輸出電子電路，PIC和微控制器的接口允許它們通過(guò)移動(dòng)或閃爍幾個(gè)燈來(lái)控制現(xiàn)實(shí)世界

正如我們?cè)谥暗妮斎虢涌诮坛讨锌吹降哪菢樱涌陔娐吩试S一種類(lèi)型的電路連接到另一種類(lèi)型的電路，該電路可能具有不同的電壓或電流額定值。

但是，除了連接輸入設(shè)備（如開(kāi)關(guān)和傳感器），我們還可以連接輸出設(shè)備，如繼電器，磁電磁閥和燈。然后將輸出設(shè)備連接到電子電路通常稱(chēng)為：輸出接口。

電子電路和微控制器的輸出接口允許它們控制現(xiàn)實(shí)世界通過(guò)使物體移動(dòng)，例如機(jī)器人的電動(dòng)機(jī)或機(jī)械臂等。但輸出接口電路也可用于開(kāi)啟或關(guān)閉物體，例如指示器或燈。然后輸出接口電路可以有一個(gè)數(shù)字輸出或一個(gè)模擬輸出信號(hào)。

直流電機(jī)是一個(gè)輸出設(shè)備

數(shù)字邏輯輸出是最常見(jiàn)的輸出接口信號(hào)類(lèi)型，也是最容易控制的。數(shù)字輸出接口使用控制器軟件使用繼電器將來(lái)自微控制器輸出端口或數(shù)字電路的信號(hào)轉(zhuǎn)換為ON / OFF觸點(diǎn)輸出。

模擬輸出接口電路使用放大器產(chǎn)生變化的電壓或電流速度信號(hào)或位置控制類(lèi)型輸出。脈沖輸出切換是另一種輸出控制，可改變輸出信號(hào)的占空比，用于直流電機(jī)的燈調(diào)光或速度控制。

輸入接口電路設(shè)計(jì)用于接受不同類(lèi)型的不同電壓電平傳感器，輸出接口電路需要產(chǎn)生更大的電流驅(qū)動(dòng)能力和/或電壓電平。通過(guò)提供集電極開(kāi)路（或開(kāi)漏）輸出配置，可以增加輸出信號(hào)的電壓電平。也就是說(shuō)，晶體管的集電極端子（或MOSFET的漏極端子）通常連接到負(fù)載。

幾乎所有微控制器，PIC或數(shù)字邏輯電路的輸出級(jí)都可以下沉或提供有用的輸出電流量，用于切換和控制大范圍的輸出接口設(shè)備以控制現(xiàn)實(shí)世界。當(dāng)我們談?wù)撓鲁梁洼敵鲭娏鲿r(shí)，輸出接口既可以“給出”（源）開(kāi)關(guān)電流，也可以“吸收”（吸收）開(kāi)關(guān)電流。這意味著根據(jù)負(fù)載連接到輸出接口的方式，HIGH或LOW輸出將激活它。

也許最簡(jiǎn)單的所有輸出接口設(shè)備都是用于產(chǎn)生光的單個(gè)ON / OFF指示或作為多段或條形圖顯示的一部分。但與可直接連接到電路輸出的普通燈泡不同，LED作為二極管需要一個(gè)串聯(lián)電阻來(lái)限制其正向電流。

輸出接口電路

發(fā)光二極管或簡(jiǎn)稱(chēng)LED是一種極好的低功率選擇，可作為許多電子電路的輸出設(shè)備，因?yàn)樗鼈兛捎糜谌〈咄邤?shù)，高溫?zé)艚z燈泡作為狀態(tài)指示器。 LED通常由低電壓，低電流電源驅(qū)動(dòng)，使其成為用于數(shù)字電路的非常有吸引力的元件。此外，作為一種固態(tài)器件，它們的使用壽命可超過(guò)100,000小時(shí)，使其成為一個(gè)非常適合和忘記的元件。

單LED接口電路

我們?cè)诎l(fā)光二極管教程中看到，LED是一種單向半導(dǎo)體器件，當(dāng)正向偏置時(shí)，即當(dāng)其陰極（K）相對(duì)于其陰極（K）足夠負(fù)時(shí)陽(yáng)極（A），可以產(chǎn)生一系列彩色輸出光和亮度。

根據(jù)用于構(gòu)建LED的pn結(jié)的半導(dǎo)體材料，將確定發(fā)出的光的顏色，并輪流 - 正向電壓。最常見(jiàn)的LED顏色是紅色，綠色，琥珀色或黃色。

與硅的正向壓降約為0.7伏或鍺約為0.3伏的傳統(tǒng)信號(hào)二極管不同，發(fā)光二極管的正向壓降比普通信號(hào)二極管大。但是當(dāng)正向偏置產(chǎn)生可見(jiàn)光時(shí)。

典型的LED在發(fā)光時(shí)可以有一個(gè)恒定的正向壓降，V LED 約為1.2到1.6伏，其發(fā)光強(qiáng)度直接變化正向LED電流。但由于LED實(shí)際上是一個(gè)“二極管”（它的箭頭像符號(hào)類(lèi)似二極管，但LED符號(hào)旁邊的箭頭很小，表示它發(fā)光），它需要一個(gè)限流電阻，以防止它在短路時(shí)供電正向偏置。

LED可以直接從大多數(shù)輸出接口端口驅(qū)動(dòng)，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)LED可以在5mA和25mA之間的正向電流下工作。典型的彩色LED需要大約10mA的正向電流以提供相當(dāng)明亮的顯示。因此，如果我們假設(shè)單個(gè)紅色LED在1.6伏照明時(shí)具有正向電壓降，則將由提供10mA的5伏微控制器的輸出端口操作。然后，所需的限流串聯(lián)電阻 R S 的值計(jì)算如下：

但是，在E24（5％）系列首選電阻值中，沒(méi)有340Ω電阻，因此選擇的最接近的首選值為330Ω或360Ω。實(shí)際上，取決于電源電壓（ V S ）和所需的正向電流（ I F ），任何150Ω和750Ω之間的串聯(lián)電阻值可以很好地工作。

另外請(qǐng)注意，作為串聯(lián)電路，電阻和LED的連接方式無(wú)關(guān)緊要。但是，單向LED必須以正確的方式連接。如果以錯(cuò)誤的方式連接LED，它將不會(huì)被損壞，它不會(huì)點(diǎn)亮。

多LED接口電路

除了將單個(gè)LED（或燈）用于輸出接口電路外，我們還可以將兩個(gè)或多個(gè)LED連接在一起，并從相同的輸出電壓為其供電，以用于光電子電路和顯示器。

將兩個(gè)或多個(gè)LED串聯(lián)連接并沒(méi)有像我們上面看到的那樣使用單個(gè)LED，但這次我們需要考慮附加LED的額外正向壓降，V LED 在串聯(lián)組合中。

例如，在我們上面的簡(jiǎn)單LED輸出接口示例中，我們說(shuō)LED的正向壓降為1.6伏。如果我們使用三個(gè)串聯(lián)的LED，則所有三個(gè)LED的總電壓降將為4.8（3 x 1.6）伏。然后我們可以使用5伏電源，但最好使用更高的6伏或9伏電源代替為三個(gè)LED供電。

假設(shè)在10mA時(shí)供應(yīng)9.0伏電壓（如前所述） ），所需的串聯(lián)限流電阻值 R S 計(jì)算如下： R S =（9-4.8） /10毫安=420Ω 。同樣在E24（5％）系列的首選電阻值中，沒(méi)有420Ω電阻，因此所選的最接近的優(yōu)選值為430Ω。

作為低電壓，低電流器件，LED是理想的狀態(tài)指示器它可以直接從微控制器和數(shù)字邏輯門(mén)或系統(tǒng)的輸出端口驅(qū)動(dòng)。微控制器端口和TTL邏輯門(mén)能夠吸收或提供電流，因此可以通過(guò)將陰極接地（如果陽(yáng)極連接到+ 5v）或通過(guò)向陽(yáng)極施加+ 5v（如果陰極）來(lái)點(diǎn)亮LED通過(guò)適當(dāng)?shù)拇?lián)電阻接地，如圖所示。

數(shù)字輸出接口LED

上述輸出接口電路適用于一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)LED，或適用于電流要求小于25 mA（最大LED正向電流）的任何其他設(shè)備。但是，如果輸出驅(qū)動(dòng)電流不足以操作LED或者我們希望操作或切換具有更高電壓或電流額定值的負(fù)載（例如12v白熾燈），會(huì)發(fā)生什么。答案是使用額外的開(kāi)關(guān)器件，如晶體管，mosfet或繼電器，如圖所示。

