Основы на пальцах. Часть 4
Но диоды, резисторы, транзисторы и конденсаторы это так, лишь обвязка. Особо на них не развернешься (нет, маньяки, конечно могут, но габариты устройств там будут феерические). Самое вкусное нас поджидает в микросхемах 🙂
Делятся они на цифровые и аналоговые. Для начала кратко пробегусь по цифровым микросхемам.
Миром правит цифра!
Краеугольным камнем цифровой схемотехники служит понятие нуля и единицы, понятие это совершенно условное, т.к. фактически нет никакого нуля и нет никакой единицы, есть лишь уровни напряжения – высокий и низкий, а также некий порог после которого данный уровень напряжения принято считать высоким или низким. Скажем все, что ниже 0.7 вольт считаем за низкий уровень, т.е. 0, все что выше 2.4 вольт высоким, т.е. единица. Между 0.7 и 2.4 вольта, когда не ясно какой уровень, это состояние совершенно неопределенное его нельзя оценивать как входную величину, иначе на выходе системы в таком случае будет непредсказуемый результат.
| Во избежания путаницы смыслов, в терминологии ключей и транзисторов принято следующее соглашение. Ключ считается открытым или закрытым для протекания тока, как кран на трубе. С точки зрения же механического исполнения он может быть замкнут или разомкнут. Так что открыт = замкнут, закрыт = разомкнут. И не следует путать с англоязычной нотацией, где Open = открыт если речь идет о транзисторе или электронном ключе и Open = разомкнут если речь идет о механическом рубильнике. Там Open-Close следует рассматривать в общем контексте текущего случая. Велик и могуч русский язык! =) |
Выход в микросхеме бывает разных типов. Различают push-pull и open drain (в нашей литературе его называют Открытым Коллектором или ОК). Отличие заключается в способе выдачи сигнала на выход. В Push-Pull выходе когда нужен низкий уровень, то выход тупо и беспрекословно замыкается на землю, имеющую нулевой потенциал, а когда высокий, то на напряжение питания.
В открытом коллекторе все несколько иначе. Когда нам надо получить низкий уровень, то мы сажаем ногу на землю, а вот высокий уровень получается подтягивающим резистором (pullup), который, в отсутствии посадки на землю и большого сопротивления висящей на выходе нагрузке, заводит на ногу высокий потенциал. Тут можешь вспомнить закон Ома и посчитать какое будет напряжение выхода на открытом коллекторе если подтягивающий резистор обычно порядка 1КилоОм, а сопротивление входа больше 1МегаОм. Тип выхода определяется из документации на микросхему, некоторые микрухи имеют программируемый выход, например, все контроллеры AVR. Исходя из этого становится понятен смысл регистров Port и DDR в контроллере AVR
О микросхемах дискретной логики И, ИЛИ, НЕ я рассказывать не буду, каждую описать, так это справочник не на одну сотню страниц будет. Да и постепенно они уходят в прошлое, вытесняемые контроллерами и программируемыми матрицами. Скажу лишь главное – работают они по жесткой таблице истинности, которую можно найти в соответствующем datasheet.
Аналог рулит!
Цифра может и правит миром, но я вот последнее время люблю аналоговую технику. Ряд задач автоматики и регулирования на аналоговых цепях сделать в разы проще, чем на микроконтроллере или цифровой логике. Основное отличие от цифровых микрух в том, что тут нет четких состояний, а вход и выход могут изменяться плавно от минус питания до плюс питания. Основой аналоговой схемотехники является операционный усилитель.
| Испльзование операционных усилителей |
Если от операционного усилителя надо получить усиление, то нужно как то обуздать его бешеный коэффициент. Для этого ему добавляют отрицательную обратную связь. Т.е. берут и с выхода подают сигнал на отрицательный вход, подмешивая его к основному входному сигналу. В итоге, выходной сигнал вычитается из входного. А коэффициент усиления становится равным отношению резисторов на входе и выходе (смотри схему).
Но это далеко не все фишки которые умеет делать операционный усилитель. Если в обратную связь сунуть конденсатор, то получим интегратор, выдающий на выходе интеграл от функции входного сигнала. А если скомбинировать конденсатор с резистором, да индуктивность на вход… В общем, тут можно книгу писать, а занимается этими занятными процессами отдельная наука – автоматическое управление. Кстати, именно на операционных усилителях сделаны аналоговые компьютеры, считающие дифференциальные уравнения с такой скоростью, что все цифровые компы нервно курят в уголке.
Полная версия статьи была опубликована в журнале «Хакер»
Типы входов/выходов автоматики: Сухой Контакт (СК) и Открытый Коллектор (ОК) – CS-CS.Net: Лаборатория Электрошамана
Входы и выходы автоматики
Йоу! Сегодня — ещё один из постов серии «заебали, ща расскажу» — потому что спецы и так это всё-всё знают и понимают с полуслова, и даже знают больше, чем я напишу в этом посте (так как я опишу самые распространённые в моей практике варианты и не смогу описать их все)!
Когда мне в комменты или на мыло пишут что-то типа «А подскажите, как мне после Logo три выхода на один автомат подключить» или «Ой! Я читал у тебя, что ты каким-то образом на выход датчика движения Logo подключил, нарисуй схему», то я чуток офигеваю и говорю что-то вроде «Шо ж тут непонятного? Там же ж обычный сухой контакт!». И народ от этого хуеет! =) Вот щас мы и будем разбираться, что это такое за сухие контакты. Как обычно — я дам вам принцип, а дальше — используйте его, чтобы разобраться в аналогичных ситуациях!
Речь идёт о том, как у разных устройств автоматики (всякие контроллеры, датчики, электронные реле управления) устроены выходы, которыми они смотрят во внешний мир. И о том, как этими выходами пользоваться для того, чтобы наши контроллеры могли чем-то управлять. Вообще, вся эта штука ОЧЕНЬ очевидная (такая же как работа обычного реле), и я не знаю, что тут можно выдумать сложно. Поэтому считайте, что пост будет высосан из пальца =)
Как устроен мир автоматики и автоматизации? Ну или все эти ваши датчики движения, «умные реле», «умные дома», «SMS-реле«, «Автоматика котла Zont» и прочие маркетинговые названия? Если смотреть с точки зрения того, как они подключаются, то всё это выглядит как чёрный ящик. Например, есть некое SMS-реле. Оно получает питание, в него втыкается SIM-карта, антенна. И у этого реле есть входы (сейчас они нас не интересуют) и выходы. В зависимости от того, что приходит по SMSкам, реле включает или выключает свои выходы.
Точно так же работает какая-нибудь система контроля доступа. Она может быть какой угодно — с шифрованием, распознаванием лица, да хоть с анализом ДНК — всё равно в конце концов у неё будут какие-то выходы вида «Доступ разрешить», «Доступ запретить», «Тревога», которые можно куда-то подключить. Ну и так далее — большинство устройств автоматики просто имеют выходы, с которых можно снимать сигнал.
Примеры использования их могут быть любыми. Например, можно завести наше SMS-реле на входы Logo или ПЛК (и потом пафосно говорить что у нас умный дом с управлением по SMS). Или так же завести нашу систему контроля доступа в ПЛК, чтобы он получал сигнал «Доступ разрешить» и «Тревога» и открывал дверь только днём, вечерами передавал этот сигнал на пост охраны, а по сигналу «Тревога» какие-нить стальные решётки опускал =)) И опять же, вокруг таких решений разводят ебучий маркетинг, который я, зная то, как это устроено, ненавижу. Нахуй писать про умный дом, если это кончается тем, что стоит какой-то контроллер, который просто выдаёт сигнал типа «вкл-выкл», который чем-то управляет?..
Сегодня мы разбираемся с тем, какие выходы бывают у устройств и то, как этим пользоваться. Сами устройства могут быть любыми — вообще чем угодно: датчики, системы управления, охраны, климатические системы, кондеи, автоматика бассеина и прочее и прочее… Наплевать на них! Всё, что вам надо — это поднять документацию на устройство и найти там знакомые слова про тип выхода: «сухой контакт без потенциала», «сухой контакт с потенциалом», «открытый коллектор».
Как можно классифицровать выходы? Я придумал такие способы:
- Привязаны ли они к внутренней схеме устройства или нет.
- Имеют ли они питание на выходе, или просто контакты.
- Род тока и мощность, которую можно пропустить через них.
- Размеры того, что управляет выходом внутри устройства (реле, транзистор, симистор).
1. Выходы типа «Сухой контакт без потенциала» (релейные).
Такие выходы делаются при помощи самого обычного реле, и про них проще всего рассказать. То есть, есть у нас какая-то электронная схема. Эта схема включает или выключает реле, а контакты этого реле выведены наружу как «Выход».
Для любой автоматики это самый удобный тип выхода, потому что реле содержит в себе обычные, механические, контакты. Поэтому их и называют «сухими» — это именно металлические, механические контакты. Что это значит? А то, что по ним можно пропускать что угодно, лишь бы реле позволило это сделать.
Смотрите на схемы:
Типы выходов устройств автоматики: сухой контакт без потенциала
В первом случае у нас выход — это переключающий контакт реле, а во втором случае только замыкающий. И это — обычное реле. Как вы знаете, реле выпускаются на разные токи и напряжения (например, до 250 вольт и до 10А). Если выход релейный, то про него пишут или «Сухой контакт«, или «Релейный«, или и то и то сразу. И обычно параметры самого реле дают как параметры этого выхода. То есть в инструкции может быть фраза типа «Выходы: Два релейных выхода до 16А/250V». Сокращают сухой контакт чаще всего как «СК» — и вы можете встретить и это в описаниях (и моих постах).
Так как это реле — то делать с ним можно всё, что угодно. Можно завести через него 24V на вход ПЛК. Можно завести 230V на контактор. Можно замыкать им сигнал FUN, чтобы закрывать воду в защите от протечек GidroLock. Можно, если выход потянет, напрямую нагрузкой управлять (лампами, тёплым полом и так далее). Можно несколько выходов (контактов реле) разных устройств подключить параллельно или последовательно. Например, таким образом я делал автоматику вентиляции в щите в Говорово: выход кондиционера преобразовывался в реле — сухой контакт. Этот контакт соединялся вместе с контактом терморегулятора, и через них подавалось питание на реле заслонки.
Теперь тот, кто меня спрашивал про то, как несколько выходов на один автомат в Logo подключить, сможет разобраться. Смотрим на фотку из поста про Siemens Logo и видим там нарисованные контакты реле (как второе реле на моей схеме выше):
Выходы модуля расширения Logo: 8 реле по 5А каждое
Да! Внутри Logo стоят реле! Вот они:
Реле для управления выходами основного модуля Logo (один контакт на 10А)
Контакты этих реле как раз и выведены наружу. Делай что хочешь! =)
Точно так же устроены выходы датчика газа (метан или угарный газ) от ОВЕНа, которые мы ставили в котельную в Папушево.
Датчики температуры (ОВЕН ДТС014) и метана (ОВЕН ДЗ-1-Ch5)
Это реле с переключающим контактом:
Пример выходов типа сухой контакт — это просто обычное реле
2. Выходы типа «Сухой контакт с потенциалом» (тоже реле).
Теперь чуть сложнее! Что думают те, кто только полезли разбираться в электрику? Что если это выход — то там что-то должно ВЫХОДИТЬ: какое-то напряжение, наверное! Вот смотрите, как мне рисовал схему тот товарищ, который спрашивал меня о том, как несколько выходов Logo на один автомат подключить:
Пример того, как люди неправильно понимают релейные выходы из Logo
Еле-еле по этой схеме я понял то, что он думал что на выходах Logo есть напряжение и поэтому сильно тупил. И… если вы думаете о том, что он дурак и такого не существует в природе, то вспомните любой обычный датчик движения для света, который на 230V рассчитан! Сколько у него проводов? Три! А как они разведены? Вот так: Фаза на вход, Фаза на лампу (выход), Ноль.
Да, такие решения применяются. Специального стандарта нет, и разные производители автоматики делают так, как им удобно. У кого-то это будет сухой контакт в виде реле, а у кого-то на то же реле, которое стоит внутри устройства, будет подключено напряжение, от которого это устройство питается. Вот так:
Типы выходов устройств автоматики: сухой контакт с потенциалом
Для простых устройств типа блоков радиоуправления светом или датчиков движения это хорошо. Но иногда и плохо. представьте, что вам тот же датчик движения надо завести на вход ПЛК, который 230 V напрямую не принимает. Что надо сделать? На выход датчика движения подключить реле с катушкой на 230V, контакты которого будут замыкать вход ПЛК. И, причём, внутри датчика движения-то уже есть реле! Но оно подключено к питанию датчика, и это всё портит.
Точно такое же дерьмо сделано в блоке защиты от протечек «Нептун»: там у него на выходе стоит реле с переключающим контактом, но оно тоже подключено к входу питания 230V этого блока. И если мы хотим забрать сигнал — нам тоже понадобится ставить внешние реле развязки.
У такого способа подключения выхода есть важный плюс: клемм или проводов для подключения становится на одну меньше. А где-то это важно, особенно если устройство компактное (какой-нить Z-Wave выключатель в подрозетник, например).
Раз уж мы заговорили про именно высоковольтные выходы, то я напомню о том, что иногда в тех же датчиках движения может стоять не реле, а симистор. Это, если говорить словами для новичков, электронное реле. На больших токах оно греется, но вот на малых оно очень компактно и не щёлкает. Главный его минус в том, что иногда для того, чтобы симистор включался, ему нужна минимальная мощность нагрузки, и поэтому его тяжело будет завести в автоматику щита. В инструкциях могут так и писать: «Минимальная мощность нагрузки — 20 Вт».
То, что я написал выше, не совсем корректно. В большинстве случаев симистор будет нормально включать мелкую релюшку развязки. НО в некоторых модулях умных выключателей, розеток, датчиков движения применяется питание электроники (которая управляет выходом) без нуля сети. Например, если это будет датчик движения, то у него будет всего два контакта: «Фаза вход» и «Фаза на лампу». Это похоже на то, как подключается лампочка подсветки внутри выключателя.
Электроника в этом случае включается последовательно с нагрузкой и забирает себе часть питания. Вот тут-то минимальная мощность и важна: если физически не будет никакой нагрузки, через которую будет замкнута цепь, то и электроника не будет работать. Вот в этом случае и указывают минимальную мощность нагрузки. От этой мощности зависит сопротивление нагрузки, а от сопротивления — ток в цепи «питание — электроника — нагрузка», от которого электроника и питается.
Если вы хотите использовать какие-то модули для того, чтобы заводить их высоковольтные выходы напрямую в Logo (он умеет принимать на входы сетевое напряжение питания, если сам на него рассчитан), то ОБЯЗАТЕЛЬНО проверьте, что у этих модулях стоит на выходе: реле или симистор, и не указана ли минимальная мощность нагрузки. Если указана — то скорее всего там стоит симистор и схема может работать некорректно. В своих проектах я всегда пишу о том, чтобы использовали датчики движения с реле (или с тремя проводами).
3. Выходы типа «транзистор с питанием».
Теперь спустимся с высоких напряжений на низкие. История здесь такая: иногда нам очень важны размеры устройства и его компактность. Часто это устройство даже не рассчитано на 230V, а является просто электронной платкой: например, датчик протечки воды от системы Нептун или какой-нибудь контроллер СКУД, встроенный в замок (Z-5r, Matrix IIk).
Когда размеры устройства очень важны, а его напряжение питания не сетевое, а низковольтное (5/12/24 вольт), то для управления выходом применяют транзистор. Его достоинство в том, что он может быть очень маленьким. А недостатки по сравнению с реле в том, что транзистор уже точно привязан к уровням напряжений и схеме того устройства, в котором он стоит. Ну и ещё транзистор может быть рассчитан на небольшие токи (десятки миллиампер или единицы ампер) и поэтому может зажечь лампочку или включить реле, но не сможет управлять сетевым напряжением или мощной нагрузкой.
Транзистор можно подключить двумя способами. Первый напоминает то, что мы только что делали с реле: берём питание внутри устройства — и пропускаем его через транзистор вот так вот:
Транзисторный выход с плюсовым потенциалом
Решение вроде как логичное — как в электрике мы разрываем фазу, так и тут разываем плюс питания. Когда выход активен — плюс появляется. Когда неактивен — исчезает. Ура! Значит на выход мы можем подключить какую-нибудь нагрузку (такие выходы есть у некоторых кондеев Mitsubishi — они показывают, включен кондей или нет)!
И вот тут-то начинается некоторое западло. Точнее, два западла. Первое в том, что наш выход жёстко рассчитан только на то напряжение питания, которое есть внутри устройства. Вот сделает кто-нить на ES8266 очередную умную поеботу… и выдаст через транзистор на выход 3,3 вольта. И пиздец! =)) Куда их деть? Шо с ними делать? Светодиодом помигать? А нахрена нам светодиод, если эта умная поебота должна нам ворота открывать, включая три фазы на двигатель?
Наученный человек скажет: «Да хрен ли! Ща поставим реле! Или ваще контактор!». И тут выплывает второе западло из трёх частей. Во-первых, ты поди найди контактор или реле с катушкой на 3,3 вольта! =) Во-вторых чем ниже напряжение питания такого реле или контактора — тем больший ток они потребляют. А у нас стоит мелкий транзистор, который этот ток может просто не потянуть.
