• Ten serwis używa "ciasteczek" (cookies). Korzystając z niego, wyrażasz zgodę na użycie plików cookies. Learn more.
  • Szanowny Użytkowniku, serwisy w domenie modelarstwo.info wykorzystują pliki cookie by ułatwić korzystanie z naszych serwisów. Jeśli nie chcesz, by pliki cookies były zapisywane na Twoim dysku zmień ustawienia swojej przeglądarki.
  • Uprzejmie informujemy, że forum będzie niedostępne w dniu 26/04/2018 od godz. 0:00 z powodu migracji na nową platformę sprzętową

Wyjścia funkcyjne dekodera

#1
Po długiej przerwie rozpoczynam kolejny samouczek, a Jaśnie Oświecone Moderatorstwo proszę o "przyklejenie".


1. Wstęp

Wyjście funkcyjne dekodera DCC służy do sterowania światłami lub innymi akcesoriami umieszczonymi w modelu, np. generatorem dymu. Tradycyjnie dekodery są wyposażone w 2..4 wyjść funkcyjnych – dwa do sterowania podstawowymi światłami lokomotywy, pozostałe do innych celów, określonych przez użytkownika. Wyjścia te załączają na dołączonych do nich odbiornikach napięcie zbliżone do panującego w torach, a maksymalne możliwe natężenie prądu określone przez producenta zawiera się w granicach od 100 mA do 1 A.
Nowsze, bardziej rozbudowane modele dekoderów mogą być wyposażone w więcej wyjść, przy czym mogą one być zrealizowane w dekoderze na dwa sposoby, jako tradycyjne – wysokonapięciowe i wysokoprądowe oraz (te o wyższych numerach) jako tzw. logiczne – dające napięcie do 5 V i natężenie prądu do kilkunastu mA. Wyjścia logiczne mogą być używane do sterowania pojedynczych diod świecących lub do sterowania zewnętrznych wzmacniaczy sterujących odbiornikami wysokoprądowymi. O wyjściach logicznych napiszę więcej w dalszej części samouczka.


2. Wyjścia „zwykłe”

Schemat wyjścia „zwykłego” jest pokazany na rysunkach poniżej. Odbiornik (np. żarówki świateł) jest włączony pomiędzy wyjście i wspólny dla wszystkich wyjść biegun dodatni. Napięcie panujące na wyjściu w stanie włączenia jest równe napięciu w torach pomniejszonemu o spadek napięcia na prostowniku zawartym w dekoderze. Prostownik ten służy do zasilania całego dekodera i silnika. Jest on zwykle zrealizowany przy użyciu diod Schottky'ego o niskim napięciu przewodzenia i spadek napięcia na nim wynosi ok. 1 V. W amatorskich konstrukcjach dekoderów często spotyka się prostowniki zbudowane ze zwykłych diod krzemowych, które mają dwie istotne wady: zwiększają obciążenie wzmacniacza DCC („boostera”) oraz – wskutek większego spadku napięcia – wydzielają więcej ciepła. Spadek napięcia na takim prostowniku wynosi od 1.4 do ok. 2 V.

W dekoderach dla mniejszych skal, wyposażonych w złącze 6-stykowe, wspólny biegun dodatni nie jest wyprowadzony na złączu. W takim przypadku często odbiornik jest włączony pomiędzy wyjście dekodera i jeden z przewodów odbierających prąd z szyn. Rozwiązanie takie z wielu ważnych względów nie jest zalecane przez standard DCC i należy go unikać. Przy takim podłączeniu prąd płynie przez odbiorniki podłączone do wejść funkcyjnych przez ok. 1/2 czasu, czyli światła świecą słabiej, a przy braku sygnału DCC (np. przy sterowaniu analogowym) – świecą mocno lub wcale, w zależności od tego, z którą szyną są połączone.

