Control de tira de LED mediante Arduino. Arduino y MOSFET. Diagrama de conexión Conexión de una carga de 150a al Arduino PWM

Los siguientes artículos incluirán dispositivos que necesitan controlar cargas externas. Por carga externa me refiero a todo lo que está conectado a las patas del microcontrolador: LED, bombillas, relés, motores, actuadores... bueno, ya entiendes la idea. Y por muy trillado que sea este tema, para evitar repeticiones en los siguientes artículos, todavía me arriesgo a no ser original, me perdonarán :). Mostraré brevemente, a modo de recomendación, las formas más comunes de conectar la carga (si desea agregar algo, estaré encantado).
Aceptemos inmediatamente que estamos hablando de una señal digital (un microcontrolador sigue siendo un dispositivo digital) y no nos desviaremos de la lógica general: 1 - incluido, 0 -apagado. Vamos a empezar.

Las cargas de CC incluyen: LED, lámparas, relés, motores de CC, servos, varios actuadores, etc. Una carga de este tipo se conecta de forma más sencilla (y con mayor frecuencia) a un microcontrolador.

1.1 Conexión cargas a través de una resistencia.
El método más sencillo y probablemente más utilizado cuando se trata de LED.

Se necesita una resistencia para limitar la corriente que fluye a través de la pata del microcontrolador a lo permitido. 20mA. Se llama lastre o amortiguación. Puede calcular aproximadamente el valor de la resistencia conociendo la resistencia de carga Rн.

Renfriamiento =(5v / 0.02A) – Rн = 250 – Rн

Como puede ver, incluso en el peor de los casos, cuando la resistencia de carga es cero, 250 ohmios son suficientes para garantizar que la corriente no supere los 20 mA. Esto significa que si no quieres contar algo ahí, pon 300 ohmios y protegerás el puerto de sobrecargas. La ventaja del método es obvia: la simplicidad.

1.2 Conexión cargas utilizando un transistor bipolar.
Si sucede que su carga consume más de 20 mA, entonces, por supuesto, una resistencia no ayudará aquí. Es necesario aumentar (léase fortalecer) de alguna manera la corriente. ¿Qué se utiliza para amplificar la señal? Bien. ¡Transistor!

Es más conveniente usarlo para fortalecer. npn transistor conectado según el circuito equipo original. Con este método, puede conectar una carga con un voltaje de suministro más alto que la fuente de alimentación al microcontrolador. La resistencia en la base es limitante. Puede variar dentro de un amplio rango (1-10 kOhm), en cualquier caso el transistor funcionará en modo de saturación. El transistor puede ser cualquier cosa. npn transistor. La ganancia es prácticamente irrelevante. El transistor se selecciona en función de la corriente del colector (la corriente que necesitamos) y el voltaje del colector-emisor (el voltaje que alimenta la carga). La disipación de energía también es importante, para no sobrecalentarse.

De los comunes y de fácil acceso, puede usar BC546, BC547, BC548, BC549 con cualquier letra (100 mA), e incluso el mismo KT315 servirá (aquellos que tengan sobras de existencias antiguas).
- Ficha técnica del transistor bipolar BC547

1.3 Conexión cargas utilizando un transistor de efecto de campo.
Bueno, ¿qué pasa si la corriente de nuestra carga está dentro de los diez amperios? No será posible utilizar un transistor bipolar, ya que las corrientes de control de dicho transistor son grandes y probablemente superarán los 20 mA. La salida puede ser un transistor compuesto (lea más abajo) o un transistor de efecto de campo (también conocido como MOS, también conocido como MOSFET). El transistor de efecto de campo es simplemente algo maravilloso, ya que no está controlado por la corriente, sino por el potencial en la puerta. Esto hace posible que la corriente de compuerta microscópica controle grandes corrientes de carga.

Cualquier transistor de efecto de campo de canal n es adecuado para nosotros. Elegimos, como bipolar, por corriente, voltaje y disipación de potencia.

Al encender un transistor de efecto de campo, se deben tener en cuenta varios puntos:
- Dado que la puerta es, de hecho, un condensador, cuando el transistor conmuta, fluyen grandes corrientes a través de él (a corto plazo). Para limitar estas corrientes, se coloca una resistencia limitadora en la puerta.
— el transistor está controlado por corrientes bajas y si la salida del microcontrolador al que está conectada la puerta está en un estado Z de alta impedancia, el interruptor de campo comenzará a abrirse y cerrarse de manera impredecible, captando interferencias. Para eliminar este comportamiento, la pata del microcontrolador debe “presionarse” contra el suelo con una resistencia de aproximadamente 10 kOhm.
El transistor de efecto de campo, en el contexto de todas sus cualidades positivas, tiene un inconveniente. El costo de controlar la corriente baja es la lentitud del transistor. Por supuesto, manejará PWM, pero si se excede la frecuencia permitida, le responderá con sobrecalentamiento.

