מעגל מוטות

האמינות של כל מכשיר אלקטרוני תלויה באיזו מידה תוכננו מעגלי הגנת החומרה. משתמש הקצה (הצרכן) נוטה לטעות ובאחריותו של מעצב חומרה טוב להגן על החומרה שלו מפני כל תקלה. ישנם סוגים רבים של מעגלי הגנה שלכל אחד מהם יישומים ספציפיים משלו. הסוג הנפוץ ביותר של מעגלי הגנה הם מעגל הגנה על מתח יתר, מעגל הגנת קוטביות הפוכה, הגנת זרם נחשולים ומעגלי הגנה מפני רעש. במדריך זה נדון אודות מעגל Crowbar המהווה סוג של מעגל הגנה על מתח יתר ונמצא בשימוש נפוץ במכשירים אלקטרוניים. אנו ניצור למעשה את המעגל הזה ונוודא כיצד הוא פועל בחיים האמיתיים.

חומרים נדרשים

• נתיך
• דיודת זנר
• תיריסטור
• קבלים
• נגדים
• דיודת שוטקי

תרשים מעגל מוטות

תרשים המעגל של מעגל מוטות הוא פשוט מאוד וקל לבנייה ויישום מה שהופך אותו לפיתרון חסכוני ומהיר. דיאגרמת המעגל המלאה מוצגת להלן.

כאן מתח הכניסה (החללית הכחולה) הוא המתח שיש לנטר והמעגל נועד לנתק את האספקה ​​כאשר מתח האספקה ​​עולה על 9.1V. נדון בפונקציה של כל רכיב בסעיף העבודה להלן.

עבודה במעגל מוט הברזל

מעגל מוט ברזל עוקב אחר מתח הכניסה וכאשר הוא חורג מהגבול הוא יוצר קצר על פני קווי החשמל ופוצץ את הנתיך. לאחר פיצוץ הנתיך ספק הכוח ינותק מהעומס ובכך ימנע ממנו מתח גבוה. המעגל פועל על ידי יצירת קצר ישיר על פני קווי החשמל, כאילו מוטה מוטה בין קווי המתח של המעגל. לפיכך זה מקבל את שמו האיקוני מעגל מוטות.

המתח שעליו המעגל צריך ליצור קצר תלוי במתח זנר. המעגל מורכב מ- SCR המחובר ישירות על פני מתח הכניסה והאדמה של המעגל, אך SCR זה נשמר כברירת מחדל במצב כבוי על ידי הארקת סיכת השער של ה- SCR. כאשר מתח הקלט עולה על מתח הזנר, דיודת הזנר מתחילה להתנהל ומכאן שמספקים מתח לסיכת השער של ה- SCR מה שמאפשר לסגור את החיבור בין מתח הכניסה לקרקע ובכך ליצור קצר. קצר זה יביא זרם מרבי מאספקת החשמל ויפוצץ את הנתיך המבודד את ספק הכוח מהעומס. ניתן להבין בקלות את העבודה המלאה על ידי התבוננות בתמונת ה- GIF למעלה. אתה יכול גם למצוא סרטון הדגמה בסוף הדרכה זו.

התמונה שלעיל מייצגת כיצד מעגל הברזל מגיב בדיוק כאשר מתרחש מצב מתח יתר. כפי שניתן לראות, דיודת הזנר כאן מדורגת ל- 9.1 וולט, אך מתח הכניסה עולה על הערך ועומד כעת על 9.75 וולט. אז דיודת הזנר נפתחת ומתחילה להתנהל על ידי מתן מתח לסיכת השער של ה- SCR. לאחר מכן ה- SCR מתחיל להתנהל על ידי קיצור מתח הכניסה והאדמה ובכך לפוצץ את הנתיך עקב משיכת זרם מקסימלית כפי שמוצג ב- GIF לעיל. הפונקציה של כל רכיב במעגל זה מוסברת בהמשך.

נתיך: הנתיך הוא המרכיב החיוני במעגל זה. דירוג הנתיך צריך להיות תמיד פחות מהדירוג הנוכחי המרבי של ה- SCR ויותר מהזרם הנצרך על ידי העומס. עלינו גם לוודא כי ספק הכוח יכול לספק מספיק זרם כדי לשבור את הנתיך במקרה של כשלים.