И, в-третьих, что наиболее важно — всякие внешние нагрузки, в которых есть катушка (в том числе моторчики или сервы у моделистов) за счёт самоиндукции создают выбросы высокого напряжения, которые могут повредить наш транзистор. Поэтому, если есть такой риск (а у нашей области он почти всегда есть, так как к таким выходам мы реле подключаем), то надо ОБЯЗАТЕЛЬНО ставить диод в обратной полярности! Он шунтирует собой эти выбросы и спасёт транзистор.
Если речь идёт про релюшки типа CR-P/CR-M и подобные им, то для них сразу же выпускаются модули со светодиодом для индикации работы катушки реле и с защитным диодом. Они сразу же вставляются в колодку для реле:
Модули индикации CR-P/M
На фотке выше у меня модули для переменного тока, а нам понадобятся эти:
- 1SVR405652R0000 ABB CR-P/M 42 Втычной модуль для реле CR-P, CR-M (LED+ВстДиод) 6..24V AC/DC (красный)
- 1SVR405652R1000 ABB CR-P/M 42V Втычной модуль для реле CR-P, CR-M (LED+ВстДиод) 6..24V AC/DC (зелёный)
Если таких модулей нет, то надо ставить диоды прям на колодки реле. Я как-то перепутал и заказал модули без встречных диодов для одного из щитов с GSM-реле Zont, и поэтому закрепил диоды так:
Диоды для шунтирования выходных транзисторов выходов ОК
4. Выходы типа «открытый коллектор» (тоже транзистор на GND).
Ну-ка ещё раз посмотрите внимательно на фотку выше, где диоды на реле стоят? Ничего странного не замечаете? Чего это у меня общий всех реле — это +12 вольт, а отдельные провода с маркировкой выходов — синие? Всё наоборот? Как так?
А вот это и есть второй распространённый тип выходов — Открытый Коллектор (ОК). Смотрите схему:
Типы выходов устройств автоматики: открытый коллектор (на GND)
Что мы сделали? Мы перевернули всё с плюса на минус. Если раньше транзистор у нас соединял выход с плюсом питания, то теперь он соединяет выход с землёй (минусом, который обычно везде общий). Для тех, кто столкнулся с этим после силовой электрики, где мы коммутируем фазу, это будет вынос мозга.
Но почему так сделано? А вот только что я говорил о самом главном неудобстве выхода, когда выдаётся плюс питания — о том, что всё, что мы подключаем к этому выходу, нам надо тоже рассчитывать на такое же напряжения питания, как и этот выход. А это может стать проблемой. Если же наш выход соединяется с землёй — то питание может быть любым (в пределах возможностей транзистора), и вообще от отдельного блока питания. Главное GND вместе соедините!
Из-за того, что на выходы можно вешать любые нагрузки, тип выхода «Открытый Коллектор» очень популярен: размеры схемы могут быть мелкими, а управлять она может релюшкой на 24 вольта без проблем! Или даже контактором с катушкой на 24 вольта, если транзистор сможет выдержать тот ток, который потребляет этот контактор. Обычно катушка модульных контакторов потребляет около 5-7 Вт. Возьмём 10 Вт. Значит 10/24 = 0,24А. Гм… некоторые выходы ОК тянут по 0,5 А — так что контактор прокатит! Главное не забудьте про защитный диод — здесь те же правила!
Вот пример из инструкции к ПЛК ОВЕН. Если брать ПЛК или модули IO с типом выходов «К» — то вы получите тот самый открытый коллектор (ОК):
Пример выходов с открытым коллектором от ОВЕНа
У ОВЕНа они, как обычно, сгруппированы по 4 штуки. GND — общий, а нагрузки выходов даже в одной группе могут быть на разные напряжения.
Тот же принцип используется в датчиках протечки от GidroLock и Нептун. Даже в приёмниках радиодатчиков! =) У них три провода: питание электроники, GND питания и выход ОК. Дальше останется посмотреть, какой ток у выходного транзистора — и понять, вытянет ли он релюшку напрямую, или нет =)
А вот подключить такие датчики напрямую (без подтягивания потенциала и инверсии входа) даже к низковольтному Logo не прокатит: Logo требуется, чтобы на вход приходило напряжение, а не GND. И он их не увидит (те, кто поняли про подтяжку — делают). А вот ОВЕНовские входы можно подключать таким образом, чтобы они принимали на вход или +VCC, или GND. И поэтому датчики там подключаются без извращений!
Вот мы и разобрались с выходами! Теперь, если в инструкции на автоматику «Выходы типа сухой контакт до 3А» или «Выходы — ОК с током до 1А и напряжением до 50 Вольт» — вы знаете, что с этим делать! =)
| LM75BD,118 | 2841138 | Датчик температуры (ИС), Открытый Сток, ± 3°C, -55 °C, 125 °C, SOIC, 8 вывод(-ов) NXP | Посмотреть дополнительные поставки Avnet |
Штука (Поставляется на разрезной ленте) Разрезная лента Варианты упаковки | Открытый Сток | ± 3°C | -55°C | 125°C | SOIC | 8вывод(-ов) | 2.5В | 5.5В | — | — | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DS18B20-SL+T&R | 2909834 | Датчик температуры (ИС), Открытый Сток, ± 0.5°C, -55 °C, 125 °C, TO-92, 3 вывод(-ов) MAXIM INTEGRATED PRODUCTS | Посмотреть дополнительные поставки Avnet |
Штука | Открытый Сток | ± 0.5°C | -55°C | 125°C | TO-92 | 3вывод(-ов) | 3В | 5.5В | — | — | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DS18B20+PAR | 2519162 | Датчик температуры (ИС), Открытый Сток, ± 0.5°C, -55 °C, 100 °C, TO-92, 3 вывод(-ов) MAXIM INTEGRATED PRODUCTS | Посмотреть дополнительные поставки Avnet |
Штука | Открытый Сток | ± 0.5°C | -55°C | 100°C | TO-92 | 3вывод(-ов) | 3В | 5.5В | Digital Thermometer | — | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| MCP9800A5T-M/OT | 2851676 | Датчик температуры (ИС), Открытый Сток, ± 3°C, -55 °C, 125 °C, SOT-23, 5 вывод(-ов) MICROCHIP | Посмотреть дополнительные поставки Avnet |
Штука (Поставляется на разрезной ленте) Разрезная лента Варианты упаковки | Открытый Сток | ± 3°C | -55°C | 125°C | SOT-23 | 5вывод(-ов) | 2.7В | 5.5В | — | AEC-Q100 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| MCP9804T-E/MC | 2857770 | Датчик температуры (ИС), Открытый Сток, ± 0.25°C, -40 °C, 125 °C, DFN, 8 вывод(-ов) MICROCHIP | Посмотреть дополнительные поставки Avnet |
Штука (Поставляется на разрезной ленте) Разрезная лента Варианты упаковки | Открытый Сток | ± 0.25°C | -40°C | 125°C | DFN | 8вывод(-ов) | 2.7В | 5.5В | — | AEC-Q100 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| STDS75DS2F | 2807098 | Датчик температуры (ИС), тепловое сторожевое устройство, Открытый Сток, ± 0.5°C, -55 °C, 125 °C STMICROELECTRONICS | Посмотреть дополнительные поставки Avnet |
Штука | Открытый Сток | ± 0.5°C | -55°C | 125°C | MSOP | 8вывод(-ов) | 2.7В | 5.5В | — | — | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| LM75BD,118 | 2841138RL | Датчик температуры (ИС), Открытый Сток, ± 3°C, -55 °C, 125 °C, SOIC, 8 вывод(-ов) NXP | Посмотреть дополнительные поставки Avnet |
Штука (Поставляется на разрезной ленте) Повторная намотка на катушки Варианты упаковкиДля данного продукта за повторную намотку на катушки взимается плата в размере 5 € | Открытый Сток | ± 3°C | -55°C | 125°C | SOIC | 8вывод(-ов) | 2.5В | 5.5В | — | — | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| LM75BIMX-3+ | 2909928 | Датчик температуры (ИС), Открытый Сток, ± 2°C, -55 °C, 125 °C, SOP, 8 вывод(-ов) MAXIM INTEGRATED PRODUCTS | Посмотреть дополнительные поставки Avnet |
Штука | Открытый Сток | ± 2°C | -55°C | 125°C | SOP | 8вывод(-ов) | 3В | 5.5В | — | — | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| MCP9510HT-E/CH | 1690411 | Датчик температуры (ИС), AEC-Q100, Открытый Сток, ± 0.5°C, -40 °C, +125 °C, SOT-23, 6 вывод(-ов) MICROCHIP | Посмотреть дополнительные поставки Avnet |
Штука (Поставляется на разрезной ленте) Разрезная лента Варианты упаковки | Открытый Сток | ± 0.5°C | -40°C | +125°C | SOT-23 | 6вывод(-ов) | 2.7В | 5.5В | — | AEC-Q100 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| NCT75DR2G | 2727906 | Датчик температуры (ИС), Открытый Сток, ± 3°C, -55 °C, +125 °C, SOIC, 8 вывод(-ов) ONSEMI | Посмотреть дополнительные поставки Avnet |
Штука (Поставляется на разрезной ленте) Разрезная лента Варианты упаковки | Открытый Сток | ± 3°C | -55°C | +125°C | SOIC | 8вывод(-ов) | 3В | 5.5В | — | — | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| LM75BIM-5+ | 2909715 | Датчик температуры (ИС), Открытый Сток, ± 2°C, -55 °C, 125 °C, SOP, 8 вывод(-ов) MAXIM INTEGRATED PRODUCTS | Посмотреть дополнительные поставки Avnet |
Штука | Открытый Сток | ± 2°C | -55°C | 125°C | SOP | 8вывод(-ов) | 3В | 5.5В | — | — | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| LM75BIMM-5+ | 2909690 | Датчик температуры (ИС), Открытый Сток, ± 2°C, -55 °C, 125 °C, µSOP, 8 вывод(-ов) MAXIM INTEGRATED PRODUCTS | Посмотреть дополнительные поставки Avnet |
Штука | Открытый Сток | ± 2°C | -55°C | 125°C | µSOP | 8вывод(-ов) | 3В | 5.5В | — | — | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DS1825U+ | 2519105 | Датчик температуры (ИС), Открытый Сток, ± 0.5°C, -55 °C, +125 °C, µSOP, 8 вывод(-ов) MAXIM INTEGRATED PRODUCTS | Посмотреть дополнительные поставки Avnet |
Штука | Открытый Сток | ± 0.5°C | -55°C | +125°C | µSOP | 8вывод(-ов) | 3В | 3.6В | — | — | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| MCP9808T-E/MS | 2851677RL | Датчик температуры (ИС), Открытый Сток, ± 1°C, -40 °C, 125 °C, MSOP, 8 вывод(-ов) MICROCHIP | Посмотреть дополнительные поставки Avnet |
Штука (Поставляется на разрезной ленте) Повторная намотка на катушки Варианты упаковкиДля данного продукта за повторную намотку на катушки взимается плата в размере 5 € | Открытый Сток | ± 1°C | -40°C | 125°C | MSOP | 8вывод(-ов) | 2.7В | 5.5В | — | AEC-Q100 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| STTS75M2F | 2807100 | Датчик температуры (ИС), тепловое сторожевое устройство, Открытый Сток, ± 0.5°C, -55 °C, 125 °C STMICROELECTRONICS | Посмотреть дополнительные поставки Avnet |
Штука | Открытый Сток | ± 0.5°C | -55°C | 125°C | SOIC | 8вывод(-ов) | 2.7В | 5.5В | — | — | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| MCP9800A5T-M/OT | 2851676RL | Датчик температуры (ИС), Открытый Сток, ± 3°C, -55 °C, 125 °C, SOT-23, 5 вывод(-ов) MICROCHIP | Посмотреть дополнительные поставки Avnet |
Штука (Поставляется на разрезной ленте) Повторная намотка на катушки Варианты упаковкиДля данного продукта за повторную намотку на катушки взимается плата в размере 5 € | Открытый Сток | ± 3°C | -55°C | 125°C | SOT-23 | 5вывод(-ов) | 2.7В | 5.5В | — | AEC-Q100 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| MCP9510HT-E/CH | 1690411RL | Датчик температуры (ИС), AEC-Q100, Открытый Сток, ± 0.5°C, -40 °C, +125 °C, SOT-23, 6 вывод(-ов) MICROCHIP | Посмотреть дополнительные поставки Avnet |
Штука (Поставляется на разрезной ленте) Повторная намотка на катушки Варианты упаковкиДля данного продукта за повторную намотку на катушки взимается плата в размере 5 € | Открытый Сток | ± 0.5°C | -40°C | +125°C | SOT-23 | 6вывод(-ов) | 2.7В | 5.5В | — | AEC-Q100 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ADT7461ARMZ-R7 | 2381104 | Датчик температуры (ИС), Открытый Сток, ± 1°C, 0 °C, 127 °C, MSOP, 8 вывод(-ов) ONSEMI | Посмотреть дополнительные поставки Avnet |
Штука | Открытый Сток | ± 1°C | 0°C | 127°C | MSOP | 8вывод(-ов) | 3В | 5.5В | — | — | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| TC6501P095VCTTR | 2810253 | Датчик температуры (ИС), Открытый Сток, ± 0.5°C, -55 °C, 135 °C, SOT-23A, 5 вывод(-ов) MICROCHIP | Посмотреть дополнительные поставки Avnet |
Штука (Поставляется на разрезной ленте) Разрезная лента Варианты упаковки | Открытый Сток | ± 0.5°C | -55°C | 135°C | SOT-23A | 5вывод(-ов) | 2.7В | 5.5В | — | — | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| NCT218MTR2G | 2845255 | Датчик температуры (ИС), Открытый Сток, ± 1°C, -40 °C, 125 °C, WDFN, 8 вывод(-ов) ONSEMI | Посмотреть дополнительные поставки Avnet |
Штука (Поставляется на разрезной ленте) Разрезная лента | Открытый Сток | ± 1°C | -40°C | 125°C | WDFN | 8вывод(-ов) | 1.4В | 2.75В | — | — | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| LM26CIM5-TPA/NOPB | 3009004 | Датчик температуры (ИС), Открытый Сток, ± 3°C, -55 °C, 125 °C, SOT-23, 5 вывод(-ов) TEXAS INSTRUMENTS |
Штука (Поставляется на разрезной ленте) Разрезная лента Варианты упаковки | Открытый Сток | ± 3°C | -55°C | 125°C | SOT-23 | 5вывод(-ов) | 2.7В | 5.5В | — | — | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| TMP708AIDBVT | 3124264 | Датчик температуры (ИС), Открытый Сток, ± 3°C, 0 °C, +125 °C, SOT-23, 5 вывод(-ов) TEXAS INSTRUMENTS |
Штука (Поставляется на разрезной ленте) Разрезная лента | Открытый Сток | ± 3°C | 0°C | +125°C | SOT-23 | 5вывод(-ов) | 2.7В | 5.5В | — | — | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| MAX6662MSA+ | 2515569 | Датчик температуры (ИС), SPI, Открытый Сток, ± 0.4°C, -55 °C, 150 °C, NSOIC, 8 вывод(-ов) MAXIM INTEGRATED PRODUCTS | Посмотреть дополнительные поставки Avnet |
Штука | Открытый Сток | ± 0.4°C | -55°C | 150°C | NSOIC | 8вывод(-ов) | 3В | 5.5В | — | — | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| STTS75DS2F | 2807099 | Датчик температуры (ИС), тепловое сторожевое устройство, Открытый Сток, ± 0.5°C, -55 °C, 125 °C STMICROELECTRONICS | Посмотреть дополнительные поставки Avnet |
Штука | Открытый Сток | ± 0.5°C | -55°C | 125°C | MSOP | 8вывод(-ов) | 2.7В | 5.5В | — | — | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| SA56004ATK,118 | 2890362 | Датчик температуры (ИС), Открытый Сток, ± 1°C, -40 °C, 125 °C, HVSON, 8 вывод(-ов) NXP | Посмотреть дополнительные поставки Avnet |
Штука (Поставляется на разрезной ленте) Разрезная лента Варианты упаковки | Открытый Сток | ± 1°C | -40°C | 125°C | HVSON | 8вывод(-ов) | 3В | 5.5В | — | — | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Диапазон Точности Измерения | ± 2 C |
| Количество Выводов | 8вывод(-ов) |
| Максимальная Измеряемая Температура | 125 C |
| Максимальное Напряжение Питания | 5.5В |
| Минимальная Измеряемая Температура | -55 C |
| Минимальное Напряжение Питания | 3В |
| Стиль Корпуса Микросхемы Датчика | SOP |
| Тип Выхода Микросхемы | Открытый Сток |
| Уровень Чувствительности к Влажности (MSL) | MSL 1 — Безлимитный |
| Pd — рассеивание мощности | 362 mW |
| Вид монтажа | SMD/SMT |
| Другие названия товара № | LM75 |
| Категория продукта | Температурные датчики для монтажа на плате |
| Конфигурация | Local |
| Максимальная рабочая температура | + 125 C |
| Минимальная рабочая температура | 55 C |
| Напряжение питания — макс. | 5.5 V |
| Напряжение питания — мин. | 3 V |
| Отключение | Shutdown |
| Подкатегория | Sensors |
| Продукт | Sensor with Overtemp |
| Производитель | Maxim Integrated |
| Рабочий ток источника питания | 250 uA |
| Размер фабричной упаковки | 100 |
| Разрешение | 9 bit |
| Серия | LM75 |
| Температурный порог | Programmable |
| Тип выхода | Digital |
| Тип интерфейса | 2-Wire, I2C, SMBus |
| Тип продукта | Temperature Sensors |
| Торговая марка | Maxim Integrated |
| Точность | +/- 2 C |
| Упаковка | Tube |
| Упаковка / блок | SOP-8 |
| Accuracy — Highest (Lowest) | В±2В°C (В±3В°C) |
| Base Product Number | LM75 -> |
| ECCN | EAR99 |
| Features | Output Switch, Programmable Limit, Shutdown Mode |
| HTSUS | 8542.39.0001 |
| Moisture Sensitivity Level (MSL) | 1 (Unlimited) |
| Mounting Type | Surface Mount |
| Operating Temperature | -55В°C ~ 125В°C |
| Output Type | IВІC |
| Package | Tube |
| Package / Case | 8-SOIC (0.154″», 3.90mm Width) |
| REACH Status | REACH Unaffected |
| Resolution | 9 b |
| RoHS Status | ROHS3 Compliant |
| Sensing Temperature — Local | -55В°C ~ 125В°C |
| Sensor Type | Digital, Local |
| Supplier Device Package | 8-SOIC |
| Test Condition | -25В°C ~ 100В°C (-55В°C ~ 125В°C) |
| Voltage — Supply | 3V ~ 5.5V |
| Вес, г | 0.074 |
От поселения отходит открытый канализационный сток, загрязняющий палестинскую землю. | There is an open sewage coming out of the settlement and destroying the Palestinian land. |