1.4 Conexión cargas utilizando un transistor Darlington compuesto.
Una alternativa al uso de un transistor de efecto de campo para cargas de alta corriente es utilizar un transistor Darlington compuesto. Externamente, es el mismo transistor que, digamos, uno bipolar, pero internamente se utiliza un circuito preamplificador para controlar el potente transistor de salida. Esto permite que corrientes bajas impulsen una carga potente. El uso de un transistor Darlington no es tan interesante como el uso de un conjunto de tales transistores. Existe un microcircuito tan maravilloso como el ULN2003. Contiene hasta 7 transistores Darlington, cada uno de los cuales se puede cargar con una corriente de hasta 500 mA y se pueden conectar en paralelo para aumentar la corriente.

El microcircuito es muy fácil de conectar al microcontrolador (solo pin a pin), tiene un cableado conveniente (entrada opuesta a la salida) y no requiere cableado adicional. Como resultado de este exitoso diseño, ULN2003 se usa ampliamente en la práctica de radioaficionados. En consecuencia, conseguirlo no será difícil.
- Hoja de datos para el montaje de Darlington ULN2003

Si necesita controlar dispositivos de CA (normalmente 220 V), entonces todo es más complicado, pero no mucho.

2.1 Conexión cargas utilizando un relé.
La conexión más sencilla y probablemente más fiable es mediante un relé. La bobina del relé en sí es una carga de alta corriente, por lo que no puede conectarla directamente al microcontrolador. El relé se puede conectar mediante un transistor de efecto de campo o bipolar, o mediante el mismo ULN2003, si se necesitan varios canales.

Las ventajas de este método son la alta corriente de conmutación (según el relé seleccionado) y el aislamiento galvánico. Desventajas: velocidad/frecuencia de activación limitada y desgaste mecánico de las piezas.
No tiene sentido recomendar algo para su uso: hay muchos relés, elija según los parámetros y el precio requeridos.

2.2 Conexión cargas usando un triac (triac).
Si necesita controlar una carga de CA potente, y especialmente si necesita controlar la energía suministrada a la carga (dímeros), entonces simplemente no puede prescindir de utilizar un triac (o triac). El triac se abre mediante un breve impulso de corriente a través del electrodo de control (tanto para medias ondas de voltaje negativas como positivas). El triac se cierra solo cuando no hay voltaje en él (cuando el voltaje pasa por cero). Aquí es donde comienzan las dificultades. El microcontrolador debe controlar el momento en que el voltaje cruza cero y, en un momento definido con precisión, enviar un pulso para abrir el triac; esta es una ocupación constante del controlador. Otra dificultad es la falta de aislamiento galvánico en el triac. Hay que hacerlo en elementos separados, complicando el circuito.

Aunque los triacs modernos se controlan mediante una corriente bastante baja y se pueden conectar directamente (mediante una resistencia limitadora) al microcontrolador, por razones de seguridad deben encenderse mediante dispositivos de desacoplamiento óptico. Además, esto se aplica no sólo a los circuitos de control triac, sino también a los circuitos de control cero.

Una forma bastante ambigua de conectar la carga. Ya que, por un lado, requiere la participación activa de un microcontrolador y un diseño de circuito relativamente complejo. Por otro lado, permite manipular la carga de forma muy flexible. Otra desventaja del uso de triacs es la gran cantidad de ruido digital que se crea durante su funcionamiento: se necesitan circuitos de supresión.

Los triacs se utilizan bastante y, en algunas zonas, son simplemente insustituibles, por lo que conseguirlos no es un problema. Los triacs del tipo BT138 se utilizan con mucha frecuencia en la radioafición.

Para el sistema Smart Home, la tarea principal es controlar los electrodomésticos desde un dispositivo de control, ya sea un microcontrolador tipo Arduino, o un microordenador tipo Raspberry PI, o cualquier otro. Pero no será posible hacer esto directamente, descubriremos cómo controlar una carga de 220 V con Arduino.

Un microcontrolador no es suficiente para controlar circuitos de CA por dos motivos:

1. A la salida microcontrolador Se genera una señal de voltaje constante.

2. La corriente que pasa por el pin del microcontrolador suele estar limitada a 20-40 mA.

Tenemos dos opciones para cambiar usando un relé o usando un triac. El triac se puede reemplazar por dos tiristores conectados espalda con espalda (esta es la estructura interna del triac). Echemos un vistazo más de cerca a esto.

Controlar una carga de 220 V mediante un triac y un microcontrolador

La estructura interna del triac se muestra en la siguiente imagen.

El tiristor funciona de la siguiente manera: cuando se aplica un voltaje de polarización directa al tiristor (más al ánodo y menos al cátodo), no pasará corriente a través de él hasta que se aplique un pulso de control al electrodo de control.

Escribí por impulso por una razón. A diferencia de un transistor, un tiristor es un interruptor semiconductor SEMICONTROLADO. Esto significa que cuando se elimina la señal de control, la corriente a través del tiristor seguirá fluyendo, es decir. permanecerá abierto. Para que se cierre, es necesario interrumpir la corriente en el circuito o cambiar la polaridad del voltaje aplicado.

Esto significa que mientras se mantiene un pulso positivo en el electrodo de control, el tiristor en el circuito de corriente alterna transmitirá solo la media onda positiva. Un triac puede pasar corriente en ambas direcciones, pero como Consta de dos tiristores conectados entre sí.

La polaridad de los pulsos de control para cada uno de los tiristores internos debe corresponder a la polaridad de la media onda correspondiente; solo si se cumple esta condición, la corriente alterna fluirá a través del triac. En la práctica, este esquema se implementa en común.

Como ya dije, el microcontrolador produce una señal de una sola polaridad, para igualar la señal es necesario utilizar un controlador integrado en un optosimistor.

Así, la señal enciende el LED interno del optoacoplador, abre el triac, que suministra la señal de control al triac de potencia T1. MOC3063 y similares se pueden utilizar como optodriver, por ejemplo, la foto a continuación muestra MOC3041.

Circuito de paso por cero: circuito detector de transición de fase por cero. Necesario para implementar varios tipos de reguladores triac en un microcontrolador.

Si el circuito no cuenta con optodriver, entonces la coincidencia se organiza a través de un puente de diodos, pero, a diferencia de la versión anterior, no existe aislamiento galvánico. Esto significa que ante el primer aumento de voltaje, el puente puede romperse y aparecerá un alto voltaje en el pin del microcontrolador, lo cual es malo.

Al encender/apagar una carga potente, especialmente una inductiva, como motores y electroimanes, se producen sobretensiones, por lo que se debe instalar un circuito RC amortiguador en paralelo con todos los dispositivos semiconductores.

Relé y Arduino

Para controlar un relé con un Arduino, es necesario utilizar un transistor adicional para amplificar la corriente.

Tenga en cuenta que se utiliza un transistor bipolar de conducción inversa (estructura NPN), puede ser el KT315 doméstico (querido y conocido por todos). Se necesita un diodo para amortiguar las ráfagas de campos electromagnéticos de autoinducción en la inductancia; esto es necesario para que el transistor no falle debido al alto voltaje aplicado. La razón de que esto ocurra se explicará mediante la ley de conmutación: "La corriente en una inductancia no puede cambiar instantáneamente".

Y cuando el transistor está cerrado (se elimina el pulso de control), la energía del campo magnético acumulada en la bobina del relé debe ir a alguna parte, por lo que se instala un diodo inverso. Una vez más, observo que el diodo está conectado en dirección INVERSA, es decir cátodo a positivo, ánodo a negativo.

Puede ensamblar un circuito de este tipo con sus propias manos, lo cual es mucho más económico, además puede usar uno diseñado para cualquier voltaje de CC.

O compre un módulo ya preparado o un escudo completo con relé para Arduino:

La foto muestra un escudo casero, por cierto, utiliza KT315G para amplificar la corriente, y debajo ves el mismo escudo hecho en fábrica:

Conclusión

El control seguro de una carga AC implica, en primer lugar, que toda la información descrita anteriormente sea válida para cualquier microcontrolador, no sólo para la placa Arduino.

La tarea principal es proporcionar el voltaje y la corriente necesarios para controlar el triac o relé y el aislamiento galvánico de los circuitos de control y el circuito de alimentación de CA.

Además de la seguridad para el microcontrolador, de esta manera usted se protege para no sufrir lesiones eléctricas durante el mantenimiento. Cuando trabaje con alto voltaje, debe seguir todas las reglas de seguridad, cumplir con el PUE y PTEEP.

Estos esquemas también se pueden utilizar. Los triacs y relés en este caso actúan como amplificador intermedio y igualador de señal. En dispositivos de conmutación potentes, las corrientes de control de la bobina son grandes y dependen directamente de la potencia del contactor o del arrancador.

Alexei Bartosh

El relé Arduno le permite conectar dispositivos que funcionan en modos con corrientes o voltajes relativamente altos. No podemos conectar directamente bombas potentes, motores o incluso una bombilla incandescente común a la placa Arduino; la placa no está diseñada para tal carga y no funcionará. Por eso tendremos que añadir un relé al circuito, que puedes encontrar en cualquier proyecto. En este artículo hablaremos sobre qué son los relés, cómo son y cómo puedes conectarlos a tu proyecto Arduino.

Un relé es una puerta de enlace que le permite conectar circuitos eléctricos con parámetros completamente diferentes. Una esclusa de río típica conecta canales de agua ubicados a diferentes alturas abriendo o cerrando compuertas. Un relé en Arduino enciende o apaga dispositivos externos, cerrando o abriendo de cierta manera una red eléctrica separada a la que están conectados. Con la ayuda de Arduino y relés, controlamos el proceso de encendido o apagado de la misma manera que encendemos o apagamos las luces en casa: enviando un comando para cerrar o abrir. Arduino da una señal, y el relé realizará el cierre o apertura del circuito "potente" a través de mecanismos internos especiales. Se puede considerar un relé como un control remoto, con la ayuda del cual realizamos las acciones necesarias utilizando señales relativamente "débiles".

El relé se caracteriza por los siguientes parámetros:

• Tensión o corriente de disparo.
• Libere voltaje o corriente.
• Tiempos de actuación y liberación.
• Corriente y voltaje de operación.
• Resistencia interna.

Dependiendo del tipo de estos mecanismos de disparo internos y de las características del dispositivo, se pueden distinguir dos grupos principales de relés: relés electromecánicos (conmutados por un electroimán) y relés de estado sólido (conmutados por componentes semiconductores especiales).

Relés electromagnéticos y de estado sólido.

Relé electromagnético

Un relé electromagnético es un dispositivo eléctrico que cierra o abre mecánicamente un circuito de carga mediante un imán. Consta de un electroimán, una armadura móvil y un interruptor. Un electroimán es un cable enrollado en una bobina ferromagnética. Una placa de material magnético actúa como ancla. Algunos modelos de dispositivos pueden tener componentes electrónicos adicionales incorporados: una resistencia para un funcionamiento más preciso del relé, un condensador para reducir las interferencias y un diodo para eliminar sobretensiones.

El relé funciona debido a la fuerza electromagnética generada en los núcleos cuando se suministra corriente a través de las espiras de la bobina. En el estado inicial, el resorte sujeta el ancla. Cuando se aplica una señal de control, el imán comienza a atraer la armadura y cierra o abre el circuito. Cuando se corta el voltaje, la armadura regresa a su posición inicial. Las fuentes de voltaje de control pueden ser sensores (presión, temperatura, etc.), microcircuitos eléctricos y otros dispositivos que suministran baja corriente o bajo voltaje.

Los relés electromagnéticos se utilizan en circuitos de automatización, para controlar diversas instalaciones tecnológicas, accionamientos eléctricos y otros dispositivos. El relé está diseñado para regular voltajes y corrientes, puede usarse como dispositivo de almacenamiento o conversión y también puede registrar desviaciones de parámetros de los valores normales.

Clasificación de relés electromagnéticos:

• La corriente de control puede ser constante o alterna. En el primer caso, el dispositivo puede ser neutro o polarizado. Para corriente alterna, la armadura está hecha de acero eléctrico para reducir las pérdidas.
• Relevo de ancla o caña. Para un tipo de ancla, el proceso de cierre y apertura se produce moviendo la armadura; para un interruptor de láminas, la ausencia de núcleo es típica; el campo magnético actúa sobre el electrodo con contactos.
• Rendimiento: hasta 50 ms, hasta 150 ms y desde 1 s.
• Cubierta protectora: sellada, cubierta y abierta.

En comparación con los dispositivos semiconductores, un relé electromagnético tiene ventajas: es económico, conmuta una carga grande con un tamaño de dispositivo pequeño y produce poco calor en la bobina. Las desventajas incluyen respuesta lenta, ruido y dificultad para cambiar cargas inductivas.

Relés de estado sólido

Los relés de estado sólido se consideran una buena alternativa a los electromagnéticos, son un dispositivo semiconductor modular que se produce mediante tecnología híbrida. Los relés contienen transistores, triacs o tiristores. En comparación con los dispositivos electromagnéticos, los relés de estado sólido tienen una serie de ventajas:

• Larga vida útil.
• Actuación.
• Tallas pequeñas.
• No hay ruidos extraños, interferencias acústicas ni vibraciones de contacto.
• Bajo consumo de energía.
• Aislamiento de alta calidad.
• Resistente a vibraciones y golpes.
• No hay descarga de arco, lo que permite trabajar en zonas explosivas.

Funcionan según el siguiente principio: se suministra una señal de control al LED, se produce el aislamiento galvánico de los circuitos de control y conmutación y luego la señal va a la matriz de fotodiodos. El voltaje está regulado por un interruptor de encendido.

Los relés de estado sólido también tienen varias desventajas. En primer lugar, durante el encendido el dispositivo se calienta. Un aumento en la temperatura del dispositivo conduce a una limitación de la corriente regulada: a temperaturas superiores a 60 grados, el valor actual disminuye, la temperatura máxima de funcionamiento es de 80 grados.

Los relés de estado sólido se clasifican según los siguientes criterios:

• Tipo de carga: monofásica y trifásica.
• Método de control: la conmutación se produce debido al control de voltaje continuo, alterno o manual.
• Método de conmutación: control de cruce por cero (utilizado para cargas débilmente inductivas, capacitivas y resistivas), conmutación aleatoria (cargas inductivas y resistivas que requieren actuación instantánea) y control de fase (variación de voltaje de salida, regulación de potencia, control de lámparas incandescentes).