Jako element załączający wyjście w dekoderze jest używany tranzystor bipolarny npn lub tranzystor NMOS. Tranzystory npn używane w dekoderach są to tzw. „tranzystory cyfrowe”, z wbudowanymi rezystorami. Ich zastosowanie umożliwia zmniejszenie liczby elementów dekodera (bo nie wymagają one zewnętrznych rezystorów). Tranzystory te nie są jednak zbyt popularne w handlu i w przypadku konieczności wymiany ich zakup może okazać się trudny. Tranzystor npn w stanie włączenia w nasyceniu (a tak właśnie pracuje w dekoderze) charakteryzuje się spadkiem napięcia ok. 0.3 V, a więc wydziela on pewną moc, zależną od natężenia prądu obciążenia, w postaci ciepła.
Tranzystory NMOS działają w dekoderze jak wyłączniki. W stanie włączenia tranzystor NMOS zachowuje się jak rezystor. Rezystancja w stanie włączenia zależy od typu tranzystora i waha się od pojedynczych miliOhmów (nowsze typy) do kilku Ohmów. Jeżeli w dekoderze użyto tranzystora o małej rezystancji lub natężenie prądu wyjściowego jest niewielkie (do ok. 200 mA), to nie będzie się on grzał wcale. Te o większej rezystancji, np. popularne BSS138, przy większych natężeniach prądu, rzędu kilkuset mA, grzeją się podobnie do typowych npn. Nowsze modele NMOS, o rezystancji w stanie przewodzenia nie przekraczającej kilkudziesięciu miliOhmów, pozostają całkiem zimne, niezależnie od natężenia prądu.

Dekodery umożliwiają zwykle sterowanie energią dostarczaną do wyjścia funkcyjnego przez modulację współczynnika wypełnienia. W ten sposób zmieniając wartość CV można sterować jasnością świateł. Odbiornik jest w takim przypadku zasilany przebiegiem prostokątnym – prąd płynący przez odbiornik jest załączany i wyłączany kilkaset lub kilka tysięcy razy na sekundę. Przy takim sterowaniu stopień wyjściowy dekodera z tranzystorem NMOS, do którego dołączono odbiornik inny niż LED, będzie się grzał, bo podczas włączania i wyłączania na tranzystorze tym będzie wydzielane ciepło. Stopień wyjściowy z tranzystorem bipolarnym nie grzeje się podczas włączania i wyłączania, za to grzeje się wskutek przepływu prądu w stanie włączenia. Jak widać oba rozwiązania mają swoje wady, chociaż to z NMOS jest zdecydowania lepsze.
 

Załączniki

OP
OP
B

Blue

Użytkownik
#2
3. Podłączenie odbiornika o niewielkiej mocy (np. świateł)

Podłączając obciążenie do wyjścia funkcyjnego należy zwrócić uwagę na kierunek przepływu prądu oraz maksymalne natężenie prądu. Kierunek podłączenia jest istotny w przypadku LED lub układów elektronicznych; dla żarówek jest bez znaczenia, a w przypadku silników (np. wentylatorów) wpływa jedynie na kierunek obrotów.
Diody świecące podłączamy do wyjścia funkcyjnego zawsze przez rezystor (ale o tym już pisałem obszernie gdzie indziej). Niestety do określenia właściwego kierunku podłączenia diod nie można użyć metody prób i błędów, bo błąd z dużym prawdopodobieństwem spowoduje uszkodzenie diody. Anodę diody podłączamy do niebieskiego przewodu (kto wymyśli, że niebieski, to biegun dodatni?!...), a katodę przez rezystor łączymy z wyjściem dekodera. (Elektronom wszystko jedno, rezystor może być pomiędzy anodą i plusem, ale tak będzie bardziej elegancko.) Możemy połączyć szeregowo do trzech diod białych, niebieskich lub zielonych albo do czterech czerwonych, pomarańczowych lub żółtych.
Do wyjścia dekodera możemy podłączyć żarówkę lub 2..3 żarówek połączone równolegle, o ile mogą one być zasilane napięciem 14..16V, bo taka jest typowa wartość napięcia zasilania w systemie DCC. Żarówki 12 V będą świeciły nieco za jasno i mogą łatwo ulegać uszkodzeniom. możemy również podłączyć kilka szeregowo połączonych żarówek niskonapięciowych, pamiętając o odpowiednim rezystorze szeregowym, podobnie jak dla diod.
 
#4
(...) Tranzystor npn w stanie włączenia w nasyceniu (a tak właśnie pracuje w dekoderze) charakteryzuje się spadkiem napięcia ok. 0.3 V, a więc wydziela on pewną moc, zależną od natężenia prądu obciążenia, w postaci ciepła.
Tranzystory NMOS działają w dekoderze jak wyłączniki. W stanie włączenia tranzystor NMOS zachowuje się jak rezystor. Rezystancja w stanie włączenia zależy od typu tranzystora i waha się od pojedynczych miliOhmów (nowsze typy) do kilku Ohmów.(...)
Panie kolego, jaka jest różnica w sterowaniu Bi cz Mos? I te, i te sterowane są PWM, więc albo są włączone, albo nie. Znów wprowadzasz w błąd.
 
#5
(...)Przy takim sterowaniu stopień wyjściowy dekodera z tranzystorem NMOS, do którego dołączono odbiornik inny niż LED, będzie się grzał, bo podczas włączania i wyłączania na tranzystorze tym będzie wydzielane ciepło. Stopień wyjściowy z tranzystorem bipolarnym nie grzeje się podczas włączania i wyłączania(...)
Znów herezje, tego powinno si zakazać. Poczytaj noty katalogowe tranzystorów, popróbuj, a później sie wypowiadaj.
 
#6
(...)Niestety do określenia właściwego kierunku podłączenia diod nie można użyć metody prób i błędów, bo błąd z dużym prawdopodobieństwem spowoduje uszkodzenie diody(...)
Czytałeś noty katalogowe dioda, białych, niebieski i innych, a konkretnie dopuszczalne napięcie i prąd wsteczny? Znów wprowadzasz w błąd.
 
OP
OP
B

Blue

Użytkownik
#7
Drogi r-miku, nie rozumiem, o co się tak pienisz.
Zazwyczaj wiem, co mówię i piszę, chociaż nieomylny nie jestem. Odpowiadam więc po kolei:

1. Klasyczna dioda prostownicza, np. 1N4001, charakteryzuje się sporym czasem wyłączenia. Jest ona przystosowana do prostowania przebiegu sinusoidalnego, ale nie prostokątnego. Przy przebiegu prostokątnym po zmianie polaryzacji przebiegu na wejściu prostownika, dioda, która przed chwilą przewodziła, wciąż będzie przewodzić, bo "nie zdąży zauważyć" zmiany polaryzacji. Dioda, która była zatkana, zacznie przewodzić, i na gałęzi mostka nastąpi chwilowe zwarcie. Zwarcie minie, bo dioda spolaryzowana zaporowo wkrótce się zatka. To zwarcie powoduje obciążanie stopnia końcowego boostera oraz nagrzewanie mostka. Efekt nagrzewania mostka jest dość znany. Z tego powodu we wszystkich firmowych dekoderach znajdziesz albo diody Schottky'ego, które są i szybkie i mają niższe napięcie przewodzenia, albo diody szybkie (nie Schottky), które tylko wyłączają się szybciej niż zwykłe prostownicze.

2. Na włączonym, nasyconym tranzystorze npn mamy spadek napięcia rzędu 0.3 V. Przy prądzie przewodzenia 1A daje to moc 0.3 W, która całkiem dobrze grzeje tranzystor. Na włączonym tranzystorze NMOS mamy rezystancję np. 70 mOhm (w zależności od typu od kilku mOhm do kilku Ohm, ale wolimy wybierać te o mniejszej Rdson), co przy prądzie 1A daje 0.07 W, czyli sporo mniej). Niestety, typowy npn włącza się i wyłącza sporo szybciej niż typowy niskoomowy NMOS - na NMOSie ciepło będzie się więc wydzielało głównie w czasie włączania i wyłączania, czyli podczas zmiany rezystancji. Przy szybkim PWM MOS grzeje się całkiem nieźle - parę razy miałem okazję sprawdzić to własnym palcem - np. mostek NMOS pracujący na 1.6 MHz wymagał chłodzenia wodnego. Z kolei npn grzeje się głównie w stanie przewodzenia. Co Ci nie pasuje?

3. Typowe dopuszczalne napięcie wsteczne dla LED wynosi 5V. Powyżej może nastąpić zniszczenie struktury i nie ma to nic wspólnego z natężeniem prądu. Czyżbym czegoś nie zauważył? Proszę wyprowadź mnie z błędu. Ja parę razy upaliłem diodę podłączając ją przez rezystor 1 kOhm do 10 V w kierunku zaporowym, więc praktyka jak najbardziej potwierdza teorię.

Pozdrawiam...
 

Podobne wątki