Сток | Water |
Сток! | The sewer. |
HQ максимальный сток воды MHQ средний максимальный сток воды MNQ средний минимальный сток воды NQ минимальный сток воды. | HQ Maximum water discharge MHQ Average maximum water discharge MNQ Average minimum water discharge NQ Minimum water discharge. |
HQ максимальныый сток воды MHQ средний максимальный сток воды MNQ средний минимальный сток воды NQ минимальный сток воды. | HQ Maximum water discharge MHQ Average maximum water discharge MNQ Average minimum water discharge NQ Minimum water discharge. |
Максимальный сток, м3 с Средний сток, м3 с Минимальный сток, м3 с Месяц | Maximum discharge, m3 s Average discharge, m3 s Minimum discharge, m3 s |
Сток углерода | Carbon Sequestration |
Внутренний сток | Internal Flow |
Речной сток | River discharge |
Полковник Сток. | Colonel Stok. |
Профессор Сток. | Prof. Stock. |
Мицци Сток. | Mizzi Stock. |
Протекающий сток. | Leaky gutter. |
Забился сток. | The sewer is backed up. |
(включая водный сток) | (incl. water runoff) |
Дождевой поверхностный сток | landfill |
Поверхностный сток (RW) | Run off (RW) Stores |
Прощайте, полковник Сток. | Goodbye, Colonel Stok. |
Прямо на сток? | On top of this drain? |
Сток реки сильно зарегулирован. | The river flow is strongly regulated. |
Рыбы Острая Водоросли Сток | Fish Acute 1 56.25 100 |
Видишь сток вон там? | See that gutter drain over there? |
Моя дорогая фрау Сток. | My dear Mrs. Stock… |
Профессор Сток ушел домой. | Prof. Stock has gone home. |
Куда ведет этот сток? | Where does this drain go? |
Должно быть, центральный сток! | There’s got to be a central drain! |
J. Включая матчи против Сток . | Record against The Wednesday included J. |
Горизонтальный сток грунтовых вод чем больше сток грунтовых вод, тем сильнее распространяется шлейф загрязнителя и | Horizontal groundwater flow the greater the groundwater flow, the greater the spread of the contaminant plume and |
Грегори Сток Апгрейд это по человечески | Gregory Stock To upgrade is human |
Сток в течение года меняется мало. | 2000.2001.2002.2003.2004.2005. |
Эмиссия РФ сток РФ, млн.т год | Russian Federation emissions sinks, mt year |
путевая дренажная система (сток и отстойник) | The choice should be the result of a thorough evaluation of all parameters. |
Внутренний сток плюс фактический внешний приток | Internal flow plus actual external inflow |
Путевая дренажная система (сток и отстойник) | Track drainage system (drainage and retaining basin) |
путевая дренажная система (сток и отстойник) | Track drainage system (drainage and retaining basin) |
Большой резервуар для воды и сток… | A big reservoir for water and the overflow… |
Да, я прочистила сток из ванны. | Yeah, I got the tub drain all cleaned out. |
Похоже на сток с верхнего этажа. | Looks like runoff from the misters upstairs. Sometimes they’ll scent the water to cover the smell of pesticide, and then the runoff just ended up down here. |
Удостоверься, чтобы всё смылось в сток. | Make sure everything flows through the grate. |
Открытый | Open |
Открытый | Public |
открытый. | Open up. |
Открытый? | Open? |
Наибольший сток в апреле, наименьший в августе. | The highest runoff is in April during snow melt, the lowest is in August. |
В этих местах собирается зимний дождевой сток. | These are the places where winter rain water is collected. |
Как работают транзисторы MOSFET | hardware
Мощные транзисторы MOSFET хорошо известны своей исключительной скоростью переключения при весьма малой мощности управления, которую нужно прикладывать к затвору. Основная причина в том, что затвор изолирован, поэтому требуется мощность только на перезаряд емкости затвор-исток, и в статическом режиме цепь затвора практически не потребляет тока. В этом отношении мощные MOSFET по своим характеристикам приближаются к «идеальному переключателю». Основные недостатки, которые не дают MOSFET стать «идеальным», это сопротивление открытого канала RDS(on), и значительная величина положительного температурного коэффициента (чем выше температура, тем выше сопротивление открытого канала). В этом апноуте обсуждаются эти и другие основные особенности высоковольтных N-канальных мощных MOSFET, и предоставляется полезная информация по выбору транзисторов и их применению (перевод статьи [1]).
Для того, чтобы было проще понять работу полевого N-канального транзистора MOSFET, его стоит сравнить с широко распространенным биполярным кремниевым транзистором структуры NPN. Электроды у биполярного транзистора называются база, коллектор, эмиттер, а у полевого транзистора затвор, сток, исток.
База выполняет те же функции, что и затвор, коллектор соответствует стоку, а эмиттер соответствует истоку.
Давайте рассмотрим простейшую схему включения транзистора NPN:
Когда входной ключ разомкнут, то через эмиттерный переход транзистора T1 ток не течет, и канал коллектор-эмиттер имеет высокое сопротивление. Говорят, что транзистор закрыт, через его канал коллектор-эмиттер ток практически не течет. Когда замыкается входной ключ, то от батарейки B1 через резистор R1 и эмиттерный переход транзистора течет открывающий ток. Когда транзистор открыт, то его сопротивление канала коллектор-эмиттер уменьшается, и почти все напряжение батареи B2 оказывается приложенным к нагрузке R3. Т. е. когда во входной цепи течет ток (через R1), то в выходной цепи тоже течет ток (через R3), но в выходной цепи ток и напряжение (т. е. действующая мощность) в несколько раз больше. Здесь как раз и проявляются усиливающие свойства транзистора — маленькая мощность на входе позволяет управлять большой мощностью на выходе.
А так будет в этой схеме работать транзистор MOSFET:
На первый взгляд все то же самое — когда на входе есть управляющая мощность, она также появляется и на выходе (обычно усиленная во много раз). В этом смысле биполярный транзистор и MOSFET-транзистор очень похожи. Но есть два самых важных различия:
• Биполярный транзистор управляется током, а полевой транзистор напряжением.
Примечание: отсюда, кстати и пошло название полевого транзистора: его канал управляется не током, а электрическим полем затвор-исток.
Это означает, что входное сопротивление биполярного транзистора мало, а входное сопротивление MOSFET-транзистора очень велико. Обратите внимание на входной ток биполярного транзистора — 0.3 мА, этот ток в основном определяется сопротивлением резистора R1. Причина проста: на входе у биполярного транзистора имеется эмиттерный переход, который по сути обыкновенный диод, смещенный в прямом направлении. Если ток через этот диод есть, то транзистор открывается, если нет, то закрывается. Открытый диод имеет малое сопротивление, и максимальное падение напряжения на нем составляет около 0.7V. Поэтому практически все напряжение B1 (если быть точным, то 3.7 — 0.7 = 3V) оказывается приложенным к резистору R1. Этот резистор играет роль ограничителя входного тока биполярного транзистора.
У полевого транзистора MOSFET в этом отношении все по-другому. Входной ток определяется главным образом сопротивлением резистора R2, поэтому входной ток очень мал. Практически все входное напряжение оказывается приложенным к R2 и к переходу затвор — исток полевого транзистора. Причина проста: затвор и исток изолированы друг от друга слоем оксида кремния, по сути это конденсатор, поэтому ток через затвор практически не течет.
По этой причине на низких частотах, когда входная емкость не шунтирует источник сигнала, полевой транзистор имеет гораздо большее усиление по мощности в сравнении с биполярным транзистором. И действительно, в нашем примере входная мощность у биполярного транзистора составляет 0.3 мА * 3.7V = 1.11 мВт, а у полевого транзистора входная мощность составит всего лишь 0.00366 мА * 3.7V = 0.0135 мВт, т. е. в 82 раза меньше! Это соотношение могло бы быть еще больше не в пользу биполярного транзистора, если увеличить сопротивление резистора R2.
• Падение напряжения на выходном канале у полевого транзистора намного меньше, чем у биполярного.
Для данного примера падение напряжения коллектор-эмиттер биполярного транзистора составит примерно 0.3V, а у полевого 0.1V и даже меньше. Обычно выходное сопротивление у полевого транзистора намного меньше, чем у биполярного.
В исходном состоянии, когда на затворе относительно истока нулевое положительное напряжение, сопротивление канала определяется количеством неосновных носителей в полупроводнике, и очень велико. Когда к затвору прикладывается положительное напряжение относительно истока, то появляется проводящий ток канал сток-исток. Поэтому MOSFET иногда называют полевым транзистором с индуцированным каналом.
[Структура мощного транзистора MOSFET]
На рис. 1 показан срез структуры N-канального транзистора MOSFET компании Advanced Power Technology (APT). (Здесь рассматриваются MOSFET только N-структуры, как самые популярные.) Положительное напряжение, приложенное от вывода истока (source) к выводу затвора (gate), заставляет электроны притянуться ближе к выводу затвора в области подложки. Если напряжение исток-затвор равно или больше определенного порогового напряжения, достаточного для накапливания нужного количества электронов для достижения инверсии слоя n-типа, то сформируется проводящий канал через подложку (говорят, что канал MOSFET расширен). Электроны могут перетекать в любом направлении через канал между стоком и истоком. Положительный (или прямой) ток стока втекает в сток, в то время как электроны перемещаются от истока к стоку. Прямой ток стока будет заблокирован, как только канал будет выключен, и предоставленное напряжение сток-исток будет прикладываться в обратном направлении к p-n переходу подложка-сток. В N-канальных MOSFET только электроны формируют проводимость, здесь нет никаких не основных носителей заряда. Скорость переключения канала ограничена только длительностью перезаряда паразитных емкостей между электродами MOSFET. Поэтому переключение может быть очень быстрым, приводя к низким потерям при переключении. Этот фактор делает мощные MOSFET такими эффективными для работы на высокой частоте переключения.
Рис. 1. Срез рабочей структуры транзистора MOSFET.
RDS(on). Основные составляющие, которые входят в сопротивление открытого канала RDS(on), включают сам канал, JFET (аккумулирующий слой), область дрейфа Rdrift, паразитные сопротивления (металлизация, соединительные провода, выводы корпуса). При напряжениях приблизительно выше 150V в сопротивлении открытого канала доминирует область дрейфа. Эффект RDS(on) относительно невелик на высоковольтных транзисторах MOSFET. Если посмотреть на рис. 2, удвоение тока канала увеличивает RDS(on) только на 6%.
Рис. 2. Зависимость RDS(on) от тока через канал.
Температура, с другой стороны, сильно влияет на RDS(on). Как можно увидеть на рис. 3, сопротивление приблизительно удваивается при возрастании температуры от 25°C до 125°C. Температурный коэффициент RDS(on) определяется наклоном кривой графика рис. 3, и он всегда положителен для большинства поставщиков транзисторов MOSFET. Большой положительный температурный коэффициент RDS(on) определяется потерями на соединении I2R, которые увеличиваются с ростом температуры.
Рис. 3. Зависимость RDS(on) от температуры.
Положительный температурный коэффициент RDS(on) очень полезен, когда нужно параллельно включать транзисторы MOSFET, поскольку это обеспечивает их температурную стабильность и равномерное распределение рассеиваемой мощности между транзисторами. Этим MOSFET выгодно отличаются от традиционных биполярных транзисторов. Но это не гарантирует, что параллельно соединенные транзисторы будут равномерно распределять между собой общий ток. Это широко распространенное заблуждение [2]. То, что действительно делает MOSFET простыми для параллельного включения — это их относительно малый разброс по параметрам между отдельными экземплярами в пределах серии, в частности по параметру RDS(on), в комбинации с более безопасными свойствами канала в контексте перегрузки по току, когда благодаря положительному температурному коэффициенту RDS(on) сопротивление канала растет при повышении температуры.
Для любого заданного размера кристалла RDS(on) также увеличивается с увеличением допустимого напряжения V(BR)DSS, как это показано на рис. 4.
Рис. 4. Зависимость нормализированного RDS(on) от V(BR)DSS.
Кривая нормализированного RDS(on) в зависимости от V(BR)DSS для Power MOS V и Power MOS 7 MOSFET показывает, что RDS(on) растет пропорционально квадрату V(BR)DSS. Эта нелинейная зависимость между RDS(on) и V(BR)DSS является побудительным стимулом для исследования технологий с целью уменьшить потери проводимости мощных транзисторов [3].
[Внутренние и паразитные элементы]
JFET. В структуре MOSFET Вы можете представить себе встроенный JFET, как это показано на рис. 1. JFET оказывает значительное влияние на RDS(on), и является частью нормального функционирования MOSFET.
Внутренний диод на подложке (Intrinsic body diode). Переход p-n между подложкой и стоком формирует внутренний диод, так называемый body diode (см. рис. 1), или паразитный диод. Обратный ток стока не может быть блокирован, потому что подложка замкнута на исток, предоставляя мощный путь для тока через body diode. Расширение канала транзистора (при положительном напряжении на затворе относительно истока) уменьшает потери на прохождение обратного тока стока, потому что электроны проходят через канал в дополнение к электронам и неосновным носителям, проходящим через body diode.
Наличие внутреннего диода на подложке удобно в схемах, для которых требуется путь для обратного тока стока (часто называемого как ток свободного хода), таких как схемах мостов. Для таких схем предлагаются транзисторы FREDFET, имеющие улучшенные восстановительные характеристики (FREDFET это просто торговое имя компании Advanced Power Technology, используемое для выделения серий MOSFET с дополнительными шагами в производстве, направленными на ускорение восстановления intrinsic body diode). В FREDFET нет отдельного диода; это тот же MOSFET intrinsic body diode. Для управления временем жизни неосновных носителей во внутреннем диоде применяется либо облучение электронами (наиболее часто используемый вариант) или легирование платиной, что значительно уменьшает заряд обратно смещенного перехода и время восстановления.
Побочный эффект от обработки FREDFET — повышенный ток утечки, особенно на высоких температурах. Однако, если учесть, что MOSFET имеет очень малый начальный ток утечки, то добавленный через FREDFET ток утечки остается допустимым до температур перехода ниже 150°C. В зависимости от дозы облучения FREDFET может иметь RDS(on) больше, чем у соответствующего MOSFET. Прямое напряжение для паразитного диода для FREDFET также немного больше. Заряд затвора и скорость переключения у MOSFET и FREDFET идентичны. Поэтому термин MOSFET здесь будет использоваться всегда для обоих типов MOSFET и FREDFET, если специально не оговорено что-то другое.
Скорость восстановления для паразитного диода у MOSFET или даже у FREDFET намного хуже в сравнении со скоростью быстрого дискретного диода. В приложениях, где жесткие рабочие условия с температурой порядка 125°C, потери на включение из-за восстановления из обратного смещения примерно в 5 раз выше, чем у быстрых дискретных диодов. НА это есть 2 причины:
1. Рабочая область паразитного диода совпадает с рабочей областью MOSFET или FREDFET, и рабочая область у дискретного диода для той же функции намного меньше, поэтому у дискретного диода намного меньше заряд восстановления.
2. Паразитный диод MOSFET или даже FREDFET не оптимизирован под обратное восстановление, как это сделано для дискретного диода.
