Що всередині l293! Частина перша

Підсилювач струму.

Практично всі схеми обробки сигналів або схеми управління працюють на відносно малих токах. Через деталі таких схем, через транзистори або мікросхеми, зазвичай протікають струми всього лише в кілька міліампер. Вихідні сигнали таких схем так само слабкі. Такого струму недостатньо для роботи будь-якого виконавчого пристрою або потужні навантаження: мотора, лампочки, обмотки реле. На рис. 1 приведена схема, яку можна зібрати, що б перевірити це на практиці.

Мал. 1. Струм 10 мА занадто малий для роботи.

У цьому випадку джерело сигналу замінений резистором. Опір резистора вибрано таким, що б проходить через нього і через навантаження струм був в межах декількох міліампер. Приблизно такий же струм забезпечують і звичайні логічні мікросхеми, операційні підсилювачі або мікроконтролери.
Для того, що б підсилити невеликий струм до потрібної величини застосовують підсилювач струму.

Підсилювач струму - пристрій для підвищення значення сили струму в ланцюзі за рахунок енергії стороннього джерела.

Схему підсилювача струму можна зібрати на двох транзисторах однакової структури n-p-n (рис. 2). Для досягнення максимального посилення струму транзистори з'єднані спеціальним чином. Таке з'єднання транзисторів утворює складовою транзистор, або транзистор Дарлінгтона (по імені ізобреталетя Sidney Darlington).

Мал. 2. Підсилювач струму за схемою Дарлінгтона.

Транзистор Т2 повністю відкриється при струмі від джерела сигналу близько 1 мА, а через його колектор може проходити струм до 1000 мА. Виходить, схема на двох транзисторах підсилює потік в 1000 разів!
Тут навантаження підключена одним висновком до плюса джерела живлення, а другим - до виходу підсилювача. Інша важлива Оссобенності цієї схеми в тому, що відкриття транзистора походить від джерела позитивної полярності. Тобто, що б підсилювач "притиснув" навантаження до мінуса, потрібно подати "плюс".

Але іноді один висновок навантаження обов'язково повинен бути підключений до мінуса харчування, тоді другий висновок потрібно "тягнути" до плюса. В такому випадку можна застосувати трохи іншу схему підсилювача, рис. 3.

Мал. 3. Підсилювач струму за схемою Шіклаі.

Цей підсилювач так само зібраний на складеному транзисторі, але із застосуванням транзисторів різної провідності. Таке з'єднання транзисторів називають транзисторної парою Шіклаі (по імені ізобреталетя George Clifford Sziklai). Але на противагу транзистору Дарлінгтона відкриття транзистора Шіклаі тут відбувається сигналом негативної полярності. Тобто, що б підсилювач "тягнув" навантаження до плюса, потрібно подати "мінус".

Діод в схемах на рис. 2 і рис. 3 призначений для придушення протидії ЕРС, що з'являється при підключенні навантаження індуктивного харрактера. Таку ж функцію виконують ці діоди і у всіх схемах далі.

Мал. 4. Двотактний підсилювач струму.

Якщо поєднати схему на рис. 2 зі схемою на рис. 3, то вийде більше універсальний підсилювач струму - рис. 4. Такий підсилювач може не тільки "тиснути" підключене навантаження до мінуса, а й "тягнути" її до плюса, тому про такий підсилювач кажуть "підсилювач з push-pull-виходом" (від англійського "push" - тиснути і "pull" - тягнути). Застосовується і інша його назва - двотактний підсилювач.
У двотактному підсилювачі в один момент часу може бути відкритий тільки один з вихідних транзисторів, верхній або нижній. Причому, що б відкрити нижній транзистор, на вхід схеми потрібно подати сигнал величиною близько двох вольт, а що б відкрити верхній транзистор - потрібен сигнал величиною менше одного вольта. Така "вибірковість" рівнів вхідної напруги дуже зручна, так як подібні підсилювачі використовуються зазвичай в ключовому режимі. Тобто в режимі, коли є тільки два стани, в даному випадку вихід підсилювача може бути або притягнутий до плюса ( "вгору") або притиснутий до мінуса ( "вниз").
Для схеми на рис.4 діє правило: якщо на вхід подати мала напруга - то вихід буде тягнутися до плюса, якщо на вході велика напруга - то вихід давиться до мінуса. Тобто напруга на виході схеми буде "зворотне" вхідного. Така функція не завжди зручна і для виправлення становища можна застосувати ще один транзистор, який би "перевертав" полярність сигналу на протилежну.

Мал. 5. Підсилювач струму з фотодатчиком.

Як джерело сигналу для такого підсилювача може виступати звичайний фотосенсор на основі фототранзистора або фотодіода (показаний на рис. 5). Саме цей фотосенсор добре знайомий із серії "Крок за кроком" в схемах найпростіших роботів. Поєднавши цей фотосенсор з підсилювачем, а до підсилювача підключивши моторчик - отримаємо універсальну схему, що реагує на світло! Лише підключаючи другий контакт моторчика до плюса або до мінуса харчування, можна вирішувати, чи буде він обертатися при освітленні або затемненні фотодатчика.
На перший погляд ця схема надто складна і надлишкова для такої простої іншої функції як фотореле. Але разом з тим схема максимально універсальна, і цим окупається її складність. Так надходять, наприклад, при виготовленні мікросхем і складних пристроїв: будь-якої блок можна використовувати по-різному, що не переробляючи його.

Незалежно від складності та виду самого підсилювача, в стуктурних схемах підсилювачі прийнято позначати піктограмою трикутника (рис. 6-а), "вістря" трикутника завжди вказує в напрямок виходу. Так само застосовується і позначення трикутника в квадраті (рис. 6-б).

Мал. 6. Умовне позначення підсилювача.

Мал. 7. Структурна схема L293D.

Якщо мається на увазі саме підсилювач з двотактним виходом, можна додати позначення вихідних транзисторів (рис. 6-в). Якщо підсилювач має якісь керуючі висновки, то до умовному позначенню підводять лінії з'єднань, які можуть бути підписані (рис. 6-г).

Такі позначення можна зустріти в структурних схемах різних мікросхем-підсилювачів або мікросхем, що містять підсилювачі. Наприклад, структурна схема добре відомої мікросхеми L293D. приведена на рис. 7. У цій структурній схемі легко можна розрізнити чотири підсилювача (позначені жовтим кольором). Тобто всю мікросхему L293 (D) можна розглядати просто як чотири підсилювача струму, поміщених в загальний корпус.

Крім вхідних і вихідних висновків кожного підсилювача струму і ніжок для подачі живлення, мікросхема L293 (D) має ще кілька висновків. Призначення цих ніжок, а так само варіанти підключення навантаження до цієї мікросхемі і її управлінням можна дізнатися у другій частині статті "Що всередині L293. Частина друга. Від підсилювача струму до драйверу L293.".

Сміливих і Вдалих Експериментів.