קבלים 0.1uF: זהו קבל סינון; זה מסיר את הדוקרנים ורעש אחר כמו הרמוניות ממתח האספקה ​​כדי למנוע שהמעגל יופעל כוזב.

דיודה זנר 9.1V: דיודה זו קובעת את ערך מתח המתח, מכיוון שכאן השתמשנו בדיודת זנר 9.1V המעגל יגיב לכל מתח שהוא מעל ערך הסף שלו 9.1V. המעצב יכול לבחור את ערך הנגד הזה בהתאם לצרכיו.

נגד 1K: זהו רק נגד נפתח למטה המחזיק את סיכת השער של ה- SCR לקרקע ובכך שומר עליו מכובה עד שהזנר מתחיל להתנהל.

קבלים 47nF: כל מתג הפעלה כמו SCR דורש מעגל ספיגה כדי לדכא את קוצי המתח במהלך ההחלפה ולמנוע מה- SCR להפעיל שקר. כאן הרגע השתמשנו בקבל כדי לבצע את העבודה. הערך של הקבל צריך להיות מספיק כדי לסנן את הרעש, מכיוון שערך הקיבול הגבוה יגדיל את העיכוב בו ה- SCR מתחיל להתנהל לאחר החלת דופק השער.

תיריסטור (SCR): התיריסטור אחראי על יצירת קצר על פסי החשמל. יש לנקוט בזהירות כך שה- SCR יכול להתמודד דרכו עם ערך זרם כה גבוה כדי לפוצץ את הנתיך ולפגוע בעצמו. מתח השער של ה- SCR צריך להיות פחות ממתח התמוטטות של זנר. למידע נוסף על תיריסטור כאן.

דיודת שוטקי: דיודה זו אינה חובה ומשמשת רק למטרות הגנה. זה מוודא שלא נקבל זרם הפוך מצד העומס העלול לפגוע במעגל ההגנה. משתמשים בדיודת שוטקי במקום דיודה רגילה מכיוון שיש בה פחות ירידת מתח.

חוּמרָה

עכשיו, אחרי שהבנו את התיאוריה שמאחורי מעגל Crowbar, הגיע הזמן להיכנס לחלק המהנה. זה בעצם בניית המעגל על ​​גבי לוח לחם ובדוק איך זה עובד בזמן אמת. מעגל כי אני בונה הוא נורה 12V. נורה זו צורכת כ- 650mA במתח הפעלה רגיל של 12V. אנו נתכנן את מעגל המוט כדי לבדוק אם המתח עולה על ה 12 וולט ובמידה והוא מקצר את SCR וכך נפוצץ את הנתיך. אז הנה השתמשתי בדיודת זנר 12 וולט ובטיריסטור TYN612. הנתיך מותקן בתוך מחזיק נתיכים, כאן השתמשנו בנתיכת מחסנית בדירוג 500mA. ההתקנה המלאה מוצגת בתמונה למטה

השתמשתי ב- RPS כדי לשלוט על מתח הכניסה, בהתחלה ההתקנה נבדקת עם 12 וולט והיא עובדת מצוין על ידי הפעלת הנורה. מאוחר יותר המתח מוגבר באמצעות כפתור RPS ובכך יוצר קצר דרך SCR ונושף את הנתיך שגם מכבה את הנורה ומבודד אותה מהספק. ניתן לבדוק את העבודה המלאה בסרטון שבתחתית עמוד זה.

מגבלות מעגל מוט הברזל

למרות שהמעגל נמצא בשימוש נרחב הוא מגיע עם מגבלות משלו המפורטות להלן

• ערך מתח המתח של המעגל תלוי אך ורק בערך המתח של זנר, ורק ערכים מעטים של דיודת זנר זמינים.
• המעגל נתון גם לבעיות רעש; לרוב רעש זה יכול ליצור טריגר כוזב ולפוצץ את הנתיך.
• במקרה של מתח יתר המעגל מפיץ את הנתיך ומאוחר יותר נדרש לסיוע ידני להפעלת העומס שוב כשהמתח תקין.
• הנתיך הוא נתיך מכני שיש להחליפו ולכן גוזל מאמץ, זמן וכסף.