Как и любой стандартный кремниевый диод, у паразитного диода заряд восстановления и время зависит от температуры, di/dt (скорости изменения тока), и величины тока. Прямое напряжение паразитного диода, VSD, уменьшается с ростом температуры по коэффициенту примерно 2.5 mV/°C.
Паразитный биполярный транзистор. Разделенная на слои структура MOSFET также формирует паразитный биполярный транзистор (BJT) структуры NPN, и его включение на является частью нормального функционирования. Если BJT откроется и войдет в насыщение, то это может вызвать самоблокировку, при которой MOSFET не может быть выключен кроме как через внешний разрыв цепи тока стока. Высокая мощность рассеивания (например, при возникновении сквозного тока в плече моста) при самоблокировке может вывести MOSFET из строя.
База паразитного BJT замкнута на исток, чтобы предотвратить самоблокировку, и потому что напряжение пробоя (breakdown voltage) было бы значительно уменьшено (для того же самого значения RDS(on)), если бы база была оставлена плавающей. Существует теоретическая возможность самоблокировки при очень большой скорости dv/dt в момент выключения. Однако для современных стандартных мощных транзисторов очень трудно создать схему, где будет достигнута такое высокое dv/dt.
Есть риск включения паразитного BJT, если внутренний диод проводит, и затем выключается с чрезмерно высоким изменением dv/dt. Мощная коммутация dv/dt вызывает высокую плотность неосновных носителей заряда (положительные носители, или дырки) в подложке, что может создать напряжение на подложке, достаточное для включения паразитного BJT. По этой причине в даташите указано ограничение пиковой коммутации (восстановление встроенного диода) dv/dt. Пиковая коммутация dv/dt для FREDFET выше в сравнении с MOSFET, потому что у FREDFET снижено время жизни неосновных носителей заряда.
[На что влияет температура]
Скорость переключения. Температура практически не влияет на скорость переключения и потери, потому что (паразитные) емкости мало зависят от температуры. Однако ток обратного восстановления в диоде увеличивается с температурой, так что температурные эффекты внешнего диода (это может быть дискретный диод, или внутренний диод в MOSFET или FREDFET) влияют на потери включения мощных схем.
Пороговое напряжение, или напряжение отсечки (Threshold voltage). Напряжение отсечки затвора, обозначаемое как VGS(th), является важным стандартным параметром. Оно говорит, насколько много миллиампер через сток будет течь при пороговом напряжении на затворе, когда транзистор в основном выключен, но находится на пороге включения. У напряжения отсечки есть отрицательный температурный коэффициент; это означает, что напряжение отсечки уменьшается с ростом температуры. Температурный коэффициент влияет на время задержки включения и выключения, и следовательно влияет на выбор «мертвого времени» в мостовых схемах.
Переходная характеристика (Transfer characteristic). На рис. 5 показана переходная характеристика MOSFET-транзистора APT50M75B2LL.
Рис. 5. Пример переходной характеристики MOSFET.
Переходная характеристика зависит как от температуры, так и от тока стока. На рис. 5 при токе ниже 100 A напряжение затвор-исток имеет отрицательный температурный коэффициент (при заданном токе стока уменьшается напряжение затвор-исток при повышении температуры). При токе выше 100 A температурный коэффициент становится положительным. Температурный коэффициент напряжения затвор-исток и ток стока в том месте, где коэффициент меняет знак, важен для проектирования работы схем в линейном режиме [4].
Напряжение пробоя (Breakdown voltage). Напряжение пробоя имеет положительный температурный коэффициент, этот будет обсуждаться в секции Walkthrough.
Устойчивость к перегрузке по току (Short circuit capability). Возможность противостояния коротким замыканиям не всегда встречается в даташите. Причина понятна — MOSFET стандартной мощности не подходят для устойчивой работы в режиме перегрузки по току в сравнению с IGBT или другими транзисторами, работающими с высокой плотностью тока. Само собой разумеется, что MOSFET и FREDFET (в некотором смысле) устойчивы к перегрузке по току.
[Обзор параметров даташита. Максимальные предельные значения]
Назначение даташитов, предоставляемых APT, состоит в предоставлении соответствующей информации, которая полезна и удобна для выбора подходящего устройства в конкретном приложении. Предоставляются графики, чтобы можно было экстраполировать от одного набора рабочих условий к другому. Следует отметить, что графики предоставляют типичную производительность, но не минимумы или максимумы. Производительность также зависит кое в чем от схемы; различные тестовые схемы приведут к отличающимся результатам.
VDSS, напряжение сток-исток. Это оценка максимального напряжения сток-исток не вызывая лавинного пробоя (avalanche breakdown) с затвором, замкнутым на исток при температуре 25°C. В зависимости от температуры напряжение лавинного пробоя могло бы быть фактически меньше, чем параметр VDSS. См. описание V(BR)DSS в разделе «Статические электрические характеристики».
VGS, напряжение затвор-исток. Это предельное напряжение между выводами затвора и истока. Назначение этого параметра — предотвратить повреждение изолирующего оксидного слоя затвора (например, от статического электричества). Фактическая устойчивость оксидной пленки затвора намного выше, чем заявленный параметр VGS, но он варьируется в зависимости от производственных процессов, так что если укладываться в предел VGS, то это гарантирует надежную работу приложения.
ID, непрерывный ток стока. ID определяет максимальный уровень продолжающегося постоянного тока, когда транзистор выходит из строя при максимальной температуре перехода TJ(max), для случая 25°C, и иногда для более высокой температуры. Он основан на термосопротивлении между корпусом и переходом RӨJC, и для случая температуры TC может быть вычислен по формуле:
Это выражение просто говорит о том, какая максимальная мощность может рассеиваться
при максимальной генерируемой теплоте из-за потерь в соединении I2D X RDS(on)@TJ(max), где RDS(on)@TJ (max) сопротивление открытого канала при максимальной температуре перехода. Отсюда можно вывести ID:
Обратите внимание, что в ID не входят никакие потери на переключение, и случай с температурой 25°C на практике встречается редко. По этой причине в приложениях, где MOSFET часто переключается, фактический коммутируемый ток обычно меньше половины ID @ TC = 25°C; обычно между 1/4 до 1/3.
Зависимость ID от TC. Этот график просто отражает формулу 2 для диапазона температур. Здесь также не учтены потери на переключение. На рис. 6 приведен пример такого графика. Обратите внимание, что в некоторых случаях выводы корпуса транзистора ограничивают максимально допустимый продолжительный ток (переключаемый ток может быть больше): 100 A для корпусов TO-247 и TO-264, 75 A для TO-220 и 220 A для SOT-227.
Рис. 6. Максимальный ток стока в зависимости от температуры.
IDM, импульсный ток стока. Этот параметр показывает, какой импульс тока может выдержать устройство. Этот ток может значительно превышать максимально допустимый постоянный ток. Назначение этого параметра IDM состоит в том, чтобы удержать рабочий омический регион в пределе выходных характеристик. Посмотрите на рис. 7:
Рис. 7. Выходная характеристика MOSFET.
На этом графике есть максимальный ток стока для соответствующего напряжения затвор-исток, когда транзистор MOSFET открыт. Если рабочая точка при данном напряжении затвор-исток переходит выше омического региона «колена» рис. 7, то любое дальнейшее увеличение тока через сток приведет к значительному увеличению напряжения сток-исток (транзистор переходит из режима насыщения в линейный режим) и последующей потере проводимости. Если мощность рассеивания станет слишком велика, и это будет продолжаться довольно долго, то устройство может выйти из строя. Параметр IDM нужен для того, чтобы установить рабочую точку ниже «колена» для типичных применений транзистора в ключевом режиме.
Нужно ограничить плотность тока, чтобы предотвратить опасный нагрев, что иначе может привести к необратимому перегоранию MOSFET.
Чтобы избежать проблем с превышением тока через соединительные провода иногда применяют плавкие предохранители. В случае перегрузки по току выгорят именно они вместо транзистора.
Относительно температурных ограничений на IDM, рост температуры зависит от длительности импульса тока, интервала времени между импульсами, интенсивности рассеивания тепла, сопротивления открытого канала RDS(on), а также и от формы и амплитуды импульса тока. Если просто удержаться в пределах IDM, то это еще не означает, что температура перехода не будет превышена. См. обсуждение переходного теплового сопротивления в разделе «Температурные и механические характеристики», чтобы узнать способ оценки температуры перехода во время импульса тока.
PD, общая мощность рассеивания. Этот параметр определяет максимальную мощность, которую может рассеивать устройство, и он основан на максимально допустимой температуре перехода и термосопротивлении RӨJC для случая температуры 25°C.
Линейный коэффициент снижения мощности это просто инверсия RӨJC.
TJ, TSTG: рабочий и складской диапазон температур перехода. Этот параметр ограничивает допустимую температуру кристалла устройства во время работы и во время хранения. Установленные пределы гарантируют, что будут соблюдены гарантийные эксплуатационные сроки устройства. Работа в пределах этого диапазона может значительно увеличить срок службы.
EAS, лавинная энергия одиночного импульса. Если импульс напряжения (возникающий обычно из-за утечки и случайной индуктивности) не превышает напряжение пробоя, то не будет лавинного пробоя устройства, так что нет необходимости рассеивать энергию пробоя. Параметр максимальной лавинной энергии оценивает устройство в плане рассеивания мощности режима лавинного пробоя при переходных процессах с повышенным напряжением.
Все устройства, которые оценены по лавинной энергии, имеют параметр EAS. Лавинная энергия связана с параметром разблокированного индуктивного переключения (unclamped inductive switching, UIS). EAS показывает, сколько лавинной энергии устройство может поглотить. Условия для схемы тестирования Вы можете найти в документации по ссылкам, и EAS вычисляется по формуле:
Здесь L величина индуктивности, из которой поступает импульс тока iD, случайно поступающий в на закрытый переход транзистора через сток при тесте. Индуцируемое напряжение превышает напряжение пробоя MOSFET, что вызывает лавинный пробой. Лавинный пробой позволяет импульсу тока от индуктивности течь через MOSFET, даже если он закрыт. Энергия, запасенная в индуктивности, аналогична энергии, сохраненной в утечке и/или случайной индуктивности, и она должна быть рассеяна в MOSFET.
Когда транзисторы MOSFET соединены параллельно, это совершенно не означает, что у них одинаковое напряжение пробоя. Обычно пробьется только один транзистор, и только на него поступит вся энергия тока лавинного пробоя.
EAR, повторная лавинная энергия. Этот параметр стал «промышленным стандартом», но он не имеет смысла без информации о частоте, других потерях и эффективности охлаждения. Рассеивание тепла (охлаждение) часто ограничивает значение повторной рассеиваемой энергии. Также трудно предсказать, сколько энергии находится в лавинном событии. То, о чем говорит EAR в действительности, означает, что устройство может выдерживать повторяющиеся лавинные пробои без какого-либо ограничения по частоте, если устройство не перегрето, что в принципе верно для любого устройства, которое может испытать лавинный пробой. Во время анализа проекта хорошей практикой является измерение температуры устройства или его радиатора во время работы — чтобы увидеть, что MOSFET не перегрет, особенно если возможны условия лавинного пробоя.
IAR, ток лавинного пробоя. Для некоторых устройств, которые могут выйти из строя во время лавинного пробоя, этот параметр дает лимит на максимальный ток пробоя. Так что это как бы «точный отпечаток» спецификаций лавинной энергии, показывающий реальные возможности устройства.
[Статические электрические характеристики]
V(BR)DSS, Drain-source breakdown voltage, напряжение пробоя сток-исток. Параметр V(BR)DSS (иногда его называют BVDSS) определяет максимальное напряжение сток-исток, при котором через канал сток-исток будет течь ток не больше допустимого при заданной температуре и нулевом напряжении между затвором и истоком. Фактически этот параметр соответствует напряжению лавинного пробоя канала сток-исток закрытого транзистора.
Как показано на рис. 8, у параметра V(BR)DSS есть положительный температурный коэффициент. Таким образом, MOSFET может выдержать больше напряжение, если он нагрет, по сравнению с холодным состоянием. Фактически в охлажденном состоянии V(BR)DSS будет меньше, чем предельно допустимое напряжение сток-исток VDSS, указанное для температуры 25°C. В примере, показанном на рис. 8 при -50°C, напряжение V(BR)DSS будет составлять 90% от максимально допустимого VDSS, указанного для температуры 25°C.
Рис. 8. Нормализованная зависимость напряжения пробоя от температуры.
VGS(th), Gate threshold voltage, напряжение отсечки затвора. Это пороговое напряжение затвор-исток, при превышении которого транзистор начнет открываться. Т. е. при напряжении на затворе выше VGS(th) транзистор MOSFET начинает проводить ток через канал сток-исток. Для параметра VGS(th) также указываются условия проверки (ток стока, напряжение сток-исток и температура кристалла). Все транзисторы MOSFET допускают некоторый разброс порогового напряжения отсечки затвора от устройства к устройству, что вполне нормально. Таким образом, для VGS(th) указывается диапазон (минимум и максимум), в который должны попасть все устройства указанного типа. Как уже обсуждалось ранее в разделе «На что влияет температура», VGS(th) имеет отрицательный температурный коэффициент. Это значит, что с увеличением нагрева MOSFET откроется при более низком напряжении затвор-исток.
RDS(on), ON resistance, сопротивление в открытом состоянии. Этот параметр определяет сопротивление открытого канала сток-исток при указанном токе (обычно половина от тока ID), напряжении затвор-исток (обычно 10V) и температуре 25°C, если не указано что-либо другое.
IDSS, Zero gate voltage drain current, ток утечки канала. Это ток, который может течь через закрытый канал сток-исток, когда напряжение на затвор-исток равно нулю. Поскольку ток утечки увеличивается с температурой, то IDSS указывается для комнатной температуры и для нагретого состояния. Потери мощности из-за тока утечки IDSS через канал сток-исток обычно незначительны.
IGSS, Gate-source leakage current, ток утечки затвора. Это ток, который может через затвор при указанном напряжении затвор-исток.
[Динамические характеристики]
Рис. 9 показывает месторасположения внутренних емкостей транзистора MOSFET. Величина этих емкостей определяется структурой MOSFET, используемыми материалами и приложенными напряжениями. Эти емкости не зависят от температуры, так что температура не влияет на скорость переключения MOSFET (за исключением незначительного эффекта, связанного с пороговым напряжением, которое зависит от температуры).
Рис. 9. Паразитные емкости транзистора MOSFET в структуре кристалла.
Емкости Cgs и Cgd меняются в зависимости от приложенного к ним напряжений, потому что они затрагивают обедненные слои в устройстве [8]. Однако на Cgs намного меньше меняется напряжение в сравнении с Cgd, так что емкость Cgs изменяется меньше. Изменение Cgd при изменении напряжения сток-затвор может быть больше, потому что напряжение может меняться в 100 раз или больше.
На рис. 10 показаны внутренние емкости MOSFET с точки зрения схемотехники. Емкости затвор-сток и затвор-исток могут повлиять на схему управления, и вызвать нежелательные эффекты при быстрых переключениях в мостовых схемах.
Рис. 10. Паразитные емкости транзистора MOSFET в рабочей схеме.
Если кратко, то чем меньше Cgd, тем будет меньше влияние на схему управления при перепаде напряжения при включении транзистора. Также емкости Cgs и Cgd формируют емкостный делитель напряжения, и при большом соотношении Cgs к Cgd желательно защитить схему управления от паразитных помех от перепадов напряжения, возникающих при переключении. Это соотношение, умноженное на пороговое напряжение, определяет качество защиты схемы управления от переключений в выходной цепи, и силовые транзисторы MOSFET компании APT лидируют в индустрии по этому показателю.
Ciss, Input capacitance, входная емкость. Это емкости, измеренная между выводами затвора истока, когда по переменному напряжению сток замкнут на исток. Ciss состоит из параллельно соединенных емкостей Cgd (емкость затвор-сток) и Cgs (емкость затвор-исток):
Входная емкость должна быть заряжена до порогового напряжения перед тем, как транзистор начнет открываться, и разряжена до напряжения общего провода перед тем, как транзистор выключится. Таким образом, сопротивление управляющей схемы и емкость Ciss образуют интегрирующую цепь, которая напрямую влияет на задержки включения и выключения.
Coss — Output capacitance, выходная емкость. Это емкость, измеренная между стоком и истоком, когда затвор замкнут по переменному току на сток. Coss состоит из параллельно соединенных емкостей Cds (емкость сток-исток) и Cgd (емкость затвор-сток):
Для приложений с мягким переключением параметр Coss важен, потому что влияет на резонанс схемы.
Crss, Reverse transfer capacitance, обратная переходная емкость. Это емкость, измеренная между стоком и затвором, когда исток соединен с землей. Обратная переходная емкость эквивалентна емкости затвор-сток.
Обратная переходная емкость часто упоминается как емкость Миллера. Это один из главных параметров, влияющих на время нарастания и спада напряжения во время переключения. Он также влияет на эффекты времени задержки выключения.
На рис. 11 показан пример зависимости типичных значений емкости от напряжения сток-исток.
Рис. 11. Зависимость емкости от напряжения.
Емкости уменьшаются при увеличении напряжения сток-исток, особенно это влияет на выходную и обратную переходную емкости.
