Переключатель полярности с выключением нагрузки (CD4001, CD4013A)
Схема предназначена для включения, выключения нагрузки, и переключения её полярности. Нагрузка должна быть низковольтной (от 3 до 15V), и ток должна потреблять не более 100 mA.
Принципиальная схема
Для включения и выключения нагрузки служит выключатель S2, чтобы нагрузка выключилась его нужно включить Для изменения полярности питания нагрузки служит кнопка S1. Каждое нажатие данной кнопки изменяет полярность питания нагрузки на противоположную.
В основе схемы D-триггер микросхемы К561ТМ2. включен ный в режиме одноразрядного счетчика. -вход D соединен с инверсным выходом В результате чего, состояния выходов меняются на противоположные по фронту каждого импульса, поступающего на вход С триггера.
Рис. 1. Принципиальная схема переключателя полярности с выключением нагрузки (CD4001, CD4013A).
Источником импульсов, поступающих на вход С триггера служит кнопка S1. Для того чтобы при каждом нажатии кнопки формировался только один импульс, а не непредсказуемая пачка импульсов, вызванная дребезгом контактов кнопки, между ней и триггером включен формирователь импульсов на логических элементах D1.1 и D1.2.
Длительность импульса установлена цепью R2-C1 и существенного значения не имеет, важно чтобы её с запасом хватало, чтобы подавить импульсы дребезга кнопки.
Каждое нажатие кнопки S1 приводит к изменению состояния выходов триггера D2 на противоположное. То есть, если нуль был на прямом выходе, а единица на инверсном, то после нажатия кнопки, нуль будет на инверсном выходе, а единица на прямом.
Логические уровни с выходов триггера поступают на схему на логических элементах D1.3 и D1.4. Назначение этой схемы в том, чтобы выключать нагрузку.
Пока на соединенные вместе входы элементов D1.3 и D1.4 (выводы 9 и 13) поступает логический ноль (при разомкнутом S2, через R2), эти элементы работают как инверторы, поэтому, на их выходах разные уровни, противоположно тому, что на выходах триггера D2.
И в результате, открыты только два противоположных транзистора, - либо VT1 и VT4, либо VT3 и VT2. Соответственно, ток через нагрузку течет либо в ту, либо в другую сторону.
Если выключатель S2 включить, то через него на соединенные вместе входы элементов D1.3 и D1.4 (выводы 9 и 13) поступает напряжение логической единицы. И на выходах этих элементов устанавливаются нули, независимо от того, какие уровни на их вторых входах. Так как на выходах D1.3 и D1.4 уровни одинаковые, нули, то открываются только транзисторы VT2 и VT4.
То есть, транзисторы, через которые на нагрузку подается напряжение от плюсовой шины питания. В результате, на оба вывода нагрузки поступает положительно напряжение, и разность потенциалов на нагрузке равна нулю. Соответственно, и тока через нагрузку нет. И нагрузка выключена.
Детали
С транзисторами КТ503 и КТ502 можно управлять только нагрузкой, потребляющей ток не более 100 mA. Если нужно управлять более мощной нагрузкой, то нужно и выходной транзисторный каскад сделать более мощным. Например, если использовать транзисторы Дарлингтона КТ972 (на месте КТ503) и КТ973 (на месте КТ502), то можно будет управлять нагрузкой, потребляющей ток до 4А.
Но, в этом случае, при питании от источника небольшого напряжения, напряжение может оказаться недостаточным для работы нагрузки. Связано это с тем, что транзисторы Дарлингтона состоят из двух транзисторов, включенных по составного транзистора, когда эмиттер маломощного транзистора соединен с базой мощного.
Здесь в результате, мы получим двойной эмиттерный повторитель, и следовательно, напряжение на его эмиттере будет существенно ниже напряжения на базе. Это приведет к тому, что при питании напряжением 3V на нагрузку пойдет только около 2V, и даже меньше.
Кнопка S1 должна быть без фиксации нажатого состояния.
Доронин В. Н. РК-05-20.