Управлять двигателями можно с помощью оптронов

Журнал РАДИОЛОЦМАН, август 2016

Jean-Bernard Guiot

EDN

На Рисунке 1а показана схема с фиксацией воздействия, основанная на транзисторном оптроне IC₁. Если, оставляя кнопку ВЫКЛ замкнутой, нажать на кнопку ВКЛ, на светодиод оптрона поступит питание, и фототранзистор в IC₁ откроется. Теперь вы можете отпустить кнопку, и транзистор останется открытым. Сопротивление резистора R вы должны подобрать в соответствии с напряжением источника питания и характеристиками оптоизолятора. Для того чтобы выключить схему, надо прервать путь тока, нажав на кнопку ВЫКЛ. Выходом этой схемы служит непосредственно коллектор фототранзистора. Если вам требуется изолированный выход, можно воспользоваться схемой на Рисунке 1б, принцип работы которой аналогичен схеме на Рисунке 1а. На Рисунке 1в показана похожая схема, но с двумя нормально разомкнутыми кнопками. Закорачивание светодиода оптрона IC₁ закрывает транзистор в IC₁, и IC₂ также выключается. Обратите внимание, что одновременное нажатие кнопок ВЫКЛ и ВКЛ включит выход схемы. Но имейте в виду, что нажатие кнопки ВЫКЛ снижает напряжение на схеме на величину от 1 до 2 В. Это надо принимать во внимание при расчете значения сопротивления R.

Рисунок 1.	Для управления двигателями подходят различные схемы с фиксацией состояния на основе оптронов. В схеме (а) и изолированной схеме (б) для включения мотора достаточно нажать на кнопку ВКЛ. В схеме (в) надо нажать две кнопки одновременно.

На Рисунке 2 изображена упрощенная схема приложения, в котором электродвигатель всегда должен останавливаться в определенном положении. «Упрощенная» означает, что на ней показаны лишь элементы, необходимые для иллюстрации роли оптоизолятора, и опущены, например, цепи защиты, реверса и торможения. В этой схеме IC₁ – транзисторный оптрон, а IC₂ – нормально разомкнутый бесконтактный концевой выключатель на n-p-n транзисторе. Концевой выключатель срабатывает, когда кулачок оказывается вблизи области его чувствительности. Кулачок монтируется на оси мотора. Двигатель должен останавливаться, когда кулачок проходит мимо зоны срабатывания концевого выключателя. Замыкание кнопки ВКЛ открывает транзистор Q_ВЫХ, позволяя мотору вращаться независимо от состояния остальных частей схемы. Во время размыкания кнопки ВКЛ может происходить следующее:

• Кулачок находится вне области чувствительности концевого выключателя. Оба транзистора в IC₁ и IC₂ закрыты, и базовый ток Q_ВЫХ отсутствует. Соответственно, мотор не вращается.
• Кулачок проходит через зону срабатывания бесконтактного выключателя и включает его. Светодиод, а, следовательно, и транзистор оптрона IC₁ остаются открытыми. Таким образом, мотор продолжает вращение до тех пор, пока кулачок не приблизится к чувствительной области отражательного оптрона. В этот момент двигатель останавливается.

Рисунок 2.	Кулачковый механизм управляет концевым выключателем, определяя положение остановки двигателя.

Все схемы испытывались с использованием оптоизолятора PC814 компании Sharp. (Схема Рисунок 2 в течение нескольких месяцев работала на нескольких машинах). Такие оптроны как 4N33, с дополнительным выводом базы фототранзистора, использовать в этих приложениях намного сложнее. Конечно же, заменить реле эти схемы не могут, но они удобны и эффективны в приложениях, в которых токи и напряжения находятся в пределах, допустимых для используемых оптоизоляторов. (Вы можете добавить некоторое усиление, воспользовавшись какими-либо мощными транзисторами Дарлингтона). Основными преимуществами подобных схем являются низкое потребление мощности, отсутствие механических шумов и дребезга контактов, невысокая цена порядка 50 центов, некритичность к подбору компонентов и размеры менее 6×10 мм.