Qgs, Qgd и Qg, Gate charge, заряд затвора. Значения заряда отражают заряд, сохраненный на внутренних емкостях, описанных ранее. Заряд затвора используется для разработки схемы управления, поскольку нужно учитывать изменения емкости при изменении напряжения на переходах переключения [9, 10].
На рис. 12 показано, что Qgs заряжается от начала координат до первого перегиба и далее заряжается до второго перегиба кривой (этот заряд известен как заряд Миллера), и Qg является зарядом от начала координат до точки, где VGS равно указанному управляющему напряжению затвора.
Рис. 12. VGS как функция заряда затвора.
Заряд затвора незначительно изменяется с током стока и напряжением сток-исток, но не зависит от температуры. Для этого параметра указываются условия тестирования. График заряда затвора, обычно приведенный в даташите, показывает кривые заряда затвора для фиксированного тока стока и различных напряжений сток-исток. Напряжение горизонтального участка VGS(pl), «плато», показанное на рис. 12, незначительно увеличивается с ростом тока (и соответственно уменьшается при снижении тока). Напряжение также имеет прямо пропорциональную зависимость от порогового напряжения, так что изменения порогового напряжения коррелирует и изменением напряжения плато.
[Резистивные параметры времени переключения (данные resistive switching)]
Эти параметры имеются в даташите по чисто историческим причинам.
td(on), Turn-on delay time, время задержки включения. Это время от момента, когда напряжение затвор-исток на 10% превысит напряжение отсечки затвора до момента времени, когда ток стока вырастет больше 10% от указанного выходного тока. Это показывает задержку начала поступления тока в нагрузку.
td(off), Turn-off delay Time, время задержки выключения. Это время от момента, когда напряжение затвор-исток упадет ниже 90% напряжения отсечки затвора до момента, когда ток стока упадет ниже 90% от указанного выходного тока. Это показывает задержку отключения тока в нагрузке.
tr, Rise time, время нарастания. Это время, за которое ток стока вырастет от 10% до 90% (значение тока указывается).
tf, Fall time, время спада. Это время, за которое ток стока спадет от 90% до 10% (значение тока указывается).
[Энергии переключения в индуктивностях]
Из-за того, что данные resistive switching трудно использовать для предсказания потерь на переключение в реальных рабочих условиях мощных преобразователей, компания Advanced Power Technology включает во многие даташиты транзисторов MOSFET и FREDFET данные энергии переключения в индуктивностях. Это предоставляет разработчику ключевых блоков питания удобный способ сравнения быстродействия транзисторов MOSFET или FREDFET с другими транзисторами, даже если они выполнены по другой технологии наподобие IGBT. Поэтому можно использовать для разработки самый подходящий по качеству мощный транзистор.
На рис. 13 показана схема тестирования переключения транзистора с учетом потерь в индуктивностях. Это импульсный тест, где применяется очень короткий по длительности цикл открытого состояния транзистора, так что энергия, запасенная в индуктивности, успеет рассеяться намного раньше поступления последующих импульсов, и саморазогрев можно не учитывать. Температура транзистора и фиксирующего диода во время теста регулируется принудительно от внешнего термостата.
Рис. 13. Схема тестирования потерь на индуктивности.
В таблице динамических характеристик указываются следующие условия тестирования: VDD на рис. 13, ток теста, напряжение управления для затвора, сопротивление затвора и температура кристалла. Обратите внимание, то сопротивление затвора может включать сопротивление выхода микросхемы драйвера. Поскольку время переключения и энергии меняются с температурой (главным образом из-за диода в тестовой схеме), то данные предоставляются как для комнатной температуры, так и для разогретого состояния диода и тестируемого транзистора. Также предоставляется график зависимости между временем переключения и энергиями тока стока, и сопротивлением затвора. Определения времени задержки (включения) и времени нарастания и спада тока совпадают с аналогичными временами для данных resistive switching.
Фактические формы сигнала при переключениях используются в даташите для определения различных измеренных параметров. Рис. 14 показывает форму сигнала включения и определения, связанные с ним. Энергия переключения может быть масштабирована напрямую для изменений между напряжением в приложении и энергией при тестовом напряжении, указанном в даташите. Так что, к примеру, если тесты в даташите были проведены при напряжении 330V, и в приложении применяется напряжение 400, то для масштабирования нужно просто умножить энергию переключения из даташита на коэффициент 400/330.
Рис. 14. Формы сигналов включения и соответствующие определения.
Времена переключения и энергии очень зависят от других компонентов и случайных (паразитных) индуктивностей в схеме. Диод сильно влияет на энергию включения. Паразитная индуктивность, включенная последовательно с истоком, является частью пути возвратного управляющего тока, и поэтому значительно влияет на времена переключения и энергии. Таким образом, время переключения и значения энергии, представленные в даташите, могут отличаться от того, что наблюдается в реальном приложении силового узла блока питания или ключа управления мотором.
Eon, Turn-on switching energy with diode, энергия включения с диодом. Это зафиксированная индуктивная энергия включения, которая включает индуктивный коммутирующий реверсивный ток восстановления диода в тестируемом транзисторе, и она учитывает потери при включении. Обратите внимание, что транзисторы FREDFET в схемах мостов получают жесткие условия переключения, где паразитный диод сложно коммутируется, и энергия включения примерно в 5 раз выше, чем если бы использовался дискретный диод с быстрым восстановлением, наподобие того как показано в схеме рис. 13.
Энергия включения является интегралом результата от тока стока и напряжения сток-исток на интервале от момента, когда ток стока вырастет больше 5% или 10% от тестового тока, то момента, когда напряжение спадет ниже 5% от тестового напряжения, как это показано на рис. 14.
Eoff, Turn-off switching energy, энергия выключения. Это параметр, характеризующий фиксацию потерь на индуктивности при выключении. На рис. 13 показана схема тестирования, и рис. 15 показывает форму сигнала и определения. Eoff является интегралом результата от тока стока и напряжением сток-исток на интервале времени от момента, когда напряжение затвор-исток упадет ниже 90% до момента, когда ток стока станет нулевым. Это соответствует измерениям энергии выключения по JEDEC-стандарту 24-1.
Рис. 15. Формы сигналов выключения и соответствующие определения.
[Температурные и механические характеристики]
RƟJC, Junction to case thermal resistance, тепловое сопротивления между подложкой и корпусом. Этот параметр характеризует эффективность передачи тепла от кристалла к внешнему корпусу транзистора. Выделяющееся тепло является результатом потерь мощности в самом транзисторе. Обратите внимание, что тесты компании APT показывают температуры пластмассы, совпадающую с металлической частью корпуса дискретного компонента.
Максимальное значение RƟJC включает допуск, учитывающий погрешности изменения для обычного процесса производства. Из-за улучшений производственного процесса в индустрии есть тенденция сокращения разницы между максимальным значением RƟJC и его реальным значением.
ZƟJC, Junction to case transient thermal impedance, переходной термический импеданс между подложкой и корпусом. Этот параметр учитывает теплоемкость устройства, так что он может использоваться для оценки мгновенных температур из-за потерь мощности.
В условиях проведения теста на термоимпеданс на тестируемый транзистор прикладываются импульсы мощности различной длительности, и при этом ждут спада температуры между каждым импульсом. Это дает измерение переходного термосопротивления для «одиночного импульса». Из этого строится модель резистор-емкость (RC) по кривой изменения температуры. Рис. 16 показывает такую RC-модель переходного термосопротивления. Некоторые даташиты могут показывать конденсаторы и резисторы, включенные параллельно, но это будет ошибкой. Конденсаторы «заземлены», как это показано на рис 16, и значения компонента остаются такими же. Нет никакого физического значения для промежуточных узлов в модели. Разное количество пар резистор-конденсатор используется просто для того, чтобы создать хорошую подгонку к фактическим измененным данным термосопротивления.
Рис. 16. RC-модель переходного термосопротивления.
Чтобы симулировать возрастание температуры с помощью RC-модели, Вы прикладываете источник тока с магнитудой, соответствующей рассеиваемой мощности в MOSFET. Таким образом, Вы можете использовать систему PSPICE или другой программный симулятор электронных схем, чтобы применить ввод произвольных потерь мощности. Из этого Вы можете оценить повышение температуры участка подложка-корпус как напряжение на ступеньках лестницы, установив ZEXT в ноль, как это показано на рис. 16. Вы можете расширить модель, чтобы включить теплоотвод, добавив дополнительные конденсаторы и/или резисторы.
Переходное термосопротивление в виде семейства кривых, опубликованное в даташите, это просто симуляция прямоугольного импульса, основанная на RC-модели термосопротивления. Рис. 17 показывает пример. Вы можете использовать семейство кривых для оценки пикового нарастания температуры для прямоугольных импульсов мощности, которые являются обычными в источниках питания. Однако из за того, что минимальная длительность импульса 10 мкс, график имеет значение только для частот ниже 100 кГц. На более высоких частотах Вы будете просто использовать термосопротивление RƟJC.
Рис. 17. Семейство кривых термосопротивления.
[Пример анализа даташита]
Предположим, что в реальном приложении ключевого блока питания Вы хотите применить жесткое переключение тока 15A на частоте 200 кГц при напряжении 400V, при средней скважности 35%. Напряжение управления затвора 15V, и сопротивление цепи управления затвора составляет 15Ω для включения и 5Ω для выключения. Также предположим, что Вы хотите позволить максимальную температуру перехода 112°C, с удержанием температуры корпуса транзистора 75°C. С транзистором, рассчитанным на 500V, есть запас только в 100V между напряжением в приложении и VDSS. С учетом скачков напряжения на шине питания 400V узкий запас по напряжению все равно достаточен, потому что у транзистора MOSFET есть эффект лавинного пробоя, который дает «безопасную цепь». Это конфигурация с продолжительной проводимостью, так что быстро восстанавливающийся диод FREDFET не нужен, MOSFET будет работать достаточно хорошо. Такой транзистор Вам следует выбрать?
Поскольку это приложение с довольно высокой частотой переключения, то лучшим выбором будет серия Power MOS 7. Посмотрим на транзистор APT50M75B2LL. Его расчетный ток 57A, что больше чем в 3 раза переключаемого тока — хорошая стартовая точка, учитывая высокую частоту и жесткое переключение. Давайте оценим потери проводимости, потери переключения, и посмотрим, будет ли тепло рассеиваться достаточно быстро. Общая мощность, которую можно рассеять:
При 112°C сопротивление RDS(on) примерно в 1.8 раз больше, чем при комнатной температуре (см. рис. 3). Так что потери на проводимость составят:
Pconduction = (1.8*0.075Ω * 15A) * 15A = 30.4 Вт
Для оценки потерь на включение мы можем посмотреть на график зависимости потерь переключения от тока при температуре 125°C, показанный на рис. 18. Даже при том, что наше приложение требует максимальную температуру перехода 112°C, этот график будет достаточно точен, потому что энергия переключения MOSFET не чувствительна к температуре, за исключением изменений температуры, связанных с диодом в схеме. Поэтому не будет больших изменений при переходе от 112°C к 125°C. В любом случае, наша оценка будет консервативной.
Рис. 18. Индуктивные потери переключения.
По рис. 18 на токе 15A значение Eon будет около 300 μJ, и Eoff около 100 μJ. Значения были измерены при 330V, а в нашем приложении на шине питания 400V. Так что мы можем просто сделать масштабирование энергий переключения по напряжению:
Данные на рис. 18 были также измерены при сопротивлении затвора 5Ω, и мы будем использовать 15Ω при включении. Поэтому мы можем использовать график зависимости энергии переключения от данных сопротивления затвора, показанный на рис. 19, чтобы снова сделать масштабирование энергии.
Рис. 19. Зависимость энергии переключения от сопротивления затвора.
Даже при том, что тестовый ток на рис. 19 больше, чем в нашем приложении, разумно учесть соотношение в изменении энергии переключения между рис. 19 и нашим случаем. От 5Ω до 15Ω значение Eon поменяется с коэффициентом около 1.2 (1500μJ / 1250μJ, см. рис. 19). Применим это с данным, скорректированным по напряжению, которые мы видим на рис. 18, и получим Eon = 1.2*364μJ = 437μJ.
Потери на переключение составят:
Pswitch = fswitch — ( Eon + Eoff) = 200kHz — (437μJ +121μJ) = 112 Вт
Pconduction + Pswitch = 142.4 Вт, что дает возможность сохранить температуру перехода ниже 112°C в случае корпуса, охлажденного до 75°C. Так что APT50M70B2LL будет удовлетворять требованиям этого примера применения. Такая же техника может использоваться для менее мощных транзисторов MOSFET. На практике потери часто больше всего бывают на переключении. Чтобы поместить транзистор на радиатор и поддерживать температуру корпуса 75°C вероятно потребуется керамическая прокладка (для электрической изоляции) между корпусом и теплоемким радиатором. Преимущество MOSFET состоит в том, что могут применяться демпферы и/или техники резонанса для уменьшения потерь на переключение, причем с транзисторами MOSFET не нужно беспокоиться о влиянии на переключение эффектов зависимости от напряжения или температуры.
[UPD160207. Figure-of-merit]
Для оценки транзисторов FET применяют так называемый показатель качества, Figure of merit (FOM) [11]. Он учитывает одновременно потери на включенном транзисторе и потери на переключение. Обычно FOM вычисляется как произведение сопротивления канала сток-исток открытого транзистора R(DS)ON на заряд затвора QG. QG это заряд, который надо поместить на затвор транзистора MOSFET, чтобы он полностью открылся. С точки зрения рационального дизайна трудно одновременно снизить оба параметра, так что они хороши для оценки качества разработки ключа на полевом транзисторе.
Конечно, сравнение имеет смысл делать только в неком стандартном наборе условий. Это означает, что не только напряжение между затвором и истоком VGS поставляет заряд, также и напряжение сток-исток VDS влияет на сопротивление R(DS). (Это означает, что не просто канал полностью открыт, а то, что сопротивление R(DS) изменяется вверх и вниз.) Усложненный анализ учитывает, что R(DS)ON немного меняется с током стока, так что при сравнении переключающихся транзисторов рабочий ток стока ID также должен быть определен.
Иногда Вы увидите незначительно отличающийся показатель качества FOM: FOMSW, который будет произведением от which R(DS)ON и Q. Он характеризует заряд переключения, который немного меньше QG.
[Ссылки]
1. Power MOSFET tutorial site:eetimes.com.
2. R. Severns, E. Oxner; «Parallel Operation of Power MOSFETs», technical article TA 84-5, Siliconix Inc.
3. J. Dodge; «Latest Technology PT IGBTs vs. Power MOSFETs», application note, Advanced Power Technology.
4. R. Frey, D. Grafham — APT, T. Mackewicz — TDIDynaload; «New 500V Linear MOSFETs for a 120 kW Active Load», application note APT0002, Advanced Power Technology.
5. Реле и транзисторы: как они работают в качестве электронных переключателей.
6. JFET site:wikipedia.org.
7. Bipolar junction transistor site:wikipedia.org.
8. N. Mohan, T. Undeland, W. Robbins; «Power Electronics » Converters Applications, and Design», text book published by Wiley.
9. K. Dierberger, «Gate Drive Design for Large Die MOSFETs», application note APT9302, Advanced Power Technology.
10. R. McArthur, «Making Use of Gate Charge Information in MOSFET and IGBT Datasheets», application note APT0103, Advanced Power Technology.
11. Оценка качества транзисторов MOSFET.
Подробное STM32 GPIO выход двухтактный и открытый сток рот
После того, как два диода защиты линии контактного GPIO, течет вверх конфигурации «режим ввода», течет вниз к конфигурации «Режим вывода». Посмотрите на блоке Режим вывода, через P-MOS и схемы N-МОП, состоящей из блока трубопроводов. Эта структура позволяет GPIO, имеющие модели «открытого сток» «двухтактный выход» и.
Так называемый режим двухтактного, основываясь на рабочем режиме два МОП-транзисторов имени. Это высоко в этой конфигурации, после обратного, верхний провод щий Р-МОП, N-МОП-вниз закрыт, внешний выход высокой, и, когда низкий уровень вводится в этой конфигурации, после обратного, N-МОП трубка включена, Р-МОП закрыт, внешние выходной низкая. Когда штифт высокие и низкие выключатели, два попеременно проводящие трубки, Р, ответственные за тонет трубку, N несет ответственность за потянув трубки тока, скорость и ее несущую способность по сравнению с обычным способом значительно улучшить переключение. Двухтактный выходной низкий уровень составляет 0 вольт, 3,3 вольт для высокого уровня, с конкретной ссылкой на фиги. 8-2, который является эквивалентной схемой режима двухтактного.
И когда режим вывода с открытым стоком, в верхней части трубки Р-МОП не работает. Если мы контролируем выход 0, низкий уровень, Р-МОП-труба закрыта, N-МОП включается, выход на землю, если управляющий выход 1 (он не может непосредственно выдавать высокий уровень), трубка Р-МОП и N-МОП трубки закрыты, выходной контакт не является ни высоко, ни низкий выход, состояние высокого импеданса. Является ли должен быть использован нормальный внешний нагрузочный резистор, со ссылкой на эквивалентной схеме на фиг. 8-3. Она имеет «линию» функцию, то есть, если много режиме с открытым стоком пальца соединены друг с другом только тогда, когда все штифты высокое состояние импеданса на высоком уровне только нагрузочный резистор, это высокое электрическое уровень напряжения внешнего нагрузочного резистора, подключенного к источнику напряжения. Если один контактный низкая, это эквивалентно наземная линия короткого замыкания, так что вся линия является низкими, 0 вольт.
