KWALIFIKACJA ELM2 + ELM5 - CZERWIEC 2014

PYTANIE NR 34.
Jakich bramek TTL należy użyć do bezpośredniego sterowania przekaźnika elektromechanicznego?
Ilustracja przedstawia tabelę z danymi technicznymi dotyczącymi cewki przekaźnika.
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Bramki TTL z wyjściem otwartego kolektora nadają się do bezpośredniego sterowania cewką przekaźnika z zewnętrznego zasilania (np. 12 V), bo wyjście działa jak klucz zwierający do masy. Schottky dotyczy szybkości, Schmitt dotyczy wejścia, a trójstan służy do magistral, nie do cewek.

Pełne wyjaśnienie:

Do bezpośredniego sterowania przekaźnika elektromechanicznego z układów TTL stosuje się bramki (lub bufory/inwertery) z wyjściem typu otwarty kolektor. Takie wyjście nie podaje aktywnie stanu wysokiego z wewnętrznego zasilania układu, lecz działa jak tranzystorowy klucz: w stanie aktywnym przewodzi i ściąga prąd do masy, a w stanie nieaktywnym jest odcięte. Dzięki temu obciążenie (cewka przekaźnika) może być zasilane z zewnętrznego źródła napięcia wyższego niż 5 V typowe dla logiki TTL (np. 12 V lub 24 V).

W praktyce cewkę przekaźnika podłącza się do dodatniego bieguna zasilania (np. +12 V), a drugi koniec do wyjścia otwartego kolektora. Wyjście "włącza" przekaźnik przez przewodzenie do masy. Dodatkowo przy cewce stosuje się diodę antyrównoległą, aby ograniczyć przepięcie od samoindukcji podczas wyłączania prądu – to chroni tranzystor wyjściowy.

Odpowiedź "Z tranzystorami Schottky'ego." jest błędna, bo określenie Schottky odnosi się do technologii przyspieszania przełączania (zmniejszanie nasycenia), a nie do sposobu wyprowadzenia wyjścia umożliwiającego zasilanie cewki z osobnego napięcia.

Odpowiedź "Z układem Schmitta." jest błędna, ponieważ wejście Schmitta opisuje histerezę progów przełączania na wejściu (odporność na zakłócenia i wolne zbocza), a nie zwiększoną zdolność wyjścia do sterowania obciążeniem indukcyjnym.

Odpowiedź "Trójstanowych." jest błędna, bo wyjścia trójstanowe są projektowane głównie do współdzielenia magistral (stan wysoki, niski i wysokiej impedancji). Nie rozwiązują problemu zasilania cewki wyższym napięciem ani nie są "naturalnym" wyjściem do kluczowania przekaźnika jak otwarty kolektor.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Wyjście z otwartym kolektorem działa jak tranzystorowy klucz do masy: może skutecznie "ściągać" prąd (stan niski), a stan wysoki uzyskuje się przez element podciągający do zewnętrznego napięcia. To ułatwia sterowanie obciążeniami zasilanymi np. 12 V.
Bo cewka przekaźnika może być zasilana z osobnego źródła 12 V, a wyjście open collector tylko zwiera ją do masy. Logika TTL pozostaje przy 5 V, a wyższe napięcie pojawia się po stronie obciążenia, nie na wyjściu typu totem-pole.
To tryb pracy sinking: układ nie "podaje plusa", tylko zapewnia drogę powrotu prądu do GND. Obciążenie jest podłączone do dodatniego zasilania, a tranzystor w wyjściu open collector przewodzi do masy, gdy ma nastąpić załączenie.
Zwykle nie jest to zalecane. Wyjście totem-pole ma ograniczoną wydajność prądową i nie jest przeznaczone do obciążeń indukcyjnych. Cewka przekaźnika może spowodować przeciążenie oraz przepięcia przy wyłączaniu, co grozi uszkodzeniem układu.
Dioda antyrównoległa (tzw. gasząca) tłumi przepięcie od samoindukcji podczas wyłączania prądu cewki. Dzięki temu chroni tranzystor w wyjściu open collector przed wysokim napięciem wstecznym, które powstaje przy gwałtownym zaniku prądu.
"Schottky" opisuje rozwiązania poprawiające szybkość przełączania w rodzinach logicznych (ograniczenie nasycenia tranzystorów), a nie typ wyjścia umożliwiający zasilanie obciążenia z innego napięcia. Do przekaźnika kluczowy jest właśnie open collector.
Wejście Schmitta zapewnia histerezę progów przełączania, więc lepiej radzi sobie z zakłóceniami i wolno narastającymi sygnałami. To cecha wejścia, a nie wyjścia. Nie zwiększa automatycznie możliwości wysterowania cewki przekaźnika.
Wyjścia trójstanowe stosuje się głównie na magistralach danych, gdy kilka układów współdzieli jedną linię. Stan wysokiej impedancji umożliwia "odłączenie" wyjścia. Nie jest to typowo przeznaczone do kluczowania cewek przekaźników z zewnętrznym zasilaniem.
Sprawdza się napięcie i prąd cewki przekaźnika oraz maksymalny prąd, który może "ściągać" wyjście open collector. Należy też uwzględnić dopuszczalne napięcie po stronie kolektora i zawsze przewidzieć diodę gaszącą przy cewce.
Częste błędy to: próba zasilenia cewki bezpośrednio z wyjścia logicznego bez analizy prądu, brak diody gaszącej przy cewce oraz mylenie pojęć (Schmitt/Schottky/tri-state) z typem wyjścia przeznaczonym do sterowania obciążeniami, czyli open collector.
info

Około 54% zdających odpowiada poprawnie na to pytanie. trudne

W praktyce zawodowej kluczowe jest to, że bramki TTL z wyjściem otwartego kolektora nadają się do bezpośredniego sterowania cewką przekaźnika z zewnętrznego zasilania (np. 12 V), bo wyjście działa jak klucz zwierający do masy.

Źródła:

  • Texas Instruments, "SN74LS06 Hex Inverters with Open-Collector High-Voltage Outputs" (datasheet), opis działania wyjścia open-collector i zastosowań – https://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74ls06.pdf (dostęp 2026-02-27)
  • Texas Instruments, "SN74LS07 Hex Buffers and Drivers With Open-Collector High-Voltage Outputs" (datasheet), parametry wyjść open-collector – https://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74ls07.pdf (dostęp 2026-02-27)
  • All About Circuits, "Open Collector Output" (artykuł wyjaśniający zasadę działania i zastosowania), https://www.allaboutcircuits.com/textbook/digital/chpt-4/open-collector-output/ (dostęp 2026-02-27)

Materiały:

  • Karty katalogowe buforów/inwerterów z otwartym kolektorem (np. rodzina 74xx06/74xx07)
  • Podręczniki podstaw elektroniki cyfrowej (rodziny logiczne, typy wyjść)
  • Materiały o sterowaniu przekaźnikami: kluczowanie tranzystorem, dioda gasząca, dobór prądu cewki

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego