, а не непосредственно на базе транзистора.

Кнопка используется для включения цепи.

При кратковременном нажатии кнопки положительное напряжение от линии питания поступает на базовый резистор и включает транзистор, а затем светодиод.

Однако в ходе вышеуказанного действия конденсатор также полностью заряжается.

При отпускании кнопки, хотя питание базы отключается, транзистор продолжает работать с помощью накопленной энергии в конденсаторе, который теперь начинает разряжать накопленный заряд через транзистор.

Светодиод также остается включенным, пока конденсатор полностью не разрядится.

Те значение конденсатора определяет время задержки или то, как долго транзистор остается в проводящем режиме.

Наряду с конденсатором, номинал базового резистора также играет важную роль в определении времени, в течение которого транзистор остается включенным после отпускания кнопки.

Однако схема, в которой используется только один транзистор, может создавать задержки, которые могут составлять всего несколько секунд.

При добавлении еще одного транзисторного каскада (следующий рисунок) указанный выше диапазон времени задержки может быть значительно увеличен.

Добавление еще одного транзисторного каскада увеличивает чувствительность схемы, что позволяет использовать более высокие значения резистора синхронизации, тем самым увеличивая диапазон временной задержки схемы.

Дизайн печатной платы

Видео демонстрация

Использование симистора:

На следующем изображении показано, как указанная выше схема таймера задержки может быть интегрирована с симистором и использоваться для переключения сетевой нагрузки переменного тока

Вышеупомянутое может быть дополнительно модифицировано с помощью автономного силового бестрансформаторного источника питания, как показано ниже:

Без кнопки

Если вышеуказанная конструкция предназначена для использования без кнопки, то же самое может быть реализовано как показано на следующей схеме:

Следующая схема показывает, как связанная кнопка может стать неактивной, как только она будет нажата, и пока таймер задержки находится в активированном состоянии.

В это время любое дальнейшее нажатие кнопки не влияет на таймер, пока выход активен или пока таймер не завершит свою операцию задержки.

Двухшаговый последовательный таймер

Вышеупомянутая схема может быть изменена для создания двухступенчатого последовательного генератора задержки. Эта схема была запрошена одним из заядлых читателей этого блога, мистером Марко.

Простая цепь аварийной сигнализации отключения с задержкой показана на следующей диаграмме.

Схема была запрошена Dmats.

Следующая схема была запрошена Fastshack3

Таймер задержки с реле

«Я хочу построить схему, которая будет управлять выходным реле. Это будет сделано при 12 В, а последовательность будет инициирована ручным переключателем.

Мне понадобится регулируемая задержка времени (возможно, отображаемое время) после отпускания переключателя, тогда выход будет включаться в течение настраиваемого времени (также возможно отображается) перед отключением.

Последовательность не будет перезапущена, пока не будет нажата кнопка и снова выпустили.

Время после отпускания кнопки составляет от 250 миллисекунд до 5 секунд. Время «включения» выхода для включения реле составляет от 500 миллисекунд до 30 секунд. Дайте мне знать, если вы можете что-нибудь поделать. Спасибо! »

До сих пор мы научились делать простые таймеры задержки выключения, теперь давайте посмотрим, как мы можем построить простую схему таймера задержки включения, которая позволяет подключенной нагрузке на выходе включаться с некоторой заданной задержкой после выключения питания. ВКЛ.

Объясненная схема может использоваться для всех приложений, которые требуют начальной задержки включения для подключенной нагрузки после включения сетевого питания.

Схема работы схемы таймера задержки включения

Показанная диаграмма довольно проста, но очень впечатляюще предоставляет необходимые действия, кроме того, период задержки является переменным, что делает установку чрезвычайно полезной для предлагаемых приложений.

Функционирование можно понять по следующим пунктам:

Предполагая, что нагрузка, которая требует задержки включения, подключена к контактам реле, при включении питания 12 В постоянного тока проходит через R2, но не может достичь базы T1, потому что изначально C2 действует как короткое замыкание на землю.

Таким образом, напряжение проходит через R2, падает до соответствующих пределов и начинает заряжать C2.

Как только C2 заряжается до уровня, который развивает потенциал от 0,3 до 0,6 В (+ стабилитрон) на базе T1, T1 мгновенно включается, переключая T2, а затем реле …. наконец, нагрузка получает тоже включен.

Вышеупомянутый процесс вызывает необходимую задержку для включения нагрузки.

Период задержки может быть установлен соответствующим выбором значений R2 и C2.

R1 гарантирует, что C2 быстро разряжается через него, так что схема достигает положения ожидания как можно скорее.

D3 блокирует заряд от достижения базы T1.

Список запчастей

R1 = 1o0K (резистор для разряда C2, когда цепь выключена))
R2 = 330K (синхронизирующий резистор)
R3 = 10K
R4 = 10K
D1 = стабилитрон 3 В (опционально, можно заменить на провод)
D2 = 1N4007
D3 = 1N4148
T1 = BC547
T2 = BC557
C2 = 33 мкФ / 25 В (синхронизирующий конденсатор)
Реле = SPDT, 12 В / 400 Ом

PCB Design

9 Примечание по применению 9040 узнайте, как приведенная выше схема таймера задержки включения становится применимой для решения следующей проблемы, представленной одним из активных последователей этого блога, г-ном.Нишант.

Проблема цепи:

Здравствуйте, сэр,

У меня есть автоматический стабилизатор напряжения на 1 кВА. У него есть один недостаток: когда он включен, очень высокое напряжение выдается в течение примерно 1,5 с (поэтому CFL и лампочка часто перегорают) после что напряжение становится нормальным.

Я открыл стабилизатор, он состоит из автотрансформатора, 4 реле 24 В, каждое реле подключено к отдельной цепи (каждое из

10K предустановок, BC547, стабилитрон, BDX53BFP npn, пара транзисторов Дарлингтона IC, конденсатор 220 мкФ / 63 В. , Конденсатор 100uF / 40V, 4 диода и несколько резисторов).

Эти схемы питаются от понижающего трансформатора, и выходной сигнал этих схем берется через соответствующий конденсатор 100 мкФ / 40 В. и подается на соответствующее реле. Что делать для решения проблемы. Пожалуйста, помогите мне. Нарисованная вручную принципиальная схема прилагается .

Решение проблемы цепи

Проблема в приведенной выше схеме может быть вызвана двумя причинами: одно из реле на мгновение включается, соединяя неправильные контакты с выходом, или одно из ответственных реле стабилизируется с правильным напряжением через некоторое время после включения питания.

Поскольку существует более одного реле, выявление неисправности и ее устранение может быть немного утомительным … Схема таймера задержки включения, описанная в вышеупомянутой статье, может быть действительно очень эффективной для обсуждаемой цели.

Подключения довольно простые.

Используя 7812 IC, таймер задержки может питаться от существующего источника питания 24 В стабилизатора.
Затем замыкающие контакты реле задержки могут быть соединены последовательно с проводкой выходного разъема стабилизатора.

Вышеупомянутая проводка мгновенно решила бы проблемы, так как теперь выход будет переключаться через некоторое время во время включения питания, давая достаточно времени внутренним реле, чтобы установить правильные напряжения на их выходных контактах.

Отзыв от г-на Билла

Привет Свагатам,

Я наткнулся на вашу страницу, проводя исследование в Интернете, чтобы сделать мою задержку более последовательной.

Я гонщик с кронштейном и запускаю машину при первом взгляде на третью янтарную лампочку, когда рождественская елка падает.

Я использую выключатель трансмиссии, который нажат, чтобы заблокировать автоматическую коробку передач одновременно вперед и назад.

Это позволяет увеличить обороты двигателя для увеличения мощности для запуска. Когда кнопка отпускается, трансмиссия выключается с заднего хода и движется вперед на высоких оборотах.

Это все равно, что выскакивать сцепление на автомобиле с механической коробкой передач, в любом случае моя машина реагирует на это быстро, и в результате появляется красный свет, уезжает слишком рано, и вы проигрываете гонку.

Уменьшение времени реакции на запуск — это все, и это игра на сотни тысяч с большими мальчиками, поэтому я поставил переключатель транс-тормоза на реле и наложил комбо на 1100 мкФ на реле, чтобы задержать его запуск.

Из-за автомобильной электроники я не верю, что есть точное напряжение, заряжающее эту крышку каждый раз, когда я активирую эту схему, и точность является ключевой, поэтому я купил стабилизатор мощности на Ebay, который потребляет 8-15 вольт и дает постоянный 12вольт на выходе.

Это перевернуло мой сезон, но я считаю, что эту схему можно было бы сделать более точной и более легким способом варьировать время задержки, а не менять комбинации крышек.

Также я должен установить диод перед реле, а не сейчас, потому что все, что есть, это выключатель — куда пойдет ток? Я ни в коем случае не инженер-электрик, но у меня есть некоторые знания по устранению неисправностей в аудио высокого класса в течение многих лет.

Хотел бы получить ваши мысли — спасибо

Билл Кореки

Анализ и решение схемы

Привет, Билл,

Я приложил схему регулируемой цепи задержки, пожалуйста, проверьте ее. Вы можете использовать его для указанной цели.

