Language Switcher Fallback

Võimsamatest väljundseadmetest

11/01/2016 - 01:09

Sisukord

Seni oleme katsetusi teinud väljundite osas ainult LEDidega. Väljundeid on veel mitmesuguseid. Osad neist ei võta palju voolu, nt pisike kõlar, aga teised tarbivad nii palju voolu, et seda ei saa läbi kontrolleri lasta, kontroller põleks läbi.

Kõige tüüpilisem võimsam voolutarbija on mootor. Ka mänguasjade sees olevad mikromootorid ei sobi otse Arduino väljunile ühendamiseks.

Arduino väljund suudab endast läbi lasta ca 40mA (milliamprit) voolu ilma et katki läheks. Ning kui mitu väljundit korraga voolu juhivad, siis kontrollerit läbiva voolu summa ei tohiks ületada ca 150mA.

Library-te teema juures teeme katset servomootoriga. Mikro servo sees on pisike DC ehk alalisvoolumootor. Servol on 3 juhet: toitepinge pluss (mikroservo tahab 4-6V) GND ja signaal. Üks kuni kaks mikro servot tohime ühendada Arduino 5V-ga (toitepinge pluss juhe) selle pärast, et see 5V ei lähe läbi kontrolleri, vaid ainult plaadil oleva pingeregulaatori (kui kasutada nt 9V patarei toidet) või tuleb otse USB pistikust. Servomootori signaali juhtme otsas on aga mootorikontroller, mis signaali juhtmest voolu peaaegu ei võta, aga juhib toite juhtmetest voolu mootorini ainult siis, kui signaali juhtme kaudu vastav käsk antakse.

 

Transistor võimsama väljundi lülitamiseks

Transistor on pooljuht-seade. Teda saab kasutada pinge/voolu abiga teise vooluahela lülitamiseks või mingi signaali võimendamiseks. Siin räägin ainult lülitamise rakendusest ja väga pealiskaudselt.
Toon näited bipolaar transistoridega (BJT bipolar junction transistor) - neid on kahte alaliiki - NPN ja PNP. Ahelasse ühendatakse neid vastavalt liigile erinevalt.

  • NPN ühendatakse lülitatavast koormusest GND poole ja tema sisselülitamiseks antakse ta baasi-nimelisele jalale positiivne pinge, nt 5V.
  • PNP ühendatakse koormusest plussi poole ja tema sisse lülitamiseks on vaja talle anda koormuse toitest madalam pinge, näiteks GND tase.

NPN transistoridele on rohkem lihtsaid rakendusi, piisab, kui jätad meelde, et tuleb kontrollida, kumba tüüpi transitoriga on tegemist ja oskad skeemi lugeda. BJT transitoride jalgade paigutus ei ole standardiseeritud, seetõttu tuleb alati infolehest (datasheet) vaadata, milline on konkreetse transistori jalgade järjekord, ning see skeemitähisega kokku viia. Guugelda "[transistori tähis näiteks 2N3904] datasheet" ja otsi sarnast pilti, nagu allpool 2N2222 kohta.
Lisaks BJT transistoridele on olemas ka väljatransitorid (FET - field effect transitor), neid kasutatakse eriti võimsate koormuste lülitamiseks, näiteks elektrijalgratta mootorile.

Transistori kasutamine koormuse sisse-välja lülitamiseks.
Transistori info näide. Otsi alati õige datasheet.

Mootor elektriahelas

Dioodi vajadus
Mootorid ja ka releed ehk koormused, mis sisaldavad mähiseid, on induktiivsed. See toob kaasa ohu teistele ahela komponentidele. Kui mähises on vool, siis see tekitab magnetvälja. Muutuva tugevusega magnetväljal on omadus genereerida voolu mähises. Sisselülitatud mähises (alaispinge ahelas) on tegemist püsiva magnetväljaga, aga voolu väljalülitamine selles mähises toob kaasa magnetvälja kahanemise. Kahanev ehk muutuv magnetväli aga püüab samas mähises ise samasuunalist voolu tekitada. Selle tulemusena võib koguneda pinge, mis on oluliselt suurem, kui ahela toitepinge. Selline pinge võib ära lõhkuda mähise lülitamiseks kasutatud transistori.
Et seda vältida ühendatakse mähisega paraleelselt diood. Diood on pooljuht-seade, mis niiöelda õigetel töötingimustel juhib elektrit vaid ühes suunas, aga mitte teises. Mähise kõrvale ühendatakse ta niipidi, et toitepinge dioodist läbi ei pääse. Aga, kui transistor on katkestanud toitepinge pääsemise läbi mähise ja mähis ise püüab samas suunas voolu alal hoida, siis tekib ahel mähisest ja dioodist. Genereeritud vool sumbub neis kahes komponendis ringiratast voolates.
Seda nähtus nimetatakse endainduktsiooni elektromotoorjõud (back electromotive force, back EMF) ja kõige selgem selgitus, mille leidsin: http://www.douglaskrantz.com/ElecFlybackDiode.html

Toitepingete erinevus
Kui mootor (DC mootor) või muu koormus vajab kõrgemat pinget, kui Arduino ise, siis on ka seda võimalik lülitada transistori abiga. 5 voldisest pingest BJT NPN transistori baasile enamasti piisab, et transistor sisse lülitada. Juhtida võib ta näiteks 12 voldist mootori ahelat. FETi kasutamisel uuri lisainfot, see ei pruugi nii lihtsalt minna.
Tihtipeale lisatakse Arduino outputi ja transistori vahele ka takisti.
Kui hakkad midagi sellist ehitama guugelda veelkord üle ja leia lähedane näide.

Mootori juhtimine Arduinoga.

Lisamaterjali

Vabatahtlik sügavam info, pikemad aga tundusid selged ja asjalikud videod: