PLC (Programowalny Sterownik Logiczny)– uniwersalne urządzenie mikroprocesorowe przeznaczone do sterowania pracą maszyny lub urządzenia technologicznego. Sterownik PLC musi zostać dopasowany do określonego obiektu sterowania poprzez wprowadzenie do jego pamięci żądanego algorytmu działania obiektu. Cechą charakterystyczną sterowników PLC odróżniającą ten sterownik od innych sterowników komputerowych jest cykliczny obieg pamięci programu. Algorytm jest zapisywany w dedykowanym sterownikowi języku programowania. Istnieje możliwość zmiany algorytmu przez zmianę zawartości pamięci programu. Sterownik wyposaża się w odpowiednią liczbę układów wejściowych zbierających informacje o stanie obiektu i żądaniach obsługi oraz odpowiednią liczbę i rodzaj układów wyjściowych połączonych z elementami wykonawczymi, sygnalizacyjnymi lub transmisji danych.
PWM(Pulse Width Modulation): Modulacja szerokości impulsu sygnału prądowe lub napięciowego, jest to jedna z bardziej popularnych metod sterowania silnikami elektrycznymi. Metoda ta polega na regulacji napięciowego lub prądowego sygnału przez zmianę szerokości impulsu s stałej amplitudzie i stałej częstotliwości (lub też czasie trwania). Wiadomo że: np. dla f = 100 Hz , T=10ms
W sterowaniu silnikiem elektrycznym za pomocą sygnału PWM wykorzystuję się za pomocą tzn. klucza jakim jest tranzystor (bipolarny lub unipolarny). Czynnośd ta nazywana jest kluczowaniem dlatego sterowanie PWM jest typowym przykładem sterowania dwupołożeniowego. Fala prostokątna PWM powoduję, że tranzystor się naprzemiennie włącza i wyłącza czyli raz przewodzi a raz jest odcięty, co można utożsamiad z dwoma stanami logicznymi 0 i 1. Można powiedzied, że dla PWM przy stałym napięciu zasilania lub stałym prądzie wpływamy na szybkośd obrotów silnika. Przy stałym napięciu/zasilania silnika prędkośd obrotów kontrolujemy zmianami napięcia lub prądu zasilania za pomocą sygnału o charakterze prostokątnym pochodzącym z układu ją generującego i sterującego pracą elementu kluczującego (tranzystora bipolarnego lub unipolarnego), który wpływa na pracę tego silnika elektrycznego. Dlatego tutaj inaczej jak w przypadku zmiany amplitudy (np. kręcąc gałka zasilacza) zmieniając wartośd prądu czy napięcia. Mamy więc sytuacje gdzie prędkośd obrotów silnika zależy od: Stałej amplitudy napięcia lub prądu zasilającego silnik Stałego okresu sygnału z generatora impulsów ( stałej częstotliwości) Bezwładności silnika (stałej czasowej, bezwładności mechanicznej i elektrycznej danego silnika) Podstawy Elektroniki Katedra Awioniki i Sterowania Sterowanie silnikiem za pomoca sygnalu
Wspolczynnik wypelnienia- Kw= Ton/T, gdzie T- okres calego impulsu, Ton- okres impulsu w stanie wysokim, Toff- okres impulsu w stanie niskim., dzieki niemu mozemy policzyc wartosc Usk=U*Kw
Tranzystorem bipolarnym zwany też warstwowym, stanowi kombinacją dwóch półprzewodnikowych złączy p-n, wytworzonych w jednej płytce półprzewodnika. Procesy zachodzące w jednym złączu oddziałują na drugie, a nośnikami ładunku elektrycznego są dziury i elektrony. Tranzystory bipolarne wykonywane są najczęściej z krzemu, rzadziej z germanu. Podział tranzyzstorów bipolarnych: Ze względu na wydzielaną moc, tranzystory dzielimy na: Małej mocy – do 0,3 W. Średniej mocy – do 5 W. Dużej mocy – powyżej 5 W, nawet do 300 W. Ze względu na maksymalną częstotliwośd generacji, tranzystory dzielimy na: Małej częstotliwości – do kilkudziesięciu MHz.
Wielkiej częstotliwości – nawet do kilku GHz. Ze względu na kolejnośd ułożenia warstw półprzewodnika rozróżniamy: tranzystory p-n-p tranzystory n-p-n
Zasada działania tranzystora n-p-n i p-n-p jest jednakowa, różnice występują tylko w polaryzacji zewnętrznych źródeł napięcia i kierunku przepływu prądów.
Tranzystor bipolarny składa się z trzech obszarów o przeciwnym typie przewodnictwa, co powoduje powstanie dwóch złączy: p-n i n-p. W tranzystorze bipolarnym poszczególne obszary półprzewodnika mają swoją nazwę: B – baza, E – emiter, C – kolektor. A złącza nazywa się
złączem emiterowym (złącze emiter-baza); złączem kolektorowym (złącze baza-kolektor). Struktura półprzewodnikowa tranzystora jest umieszczana w hermetycznie zamkniętej obudowie metalowej, ceramicznej lub plastykowej. Obudowa ta chroni przed uszkodzeniami mechanicznymi, jak również spełnia inne funkcje, np. w tranzystorach średniej i dużej mocy umożliwia skuteczne odprowadzenie ciepła
Działanie tranzystora bipolarnego:
Działanie tranzystora bipolarnego rozpatrzymy na przykładzie polaryzacji normalnej tranzystora, tzn. gdy złącze emiter-baza jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a złącze baza-kolektor spolaryzowane w kierunku zaporowym. Stan taki jest zapewniony, gdy spełniona jest zależność między potencjałami na poszczególnych elektrodach: - VE < VB < VC – dla tranzystora n-p-n; - VE > VB > VC – dla tranzystora p-n-p. Poniżej pokazano rozpływ prądów i spadki napięć między poszczególnymi elektrodami. p-n-p ,n-p-n
Zasada działania tranzystora n-p-n.
W wyniku przyłożenia napięd do elektrod tranzystora, elektrony jako nośniki większościowe przechodzą z emitera do bazy, gdzie stają się nośnikami mniejszościowymi i częśd z nich rekombinuje z dziurami wprowadzanymi przez kontakt bazy. Elektrony przechodzące przez złącze emiter-baza mają określone prędkości i jeżeli obszar bazy jest wąski, to prawie wszystkie przejdą do kolektora, gdzie staną się ponownie nośnikami większościowymi i zostaną usunięte z obszaru kolektora do obwodu zewnętrznego.
Rys. Zasada działania tranzystora n-p-n. IB – prąd bazy, IC – prąd kolektora, ICBO –zerowy prąd kolektora, IE – prąd emitera, E – emiter, B – baza, C – kolektor Stosunek ilości nośników (elektronów) przechodzących do kolektora, do ilości nośników (elektronów) wstrzykiwanych z emitera do bazy, nazywamy współczynnikiem wzmocnienia prądowego i oznaczamy . Jeżeli złącze kolektor-baza jest spolaryzowane w kierunku zaporowym, tzn. kolektor ma wyższy potencjał niż baza, to pole elektryczne występujące w tym złączu powoduje unoszenie nośników z obszaru bazy do obszaru kolektora. Wartośd prądu płynącego przez kolektor może byd regulowana przez zmianę wysokości bariery złącza emiterowego, czyli przez zmianę napięcia polaryzującego złącze emiter-baza. Przez złącze baza-kolektor płynie prąd związany z polaryzacją, tzw. prąd zerowy kolektora – ICBO. Płynie on nawet wtedy gdy złącze baza-emiter nie jest spolaryzowane (IE = 0). Przez tranzystor płynie również prąd zerowy ICBO, gdy IB = 0.
Tranzystor unipolarny (Tranzystor polowe):
Nazywane również tranzystorami unipolarnymi, stanowią grupę kilku rodzajów elementów, których wspólną cechą jest pośrednie oddziaływanie pola elektrycznego na rezystancję półprzewodnika lub na rezystancję cienkiej warstwy nieprzewodzącej. Teoretycznie sterowanie pracą tranzystora polowego może odbywad się bez poboru mocy. W działaniu elementu udział bierze tylko jeden rodzaj nośników ładunku, stąd nazwa polowy (unipolarny).
W tranzystorach polowych elektrody mają swoją nazwę i określony symbol:
Źródło (ang. Source), oznaczone literą S. Jest elektrodą z której wypływają nośniki ładunku do kanału. Prąd źródła oznacza się jako Is.
Dren (ang. Drain), oznaczone literą D. Jest elektrodą do której dochodzą nośniki ładunku. Prąd drenu – ID, napięcie dren-źródło – UDS.
Bramka (ang. Gate), oznaczone literą G. Jest elektrodą sterującą przepływem ładunków. Prąd bramki – IG, napięcie bramka-źródło – UGS.
Tranzystorów polowe dzielimy na: Tranzystory polowe złączowe – JFET (ang. Junction FET), Tranzystory polowe z izolowaną bramką – IGFET lub MOSFET (ang. Insulated Gate FET lub Metal Oxide Semiconductor FET). Tranzystory polowe cienkowarstwowe TFT (ang. Thin Film Transistor).
Cechy tranzystorów polowych: duża rezystancja wejściowa, małe szumy w porównaniu z tranzystorami bipolarnymi (w zakresie małych i średnich częstotliwości), możliwośd autokompensacji temperaturowej, odpornośd na promieniowanie, małe wymiary powodują, że są one coraz powszechniej stosowane w układach analogowych i cyfrowych.