Режим Двухтактного обычно использует в выходном уровне 0 и 3,3 вольта и требует высокой скорость переключения состояния корпуса выключателя. применение STM32, в дополнение к этому случаю должен быть режим с открытым стоком, мы привыкли использовать режим вывода двухтактный.
开漏输出一般应用在I2C、SMBUS通讯等需要“线与”功能的总线电路中。除此之外，还用在电平不匹配的场合，如需要输出5伏的高电平，就可以在外部接一个上拉电阻，上拉电源为5伏，并且把GPIO设置为开漏模式，当输出高阻态时，由上拉电阻和电源向外输出5伏的电平，具体见图 8‑4。
Что такое открытый сток на полевом транзисторе и как он используется?
Если вы работаете с интегральной схемой (ИС), и в техническом описании упоминается открытый сток или открытый коллектор, это означает, что на выходном контакте имеется сток тока. Для тех, кто не знаком с терминологией, «сток тока» означает, что ток течет в вывод (или узел и т. Д.), А не из вывода. (Понять? Из кухонной мойки сливается вода. В этом случае мойка , текущая , отводит ток.Противоположность приемнику тока — это «источник тока», когда вывод управляет выходным током и, следовательно, подает ток на все, что подключено к этому выводу. (Продолжая аналогию с кухней, источником тока будет водопроводный кран.)
Напомним, что транзистор — это, по сути, переключатель ВКЛ / ВЫКЛ, встроенный в кремний. То, что контролирует поведение транзистора при переключении, — это база. (, рис. 1. ) Если выход IC проходит в базу, он включает ток через транзистор (т.е.е., транзисторный ключ находится в положении «ВКЛ.»). Если нет потока или слишком маленький поток через выход IC для управления транзистором, то нет тока, протекающего через транзистор (т. е. транзисторный ключ находится в положении «ВЫКЛ.»). Таким образом, транзисторы управляют протеканием тока и управляющими потенциалами напряжения в цепи, состоящей из сотен и миллиардов транзисторов, в зависимости от ИС.
Рис. 1. Открытый сток означает то же, что и открытый коллектор, за исключением типа устройства (полевой транзистор или биполярный транзистор или биполярный транзистор).Термин «открытый сток» означает, что сток есть, но на полевом транзисторе, например, на полевом МОП-транзисторе. (MOSFET похож на транзистор, который может работать с более высокими напряжениями, но работает примерно так же.)
Термин «открытый коллектор» относится к потребителю тока на транзисторном выходе. Если транзистор NPN не подключен или открыт, но подключен к внешнему выводу, это открытый коллектор. Транзистор переключается на землю, когда он активен, таким образом «втягивая» ток (т. Е. Подключается к земле, и, таким образом, ток шунтируется на землю для «рециркуляции» в плоскости заземления).И источник тока, и приемник тока имеют ток, текущий, но в разных направлениях.
В обоих случаях основной смысл термина «открытый сток или коллектор» состоит в том, что часть выходного транзистора напрямую подключена к выводу, который является внешним по отношению к корпусу ИС.
Устройства с открытым коллектором и отводом потребляют ток, когда они переведены в одно состояние, и не имеют тока (т. Е. Выводят состояние с высоким импедансом) в другом состоянии. Довольно часто используются открытые стоки (открытые коллекторы) вместе с подтягивающим резистором.Подтягивающий резистор подключен к высокому уровню (напряжение питания) на одном конце и подключен к одному или нескольким внешним контактам устройств с открытым стоком / коллектором, соединенных вместе. Таким образом, если какое-либо из устройств с открытым стоком (с открытым коллектором) настроено на прием тока, ток для всех устройств будет опускаться на землю, поскольку все они подключены в одной точке.
, который удерживает сигнальную линию на высоком уровне до тех пор, пока устройство на проводе не потребляет достаточно тока, чтобы подтянуть линию к низкому уровню. К сигнальному проводу можно подключить многие устройства.Если все устройства, подключенные к проводу, находятся в неактивном состоянии, подтягивание будет удерживать провод под высоким напряжением. Если одно или несколько устройств находятся в активном состоянии, напряжение сигнального провода будет низким. Обычно в схеме есть резистор между ней и цепью до 5В (подтягивающий резистор). Подтягивающие резисторы используются так, что, когда полевой транзистор (транзистор) находится в положении «ВЫКЛ», провод будет плавать до высокого напряжения, которое обычно является напряжением питания для схемы.
Сравнение выхода с открытым стокоми двухтактного выхода
В микроконтроллерахиспользуются контакты для взаимодействия с внешним миром.В общем, контакты — это физические точки на корпусе интегральной схемы (IC) , где может быть выполнено соединение с печатной платой. За каждым выводом (внутри ИС) есть специальная схема, используемая для его управления. Эта схема (обычно называемая контактной площадкой) может быть настроена так, чтобы контакт мог взаимодействовать с различными типами цифровых и аналоговых схем. Выбор правильной конфигурации контактов — важная часть проектирования встраиваемой системы. В этой статье мы рассмотрим наиболее распространенные типы конфигураций вывода и их приложения.
Чтобы объяснить особенности каждой конфигурации выхода, мы должны сначала ввести следующие термины:
Вывод с высоким импедансом (High-Z, Hi-Z) -A вывод, который характеризуется высоким импедансом, который эффективно устраняет его влияние на электрическую цепь, к которой он подключен. Он не приводится в движение и является «плавающим», если другое внешнее устройство или схема (подтягивающая / понижающая) не управляет им.
Плавающий вывод — Вывод является «плавающим», если он не подключен, а также не управляется схемой внутри интегральной схемы.Его уровень напряжения не определен и непредсказуем. Вывод с высоким импедансом, который не приводится в действие цепью повышения или понижения, называется плавающим.
Подтягивающие и понижающие резисторы — Эти резисторы используются для установки определенного уровня (логический 0 или логическая 1) на плавающем выводе. Подтягивающий резистор подключен к источнику питания, поэтому он может подтянуть плавающий вывод до высокого логического уровня. Понижающий резистор соединяет плавающий вывод с землей (логический 0).
Push-Pull
Push-Pull — наиболее распространенная конфигурация выхода.Как следует из названия, двухтактный выход может управлять двумя уровнями выходного сигнала. Один из них притягивает к земле (притягивает / принимает ток от нагрузки), а другой — подталкивает к напряжению источника питания (подталкивает / истекает ток к нагрузке). Двухтактный выход может быть реализован с помощью пары переключателей. Практическая реализация в интегральной схеме предполагает использование транзисторов.
На рис. 1 мы можем увидеть реализацию двухтактного выхода с использованием PMOS и транзистора NMOS. На левой стороне показана операция во время фазы выталкивания , а на правой стороне — операция во время фазы вытягивания .
Рис. 1 Упрощенная схема двухтактного выхода- Нажимная фаза — Когда внутренний сигнал, подключенный к затворам транзисторов (см. Рисунок выше), установлен на низкий логический уровень (логический 0), Транзистор PMOS активируется, и ток течет через него от VDD к выходному выводу. Транзистор NMOS неактивен (открыт) и не проводит ток.
- Pull phase — Когда внутренний сигнал, подключенный к затворам транзисторов, установлен на высокий логический уровень (логическая 1), транзистор NMOS активируется (закрывается), и ток начинает течь через него от выходного контакта к GND.В то же время транзистор PMOS неактивен (открыт) и не проводит ток.
Этот тип выхода не позволяет соединять несколько устройств вместе в конфигурации шины, например выход с открытым стоком. Двухтактная конфигурация чаще всего используется в интерфейсах с однонаправленными линиями (передача по линии осуществляется только в одном направлении — SPI, UART и т. Д.).
Поскольку двухтактные выходы постоянно управляются (высокий или низкий), они обеспечивают лучшую производительность, когда дело касается крутизны генерируемых выходных цифровых сигналов.
Следует отметить, что выходной контакт, настроенный как двухтактный, в большинстве случаев может быть динамически перенастроен, чтобы стать входом. Это достигается за счет закрытия обоих транзисторов, таким образом достигая состояния высокого импеданса на линии. Затем линия может управляться от других внешних устройств и считываться специальной логикой внутри интегральной схемы.
Открытый сток
В конфигурации с открытым стоком логика за выводом может приводить его только к заземлению (логический 0). Другое возможное состояние — с высоким импедансом (Hi-Z) .Реализация предполагает использование одного транзистора. Если его дренажная клемма разомкнута (устройство выключено), вывод остается плавающим в состоянии Hi-Z. Чтобы довести его до высокого логического уровня, необходимо использовать дополнительную схему или компонент. В большинстве случаев используется внешний подтягивающий резистор (существуют микроконтроллеры, которые обеспечивают внутренние подтягивающие резисторы для конфигураций с открытым стоком).
На рис. 2 мы видим выход с открытым стоком. Он реализован с использованием N-канального МОП-транзистора, который замыкает выходной контакт на землю, когда транзистор включен, и оставляет его плавающим, когда транзистор выключен.
Рис. 2 Схема выхода с открытым стокомВыходы с открытым стоком чаще всего используются в интерфейсах связи, где несколько устройств подключены к одной линии (например, I2C, One-Wire и т. Д.). Когда все выходы устройств, подключенных к линии, находятся в состоянии Hi-Z, линия переводится на уровень логической 1 по умолчанию посредством подтягивания. Любое устройство может подтянуть линию к логическому 0, используя свой выход с открытым стоком, и все устройства могут видеть этот уровень.
Есть несколько вещей, которые необходимо учитывать при использовании подтягивающего резистора с конфигурацией выхода с открытым стоком :
Наклон нарастающего фронта — Подтягивающий резистор в сочетании с собственной емкостью линия образует фильтр нижних частот.В зависимости от номинала резистора и емкости линии может быть видимая разница в крутизне нарастающих фронтов по сравнению с спадами. Задний фронт более резкий, поскольку он достигается за счет использования транзистора с очень низким внутренним сопротивлением. Однако нарастающий фронт формируется подтягивающим резистором, и вышеупомянутый эффект фильтрации нижних частот более выражен.
Рис. 1 Границы прямоугольного сигнала, генерируемого выходом с открытым стокомПотребляемая мощность и шумовые помехи — При выборе номинала подтягивающих резисторов существует компромисс.Когда устройство на линии управляет уровнем логического 0, это вызовет протекание более высокого тока через подтягивающие резисторы с более низкими значениями, и это увеличит потребляемую мощность. Однако выбор резисторов с более высоким номиналом, в свою очередь, приведет к тому, что через резистор будет протекать более низкий ток, и это облегчит улавливание внешних помех (шума) на линии.
Сводка
- Двухтактный выход лучше всего подходит для интерфейсов связи с однонаправленными линиями (например,g SPI, UART и т. д.). Открытый сток обычно используется для двунаправленных однолинейных интерфейсов связи, когда к одной линии подключено более двух устройств (например, I2C, One-Wire и т. Д.). резисторы, которые используются.
- Как правило, двухтактный выход имеет более быстрые наклоны, чем выход с открытым стоком.
Была ли эта статья полезной?
Если у вас есть предложения или вопросы, оставьте комментарий ниже.
Открытый коллектор и открытый сток — Digilent Blog
В чем разница между Pmod OD1 и Pmod OC1 ? В чем разница между выходом с открытым стоком и выходом с открытым коллектором ? В чем разница между MOSFET (металлооксидный полевой транзистор) и BJT (биполярный транзистор)? Оказывается, это, по сути, один и тот же вопрос! Однако для осознания этого может потребоваться некоторое время, особенно если вы новичок в понимании различных транзисторных технологий.Чтобы найти ответ, мы начнем с последней версии вопроса и вернемся к первой.
Краткий обзор транзисторов
BJT и MOSFET — это два разных типа транзисторов. У них схожие функции, но разные характеристики. С точки зрения функциональности, они оба могут использоваться как усилители или переключатели. Как усилители, они принимают небольшой ток на одном конце и производят гораздо больший ток на другом конце. Это особенно полезно в аналоговых схемах, где транзисторы составляют основу таких компонентов, как операционные усилители.
В качестве переключателей небольшой ток через одну часть транзистора может включать больший ток через другую его часть. Другими словами, транзистор может находиться в двух различных состояниях и представлять два разных значения; 0 или 1, выключено или включено. Это особенно полезно в цифровых схемах и является основой работы всех компьютерных микросхем.
Все транзисторы сделаны из кремния, электрически нейтрального химического элемента, определенного как полупроводник , что означает, что он не является ни сильным проводником электричества, ни отличным изолятором.Что такого полезного в кремнии, так это то, что его поведение можно изменить известным способом, добавив примеси, с помощью процесса, называемого «легирование». Если кремний легирован определенными химическими веществами, он получает дополнительные «свободные» электроны и может легче переносить электрический ток. Этот тип кремния известен как n-тип или отрицательный тип.
Можно сделать и обратное, создав p-типа или положительного типа, который имеет меньше свободных электронов и часто описывается как имеющий дырок там, где должны находиться электроны.Однако обратите внимание, что кремний n-типа или p-типа не заряжен электрически. Следовательно, их можно соединить вместе, и электроны и дырки не начнут пересекать n-p переход, пока не будет приложен электрический ток (BJT) или напряжение (MOSFET). Различные конфигурации кремния n-типа и p-типа — вот что приводит к разнице между BJT и MOSFET.
БЮЦ
Биполярные переходные транзисторы (BJT) — это токовые устройства , которые бывают двух типов: NPN и PNP.Как следует из названия, NPN BJT имеют два слоя кремния n-типа, окружающие один слой кремния p-типа (и наоборот для PNP). У каждого слоя есть определенное имя: эмиттер, база и коллектор. См. Рисунок 1.
Рис. 1. Две разные конфигурации биполярного транзистора (BJT).Принципы работы каждого типа BJT практически идентичны; Функциональное отличие заключается в основном в смещении переходов. Например, когда на базу NPN-транзистора подается положительное смещение, устройство включается, и ток течет от эмиттера к коллектору.Также известный как переключатель нижнего уровня, эмиттер подключается к GND , а коллектор подключается к нагрузке. Напротив, когда отрицательное смещение (или 0 В / GND) применяется к базе транзистора PNP, устройство включается, и ток течет от коллектора к эмиттеру в противоположном направлении от устройства NPN. Также известный как переключатель высокого напряжения, эмиттер подключается к источнику напряжения , а коллектор подключается к нагрузке.
Рисунок 2. Изображение BJT с контактами, обозначенными E для эмиттера, B для базы и C для коллектора.С точки зрения плюсов и минусов, BJT удобны для управления маломощными светодиодами и аналогичными устройствами от обычных микроконтроллеров, которые могут выдавать постоянное напряжение только 5 В, таких как chipKIT и Arduino. Полевые МОП-транзисторы логического уровня можно использовать таким же образом, но, как правило, они дороже и их труднее найти, чем стандартные МОП-транзисторы, для включения которых требуется 10 В или более. BJT также переключаются быстрее, чем MOSFET, поэтому они хороши для высокочастотных приложений, однако они менее энергоэффективны, поэтому не всегда являются отличным выбором для приложений с батарейным питанием, где нагрузка является переменной.
Для получения дополнительной информации о теории, лежащей в основе BJT, см. Ссылку по ссылке , а для получения поучительной анимации перейдите по ссылке , здесь .
МОП-транзисторы
Металлооксидные полевые транзисторы (MOSFET) — это управляемые напряжением устройства и похожи на BJT в том, что у них есть три разных вывода: исток (аналог эмиттера), сток (аналог коллектора) , а ворота (аналог основания).Как и BJT, полевые МОП-транзисторы состоят из кремния n-типа и p-типа, но они устроены несколько иначе. См. Рисунок 3.
Рисунок 3. Конфигурация секций n-типа и p-типа полевого МОП-транзистора.Существует несколько подкатегорий полевых МОП-транзисторов, но я упомяну две из них: N-канал и P-канал . Разница между ними заключается в приложенном напряжении и в том, какой тип носителя заряда отвечает за протекание тока. Для N-канального MOSFET источник подключается к земле , и устройство активируется путем подачи положительного напряжения на затвор .Это создает электрическое поле, «эффект поля», и позволяет электронам течь по тонкому каналу от истока к стоку. Для P-канального MOSFET источник подключается к Vcc , и устройство активируется путем подключения затвора к земле . Здесь носителями заряда выступают дырки, а не электроны. Чаще всего используются полевые МОП-транзисторы N-типа.
Примечание. Поскольку через полевой МОП-транзистор протекает только один тип заряда (электрон или дырка), они являются «униполярными» транзисторами в отличие от биполярных транзисторов, которые позволяют обоим типам зарядов проходить через переходы NP / PN.