Relés en proyectos Arduino

El relé más común para la placa Arduino se fabrica en forma de módulo, por ejemplo, SONGLE SRD-05VDC. El dispositivo está controlado por un voltaje de 5 V, puede conmutar hasta 10 A 30 V DC y 10 A 250 V AC.

El diagrama se muestra en la figura. El relé consta de dos circuitos no conectados: el circuito de control A1 y A2 y el circuito controlado 1, 2 y 3.

Entre A1 y A2 hay un núcleo metálico. Si pasas una corriente eléctrica a través de él, la armadura (2) será atraída hacia él. 1, 3 – contactos fijos. En ausencia de corriente, la armadura estará cerca del pin 3.

Conectando un relé a Arduino

Considere un módulo de relé de un solo canal. Tiene solo 3 contactos, están conectados al Arduino Uno de la siguiente manera: GND – GND, VCC – +5V, In – 3. La entrada del relé está invertida, por lo que un nivel alto en In apaga la bobina y un nivel bajo en In apaga la bobina. lo enciende.

Los LED son necesarios para la indicación: cuando se enciende el LED1 rojo, se suministra voltaje al relé, cuando se enciende el LED2 verde, se produce un cortocircuito. Cuando el microcontrolador se enciende, el transistor se apaga. Para abrirlo, necesita un signo menos en la base, suministrado mediante la función digitalWrite(pin, LOW);. El transistor se abre, la corriente fluye a través del circuito y el relé funciona. Para desactivarlo, se aplica un plus a la base usando digitalWrite(pin, HIGH);.

El diagrama de conexión de la lámpara y la apariencia del diseño se presentan en las figuras.

La plataforma para entusiastas de la robótica y la automatización es famosa por su diseño modular y facilidad de operación. A veces me encuentro con anuncios donde dicen que puedes montar tu propio robot sin prácticamente ningún conocimiento de electrónica. Pero no es así.

Si algunos actuadores y mecanismos están conectados incorrectamente, puede quemar los puertos Arduino (de los que ya hablé en el artículo). Y si no sabes manejar dispositivos digitales, en el mejor de los casos simplemente no podrás establecer una conexión.

Compré varios módulos para Arduino, ¿qué debo hacer a continuación?

Para conocer las características de conexión, voltajes de suministro, niveles lógicos, etc., debe familiarizarse con la hoja de datos de su módulo.

La hoja de datos o ficha técnica es la documentación técnica de un producto. Dicha documentación se puede descargar a cualquier microcircuito o sensor. Normalmente se encuentran en el sitio web del fabricante. Además, existen recursos especiales en Internet que contienen una gran cantidad de documentación técnica, uno de los cuales es http://www.alldatasheet.com/

Lea atentamente la hoja de datos, pero ¿a qué debe prestar atención? En primer lugar, además de la parte principal del nombre, un microcircuito suele tener una parte variable o prefijo; la mayoría de las veces son una o más letras.

Esto indica algunas características de un microcircuito en particular, por ejemplo, potencia máxima, voltajes de suministro y niveles lógicos (si el dispositivo es digital), posiblemente el paquete en el que está diseñado, etc.

Si no encontró la información de energía, inicie sesión en la hoja de datos. niveles, comuníquese con las comunidades arduino de habla rusa; sus foros generalmente discuten las características de todos los módulos comunes.

ArduinoUno tiene un voltaje de suministro y niveles lógicos de 5 V, si el dispositivo externo funciona en el rango de 3,3 V, tendrá que configurarlos, la alimentación se puede organizar usando un estabilizador LDO (lineal de baja caída, para estabilización necesita al menos 1,3 voltios de exceso de voltaje a corriente máxima, frente a 2 voltios en los estabilizadores de la serie 78xx, lo que le permite obtener 3,3 voltios de 4,5 voltios (tres baterías AA).

La documentación técnica de sensores y dispositivos digitales también indica los nombres de los protocolos mediante los cuales se “comunican” entre sí. Pueden ser protocolos individuales o estándar, lo mismo:

Arduino trabaja con ellos. Esto le facilitará la búsqueda de bibliotecas y ejemplos de código ya preparados.

Coincidencia y amplificación de señales.

Los principiantes suelen tener preguntas sobre cómo combinar dispositivos y actuadores con Arduino. Veremos los más comunes:

1. Coincidencia de voltaje de circuitos.

2. Coordinación de la potencia del pin de salida y del actuador, es decir, amplificación de voltaje y/o corriente.

¿Qué debo hacer si los niveles lógicos en mi módulo son de 3,3 Voltios y en el Arduino de 5 Voltios? Es bastante fácil utilizar un convertidor de nivel lógico. Puede ensamblarlo a partir de elementos discretos o puede comprar un módulo ya hecho en un tablero, por ejemplo este:

Un convertidor de este tipo es bidireccional, es decir baja el nivel alto y aumenta la respuesta baja. LV(1,2,3,4) - pads para conectar señales de bajo nivel, HV(1,2,3,4) - niveles altos, HV y LV sin números: estos son voltajes de 5 y 3,3 voltios, como con las fuentes de señales convertidas, GND - tierra o cable negativo. Esta instancia en particular tiene 4 canales independientes.

La probabilidad de que aparezca un alto potencial en la placa Arduino en este caso es extremadamente pequeña, esto está garantizado por la ausencia de contacto eléctrico y la comunicación se realiza a través de un canal óptico, es decir. con la ayuda de la luz. Puede obtener más información sobre esto estudiando los dispositivos fotográficos y optoelectrónicos.

Si ocurre un gran salto, el optoacoplador se quemará, en la imagen es PC8171, pero no sobrecargarás los puertos del microcontrolador.

Conectando consumidores poderosos

Dado que el microcontrolador solo puede CONTROLAR el funcionamiento de los dispositivos, no es posible conectar un consumidor potente a su puerto. Ejemplos de tales consumidores:

Motor electrico;

Servoaccionamientos.

1. Conexión servo

La tarea principal del servoaccionamiento es establecer la posición del rotor conectado a los actuadores, controlarlo y cambiarlo con poco esfuerzo. Es decir, usted, usando un potenciómetro, si el servoaccionamiento está diseñado para girar dentro de media vuelta (180 grados) o usando un codificador, si se requiere una rotación circular (360 grados), puede controlar la posición del eje del servoaccionamiento ( motor eléctrico en nuestro caso) de potencia arbitraria.

Muchos entusiastas de la robótica utilizan Arduino como base de sus robots. Aquí es donde los servos han encontrado un uso excelente. Se utilizan para accionar mecanismos giratorios para cámaras, sensores y brazos mecánicos. Las radios modelo se utilizan para impulsar la rotación de las ruedas en los modelos de automóviles. En la industria, los accionamientos grandes se utilizan en máquinas CNC y otros tipos de automatización.

En los pequeños servos de aficionados, se integra en la carcasa una placa con un sensor de posición y electrónica. De ellos suelen salir tres cables:

El rojo es una ventaja de potencia, si el disco es potente, es mejor conectarlo a una fuente externa que a la placa Arduino;

Negro o marrón es un inconveniente, la conexión es la misma que un plus;

Amarillo o naranja es una señal de control: se suministra desde el pin digital del microcontrolador (salida digital).

Se proporciona una biblioteca especial para controlar el servo; el acceso a ella se declara al principio del código, con el comando “#include servo.h”.

Conexión del motor

Para accionar mecanismos y regular su velocidad de rotación, la forma más sencilla es utilizar un DFC (motor CC con escobillas y excitación de imán permanente). Probablemente hayas visto motores como estos en coches radiocontrolados. Se invierten fácilmente (se encienden para girar en la dirección deseada), sólo hay que cambiar la polaridad. ¡No intentes conectarlos directamente a los pines!

Es mejor usar un transistor. Cualquiera de las conductividades directa (pnp) o inversa (npn) servirá. Los de campo también son adecuados, pero al elegir uno específico, ¿asegúrese de que su puerta funcione con niveles lógicos?

De lo contrario, no se abrirá por completo o quemará la salida digital del microcontrolador mientras carga la capacitancia de la puerta; usan un controlador, la forma más sencilla es conducir la señal a través de un transistor bipolar. A continuación se muestra un diagrama de control mediante .

Si no se coloca una resistencia entre G y S, entonces la puerta (G) no será atraída hacia el suelo y puede "caminar" espontáneamente debido a la interferencia.

Cómo determinar que un transistor de efecto de campo es adecuado para el control directo desde un microcontrolador, consulte a continuación. En la hoja de datos, busque el parámetro Vgs, por ejemplo, para el IRL540, todas las mediciones y gráficos están vinculados a Vgs = 5v, incluso un parámetro como la resistencia del canal abierto está indicado para este voltaje entre la puerta y la fuente.

Además del DFC con escobillas, se puede utilizar el mismo circuito para conectar un refrigerador desde una computadora, aunque tiene un motor sin escobillas, cuyos devanados están controlados por un convertidor incorporado, cuya placa se encuentra directamente en su caso.

La velocidad de estos dos tipos de motores se puede ajustar fácilmente cambiando el voltaje de suministro. Esto se puede hacer si la base del transistor no está conectada a la salida digital, sino al pin PWM (~pwm), cuyo valor está determinado por la función "analogWrite()".

Relés y solenoides

Para circuitos de conmutación donde no se necesita regulación ni conmutación frecuente, es conveniente utilizar un relé. Al elegir el correcto, puede cambiar cualquier corriente y voltaje con pérdidas mínimas de conductividad y calentamiento de las líneas eléctricas.

Para hacer esto, aplique el voltaje requerido a la bobina del relé. En el diagrama del relé, su bobina está diseñada para controlar 5 voltios, los contactos de alimentación pueden conmutar tanto un par de voltios como una red de 220 V.

Accionamiento de cerradura de puerta de coche;

Válvulas solenoides;

Electroimán en producción metalúrgica;

Central eléctrica de cañón Gauss y más.

En cualquier caso, un diagrama típico para conectar bobinas de CC a un microcontrolador o lógica se ve así:

Un transistor para amplificar la corriente de control, un diodo está conectado en la dirección opuesta para proteger la salida del microcontrolador de sobretensiones de EMF de autoinducción.

Dispositivos de entrada y sensores.

Puede controlar su sistema mediante botones, resistencias y codificadores. Usando el botón, puedes enviar una señal a la entrada digital del Arduino en un nivel alto (alto/5V) o bajo (bajo/0V).

Hay dos opciones para habilitar esto. Necesita un botón normalmente abierto sin pestillo, para algunos propósitos necesita un interruptor de palanca o un botón con pestillo; elija usted mismo según la situación. Para aplicar una unidad, debe conectar el primer contacto del botón a la fuente de alimentación y el segundo al punto de conexión entre la resistencia y la entrada del microcontrolador.

Cuando se presiona el botón en la resistencia, la tensión de alimentación cae, es decir, el nivel alto. Cuando no se presiona el botón, no hay corriente en el circuito, el potencial a través de la resistencia es bajo y la señal "Bajo/0V" se envía a la entrada. Esta condición se llama "el pin se pone a tierra y la resistencia se "baja".

Si desea que el microcontrolador reciba 0 en lugar de 1 cuando presiona un botón, conecte un botón normalmente cerrado usando el mismo circuito o siga leyendo para aprender cómo hacer esto con uno normalmente abierto.

Para darle al microcontrolador un comando con una señal cero, el circuito cambia ligeramente. Una pata de la resistencia está conectada a la tensión de alimentación y la segunda al punto de conexión entre el botón normalmente abierto y la entrada digital del Arduino.

Cuando se suelta el botón, todo el voltaje permanece en él y la entrada aumenta. Este estado se llama "pin tirado a positivo" y la resistencia está "pulida". Cuando presiona el botón, evita (cortocircuita) la entrada a tierra.

Divisor de voltaje y entrada de señal desde potenciómetro y analógico resistivo.

Se utiliza un divisor de voltaje para conectar resistencias variables como termistores, fotorresistores, etc. Debido a que una de las resistencias es constante y la segunda es variable, se puede observar el cambio de voltaje en su punto medio, en la imagen de arriba se indica como Ur.

De esta forma, es posible conectar varios sensores analógicos de tipo resistivo y sensores que cambian su conductividad bajo la influencia de fuerzas externas. Y también potenciómetros.

En la imagen siguiente se ve un ejemplo de cómo conectar dichos elementos. El potenciómetro se puede conectar sin una resistencia adicional, luego en la posición extrema habrá voltaje total, pero en la posición mínima es necesario asegurar la estabilización o limitación de la corriente; de ​​lo contrario, será así.

conclusiones

Para conectar cualquier módulo y complemento a un microcontrolador sin errores, es necesario conocer los conceptos básicos de la ingeniería eléctrica, la ley de Ohm, información general sobre el electromagnetismo y los conceptos básicos del funcionamiento de dispositivos semiconductores. De hecho, puedes ver que todo esto es mucho más fácil de hacer que escuchar estas difíciles palabras. ¡Utiliza los diagramas de este artículo en tus proyectos!

Alexei Bartosh

El transistor es un componente importante y omnipresente en la microelectrónica moderna. Su propósito es simple: te permite controlar uno mucho más fuerte usando una señal débil.

En particular, se puede utilizar como un “amortiguador” controlado: ante la ausencia de una señal en la “puerta”, bloquea el flujo de corriente y, al suministrarla, lo permite. En otras palabras: se trata de un botón que no se presiona con un dedo, sino aplicando voltaje. Esta es la aplicación más común en electrónica digital.

Los transistores están disponibles en diferentes paquetes: el mismo transistor puede tener una apariencia completamente diferente. En la creación de prototipos, los casos más comunes son:

TO-92 - compacto, para cargas ligeras

TO-220AB: masivo, buena disipación de calor, para cargas pesadas

La designación en los diagramas también varía según el tipo de transistor y el estándar de designación utilizado en la compilación. Pero independientemente de la variación, su símbolo sigue siendo reconocible.

transistores bipolares

Los transistores de unión bipolar (BJT, Bipolar Junction Transistors) tienen tres contactos:

Colector: se le aplica alto voltaje, que desea controlar

Base: a través de ella se suministra una pequeña cantidad. actual para desbloquear grandes; la base está conectada a tierra para bloquearla

Emisor: la corriente fluye a través de él desde el colector y la base cuando el transistor está "abierto"

La principal característica de un transistor bipolar es el indicador. vida también conocido como ganancia. Refleja cuántas veces más corriente en la sección colector-emisor puede pasar el transistor en relación con la corriente base-emisor.

Por ejemplo, si vida= 100, y por la base pasan 0,1 mA, entonces el transistor pasará por sí mismo un máximo de 10 mA. Si en este caso hay un componente en la sección de alta corriente que consume, por ejemplo, 8 mA, se le proporcionarán 8 mA, y el transistor tendrá “reserva”. Si hay un componente que consume 20 mA, solo se le proporcionará el máximo de 10 mA.

Además, la documentación de cada transistor indica los voltajes y corrientes máximos permitidos en los contactos. Superar estos valores provoca un calentamiento excesivo y una vida útil reducida, y un exceso fuerte puede provocar su destrucción.

NPN y PNP

El transistor descrito anteriormente es el llamado transistor NPN. Se llama así porque consta de tres capas de silicio conectadas en el orden: Negativo-Positivo-Negativo. Donde negativo es una aleación de silicio con un exceso de portadores de carga negativos (dopados n) y positivo es una aleación con un exceso de portadores de carga positivos (dopados p).

Las NPN son más efectivas y comunes en la industria.

Al designar transistores PNP, se diferencian en la dirección de la flecha. La flecha siempre apunta de P a N. Los transistores PNP tienen un comportamiento “invertido”: la corriente no se bloquea cuando la base está conectada a tierra y se bloquea cuando la corriente fluye a través de ella.

Transistores de efecto de campo

Los transistores de efecto de campo (FET, Field Effect Transistor) tienen el mismo propósito, pero difieren en su estructura interna. Un tipo particular de estos componentes son los transistores MOSFET (Transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico). Te permiten operar con mucha mayor potencia con las mismas dimensiones. Y el control del propio "compuerta" se realiza exclusivamente usando voltaje: no fluye corriente a través de la puerta, a diferencia de los transistores bipolares.

Los transistores de efecto de campo tienen tres contactos:

Drenaje: se le aplica alto voltaje, que desea controlar

Puerta: se le aplica voltaje para permitir que fluya la corriente; la puerta está conectada a tierra para bloquear la corriente.

Fuente: la corriente fluye a través de él desde el drenaje cuando el transistor está "abierto"

Canal N y Canal P

Por analogía con los transistores bipolares, los transistores de campo difieren en polaridad. El transistor de canal N se describió anteriormente. Son los más comunes.

El canal P cuando se designa difiere en la dirección de la flecha y, nuevamente, tiene un comportamiento "invertido".

Conexión de transistores para impulsar componentes de alta potencia.

Una tarea típica de un microcontrolador es encender y apagar un componente de circuito específico. El microcontrolador en sí suele tener características de manejo de potencia modestas. Entonces Arduino, con una salida de 5 V por pin, puede soportar una corriente de 40 mA. Los motores potentes o los LED ultrabrillantes pueden consumir cientos de miliamperios. Al conectar dichas cargas directamente, el chip puede fallar rápidamente. Además, para el funcionamiento de algunos componentes se requiere un voltaje superior a 5 V, y Arduino no puede producir más de 5 V desde el pin de salida digital.

Pero es bastante fácil controlar un transistor, que a su vez controlará una gran corriente. Digamos que necesitamos conectar una tira de LED larga que requiere 12 V y consume 100 mA:

Ahora, cuando la salida está configurada en lógica (alta), los 5 V que ingresan a la base abrirán el transistor y la corriente fluirá a través de la cinta: brillará. Cuando la salida se establece en cero lógico (bajo), la base se conectará a tierra a través del microcontrolador y se bloqueará el flujo de corriente.

Preste atención a la resistencia limitadora de corriente. R. Esto es necesario para que cuando se aplica voltaje de control, no se forme un cortocircuito a lo largo de la ruta microcontrolador - transistor - tierra. Lo principal es no exceder la corriente permitida a través del contacto Arduino de 40 mA, por lo que es necesario utilizar una resistencia con un valor de al menos:

Aquí Ud- esta es la caída de voltaje a través del propio transistor. Depende del material del que esté fabricado y suele ser de 0,3 – 0,6 V.

Pero no es absolutamente necesario mantener la corriente dentro del límite permitido. Solo es necesario que la ganancia del transistor le permita controlar la corriente requerida. En nuestro caso es 100 mA. Aceptable para el transistor utilizado. vida= 100, entonces una corriente de control de 1 mA nos será suficiente

Para nosotros es adecuada una resistencia con un valor de 118 ohmios a 4,7 kOhmios. Para un funcionamiento estable por un lado y una carga ligera en el chip por el otro, 2,2 kOhm es una buena opción.

Si utiliza un transistor de efecto de campo en lugar de un transistor bipolar, puede prescindir de una resistencia:

Esto se debe al hecho de que la puerta en dichos transistores está controlada únicamente por voltaje: no hay corriente en la sección microcontrolador - puerta - fuente. Y debido a sus altas características, un circuito que utiliza MOSFET le permite controlar componentes muy potentes.