2.4 Блок индикации
Многие микроконтроллерные устройства требуют вывода информации на устройства индикации. Для отображения информации используют следующие наиболее распространенные типы индикаторов:
светодиоды,
семисегментные индикаторы,
матричные светодиодные индикаторы
жидкокристаллические дисплеи.
Ток, выдаваемый микросхемой, обычно оказывается недостаточным для свечения индикаторов, поэтому используют схему, которая с помощью небольшого управляющего тока может создавать в другой схеме ток значительно большей величины, называемую транзисторным ключом.
Рассмотрим расчет резистора в цепи базы транзисторного ключа на транзисторе n-p-n на конкретном примере (рисунок 2.14).
|
Рисунок 2.14 – Пример транзисторного ключа на транзисторе n-p-n |
Обычно при расчёте транзисторного ключа в микропроцессорных устройствах используются следующие исходные данные: U1 – напряжение питания транзисторного ключа; Rн – сопротивление нагрузки; Iн – ток нагрузки (обычно известен или ток нагрузки или сопротивление нагрузки); Uкэ – падение напряжения на открытом транзисторном ключе (берётся из справочных данных на конкретный тип транзистора. Для предварительного расчёта можно принимать данную величину равной 0,2В); Uбэ – падение напряжения на базовом переходе транзисторном ключе (берётся из справочных данных на конкретный тип транзистора); Uвх – управляющее напряжение транзисторного ключа, в качестве такого напряжения обычно используется выходной диапазон напряжений для выхода цифровой микросхемы (берётся из справочных данных на конкретный тип микросхемы); h21э – коэффициент усиления по постоянному току для схемы с общим эмиттером (берётся из справочных данных на конкретный тип транзистора).
Расчёт состоят из нескольких этапов:
Этап I. Если в качестве исходных данных заданное сопротивление нагрузки Rн, то необходимо найти ток нагрузки Iн. По закону Ома:
|
(2.1) |
.
Очевидно, что
найдётся из выражения
.
Под Uкэ следует
использовать типичную величину 0,2В.
Таким образом
|
(2.2) |
.Этап II. Требуется рассчитать минимально возможный коэффициент h21э для заданных исходных данных. Делается это исходя из следующих соображений. Коэффициент h21э связывает между собой ток нагрузки и ток базы выражением
|
(2.3) |
.В качестве тока базы следует использовать максимально возможный ток выхода, который управляет работой транзисторного ключа. Если транзисторным ключом управляет цифровая микросхема, то необходимо брать максимально возможный ток для логической единицы на выходе этой микросхемы. Следовательно, минимально возможный коэффициент h21э min будет находиться по выражению (2.3), в которое необходимо подставить максимально возможный ток базы:
|
(2.4) |
.Этап III. Из справочника или в Интернете выбирается транзистор, у которого коэффициент h21э, максимальное напряжение для перехода коллектор-эмиттер и максимальный ток коллектора превышают величины h21э min, U1 и Iн соответственно.
Этап IV. Рассчитывается реальный ток базы для выбранного транзистора. Из выражения (2.3)
|
(2.5) |
,
где
-
минимальное значение коэффициента h21э
из справочника для выбранного транзистора.
Этап V. Находится величина резистора Rб по выражению
|
(2.6) |
.В качестве Uвх необходимо брать минимально возможное напряжение выхода, который управляет работой транзисторного ключа, т.к. если транзисторный ключ откроется при минимальном напряжении, то гарантированно откроется и при большем напряжении. Если работой транзисторного ключа управляет цифровая микросхема, то необходимо брать минимально возможное напряжение логической единицы. Ток базы берётся из выражения (2.5). Полученное значение базового резистора округляется в меньшую сторону до стандартного значения. Не следует брать стандартные ряды с высокой точностью номиналов резисторов.
Этап
VI. Рассчитывается требуемая мощность
рассеивания резистора по выражению
и
выбирается резистор с ближайшей большей
мощностью рассеивания.
На этом расчет транзисторного ключа закончен.
Исходя из аналогичных соображений рассчитывается транзисторный ключ на p-n-p транзисторе (рисунок 2.15).
Рисунок 2.15 – Пример транзисторного ключа на транзисторе p-n-p
Этапы расчёта с I по IV и этап VI (формулы (2.1)-(2.5)) аналогичны расчёту для n-p-n транзистора (см.выше). Следует учесть на II этапе, что p-n-p транзисторный ключ открывается напряжением логического нуля, если им управляет цифровая микросхема. На V этапе выражение (2.6) трансформируется в выражение
|
(2.7) |
.
В качестве Uвх необходимо брать максимально возможное напряжение выхода, который управляет работой транзисторного ключа, т.к. если транзисторный ключ откроется при максимальном напряжении, то гарантированно откроется и при меньшем напряжении. Если работой транзисторного ключа управляет цифровая микросхема, то необходимо брать максимально возможное напряжение логического нуля. Ток базы берётся из выражения (2.5). Полученное значение базового резистора округляется в меньшую сторону до стандартного значения. Не следует брать стандартные ряды с высокой точностью номиналов резисторов.