Предустановка 100K может использоваться и настраиваться для получения точных коротких периодов задержки в соответствии с вашими требованиями.

Тем не менее, обратите внимание, что для правильной работы реле на 12 В напряжение питания должно быть минимум 11 В, если это не выполняется, цепь может работать неправильно.

С уважением.

Простой таймер задержки от 5 до 20 минут

В следующем разделе обсуждается простая схема таймера с задержкой от 5 до 20 минут для конкретного промышленного применения.

Идею предложил мистер Джонатан.

Технические требования

Пытаясь найти решение моей проблемы в Google, я наткнулся на вашу публикацию выше.

Я пытаюсь понять, как создать лучший контроллер Sous Vide.Основная проблема в том, что у моей водяной бани очень высокий гистерезис, и при нагреве от более низких температур температура будет превышать примерно 7 градусов по сравнению с температурой, при которой прекращается питание.

Он также очень хорошо изолирован, с зазором между внутренним и внешним резервуаром, который заставляет его действовать как термос, из-за чего требуется очень много времени, чтобы спуститься от любого превышения температуры. У моего ПИД-регулятора есть выход управления SSR и выход реле аварийной сигнализации.

Аварийный сигнал может быть запрограммирован как аварийный сигнал ниже предела со смещением от заданного значения.Я могу использовать источник питания на пять вольт, который у меня уже есть, для моего циркуляционного двигателя, чтобы он работал через реле аварийной сигнализации и управлял тем же SSR, что и управляющий выход.

Чтобы обезопасить себя и защитить ПИД-регулятор, я добавлю диод как к сигнальному напряжению, так и к управляющему напряжению, чтобы предотвратить обратную подачу одного выхода на другой.

Затем я установлю будильник, чтобы он оставался включенным, пока температура не поднимется выше заданного значения минус 7 градусов. Это позволит отрегулировать настройку ПИД-регулятора без учета начального повышения температуры.

Поскольку я знаю, что последние несколько градусов будут достигнуты без какой-либо подачи питания, мне бы очень хотелось отложить любое распознавание управляющего сигнала примерно на пять минут после отключения будильника, поскольку он все равно будет звонить для тепла.

Это та часть, для которой я еще не разобрался в схеме. Я имею в виду нормально замкнутое реле, включенное последовательно с управляющим выходом, которое удерживается разомкнутым сигналом тревоги.

Когда сигнал тревоги прекращается, мне нужна задержка порядка пяти минут, прежде чем реле вернется в свое нормально замкнутое состояние «выключено».

Я был бы признателен за помощь с задержкой отключения части схемы реле. Мне нравится простота начального дизайна на странице, но у меня сложилось впечатление, что с ними не справиться и около пяти минут.

Спасибо,

Джонатан Лундквист

Схема схемы

Следующая схема простой схемы таймера задержки от 5 до 20 минут может быть подходящим образом применена для указанного выше приложения.

Схема использует IC4049 для необходимых вентилей НЕ, которые сконфигурированы как компараторы напряжения.

Параллельно 5 вентилей образуют чувствительную секцию и обеспечивают триггер с требуемой временной задержкой для последующих каскадов буфера и драйвера реле.

Управляющий вход поступает от выхода тревоги, как указано в приведенном выше описании. Этот вход становится коммутационным напряжением для предлагаемой схемы таймера.

При получении этого триггера вход 5 вентилей НЕ изначально удерживается на уровне логического нуля, поскольку конденсатор заземляет начальный триггер через потенциометр 2 м2.

В зависимости от настройки 2м2 конденсатор начинает заряжаться, и в момент, когда напряжение на конденсаторе достигает распознаваемого значения, вентили НЕ возвращают свой выход на низкий логический уровень, который преобразуется как высокий логический уровень на выходе правого сингла. НЕ ворота.

Это мгновенно запускает подключенный транзистор и реле для вывода требуемой задержки на контактах реле.

Поток 2M2 можно настроить для определения требуемых задержек.

Принципиальная схема

О компании Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель.Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть запрос, связанный со схемой, вы можете взаимодействовать с ним через комментарии, я буду очень рад помочь! Цепь реле

Страница 7: Цепи автоматизации :: Next.gr

— Страница 7

• Половина RL1 и RL2 управляют переключением, а другая подключена к приложению.Реле находятся на 200 Ом над землей и в какой-то момент связаны с плюсом, который их выключает. RL1 (который выключен) подает положительное напряжение на его якорь и защелки ….

• ..

• Этот сетевой модуль реле переменного тока использует реле 5 В, которые могут работать прямо от Arduino и переключать 230 В, следуя схеме на веб-сайте arduino здесь: реле.pdf Я построил свою собственную (очень простую) постоянную систему мониторинга и управления (с использованием Arduino 2009), используя ….

• Этот контроллер SCADA разработан для использования с распределительными (13,2 кВ / 4,8 кВ) положениями выключателя трансформатора подстанции, где присутствует автоматическое переключение. Напряжение RTU — 24 В. ОКРУГ КОЛУМБИЯ. Реле состояния выключателя и блокировки работают при напряжении 48 В.Постоянный ток …

• Это простая среда, которую я врожденный для одного из моих проектов аудиоусилителей, чтобы возвысить реле достижения апостола. Целью этой области является усиление трансляции, которая включает трансляцию достижения апостола в аудиоусилителе. ….

• Это значение может изменяться в зависимости от частоты коммутации, условий окружающей среды и желаемого уровня надежности, поэтому рекомендуется проверять это на фактической нагрузке.Верхний предел температуры окружающей среды — это максимальная температура, которая может ….

  .

• ..

• Эта схема обеспечивает визуальную 9-секундную задержку с использованием 10 светодиодов перед замыканием реле на 12 В.Когда закрывается обратная сторона смещения, декада 4017 будет смещена в расчет 0, который загорится светодиодом, назначенным от контакта 3. Таймер 555 ….

• Обычно управление бытовой техникой осуществляется с помощью переключателей, датчиков и т. Д. Однако физический контакт с переключателями может быть опасен в случае короткого замыкания.Описанная здесь схема не требует физического контакта для работы с прибором. Вам просто нужно ….

• Эта схема включает и отключает реле одним нажатием кнопки. Можно использовать любой тип переключателя мгновенного действия. Нажав кнопку один раз — включит реле. А нажатие во второй раз обесточит нарисованное мною реле….

• ..

• Мы изменили принципиальную схему выше, добавив сглаживающий конденсатор 220 мкФ между базой транзистора Q1 и землей.Без этого конденсатора дребезжание реле (реле включается и выключается много раз в секунду) было ужасно около ….

• Создайте крошечный релейный щиток для Arduino. Просмотрите принципиальную схему и загрузите программное обеспечение. Управляйте двумя реле с вашего ПК и используйте ваш ПК для включения и выключения …

• ..

• Это та же схема, что и выше, с добавлением фоторезистора для срабатывания триггера вместо кнопки.Резистор смещения, включенный последовательно с фоторезистором, был выбран таким образом, чтобы на базе 2N3904 было достаточное напряжение для питания ….

• ..

• Эта простая схема, показанная на принципиальной схеме, активирует переключатель с помощью звука.Мы можем использовать эту схему для различных применений, таких как автоматическое (звуковое) освещение дискотек или световое шоу автомобиля. Q1 усиливает звук с микрофона. R1 используется ….

• Фото или слегка сработавшее реле, нормально разомкнутое реле в замкнутой цепи / контакт со светом. В этой схеме для восприятия света используется фотодиод.Фотодиод имеет высокое сопротивление при отсутствии световых лучей. Фотодиод подключен к ….

• Сегодня мы хотели бы предложить решения для установки времени для реле управления и принятия NO. / NC. контакт, чтобы подать заявку на управление другими устройствами. например, отключить или включить устройство. Функция этой схемы заключается в использовании IC555 для определения импульса и резистора R1….

• Реле — это изолированный выключатель, между коммутирующим устройством и соединением нет связи. Реле часто используется при управлении устройствами высокого напряжения, чтобы не повредить сложные устройства низкого напряжения. Есть много типов реле, но ….

• Многие интегральные схемы обладают недокументированными функциями или возможностями.Это одна из них. Выход TLC555 (контакт 3) может снизить нагрузку 100 мА до 1,28 В. Сброс транзистора с открытым стоком (вывод 7) может потреблять от 100 мА до 1 В. Связывание обеих строк вместе допустимо, потому что ….

• Схема, позволяющая управлять реле в ответ на звук от неусиленного источника звука (компьютер, проигрыватель компакт-дисков или моя плата цифрового диктофона).Эта схема принимает аудиовход от любого источника звука без усиления, и когда громкость достигает ….

• Модель 555 активирует реле. Когда контакты 2 и 6 подключены в качестве входа, микросхеме требуется всего около 1 мкА для активации выхода. Это эквивалентно усилению около 200 000 000 (200 миллионов) и представляет около 4 ступеней усиления через….

• ..

• ..

• ..

• ..

• В этой статье подразумевается, что ваш старый компьютер станет простым контроллером.Многие старые ПК, такие как 8088, 8086, 80286, 80386 или даже 80486, уже устарели.