Vezérlés az LPT-porton Alfától Omegáig. VIII.
Előző cikkünkben egy gyakorlati példával ismerkedtünk meg: hogyan lehet szilárdtest alapú kapcsolóeszközökkel is egyszerűen és praktikusan működtetni 230V-os fogyasztóinkat. Mint ez szokásunk, a biztonságtechnikáról, illetve az érintésvédelemről se felejtkeztünk el. Ezúttal újabb érdekes és hasznos kimeneti eszközzel, egy integrált áramkörös, túlterhelésvédett motorvezérlővel ismerkedhetünk meg. A kapott érdeklődő levelek alapján remélem, a Kedves Olvasók ezeket is hasonló lelkesedéssel fogadják, s építik után, mint az eddigieket.
DC-motorok vezérlése egyszerűbben - hangfrekvenciás
erősítő integrált áramkörökkel:
Cikksorozatunk 6.
Részében megismerkedtünk a relés, illetve a tranzisztoros motorvezérlések alapjaival.
Joggal kérdezhetnénk, miért nem jó az nekünk? Mi szükség az újabb és újabb
megoldásokat hajszolni? A válasz kézenfekvő, a megismert egyszerű
kapcsolásoknak számos problémája van. Pl. sok alkatrészt tartalmaznak,
körülményesebb az összeszerelés. A relé csattog, illetve sok a fogyasztása,
stb. – Az igazi ok azonban a védelem hiánya-.
Mi történik, ha pl. zárlatos lesz a motor, vagy két vezeték összeér? S
ha túlmelegszik a a teljesítménytranzisztor? Sajnos akkor -a tranzisztoros
verziónál- valószínűleg alkatrészcsere lesz a dologból. Nem így sok
hangfrekvenciás erősítő IC esetén!
A példaként
választott TDA2003-as áramkör védett túlmelegedés, illetve néhány másodperces
rövidrezárás ellen, vagyis a mikromotorok vezérlésére ideális eszköz. Elvileg
7,5W körüli hangfrekvenciás teljesítményt tud a 3,2 ohmos terhelő ellenállás
mellett leadni. Azonban ez analóg módon változó jelekre megadott érték. Ne
feledjük, hogy itt csak ki/be kell kapcsolgatni, vagyis a tranzisztorok
maradékfeszültségét kell csak szorozni az áramerősséggel, hogy megkapjuk azt a
teljesítményt, mely melegíti kapcsolóeszközt. Belátható, hogy emiatt jóval
nagyobb teljesítményű fogyasztókat kapcsolgathatunk, mint a katalógusban
megadott hangfrekvenciás adat…. Ha a kapcsolót magasabb tápfeszültségről
járatjuk, akkor ennél is nagyobb lehet a kapcsolt teljesítmény!
A magam részéről
eredményesen vezéreltem ezekkel az alkatrészekkel igen sokfajta játék motorját,
tapasztalatom szerint ez a megoldás erre a célra jól bevált.
Rengeteg régi,
kopott, kidobásra szánt kazettás magnó, autórádió tartalmaz ilyen IC-ket,
vagyis előnye a megoldásnak, hogy bontott készülékekből, akár ingyen is
kitermelhetők. Az aprócska, furán hajlított lábú IC-nek 5 kivezetése van,
számozását, illetve a tokot az 1. ábra mutatja:
1., ábra a TDA2003-as IC kinézete, illetve
lábkiosztása:
Forrás: Gyurkovics: kapcsolások Hangfrekvenciás
IC-kkel.(Műszaki kiadó)
2003.jpg
Jól látható a fém
hűtőzászló, melyet hűtőbordára csavarozhatunk. Bár az általam vezérelt
motoroknál nem volt szükség rá, az IC-k nem, vagy alig-alig melegedtek! A tokok hűtőtönkjeit egymástól szigetelni kell, erre ügyeljünk, ha
közös hűtőbordára szereljük.
Maga a TDA2003-as áramkör voltaképpen egy műveleti erősítőnek is
tekinthető, aminek azonban a kimenetén egy teljesítményfokozat található,
melyet a korábbi cikkben már megismertünk a motorvezérlőben.
A műveleti erősítő
lényegében olyan –analóg- áramkör, ami a bemeneteire kapcsolt feszültségek
eredőjét felerősítve a kimeneten megjeleníti. Két bemenete van, az egyik a +, a
másik a – jellel jelölt. Az ide kapcsolt feszültségeket ennek megfelelően
előjelhelyesen adja össze. Vagyis ha a + bemenetre 5V-ot kapcsolnánk, a –
bemenetre 3-at, akkor 5-2=3V lenne az eredő. Ezt az értéket szorozza fel az
erősítéssel az alkatrész.
A műveleti erősítő
igen összetett eszköz, a kapcsolástechnkája hasonlóképpen. .Számunkra annyit
érdekes róla tudni, hogy visszacsatolás nélkül alkalmazva a bemeneti eredőt
akár 10000-el is szorozhatja. Példánkban 3V*10000 igencsak hatalmas érték
lenne, amit alkatrészünk nem lenne képes elviselni. Ellenben a tápfeszültség
szerencsére határt szab ennek, vagyis annál nagyobbat természetesen nem tud
kiadni. Ez azt is jelenti, hogy a tápfeszültségnek akár egy tízezredrészét
eredőnek adva a bemenetre, máris kiakad bármelyik tápra. Ezt a tulajdonságot ki
is szoktuk használni, méghozzá feszültségek összehasonlítására. Ha a pozitív
bemeneten nagyobb a feszültség egy kicsivel, akkor a pozitív tápra billen a
kimenet, ha a negatív bemeneten, akkor pedig a negatívra. Vagyis két analóg
feszültség viszonyáról kapunk logikai igaz/hamis értéket! J.
A mi
kapcsolásunkban is ezt a sajátságot használjuk fel. Szakkifejezéssel élve
“komparátor”, azaz összehasonlító üzemmódban járatjuk az áramkört.
A negatív
bemenetre 0,6….0,8V feszültséget kapcsolunk, mert ennyi lehet maximum a logikai
nulla feszültségszintje az LPT-kimeneteknek.. Ha ezek után a portunkra
kapcsoljuk a pozitív jelbemenetet, akkor nulla szint esetén, mivel a
referenciafeszültségünk a vagyobb, negatív táp jelenik meg a kimeneten. Ha
logikai egyre váltunk a + bemeneten, akkor viszont átbillen a komparátor, s
megjelenik a pozitív tápfeszültség. Érdekesség, hogy az IC tápja max. 18V-ig
emelhető, vagyis nem kell 5V-os motorokhoz ragaszkodnunk. Áramkörünk ekkor is
kifogástalanul üzemel. Természetesen a buffer alkalmazása ez esetben, bár nem
kötelező, de - javasolt.
Ha ebből az IC-ből
2db-ot alkalmazunk, megkapjuk az irányváltós motorvezérlésünket.
Működtetése a 6.
cikkben említettel azonos, vagyis a következő üzemmódok lehetségesek:
00 - áll a motor.
11 - áll a motor.
01 – jobbra forog a motor
10 – balra forog a motor
A második ábrán ez
a kapcsolási rajz látható. Mivel kétmotoros játéktankok alvázaihoz lett
kidolgozva, ezért tartalmaz 4db IC-t, illetve két motort a rajz:
2., ábra: A kétmoros vezérlő modul kapcsolása:
A szerző saját áramkörének rajza a tervezőprogram
képernyőjén.
(szervo1.jpg)
R1-D1 alkatrészek
alkotják a referencia-feszültségforrást. Működése azon alapul, hogy a
szilíciumdiódákon - a már korábban megtanultak szerint - 0,6…0,8V feszültség
esik üzem közben. A vele sorba kapcsolt ellenállás emészti meg mindig a
tápfeszültség maradék értékét. Ezt feszültség stabilizálásra is felhasználják
sok alkalmazásban, most mi is ezt tesszük. Ezt a feszültséget vezetjük a komparátorok
egyik bemenetére, mint a logikai szintek értékét. A négy erősítő IC
tápfeszültség lábai nincsenek a rajzon feltüntetve. Az 5-ös lábak mindegyikét a
pozitív, a 6.-os lábakat pedig GND-re kell kapcsolni. Mivel nyomtatott panelt nem tudunk egyelőre készíteni, így egy
bakelit lapra szerelhetjük az áramkör prototípusát, „lengő” huzalozással. Az
ügyesebb olvasók bizonyára gyorsan összedobják a kis kapcsolást. Tapasztalataim
szerint áramforrás gyanánt a játéktankba gyárilag beépített elemek tartói is szolgálhatnak,
ha minimum 6V-os megvan a telepfeszültség, igaz a katalógus szerint az IC
minimális feszültsége 8V…. A logikai jeleket egy hosszú, többméteres, 5-erű
vezetékkel köthetjük be… (A 4 jelvezető és a GND) A számítógép
nyomtatóportjára, vagy a portra kötött meghajtókra csatlakozik a vezeték másik
vége, s ezzel életünk első robotmodellje összeállt. Szoftver ismertetésével nem
kívánom a helyet foglalni, hiszen annyira egyszerű.
Fontosnak tartom
megemlíteni, hogy TDA 2030-as integrált áramkört (lábkiosztása, bekötése
megegyezik a TDA2003-al) alkalmazva a kapcsolható teljesítmény lényegesen
megnövelhető. Azonban erősebb motorhoz már nem elegendő a fenti megoldás. Ne
feledjük a korábbiakban az induktív fogyasztóról megtanultakat. Annak idején
védődiódákat építettünk be ez ellen pl. a relés fokozatok esetén. Most ugyanezt
tesszük, csak tekintettel a polaritásokra, 4db diódára lesz szükségünk a 3.
ábrán láthatóak szerint:
3., ábra: A nagyteljesítményű vezérlő modul kapcsolása:
Forrás:K.S-D.J – Mikroelektronika amatőröknek (Műszaki
kiadó).
(szervo2.gif)
Ezt a kapcsolást
ugyan eddig nem próbáltam ki, de elvileg üzemelnie kell. Látható, hogy a
logikai szinteket _nem 0,6V-nál, hanem a két 10K-s ellenállás által
meghatározott, felezett tápfeszültségnél váltja. Ez azt jelenti, hogy nem TTL
kompatíbilis, 5V-os szintekkel vezérelhető. Azonban az előző ábrán látható,
bevált diódás megoldással elérhető, hogy ne kelljen a feszültségszinteket
illeszteni, hanem ugyanúgy közvetlen vezérelhessük portunkról. Látható, hogy
igen izmos nagyobb feszültségű motorokat kapcsolhatunk, (hiszen kisebb
áramerősség kell azonos teljesítményhez, s a meghajtó fokozaton mindig csak a
maradék feszültség esik, függetlenül a táptól) s a tápfeszültség e tipusnál
akár 36V-ig is emelhető, az IC, illetve ezzel együtt a port veszélyeztetése
nélkül…(Elsőre
szinte megdöbbentő, nem? J
Felhívom azonban a figyelmet a már korábban megismert optikai leválasztó fokozatra, mely az IC váratlan meghibásodása, vagy egy óvatlan mozdulat, leszakadt vezeték esetén is biztosítja portunk és vele talán egész gépünk életben maradását. Vigyázat, nem játék!! Ha a gép logikai szintjeinél nagyobb feszültség került a portunk kivezetéseire, akkor ez valóságos mészárlást képes végezni abban, s nem biztos, hogy a rombolást végző feszültség az átütött meghajtó áramköröknél megáll, főleg a 36V!!!
A következő
részben egy másik érdekes kimeneti egységgel ismerkedünk: megtanuljuk, hogyan
lehet folyamatos szabályozásokhoz analóg feszültséget előállítani a portunk
segítségével. Addig is sikeres kísérletezést, kellemes szórakozást kívánok a
robotépítőknek.
Kis Norbert - norbimagan@freemail.hu