輸出接口高電流負(fù)載

通用輸出接口設(shè)備，如電機(jī)，螺線管和燈需要大電流，以便最好地控制它們或如圖所示由晶體管開(kāi)關(guān)裝置驅(qū)動(dòng)。這樣，負(fù)載（燈或電機(jī)）不會(huì)使開(kāi)關(guān)接口或控制器的輸出電路過(guò)載。

晶體管開(kāi)關(guān)非常常見(jiàn)，非常適用于切換高功率負(fù)載或輸出接口的不同電源。如果需要，它們也可以每秒幾次“開(kāi)”和“關(guān)”，如脈沖寬度調(diào)制，PWM電路。但是我們首先需要考慮使用晶體管作為開(kāi)關(guān)。

流入基極 - 發(fā)射極結(jié)的電流用于控制從集電極流向發(fā)射極的較大電流。因此，如果沒(méi)有電流流入基極端子，則沒(méi)有電流從集電極流向發(fā)射極（或通過(guò)連接到集電極的負(fù)載），則稱(chēng)晶體管完全關(guān)斷（截止）。

將晶體管完全導(dǎo)通（飽和），晶體管開(kāi)關(guān)有效地作為閉合開(kāi)關(guān)，即其集電極電壓與其發(fā)射極電壓處于相同的電壓。但作為固態(tài)器件，即使在飽和時(shí)，晶體管端子上也總是會(huì)有一個(gè)很小的電壓降，稱(chēng)為 V CE（SAT） 。該電壓的范圍約為0.1至0.5伏，具體取決于晶體管。

此外，由于晶體管將完全導(dǎo)通，負(fù)載電阻將限制晶體管集電極電流 I C 到負(fù)載所需的實(shí)際電流（在我們的例子中，是通過(guò)燈的電流）。然后過(guò)多的基極電流會(huì)過(guò)熱并損壞開(kāi)關(guān)晶體管，這在一定程度上違背了使用晶體管的目的，該晶體管用較小的負(fù)載電流控制較大的負(fù)載電流。因此，需要一個(gè)電阻來(lái)限制基極電流， I B 。

使用單個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管控制負(fù)載的基本輸出接口電路如下所示。請(qǐng)注意，通常連接續(xù)流二極管（也稱(chēng)為續(xù)流二極管）或反電動(dòng)勢(shì)抑制二極管（如1N4001或1N4148），以保護(hù)晶體管免受電感負(fù)載（如繼電器，電機(jī)和電感）產(chǎn)生的任何反電動(dòng)勢(shì)電壓的影響。當(dāng)電流被晶體管關(guān)閉時(shí)，電磁閥等。

基本晶體管開(kāi)關(guān)電路

假設(shè)我們希望通過(guò)合適的輸出接口晶體管開(kāi)關(guān)電路，使用TTL 5.0v數(shù)字邏輯門(mén)的輸出來(lái)控制連接到12伏電源的5瓦白熾燈的操作。如果直流電流增益（集電極（輸出）和基極（輸入）電流之間的比率），晶體管的β（β）為100（您可以從數(shù)據(jù)表中找到此Beta或h FE 值您使用的晶體管）和完全導(dǎo)通時(shí)的V CE 飽和電壓是0.3伏，基極電阻的值是什么， R B 需要限制集電極電流。

晶體管集電極電流 I C 與通過(guò)燈絲的電流值相同燈。如果燈的額定功率為5瓦，則完全開(kāi)啟時(shí)的電流將為：

當(dāng) I C 等于燈（負(fù)載）電流時(shí)，晶體管基極電流將相對(duì)于晶體管的電流增益 I B = I C /β 。先前的電流增益為：β= 100 ，因此最小基波電流 I B（MIN） 計(jì)算如下：

找到所需的基極電流值后，我們現(xiàn)在需要計(jì)算基極電阻的最大值， - [R <子> B（MAX） 。給出的信息表明，晶體管的基極應(yīng)由數(shù)字邏輯門(mén)的5.0v輸出電壓（ Vo ）控制。如果基極 - 發(fā)射極正向偏壓為0.7伏，則 R B 的值計(jì)算如下：

然后當(dāng)來(lái)自邏輯門(mén)的輸出信號(hào)為低電平（0v）時(shí)，沒(méi)有基極電流流過(guò)且晶體管完全 - 關(guān)閉，沒(méi)有電流流過(guò)1kΩ電阻。當(dāng)來(lái)自邏輯門(mén)的輸出信號(hào)為高電平（+ 5v）時(shí)，基極電流為4.27mA，導(dǎo)通晶體管燈上的晶體管為11.7V。當(dāng)導(dǎo)通4.27mA時(shí)，基極電阻 R B 的功耗小于18mW，因此1 / 4W電阻可以工作。

注意使用晶體管時(shí)作為輸出接口電路中的開(kāi)關(guān)，一個(gè)好的經(jīng)驗(yàn)法則是選擇一個(gè)基極電阻， R B 值，以便基極驅(qū)動(dòng)電流 I B 約為所需負(fù)載電流的5％甚至10％， I C 有助于將晶體管很好地驅(qū)動(dòng)到飽和區(qū)從而最小化 V CE 和功率損耗。

另外，為了更快地計(jì)算電阻值并減少數(shù)學(xué)，你可以忽略如果您想進(jìn)行計(jì)算，則集電極發(fā)射極結(jié)上的壓降為0.1至0.5，基極發(fā)射極結(jié)上的壓降為0.7伏。無(wú)論如何，得到的近似值將足夠接近實(shí)際計(jì)算值。

單功率晶體管開(kāi)關(guān)電路對(duì)于控制低功率器件非常有用，例如白熾燈或可用于切換的開(kāi)關(guān)繼電器更高功率的設(shè)備，例如電機(jī)和螺線管。

但是繼電器是大而笨重的機(jī)電設(shè)備，當(dāng)用于輸出接口時(shí)，它可能很昂貴或在電路板上占用大量空間。例如，端口微控制器。

直接從微控制器，PIC或數(shù)字電路的輸出引腳切換大電流器件的一種方法是使用形成的達(dá)林頓對(duì)配置用作輸出接口器件的功率晶體管的主要缺點(diǎn)之一是它們的電流增益（β），特別是在切換高電流時(shí)，也可以低。為了克服這個(gè)問(wèn)題并減少所需的基極電流值，就是使用達(dá)林頓配置的兩個(gè)晶體管。

達(dá)林頓晶體管配置

達(dá)林頓晶體管配置可以由兩個(gè)連接在一起的NPN或兩個(gè)PNP晶體管組成，也可以作為現(xiàn)成的達(dá)林頓器件，如2N6045或TIP100，它集成了晶體管和一些電阻，以協(xié)助快速關(guān)斷，在單個(gè)TO-220封裝內(nèi)用于開(kāi)關(guān)應(yīng)用。

在此達(dá)林頓配置中，晶體管， TR 1 是控制晶體管用于控制功率開(kāi)關(guān)晶體管 TR 2 的導(dǎo)通。施加到晶體管 TR 1 的基極的輸入信號(hào)控制晶體管的基極電流 TR 2 。達(dá)林頓排列，無(wú)論是單個(gè)晶體管還是單個(gè)封裝都具有相同的三個(gè)引腳：發(fā)射極（ E ），基極（ B ）和集電極（ C β 1 I B1 <第一個(gè)晶體管的/ sub> 成為第二個(gè)晶體管的基極電流。

然后 TR 2 的電流增益將是β 1 β 2 I B1 因?yàn)閮蓚€(gè)增益乘以β T =β<子> 1 ×β<子> 2 。換句話說(shuō)，組合在一起形成單個(gè)達(dá)林頓晶體管對(duì)的一對(duì)雙極晶體管將使它們的電流增益成倍增加。

因此，通過(guò)選擇合適的雙極晶體管并使用正確的偏置，雙射極跟隨器達(dá)林頓配置可以認(rèn)為是具有非常高的β值的單個(gè)晶體管，因此輸入阻抗高達(dá)數(shù)千歐姆。

幸運(yùn)的是，有人已經(jīng)將幾個(gè)達(dá)林頓晶體管配置放入一個(gè)16引腳IC封裝中，使我們可以輕松輸出各種器件的接口。

ULN2003A達(dá)林頓晶體管陣列

ULN2003A是一款低成本的單極達(dá)林頓晶體管陣列，具有高效率和低功耗特性，使其成為極其有用的輸出接口電路，可驅(qū)動(dòng)各種負(fù)載，包括螺線管，繼電器直流電機(jī)和LED顯示器或燈絲燈直接來(lái)自達(dá)林頓陣列由ULN2002A，ULN2003A和ULN2004A組成在一個(gè)IC封裝內(nèi)。 ULN2803達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器也可提供8個(gè)達(dá)林頓對(duì)，而不是7個(gè)。

陣列的每個(gè)隔離通道額定電流為500mA，可承受高達(dá)600mA的峰值電流，非常適合控制小型電機(jī)或燈或高功率晶體管的柵極和基極。附加抑制二極管用于感性負(fù)載驅(qū)動(dòng)，輸入固定在輸出端對(duì)面，以簡(jiǎn)化連接和電路板布局。

ULN2003達(dá)林頓晶體管陣列

ULN2003A達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器具有極高的輸入阻抗和電流增益，可以直接從TTL或+ 5V CMOS邏輯門(mén)驅(qū)動(dòng)。對(duì)于+ 15V CMOS邏輯，使用ULN2004A，對(duì)于高達(dá)100V的更高開(kāi)關(guān)電壓，最好使用SN75468達(dá)林頓陣列。

如果需要更多的開(kāi)關(guān)電流能力，那么達(dá)林頓對(duì)輸入和輸出都可以并聯(lián)在一起以獲得更高的電流能力。例如，輸入引腳1和2連接在一起，輸出引腳16和15連接在一起以切換負(fù)載。

功率MOSFET接口電路

以及使用單個(gè)晶體管或達(dá)林頓對(duì)，功率MOSFET也可用于切換中功率器件。與雙極結(jié)型晶體管不同，BJT需要基極電流來(lái)驅(qū)動(dòng)晶體管進(jìn)入飽和狀態(tài)，MOSFET開(kāi)關(guān)幾乎不需要電流，因?yàn)闁艠O端子與主載流通道隔離。

基本MOSFET開(kāi)關(guān)電路

N溝道，增強(qiáng)型（常關(guān)）功率MOSFET（eMOSFET），具有正閾值電壓和極高的輸入阻抗，使其成為與微控制器，PIC和數(shù)字邏輯電路直接接口的理想器件，能夠產(chǎn)生如圖所示的正輸出。

MOSFET開(kāi)關(guān)由柵極輸入信號(hào)控制，因?yàn)镸OSFET具有極高的輸入（柵極）電阻，我們可以將幾個(gè)功率MOSFET并聯(lián)，幾乎沒(méi)有限制，直到我們實(shí)現(xiàn)連接負(fù)載的功率處理能力。

在N溝道增強(qiáng)型MOSFET中，器件被截止（Vgs = 0），通道關(guān)閉，就像常開(kāi)一樣開(kāi)關(guān)。當(dāng)向柵極施加正偏壓時(shí)，電流流過(guò)溝道。電流量取決于柵極偏置電壓， Vgs 。換句話說(shuō)，要在飽和區(qū)域內(nèi)工作MOSFET，柵極 - 源極電壓必須足以維持所需的漏極，從而保持負(fù)載電流。

如前所述，n溝道eMOSFETS是由柵極和源極之間施加的電壓驅(qū)動(dòng)，因此如圖所示在MOSFET柵極 - 源極結(jié)上增加一個(gè)齊納二極管，用于保護(hù)晶體管免受過(guò)多的正或負(fù)輸入電壓，例如由飽和運(yùn)算產(chǎn)生的電壓。 -amp比較器輸出。齊納二極管鉗位正柵極電壓，作為常規(guī)二極管，開(kāi)始導(dǎo)通柵極電壓達(dá)到-0.7V，保持柵極端子遠(yuǎn)離其反向擊穿電壓限制。

MOSFET和開(kāi)路集電極門(mén)

當(dāng)我們使用具有集電極開(kāi)路輸出的柵極和驅(qū)動(dòng)器時(shí)，輸出與TTL連接功率MOSFET會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題，因?yàn)檫壿嬮T(mén)可能并不總是給我們所需的 V GS 輸出。解決此問(wèn)題的一種方法是使用如圖所示的上拉電阻。

上拉電阻連接在TTL電源軌和邏輯門(mén)輸出之間，邏輯門(mén)輸出連接到MOSFET柵極端子。當(dāng)TTL邏輯門(mén)輸出處于邏輯電平“0”（低電平）時(shí)，MOSFET處于“關(guān)閉”狀態(tài)，當(dāng)邏輯門(mén)輸出處于邏輯電平“1”（高電平）時(shí)，電阻將柵極電壓拉至+ 5v軌道。

通過(guò)這種上拉電阻布置，我們可以通過(guò)將柵極電壓連接到上部電源軌來(lái)完全切換MOSFET“ON”，如圖所示。

輸出接口電機(jī)

我們已經(jīng)看到，我們可以使用雙極結(jié)型晶體管或MOSFET作為輸出接口電路的一部分來(lái)控制整個(gè)器件系列。一種常見(jiàn)的輸出裝置是DC電動(dòng)機(jī)，其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。使用單個(gè)晶體管，達(dá)林頓晶體管或MOSFET，可以通過(guò)數(shù)百種方式將電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)連接到微控制器，PIC和數(shù)字電路。

問(wèn)題是電機(jī)是使用磁場(chǎng)的機(jī)電設(shè)備，刷子和線圈產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此，電機(jī)，特別是廉價(jià)的玩具或電腦風(fēng)扇電機(jī)會(huì)產(chǎn)生大量的“電噪聲”和“電壓尖峰”，這會(huì)損壞開(kāi)關(guān)晶體管。

通過(guò)在電機(jī)端子上連接續(xù)流二極管或非極化抑制電容，可以降低電機(jī)產(chǎn)生的電噪聲和過(guò)電壓。但是，防止電噪聲和反向電壓影響半導(dǎo)體晶體管開(kāi)關(guān)或微控制器輸出端口的一種簡(jiǎn)單方法是通過(guò)合適的繼電器為控制和電機(jī)使用單獨(dú)的電源。

典型的將機(jī)電繼電器連接到直流電機(jī)的輸出連接圖如下所示。

開(kāi)/關(guān)直流電機(jī)控制

NPN晶體管用作tn ON-OFF開(kāi)關(guān)，為繼電器線圈提供所需的電流。需要續(xù)流二極管，與上述相同，因?yàn)楫?dāng)斷電時(shí)流過(guò)感應(yīng)線圈的電流不能立即減小到零。當(dāng)基極輸入設(shè)置為高電平時(shí)，晶體管切換為“ON”。電流流過(guò)繼電器線圈，其觸點(diǎn)閉合驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

當(dāng)晶體管基極輸入為低電平時(shí)，晶體管切換為“OFF”，電機(jī)在繼電器觸點(diǎn)打開(kāi)時(shí)停止。通過(guò)去激活線圈產(chǎn)生的任何反電動(dòng)勢(shì)流過(guò)續(xù)流二極管并緩慢衰減到零以防止損壞晶體管。此外，晶體管（或MOSFET）是隔離的，不受電機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的任何噪聲或電壓尖峰的影響。

我們已經(jīng)看到使用一對(duì)可以打開(kāi)和關(guān)閉直流電機(jī)電機(jī)與其電源之間的繼電器觸點(diǎn)。但是，如果我們希望電機(jī)在兩個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)以用于機(jī)器人或其他形式的機(jī)動(dòng)項(xiàng)目，該怎么辦？然后可以使用兩個(gè)繼電器控制電機(jī)，如圖所示。

可逆直流電機(jī)控制

只需更改電源連接的極性即可反轉(zhuǎn)直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。通過(guò)使用兩個(gè)晶體管開(kāi)關(guān)，可以通過(guò)兩個(gè)繼電器控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，每個(gè)繼電器都有一個(gè)單極雙擲（SPDT）觸點(diǎn)，由單電源供電。通過(guò)一次操作一個(gè)晶體管開(kāi)關(guān)，可以使電機(jī)沿任一方向（正向或反向）旋轉(zhuǎn)。

雖然電機(jī)通過(guò)繼電器輸出接口允許我們啟動(dòng)和停止它們，或控制旋轉(zhuǎn)方向。繼電器的使用阻止我們控制轉(zhuǎn)速，因?yàn)槔^電器觸點(diǎn)會(huì)不斷地打開(kāi)和關(guān)閉。

然而，DC電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與其電源電壓的值成比例。可以通過(guò)調(diào)節(jié)其直流電源電壓的平均值或通過(guò)使用脈沖寬度調(diào)制來(lái)控制直流電機(jī)的速度。這是通過(guò)將其供電電壓的標(biāo)記空間比從5％變化到95％以上，并且許多電機(jī)H橋控制器就是這樣做。

輸出接口主電源連接負(fù)載

我們之前已經(jīng)看到，繼電器可以將一個(gè)電路與另一個(gè)電路電隔離，即它們?cè)试S一個(gè)較小的供電電路來(lái)控制另一個(gè)可能更大的供電電路。繼電器同時(shí)為較小的電路提供保護(hù)，使其免受電噪聲，過(guò)壓尖峰和可能損壞精密半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的瞬變的影響。

但繼電器還允許不同電壓的電路輸出接口和諸如5伏微控制器或PIC與電源電壓之間的接地。但是，除了使用晶體管（或MOSFET）開(kāi)關(guān)和繼電器來(lái)控制電源供電設(shè)備（如交流電機(jī)，100W燈或加熱器），我們還可以使用光隔離器和電力電子設(shè)備來(lái)控制它們。

光隔離器的主要優(yōu)點(diǎn)是它在輸入和輸出端子之間提供高度的電隔離，因?yàn)樗枪?a href="http://m.xsypw.cn/tags/耦合/" target="_blank">耦合的，因此需要最小的輸入電流（通常只有5mA）和電壓。這意味著光隔離器可以很容易地從微控制器端口或數(shù)字電路接口，在其輸出上提供足夠的LED驅(qū)動(dòng)能力。

光隔離器的基本設(shè)計(jì)包括一個(gè)產(chǎn)生紅外線的LED紅光和半導(dǎo)體光敏器件，用于檢測(cè)發(fā)射的紅外光束。 LED和光敏器件都可以是單個(gè)光電晶體管，照片達(dá)林頓或光電三端雙向可控硅封裝在一個(gè)不透光的主體或封裝中，帶有金屬支腳，用于電氣連接，如圖所示。

不同類(lèi)型的光隔離器

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由于輸入是LED，串聯(lián)電阻的值限制LED電流所需的 R S 可以與上述相同來(lái)計(jì)算。兩個(gè)或多個(gè)光隔離器的LED也可以串聯(lián)連接在一起，以同時(shí)控制多個(gè)輸出設(shè)備。

光電三端雙向可控硅隔離器可以控制交流供電設(shè)備和電源燈。光耦合三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)（如MOC 3020）的額定電壓約為400伏特，非常適合直接電源連接和最大約100mA的電流。對(duì)于更高功率的負(fù)載，光電三端雙向可控硅可用于通過(guò)限流電阻向另一個(gè)較大的三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)提供柵極脈沖，如圖所示。

固態(tài)繼電器

這種類(lèi)型的光耦合器配置構(gòu)成了一個(gè)非常簡(jiǎn)單的固態(tài)繼電器應(yīng)用的基礎(chǔ)，可用于控制任何交流電源供電的負(fù)載，如燈和電機(jī)直接來(lái)自微控制器，PIC或數(shù)字電路的輸出接口。

輸出接口摘要

使用微控制器，PIC，數(shù)字電路和微控制器的固態(tài)軟件控制系統(tǒng)其他這樣的基于微處理器的系統(tǒng)，需要能夠連接到現(xiàn)實(shí)世界來(lái)控制電機(jī)或開(kāi)關(guān)LED指示燈和燈，在這個(gè)電子教程中我們已經(jīng)看到不同類(lèi)型的輸出接口電路可以用于此目的。

到目前為止，最簡(jiǎn)單的接口電路是發(fā)光二極管或LED作為一個(gè)簡(jiǎn)單的ON / OFF指標(biāo)。但是，通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)晶體管或MOSFET接口電路作為固態(tài)開(kāi)關(guān)，即使控制器的輸出引腳只能提供（或吸收）非常小的電流，我們也可以控制更大的電流。通常，對(duì)于許多控制器，它們的輸出接口電路可以是電流吸收輸出，其中負(fù)載通常連接在電源電壓和開(kāi)關(guān)設(shè)備的輸出端之間。

例如，如果我們希望控制在項(xiàng)目或機(jī)器人應(yīng)用中的許多不同的輸出設(shè)備，然后在單個(gè)封裝內(nèi)使用由多個(gè)晶體管開(kāi)關(guān)組成的ULN2003達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器IC會(huì)更方便。或者我們希望控制AC執(zhí)行器，我們可以輸出接口繼電器或光隔離器（光耦合器）。

然后我們可以看到，輸入和輸出接口電路使電子設(shè)計(jì)師或?qū)W生能夠靈活地使用基于小信號(hào)或微處理器的軟件系統(tǒng)，通過(guò)其輸入/輸出端口控制和與現(xiàn)實(shí)世界通信，無(wú)論是小型學(xué)校項(xiàng)目或大型工業(yè)應(yīng)用。