Рис. 4. MOSFET, показывающий выводы истока, стока и затвора, в отличие от выводов эмиттера, коллектора и базы BJT.С точки зрения плюсов и минусов, полевые МОП-транзисторы имеют бесконечно высокое входное сопротивление, что делает их полезными в усилителях мощности. Они также более энергоэффективны, чем BJT, и более устойчивы к нагреванию. Хотя биполярные транзисторы могут переключаться быстрее, полевые МОП-транзисторы по-прежнему достаточно быстры для приложений с частотой менее 1 МГц и сегодня являются наиболее часто используемыми транзисторами. В общем, вы можете думать, что высокий входной импеданс и низкое энергопотребление = MOSFET, а работа на очень высоких частотах и возможности привода с большим током = BJT.
Дополнительные сведения о полевых МОП-транзисторах см. В этой статье.
В чем разница между выходом с открытым стоком и выходом с открытым коллектором?
Я уверен, что после прочтения вышеперечисленных разделов вы догадались, как ответить на эту версию вопроса. Если вы сказали, что разница между MOSFET и BJT, вы были бы правы! Выходной вывод с открытым стоком или открытым коллектором — это просто вывод, управляемый одним транзистором, либо MOSFET, либо BJT соответственно. С точки зрения использования, ответ отражает приведенное выше обсуждение плюсов и минусов самих MOSFET и BJT.Конечно, их также можно комбинировать, чтобы создать очень интересные схемы, используя сильные стороны каждой.
В чем разница между Pmod OD1 и Pmod OC1?
Наконец, мы подошли к последней форме вопроса, и снова ответ теперь очевиден. Pmod OD1 — это модуль вывода с открытым стоком с четырьмя выходными контактами с открытым стоком, каждый из которых управляется N-канальным полевым МОП-транзистором. Pmod OC1 — это модуль с открытым коллектором с четырьмя выходными контактами с открытым коллектором, каждый из которых управляется NPN BJT.Оба модуля используются для потребления более высокого тока, чем могут обеспечить контакты на вашем Digilent FPGA или микроконтроллере.
Рисунок 5. Pmod OD1 слева и Pmod OC1 справа.Pmod OC1 был разработан для управления устройствами с чуть более высоким током при 200 мА, такими как небольшая лампа или реле, и имеет более высокий рейтинг ESD, чем Pmod OD1. Поэтому он особенно прочен и подходит для студентов, которые учатся использовать эту схему. Он рассчитан на напряжение до 20 В. Pmod OD1 имеет винтовые клеммы на каждом штыре и был разработан специально для привода шаговых двигателей.Однако он также может использоваться для многих других приложений с высоким током до 3 А. Он рассчитан на напряжение до 40 В.
Для получения дополнительной информации о Pmod OD1 или Pmod OC1 посетите Digilent wiki или оставьте комментарий ниже!
Список литературы
Как использовать MOSFET — Учебное пособие для начинающих
Как использовать биполярный переходной транзистор BJT — Урок для начинающих
Как работают транзисторы
Основы: Выходы с открытым коллектором
Разница между BJT и MOSFET
Открытый коллектор — Википедия
Drain Output — обзор
25.3-х операционный усилитель, используемый в качестве компаратора
Это неправильное применение обычно происходит в дорогостоящих единицах оборудования, когда необходим компаратор, а в четырехъядерном операционном усилителе есть неиспользуемая секция. Я впервые столкнулся с этим, когда обнаружил, что дорогой телефонный автоответчик, который я купил, перестал работать. «Почему» — я спросил себя, есть ли схема операционного усилителя с разомкнутым контуром на одной четвертой LM324, и почему она связана с цифровым логическим вентилем? Ответом был некто, который взглянул на схематическое обозначение операционного усилителя и компаратора, увидел, что они похожи, и решил, что они оба работают одинаково (рис.25.4)!
Рисунок 25.4. Подобные условные обозначения, но очень разные части!
К сожалению, даже внутренняя схема частей не дает подробного представления о том, что происходит (рис. 25.5 и 25.6).
Рисунок 25.5. Пример схемы операционного усилителя.
Рисунок 25.6. Пример схемы компаратора.
Входные каскады выглядят почти одинаково, за исключением того, что входы помечены напротив (тонкий момент, который будет обсуждаться позже). Выходной каскад операционного усилителя немного сложнее, что должно указывать на то, что что-то не так.Очевидно, что выходной каскад компаратора отличается тем, что это единственный открытый коллектор. Но будьте осторожны — многие новые компараторы имеют биполярные каскады, которые внешне очень похожи на выходные каскады операционного усилителя.
Итак, если кажется, что очень мало отличается в схематическом символе или внутреннем устройстве, в чем разница?
Разница в выходном каскаде. Операционный усилитель имеет выходной каскад, оптимизированный для линейной работы, а выходной каскад компаратора оптимизирован для работы в режиме насыщения.
25.3.1 Компаратор
Компаратор — это однобитовый аналого-цифровой преобразователь. Он имеет дифференциальный аналоговый вход и цифровой выход. Очень немногие разработчики совершают ошибку, используя компаратор в качестве операционного усилителя, потому что большинство компараторов имеют выход с открытым коллектором. Выходной транзистор компараторов с открытым коллектором характеризуется низким напряжением V CE для коммутации больших нагрузок. Структура открытого коллектора зависит от внешней схемы для подключения к источнику питания и завершения цепи.Некоторые компараторы также выводят вывод эмиттера, полагаясь на то, что разработчик завершит схему, подключив как коллектор, так и эмиттер. Другие компараторы заменяют полевой транзистор, имея выходы с открытым стоком вместо открытого коллектора. Акцент делается на вождение тяжелых грузов.
Компаратор представляет собой устройство с разомкнутым контуром, в котором не используются резисторы обратной связи. При применении компаратора разработчик сравнивает уровень напряжения на двух входах. Компаратор выдает цифровой выход, который соответствует входам:
- •
Если напряжение на неинвертирующем (+) входе больше, чем напряжение на инвертирующем (-) входе, выход компаратора переходит в низкий уровень. полное сопротивление «включено» для выходов с открытым коллектором / стоком и «высокое» для выходов с тотемным полюсом.
- •
Если напряжение на неинвертирующем (+) входе меньше напряжения на инвертирующем (-) входе, выход компаратора переходит в состояние «выключено» с высоким импедансом для выходов с открытым коллектором / стоком, и «Низкий» для тотемных выходов.
25.3.2 Операционный усилитель
Операционный усилитель — это аналоговый компонент с дифференциальным аналоговым входом и аналоговым выходом. Если операционный усилитель работает с разомкнутым контуром, выход, кажется, действует как выход компаратора, но хорошо ли это?
Операционный усилитель, предназначенный для работы с обратной связью, оптимизирован для приложений с обратной связью.Результаты при использовании операционного усилителя с разомкнутым контуром непредсказуемы. Ни один производитель полупроводников не может и не будет гарантировать работу операционного усилителя, используемого в приложениях с разомкнутым контуром. Транзисторы аналогового вывода, используемые в операционных усилителях, предназначены для вывода аналоговых сигналов и, следовательно, имеют большие линейные области. Транзисторы будут проводить чрезмерное количество времени в линейной области до насыщения, что делает времена нарастания и спада продолжительными.
В некоторых случаях разработчик может уйти от использования операционного усилителя в качестве компаратора.Когда LM324 работает таким образом, он ударяется о направляющую и остается там, но ничего «плохого» не происходит. Однако ситуация может кардинально измениться при замене другого устройства.
Конструкция выходного каскада операционного усилителя — плохая новость для разработчика, которому нужен компаратор с быстрым временем отклика. Транзисторы, используемые для выходных каскадов операционного усилителя, не являются переключающими транзисторами. Это линейные устройства, предназначенные для вывода точного представления аналоговых сигналов. В насыщенном состоянии они не только могут потреблять больше энергии, чем ожидалось, но также могут блокироваться.Время восстановления может быть очень непредсказуемым. Одна партия устройств может восстановиться за микросекунды, другая — за 10 миллисекунд. Время восстановления не указано, потому что не может быть проверено. В зависимости от устройства может вообще не восстановиться! Разрушение выходных транзисторов из-за неуправляемого разгона — явная возможность в некоторых устройствах с шиной питания по шине. Даже лучший разработчик может создать схему операционного усилителя с насыщением или даже с открытым контуром, не осознавая этого.
Да, и причина того, почему мой автоответчик отказал: шина V OL созданной ими схемы операционного усилителя разомкнутого контура была выше логического порога цифрового логического элемента, к которому он был подключен.Эти два уровня были очень близки — и малейший дрейф выходного каскада операционного усилителя вверх приводил к тому, что низкий логический порог никогда не достигался. V OL — еще одна спецификация операционного усилителя, которая никогда не будет указана в условиях разомкнутого контура.
Часто задаваемые вопросы по открытому коллектору / открытому дренажу
Часто задаваемые вопросы по открытому коллектору / открытому дренажу| Цепь с открытым коллектором / открытым стоком
FAQ (Часто задаваемые вопросы) |
Что такое цепь с открытым коллектором / открытым стоком?
Открытый коллектор / открытый сток — это схемотехника, которая позволяет использовать несколько устройства для двунаправленной связи по одному проводу.
Устройства с открытым коллектором / открытым стоком потребляют (пропускают) ток в своем низком напряжении активном (логический 0) состоянии, или имеют высокий импеданс (ток не течет) в их неактивное состояние высокого напряжения (логическая 1). Эти устройства обычно работают с внешним подтягивающим резистором, который удерживает сигнальную линию на высоком уровне до тех пор, пока устройство на проводе потребляет достаточно тока, чтобы понизить уровень сигнала в линии. Многие устройства можно прикрепить к сигнальному проводу. Если все устройства подключены к проводу находятся в неактивном состоянии, подтягивание будет удерживать провод на высоком уровне Напряжение.Если одно или несколько устройств находятся в активном состоянии, сигнальный провод напряжение будет низким.
Сигнальный провод с открытым коллектором / открытым стоком также может быть двунаправленным. Двунаправленный означает, что устройство может как выводить, так и вводить сигнал на провод одновременно. Помимо контроля состояния своего контакт, который подключен к сигнальному проводу (активному или неактивному), устройству также может определять уровень напряжения сигнального провода. Хотя на выходе устройства с открытым коллектором / открытым стоком может находиться в неактивном (высоком) состоянии, провод, подключенный к устройству, может быть в активном (низком) состоянии из-за активность другого устройства, подключенного к проводу.
Двунаправленная природа устройства с открытым коллектором / открытым стоком что делает эту схему такой важной для соединения многих устройств на общая линия. Шина I2C и SMBus используют этот метод для подключения до 127 устройств.
Открытый сток относится к клемме стока МОП-полевого транзистора. Открытый коллектор
та же концепция на биполярном устройстве.
Не можете найти здесь ответ на свой вопрос? Тогда отправьте свой вопрос по электронной почте обращайтесь к нам по адресу support @ mcc-us.ком
I 2 C на расстоянии одного щелчка мыши TM
Связь между наводнением в открытом канале и кишечными инфекциями у детей в когорте MAL-ED в городском районе Веллоре с низким доходом, Индия | BMC Public Health
Wolf J, Prüss-Ustün A, Cumming O, et al. Систематический обзор: оценка воздействия питьевой воды и санитарии на диарейные заболевания в странах с низким и средним уровнем доходов: систематический обзор и мета-регресс.Trop Med Int Heal. 2014; 19: 928–42.
Артикул Google ученый
Mbuya MNN, Humphrey JH. Предотвращение экологической кишечной дисфункции за счет улучшения водоснабжения, санитарии и гигиены: возможность сокращения задержки роста в развивающихся странах. Matern Child Nutr. 2015; 12: 106-20.
Артикул Google ученый
ВОЗ ВОЗ: диарейные заболевания. Доступно в Интернете: http: // www.who.int/mediacentre/factsheets/fs330/en/.
Платтс-Миллс Дж. А., Бабджи С., Бодхидатта Л. и др. Патоген-специфическое бремя общинной диареи в развивающихся странах: многопрофильное когортное исследование (MAL-ED). Lancet Glob Heal. 2015; 3: 564–75.
PubMed Статья Google ученый
Платтс-Миллс Дж. А., Маккормик Б. Дж., Косек М. и др. Методы анализа энтеропатогенной инфекции в когортном исследовании MAL-ED.Clin Infect Dis. 2014; 59 (Приложение 4): S233–8.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google ученый
Исследователи сети MAL-ED. Исследование MAL-ED: многонациональный и междисциплинарный подход для понимания взаимосвязи между кишечными патогенами, недоеданием, физиологией кишечника, физическим ростом, когнитивным развитием и иммунными реакциями у младенцев и детей в возрасте до 2 лет. Clin Infect Dis. 2014; 59 (Приложение 4): S193–206.
Артикул Google ученый
ЮНИСЕФ и Всемирная организация здравоохранения. Прогресс в области питьевой воды и санитарии: обновленная информация за 2012 год. Женева: ВОЗ / ЮНИСЕФ; 2012.
Алирол Э, Гетаз Л., Столл Б. и др. Урбанизация и инфекционные заболевания в глобализированном мире. Lancet Infect Dis. 2011; 11: 131–41.
PubMed Статья Google ученый
Labite H, Lunani I, van der Steen P, et al. Количественный анализ микробного риска для оценки воздействия на здоровье вмешательств в городской водопроводной системе Аккры, Гана. J Здоровье воды. 2010; 8: 417–30.
PubMed Статья Google ученый
Катукиза А.Ю., Ронтелтап М., ван дер Стин П. и др. Количественная оценка микробных рисков для здоровья человека, вызываемых вирусами и бактериями, передаваемыми через воду, в городских трущобах. J Appl Microbiol.2013; 116: 1–17.
PubMed Статья Google ученый
де Ман Х., ван ден Берг Х.Х.Ж.Л., Линен Э.Д.Т. и др. Количественная оценка риска заражения от воздействия переносимых водой патогенов в городских паводковых водах. Water Res. 2014; 48: 90–9.
PubMed Статья Google ученый
ten Veldhuis JAE, Clemens FH, Sterk G, et al. Микробные риски, связанные с воздействием патогенов в загрязненных городских паводковых водах.Water Res. 2010; 44: 2910–8.
PubMed Статья Google ученый
Yajima A, Koottatep T. Оценка E. coli и Salmonella spp. риски инфицирования, связанные с различными методами удаления фекального осадка в Таиланде. J Здоровье воды. 2010. 8: 355–64.
CAS PubMed Статья Google ученый
Феррер С.Р., Стрина А., Хесус С.Р. и др.Иерархическая модель для изучения факторов риска детской диареи: исследование случай-контроль в стране со средним уровнем дохода. Int J Epidemiol. 2008; 37: 805–15.
PubMed Статья Google ученый
Берендес Д., Леон Дж., Кирби А. и др. Домашняя санитария связана с более низким риском бактериальных и протозойных кишечных инфекций, но не вирусных инфекций и диареи, в когортном исследовании, проведенном в городском районе с низким уровнем доходов в Веллоре, Индия.Trop Med Int Heal. 2017; 0: 1–11.
Google ученый
ВОЗ и ЮНИСЕФ. Прогресс в области санитарии и питьевой воды: обновление 2015 г. и оценка ЦРТ. 2015. http://www.wssinfo.org/.
Пил А., Эванс Б., Блэкетт I и др. Управление фекальным осадком (FSM): аналитические инструменты для оценки FSM в городах. J Water Sanit Hyg Dev. 2014; 4: 371.
Артикул Google ученый
Организация Объединенных Наций. Преобразование нашего мира: повестка дня в области устойчивого развития на период до 2030 года. 2015. Epub перед печатью 2015 года. DOI: https://doi.org/10.1007/s13398-014-0173-7.2.
Грин Л.Е., Фриман М.С., Акоко Д. и др. Влияние мероприятий по продвижению гигиены и санитарии в школах на заражение рук учеников в Западной Кении: кластерное рандомизированное исследование. Am J Trop Med Hyg. 2012; 87: 385–93.
PubMed PubMed Central Статья Google ученый
Пикеринг А.Дж., Дэвис Дж., Уолтерс С.П. и др. Руки, вода и здоровье: заражение фекалиями в общинах Танзании с улучшенными системами водоснабжения, не подключенными к сети. Environ Sci Technol. 2010; 44: 3267–72.
CAS PubMed Статья Google ученый
Пикеринг А.Дж., Джулиан Т.Р., Маркс С.Дж. и др. Фекальное заражение и возбудители диарейных болезней на поверхностях и в почвах среди домохозяйств Танзании с улучшенными санитарными условиями и без них.Environ Sci Technol. 2012; 46: 5736–43.
CAS PubMed Статья Google ученый
Mattioli MC, Boehm AB, Davis J, et al. Кишечные патогены в хранящейся питьевой воде и на руках у лиц, осуществляющих уход, в домохозяйствах Танзании с зарегистрированными случаями детской диареи и без них. PLoS One. 2014; 9: e84939.
PubMed PubMed Central Статья Google ученый
Burra S. Туалетные блоки в городах Индии спроектированы, построены и обслуживаются сообществом. Environ Urban. 2003; 15: 11–32.
Артикул Google ученый
Герхардтс А., Хаммер Т.Р., Баллафф С. и др. Модель передачи микроорганизмов в общественных местах и ее взаимосвязь с рисками заражения патогенами. J Appl Microbiol. 2012; 112: 614–21.
CAS PubMed Статья Google ученый
Mazeau A, Tumwebaze IK, Lüthi C и др. Включение общей санитарии в охват городской санитарией? Свидетельства из Ганы и Уганды. Ватерлинии. 2013; 32: 334–48.
Артикул Google ученый
Пепра Д., Бейкер К.К., Мо С. и др. Общественные туалеты и их клиенты в Аккре с низким доходом, Гана. Environ Urban. 2015; 27: 1–16.
Артикул Google ученый
Эксли JLR, Лисека Б., Камминг О. и др. Санитарная лестница, что представляет собой улучшенная форма санитарии? Environ Sci Technol. 2015; 49: 1086–94.
CAS PubMed Статья Google ученый
Берендес Д., Кирби А., Кленнон Дж. А. и др. Влияние санитарии на уровне домашних хозяйств и сообществ и удаления фекального осадка на загрязнение городских фекалий в домашних хозяйствах и сточных водах и кишечные инфекции у детей.Am J Trop Med Hyg. 2017; 96: 1404–14.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google ученый
Пил А., Эванс Б., Блэкетт I и др. Управление фекальным осадком: сравнительный анализ 12 городов. Джей Уотер, Санит Хиг Дев. 2014; 4: 563–75.
Артикул Google ученый
Коне Д. Внесение вклада в управление городскими фекалиями и сточными водами в экономическое развитие городов: смена парадигмы.Водная политика. 2010; 12: 602–10.
Артикул Google ученый
Норман Г., Педли С., Таккуче Б. Влияние сточных вод на диарею и кишечные инфекции: систематический обзор и метаанализ. Lancet Infect Dis. 2010; 10: 536–44.
PubMed Статья Google ученый
Кеннеди-Уокер Р., Холдернесс Т., Олдерсон Д. и др. Сетевое моделирование для удаления фекального осадка на дорогах.Proc Inst Civ Eng Eng. 2015; 167: 157–65.
Google ученый
Унгер А., Райли Л.В. Здоровье трущоб: от понимания к действию. PLoS Med. 2007; 4: 1561–6.
PubMed Статья Google ученый
C a M. Оценка санитарного качества и классификация городских секторов в соответствии с условиями окружающей среды. Environ Urban. 2001; 13: 235–55.
Артикул Google ученый
Leitão JP, Almeida MDC, Simões NE, et al. Методика качественной оценки риска наводнений в городах. Water Sci Technol. 2013; 68: 829–38.
PubMed Статья Google ученый
Баум Р., Лух Дж., Бартрам Дж. Санитария: глобальная оценка канализационных подключений без очистки и их влияния на прогресс в достижении ЦРТ. Environ Sci Technol. 2013; 47: 1994–2000.
CAS PubMed Статья Google ученый
Gretsch SR, Ampofo JA, Baker KK и др. Количественная оценка воздействия фекального загрязнения в открытых водостоках в четырех районах Аккры, Гана. J Здоровье воды. 2015; 14: 1–13.
Артикул Google ученый
Махдар Э., ван дер Стин Н.П., Рашид-Салли Л. и др. Применение количественной оценки микробного риска для анализа риска для здоровья населения от плохого качества питьевой воды в районе с низким уровнем доходов в Аккре. Ghana Sci Total Environ.2013; 449: 134–42.
CAS PubMed Статья Google ученый
Филипсборн Р., Ахмед С.М., Броси Б.Дж. и др. Климатические драйверы диареи Escherichia coli: систематический обзор и метаанализ. J Infect Dis. 2016; 114: 1–29.
Чоу М.Ф., Юсоп З., Ториман М.Э. Уровень и характер переноса фекальных колиформных бактерий из тропических городских водосборов. Water Sci Technol. 2013; 67: 1822–31.
CAS PubMed Статья Google ученый
Катукиза А.Ю., Теману Х., Чунг Дж.В. и др. Концентрация геномных копий выбранных вирусов, передаваемых через воду, в трущобах Кампалы, Уганда. J Здоровье воды. 2013; 11: 358–70.
CAS PubMed Статья Google ученый
Mellor JE, Levy K, Zimmerman J, et al. Планирование изменения климата: необходимость механистических системных подходов к изучению воздействия изменения климата на диарейные заболевания. Sci Total Environ.2016; 548–549: 82–90.
PubMed PubMed Central Статья Google ученый
Джон С.М., Томас Р.Дж., Каки С. и др. Создание центра когортных исследований MAL-ED в Веллоре, на юге Индии. Clin Infect Dis. 2014; 59 (Приложение 4): S295–9.
CAS PubMed Статья Google ученый
Университет Эмори. SaniPath. 2014. www.sanipath.org.По состоянию на 21 ноября 2015 г.
Отдел гидрометеорологии; Индивидуальная система информации о дождевых осадках метеорологического департамента Индии. Доступно в Интернете: http://www.imd.gov.in/pages/services_hydromet.php. По состоянию на 20 мая 2019 г.
Robb K, Null C, Teunis P, et al. Оценка путей воздействия фекалий в городских районах с низким доходом в Аккре, Гана: обоснование, дизайн, методы и основные выводы исследования SaniPath. Am J Trop Med Hyg. 2017; 97: 1–26.
PubMed PubMed Central Статья Google ученый
Ван И, Мо С.Л., Нулл С. и др. Многопутевая количественная оценка воздействия фекального загрязнения на детей младшего возраста в городской среде с низким доходом в Аккре, Гана: аналитический подход SaniPath. Am J Trop Med Hyg. 2017; 97: 1–31.
PubMed PubMed Central Статья Google ученый
World Weather Online Веллор, Тамил Наду, Индия, средняя погода. Доступно в Интернете: https://www.worldweatheronline.com / lang / en-us /. По состоянию на 20 мая 2019 г.
Richard SA, Barrett LJ, Guerrant RL, et al. Методы эпиднадзора за заболеваниями, использованные в когортном исследовании MAL-ED с 8 участками. Clin Infect Dis. 2014; 59: S220–4.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google ученый
Houpt E, Gratz J, Kosek M, et al. Микробиологические методы, использованные в когортном исследовании MAL-ED. Clin Infect Dis. 2014; 59: S225–32.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google ученый
Коллине-Адлер С., Бабджи С., Фрэнсис М. и др. Факторы окружающей среды, связанные с высокой плотностью мух и диареей в Веллоре, Индия. Appl Environ Microbiol. 2015; 81: 6053–8.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google ученый
Psaki SR, Seidman JC, Miller M, et al. Измерение социально-экономического статуса в многострановых исследованиях: результаты исследования MAL-ED в восьми странах. Показатели здоровья населения. 2014; 12: 8.
Артикул Google ученый
Куллдорф М. Статистика пространственного сканирования. Commun Stat Meth. 1997; 26: 1481–96.
Артикул Google ученый
Бейтс Д., Мехлер М., Болкер Б. и др. Подгонка линейных моделей со смешанными эффектами с использованием lme4. J Stat Softw. 2014; 67: 1–48.
Google ученый
Гопал С., Саркар Р., Банда К. и др.Изучение практики водоснабжения и санитарии в Индии с использованием географических информационных систем: некоторые аспекты дизайна и другие соображения в условиях деревни. Индийский J Med Res. 2009. 129: 233–41.
PubMed Google ученый
Кольски П.Дж., Батлер Д. Распределение твердых частиц по размерам и транспортная способность в индийском водостоке. Городская вода. 2000; 2: 357–62.
Артикул Google ученый
Каттула Д., Фрэнсис М.Р., Кулинкина А. и др. Экологические предикторы диарейной инфекции для сельских и городских общин в Южной Индии у детей и взрослых. Epidemiol Infect. 2015; 143: 1–12.
CAS PubMed Статья Google ученый
Наллари А. Все, что мы хотим, — это туалеты в наших домах! »: Критически важная роль санитарии в жизни девочек-подростков из городской бедноты в Бангалоре, Индия. Environ Urban. 2015; 27: 1–16.
Артикул Google ученый
Teunis PFM, Reese HE, Null C, et al. Количественная оценка контакта с окружающей средой: поведение маленьких детей в Аккре, Гана. Am J Trop Med Hyg Epub опережает печать. 2016. https://doi.org/10.4269/ajtmh.15-0417.
PubMed PubMed Central Статья Google ученый
Брэдли Р.Х., Корвин РФ. Социально-экономический статус и развитие ребенка.Annu Rev Psychol. 2002; 53: 371–99.
PubMed PubMed Central Статья Google ученый
Clasen T, Bostoen K, Schmidt W, et al. Вмешательства по улучшению удаления человеческих экскрементов для предотвращения диареи (Обзор). 2010. www.thecochranelibrary.com.
Wood L, Egger M, Gluud LL, et al. Эмпирические доказательства систематической ошибки в оценках эффекта лечения в контролируемых испытаниях с различными вмешательствами и исходами: метаэпидемиологическое исследование.BMJ. 2008; 336: 601–5.
PubMed PubMed Central Статья Google ученый
Barreto ML, Genser B, Strina A, et al. Влияние общегородской программы санитарии на снижение уровня детской диареи в северо-восточной Бразилии: оценка по результатам двух когортных исследований. Ланцет. 2007; 370: 1622–8.
PubMed PubMed Central Статья Google ученый
Eisenberg JNS, Trostle J, Sorensen RJD и др. К системному подходу к передаче кишечных патогенов: от индивидуальной независимости к взаимозависимости от общества. Анну Rev Public Heal. 2012; 33: 239–57.
PubMed PubMed Central Статья Google ученый
Демистификация настроек GPIO микроконтроллера — Embedded Artistry
4 июня 2018 г., Филипп Джонстон • Последнее обновление 21 сентября 2021 г.
Любой, кто пишет программное обеспечение для микроконтроллеров, должен будет настраивать и управлять выводами ввода / вывода общего назначения (GPIO).На первый взгляд, конфигурация GPIO кажется простой: контакты могут быть либо входными, либо выходными, и они могут быть высокими или низкими.
Эта ментальная модель будет верной до тех пор, пока вы не встретите необычный процессор с множеством вариантов конфигурации или инженер-электрик не запросит настройки контактов, которые вы не понимаете («пожалуйста, сделайте эту строку Hi-Z»).
Это руководство поможет вам разобраться в различных вариантах конфигурации контактов, которые предусмотрены в современных микроконтроллерах.
Содержание:
- Справочная информация
- Трехступенчатая логика
- Высокоимпедансный
- Плавающий
- Подтягивание
- Вытяжной
- Приемник тока
- Источник тока
- Режимы ввода и вывода
- Режимы ввода GPIO
- Режимы вывода GPIO
- Двухтактный выход
- Выход с открытым стоком
- Открытый коллектор
- Скорость
- Высокий привод
- Дополнительная литература
Справочная информация
Прежде чем мы углубимся в параметры конфигурации, полезно понять некоторые общие описания и термины, связанные с сигналами GPIO и ввода-вывода.
Логика с тремя состояниями
Большинство современных контактов GPIO реализованы как буфер с тремя состояниями. Это означает, что вывод GPIO может эффективно принимать три значения:
- Логический 0 (заземление)
- Логическая 1 (подключение к VCC)
- Высокоимпедансный (также называемый «плавающим», «Hi-Z», «трехкомпонентным»)
Высокоимпедансный
Когда линия переводится в состояние с высоким импедансом, выход эффективно удаляется из схемы. Это позволяет нескольким схемам или устройствам совместно использовать одни и те же выходные линии и обычно используется для реализации коммуникационных шин.Неспособность использовать состояние с высоким импедансом, когда это необходимо, приводит к конфликту ввода-вывода и коротким замыканиям.
Плавающий
Сигнал называется «плавающим», когда его состояние неопределено, что означает, что он не подключен ни к VCC, ни к земле. Напряжение сигнала будет «плавать», чтобы соответствовать остаточному напряжению.
Термин «плавающий» часто используется как синонимы для описания вывода, находящегося в состоянии высокого импеданса.
Подтягивание
Подтягивающие резисторы, которые подключают сигнал к VCC.Подтягивания используются для установки состояния по умолчанию, когда сигнал плавающий.
Напомним, что когда входной вывод находится в режиме высокого импеданса и не управляется внешними источниками, он находится в плавающем состоянии на уровне остаточного напряжения. Подтягивающие резисторы предотвращают перемещение вывода, заставляя сигнал на VCC, когда он не активен. Когда другой источник устанавливает низкий уровень сигнала (соединяется с землей), подтягивание отменяется, и входной вывод будет читать «0».
Многие микроконтроллеры имеют возможность внутренней подтягивающей конфигурации.Иногда требуется определенное значение подтягивающего резистора, что требует использования внешнего подтягивающего резистора вместо внутреннего подтягивания микросхемы.
Вытяжной
Понижающие резисторы — это резисторы, соединяющие сигнал с землей. Выполняемые операции используются для установки состояния по умолчанию, когда сигнал является плавающим. Когда другой источник устанавливает высокий уровень сигнала (подключается к VCC), понижающий уровень игнорируется, и входной вывод будет считывать «1».
Многие микроконтроллеры предоставляют возможность внутренней конфигурации с выпадающим списком.Иногда требуется определенное значение понижающего резистора, что требует использования внешнего понижающего резистора вместо внутреннего понижающего напряжения микросхемы.
Приемник тока
«Потребитель тока» означает, что ток течет в вывод, узел или сигнал. Для цифрового ввода-вывода токоприемник обеспечивает заземление нагрузки.
Источник тока
«Источник тока» противоположен приемнику тока: ток вытекает из вывода, узла или сигнала. Для цифрового ввода-вывода источник тока обеспечивает нагрузку источником напряжения.
Как в источнике тока, так и в приемнике тока течет ток, но в разных направлениях.
Режимы ввода и вывода
Основной вариант конфигурации для вывода GPIO — вход или выход .
Режимы ввода GPIO
Когда GPIO настроен как вход, его можно использовать для считывания состояния электрического сигнала. Настройка GPIO в качестве входа переводит контакт в состояние высокого импеданса.
Обычно входы GPIO настраиваются одним из трех способов:
- Высокоимпедансный (часто по умолчанию — плавает, если не работает)
- Подтягивающий (внутренний резистор подключен к VCC)
- Понижающий (внутренний резистор подключен к земле)
Большинство входных контактов GPIO также имеют внутренний гистерезис, который предотвращает ложное изменение состояния контактов.Обычно гистерезис — это встроенная функция, а не настраиваемая настройка.
Режимы вывода GPIO
Когда GPIO настроен как выход, его можно использовать для управления высоким или низким уровнем сигнала. Существует два основных варианта конфигурации выходов GPIO: двухтактный и открытый сток.
Двухтактный выход
В большинстве случаев двухтактный — это настройка выхода GPIO по умолчанию. Двухтактный GPIO может как источник, так и приемник тока.
С двухтактным GPIO транзистор подключается к VCC или GND для управления высоким или низким уровнем сигнала.Когда на выходе идет низкий уровень, сигнал активно «подтягивается» к земле, а когда выход становится высоким, он активно «подталкивается» к VCC.
Выход с открытым стоком
В отличие от двухтактного, выход с открытым стоком может только потреблять ток. Выход имеет два состояния: низкий и высокий импеданс. Чтобы достичь высокого логического уровня на выходе на линии, используется подтягивающий резистор для подключения выхода с открытым стоком к желаемому уровню выходного напряжения.
Вы можете думать о GPIO с открытым стоком, как о переключателе, который либо подключен к земле, либо отключен.
GPIO с открытым стоком обычно можно настроить в двух разных режимах:
- Открытый сток
- Открытый сток с внутренним подтягиванием
В большинстве приложений, в которых используется схема с открытым стоком, используются внешние подтяжки на выходах с открытым стоком. Часто внутренних подтягивающих значений недостаточно для целевой схемы.
Выходы с открытым стоком полезны, когда несколько вентилей или контактов соединены вместе, например, с шиной I2C. Когда устройство не использует шину, выход с открытым стоком находится в режиме высокого импеданса, и уровень напряжения повышается подтягивающим резистором.Когда устройство устанавливает низкий уровень на выходе, все подключенные линии будут иметь низкий уровень, поскольку они связаны вместе.
Другое распространенное использование выходов с открытым стоком — это наличие нескольких внешних устройств, управляющих одним выводом прерывания с активным низким уровнем на микроконтроллере.
Открытый коллектор
«Открытый коллектор» функционально такой же, как «открытый сток». «Открытый коллектор» относится к потребителю тока на выходе транзистора BJT, в то время как «открытый сток» относится к потребителю тока на выходе полевого транзистора.
Я чаще сталкиваюсь с выводами «открытого коллектора» в технических описаниях компонентов, чем на микроконтроллерах.
Скорость GPIO
GPIO speed управляет скоростью нарастания или скоростью, с которой сигнал может изменяться между низкими / высокими значениями («время нарастания» и «время спада»). Параметры конфигурации скорости описаны как «скорость», «скорость нарастания», «частота» и «высокочастотный режим».
Увеличивая скорость GPIO, вы увеличиваете скорость изменения выходного напряжения (уменьшая время нарастания). Однако потребляемая мощность и излучаемый схемой шум возрастают вместе со скоростью GPIO. По умолчанию вы должны поддерживать низкую скорость GPIO, если нет особой причины для ее увеличения.