טרנזיסטור אחד למשול בם ולקשרם

פרט אחד קטן ברכיב אלקטרוני ופספוס אחד קטן בבדיקות המקדימות כמעט הרסו לי פרויקט דחוף ללקוח. הנה הפרטים על הפרויקט, התקלה והאופן בו פתרתי אותה.

הכי הרבה טרנזיסטורים שהלחמתי עד היום ללוח אחד!
הכי הרבה טרנזיסטורים שהלחמתי עד היום ללוח אחד!

מסוכן לקבל פרויקט אם אנחנו לא מכירים היטב את הרכיבים והטכניקות הדרושים כדי לבצע אותו. ככל שיש יותר "נעלמים במשוואה", כך הסיכוי להסתבכויות גדול יותר. אפשר ורצוי לקחת סיכונים בפרויקטים הפרטיים שלנו, שהלמידה עצמה היא חלק מרכזי בהם – אבל לא כשהפרויקט מיועד ללקוח שמסתמך עלינו, ובמיוחד לא כשהפרויקט דחוף. כמובן, גם כשהולכים על בטוח הסיכוי להסתבכות לא נעלם לגמרי, כפי שגיליתי (שוב) במקרה זה…

הפרויקט – אחרי שווידאתי את הפרטים עם הלקוח – נראה פשוט למדי. צריך לגרום ל-44 קטעים קצרים של פסי לדים להאיר לזמן קצר, בזה אחר זה, עם אפקט של fade in ו-fade out. פסי לדים סטנדרטיים ניזונים ממתח של 12V, כך שאי אפשר להפעיל אותם ישירות מפינים של מיקרו-בקר רגיל; צריך תיווך של טרנזיסטורים. בחרתי בטרנזיסטורי NPN כי הם נוחים יותר לעבודה כזו מאשר PNP, וכי היו לי מספיק כאלה בהישג יד (פרויקט דחוף, כאמור).

תקריב של המערכת, עם טרנזיסטורים, ג'וקים 595 וטרמינלים בשתי קומות
תקריב של המערכת, עם טרנזיסטורים, ג'וקים 595 וטרמינלים בשתי קומות

בגלל כל מיני שיקולים – זמינות רכיבים, מגבלות מקום וכו' – בחרתי לממש את הבקרה על הטרנזיסטורים באמצעות ארדואינו נאנו ששולט בשישה ג'וקים Shift Register מדגם 595 המוכר. לכאורה זו בחירה קצת מוזרה, כי שינוי מצב של קו פלט יחיד ב-595 מחייב הזנה של בייט שלם, וזה מסרבל מאוד את ההפקה של אות דמוי PWM שדרוש כדי לבצע את ה-fade. אבל אני חשבתי על פתרון מקורי: המצב של פיני הפלט יישאר קבוע עבור כל קטע פס לדים, ואילו אות PWM רגיל מהארדואינו יחול דווקא על פין OE של ה-595. כשהמתח בפין זה הוא LOW פיני הפלט של ה-595 מתפקדים כרגיל, אבל כשהוא HIGH הם הופכים ל-high impedance. במצב כזה לא עובר דרכם זרם, ומכיוון שהטרנזיסטורים NPN שבחרתי נשלטים על ידי זרם, פירוש הדבר שהלדים לא יאירו. בדקתי את התיאוריה הזו על מטריצה, זה עבד, אז המשכתי והלחמתי את כל הרכיבים ללוח אחד, עם שתי "קומות" וכל מיני טריקים נוספים לחיסכון במקום.

הצד התחתון של הקומה העליונה - שימו לב לנגדים במארזי SMD!
הצד התחתון של הקומה העליונה – שימו לב לנגדים במארזי SMD!

הגיע הרגע הגדול: הלקוח הגיע, הדגמתי בפניו את המערכת על כמה לדים – ואז הוא הבחין שחלק מהלדים שאמורים להיות כבויים דווקא מאירים באור חלש מאוד. זו הייתה ה"פאשלה" בבדיקות המקדימות שלי: ביצעתי את כולן בתאורת חדר רגילה, שבה קשה מאוד להבדיל בין לד כבוי ללד שמאיר בקושי! ללקוח ההבדל הזה משמעותי, והוא ידע לשים לב ולחפש אותו.

מה עושים עכשיו? מאיפה בא האור החלש ואיך נפטרים ממנו? אחרי סקירה מדוקדקת הבנתי שלא מדובר במגע חשמלי תועה (כפי שקורה לעתים בעבודה עם Stripboard מהסוג בו השתמשתי), אלא במשהו אחר: אפילו שפיני ה-595 היו במצב של high impedance, הם הוציאו זרם זעיר, בסדר גודל של מיליונית אמפר, דרך רגל ה-base של הטרנזיסטור. הזרם הזה הוגבר – זה מה שטרנזיסטורים עושים – מספיק כדי להעביר ללדים את עשירית המיליאמפר, בערך, שדרושה כדי להפיק אור שנקלט בעין. כדי למנוע את התופעה, פין OE של ה-595 צריך להישאר במצב LOW. אז איך למנוע הבהובים לא רצויים בזמן שליחת המידע לג'וקים, ואיך ליצור בכל זאת את אפקט ה-PWM?

אחרי קצת מחשבה עליתי על הפתרון: למתג את החיבור (המשותף) של הטרנזיסטורים לאדמה. למזלי, בניתי את ההתקן כך שהיה קל יחסית להפריד בין קו האדמה של הטרנזיסטורים (מבוסס על מהדקי נייר מיושרים, אגב) לבין האדמה של שאר המעגל. הוספתי טרנזיסטור N-Channel בין הקו הזה לבין האדמה הכללית, וחיברתי את ה-gate שלו לפין ה-PWM של הארדואינו. הוספתי גם נגד pull-down לחיבור הנ"ל, כדי להבטיח שהטרנזיסטורים לא יעבירו זרם בטעות בזמן שה-Bootloader של הארדואינו רץ, כאשר לקוד שלי עוד אין שליטה על פיני הקלט/פלט.

המעגל המתוקן - הטרנזיסטור למיתוג האדמה של הטרנזיסטורים והנגדים שלו, במרכז למטה
המעגל המתוקן – הטרנזיסטור למיתוג האדמה של הטרנזיסטורים והנגדים שלו, במרכז למטה

האלתור הזה פתר את הבעיה, בהצלחה כזו שהצטערתי שלא חשבתי עליו מלכתחילה במקום כל ההתעסקות המיותרת עם OE . אמנם הטרנזיסטור הנוסף מפיל קצת מהמתח שמיועד ללדים, אבל ההשפעה של זה זניחה. הפרויקט הושלם, נמסר, ואפשר לחזור לבאגים של הפרויקטים האחרים…

נ.ב. אם אתם לא מזהים את הרפרנס בכותרת, תתביישו 😉

 

5 thoughts on “טרנזיסטור אחד למשול בם ולקשרם”

    1. לא מבין גדול בתחום אבל לי זה נראה בסדר גמור. איפה הבעיה בחוסר סימטריה של הטרנזיסטורים? זה לא תחרות יופי זה אמור לעבוד. תסביר שנוכל להבין מה לא לעשות…

    1. בהחלט – אילו היו לי בהישג יד או שהייתי יכול להבטיח שיגיעו לפני הדדליין. אבל טוב שהזכרת לי, באמת כדאי שאזמין כמה בשביל הפעם הבאה 🙂

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *