Pod označením „Základní zapojení“ a s jednotným náhledovým obrázkem budeme zveřejňovat elektronická zapojení, která nemají přímou vazbu na robotiku nebo používané platformy mikrokontrolérů, ale tvoří „cihly“, z nichž se „staví“ vlastní elektronické konstrukce bez ohledu na zaměření. Začneme tím, co je velmi důležité a opomenutí už zničilo mnoho elektronických zařízení, ochranou proti přepólování napájecího napětí.
Jen málokteré zapojení a elektronické zařízení si nechá „líbit“, když mu prohodíme napájecí vodiče čili přepólujeme jeho napájení. Člověk se ale často zmýlí. Co se proti tomu dá dělat?
1/ Použít konektor, který nejde omylem obrátit.
Když je konektor správně zapojený a nejde zasunout obráceně, je pravděpodobnost chyby malá. Vždycky se sice může najít jedinec obdařený mizivou inteligencí, za to obrovskou silou, ale proti tomu stejně nic nezmůžete.
Typickým příkladem konektoru, který nemá žádnou ochranu, jsou klasické „banánky“, které se pro napájení používají velmi často. Mezi konektory bez ochrany se dají zařadit i servokonektory. Jejich tělíska sice mají buď na jedné straně zkosené hrany (Hitec, Graupner J/R) nebo vyčnívající „praporek“ (Futaba), ale vzhledem k tomu, že jako protikus se většinou používají jen kontaktní špičky s roztečí 2,54 mm, fakticky chráněné nejsou.
Typickým konektorem s dobrou ochranou je Dean T s kontaktními jazyky pootočenými o 90° a kontakty v zásuvce zapuštěnými do hloubky, ten neotočíte, ani kdyby ….
Konektor, který sice neumožňuje trvalé spojení v otočeném stavu, ale velmi snadno dovolí dotek s přepólováním napájení, je použit na 9V baterii, na to pozor!
2/ Důsledně používat správné barevné značení vodičů a koncovek
Když máte pro napájení připojené dva bílé vodiče s bílými „banánky“, stane se omyl velmi snadno. Zvykněte si na to, že kladný pól napájení by měl mít červenou nebo červenooranžovou barvu, záporný pól modrou a střed (zem) černou. Pokud není napájení symetrické, tak lze záporný pól napájení považovat za zem a mít černý vodič. Tyto barvy by měly být vyhrazeny pro napájení. Trochu problém je, když se v jednom zařízení používá více úrovní napájení, třeba +5 a +12 V, pak jedno z napájení bude mít pravděpodobně jinou barvu, třeba žlutou.
Zapojovat vše v jedné barvě je hazard, ale prohodit barevné značení je … hloupost. Kdokoli přijde k vašemu zapojení, automaticky napájení přepóluje, a nelze mu to přičítat za vinu.
3/ Používat zdroj s nastavitelným omezením proudu
Při oživování zařízení a pokusech se určitě vyplatí používat zdroj s nastavitelným napětím a také nastavitelným omezením proudu, které buď proud omezí (přejde z režimu zdroje napětí do režimu zdroje proudu) nebo po překročení meze zdroj vypne. V návodech většinou je uvedeno, jaký proud by mělo zapojení odebírat, nebo se to dá vyčíst ze zapojení. Když nastavíte proudové jištění asi na dvojnásobek předpokládaného odběru, tak je i při krátkém přepólování napájení šance, že zapojení přežije. Když ale proudové jištění máte trvale „vytočené“ na maximum nebo používáte jako zdroj třeba olověný akumulátor, tak prostě žádná ochrana není.
4/ Zapojit ochranu sériovou diodou
Asi nejjednodušší obvod, který trvale chrání zapojení před přepólováním napájení, je sériově zařazená dioda, při opačné polaritě proud zkrátka neprojde. Má to ale i nevýhody, jednak při větších proudech hrozí poškození diody špičkovým proudem (případně se musí chladit), jednak na diodě zůstane úbytek přibližně 0,7 – 1 V, o ten se sníží napájecí napětí z hlediska spotřebiče. Při malých napájecích napětích (třeba 3V) je tento způsob téměř nepoužitelný.
5/ Zapojit ochranu paralelní diodou
Dostatečně dimenzovanou diodu můžeme zapojit také paralelně se spotřebičem tak, aby vedla při přepólování napájení. Jestliže napájíme spotřebič z malého a slabého zdroje, buď má zdroj svou pojistku nebo vyhoří, ale zařízení je ochráněno. Když je zdroj dostatečně tvrdý (třeba olověný akumulátor), tak nejdřív vyhoří ta ochranná dioda, a hned po ní zbytek zařízení. Lepší je zahrnout do ochranného obvodu ještě tavnou pojistku, která se v případě omylu přepálí.
Ani tohle zapojení není bez chyby, jednak i pojistka ubírá určité napětí z napájení a zvyšuje vnitřní odpor zdroje z pohledu spotřebiče, jednak při přepólování bude stále na zařízení opačná polarita napětí, i když jen sníženého na úroveň úbytku na diodě (cca 1 V). Většinou to asi vadit nebude a takhle malé napětí nic nezničí, ale v některých případech to může vadit.
6/ Obvod, který připojí jen napětí správné polarity
Složitější obvod působí tak, že sám je chráněn proti přepólování třeba sériovou diodou, ale až když je na něm správná polarita napájení, připojí totéž napájení i k chráněnému zařízení. Výhodou je, že prakticky odpadá úbytek napájecího napětí, nevýhodou, že je určitá prodleva mezi připojením napájení a okamžikem, kdy se dostane na zařízení.
Kat. 1