Превключвател на полеви транзистори

Може би дори човек, далеч от електрониката, е чувал, че има такъв елемент като реле. Най-простото електромагнитно реле съдържа електромагнит, когато към него се приложи напрежение, два други контакта се затварят. С помощта на реле можем да превключим доста мощен товар, прилагайки или обратно, премахвайки напрежението от контролните контакти. Най-разпространени са релетата, управлявани от 12 волта. Има и релета за напрежение 3, 5, 24 волта.

Въпреки това, можете да превключите мощен товар не само с помощта на реле. Напоследък мощните транзистори с полеви ефекти са широко разпространени. Едно от основните им предназначения е да работят в ключов режим, т.е. транзисторът е затворен или напълно отворен, когато съпротивлението на връзката дрейн-източник е практически нула. Можете да отворите транзистор с полеви ефекти, като приложите напрежение към портата спрямо неговия източник. Можете да сравните работата на превключвател на транзистор с полеви ефекти с работата на реле - напрежението се прилага към портата, транзисторът се отваря и веригата се затваря. Напрежението беше премахнато от портата - веригата беше отворена, товарът беше изключен.

В този случай транзисторният превключвател с полеви ефекти има някои предимства пред релето, като например:

• Голяма издръжливост. Доста често релетата се провалят поради наличието на механично движещи се части, но транзисторът при правилните работни условия има много по-дълъг експлоатационен живот.
• Икономичен. Намотката на релето консумира ток, понякога доста значителен. Портата на транзистора консумира ток само когато към него е приложено напрежение, тогава той практически не консумира ток.
• Без щракане при превключване.

Схема

Схемата на превключвателя за полевия транзистор е представена по-долу:

Резисторът R1 в него е ограничаващ тока, той е необходим, за да се намали токът, консумиран от портата в момента на отваряне, без него транзисторът може да се повреди. Стойността на този резистор може лесно да се променя в широк диапазон, от 10 до 100 ома, това няма да повлияе на работата на веригата.

Резистор R2 дърпа портата към източника, като по този начин изравнява техните потенциали, когато към портата не се прилага напрежение. Без него портата ще остане „висяща във въздуха“ и не може да се гарантира, че транзисторът ще се затвори. Стойността на този резистор също може да се променя в широк диапазон - от 1 до 10 kOhm.

Транзистор T1 е N-канален транзистор с полеви ефекти. Той трябва да бъде избран въз основа на мощността, консумирана от товара, и стойността на управляващото напрежение. Ако е по-малко от 7 волта, трябва да вземете така наречения „логичен“ транзистор с полеви ефекти, който надеждно се отваря от напрежение 3,3 - 5 волта. Те могат да бъдат намерени на компютърни дънни платки. Ако управляващото напрежение е в диапазона 7-15 волта, можете да вземете „обикновен“ транзистор с полеви ефекти, например IRF630, IRF730, IRF540 или други подобни.В този случай трябва да обърнете внимание на такава характеристика като съпротивлението на отворения канал. Транзисторите не са идеални и дори в отворено състояние съпротивлението на прехода Drain-Source не е нула. Най-често той възлиза на стотни от ома, което изобщо не е критично при превключване на товар с ниска мощност, но е много важно при големи токове. Следователно, за да намалите спада на напрежението в транзистора и съответно да намалите нагряването му, трябва да изберете транзистор с най-ниското съпротивление на отворения канал.

“N” на диаграмата – всякакъв товар.

Недостатъкът на транзисторния превключвател е, че той може да работи само в постоянни вериги, тъй като токът тече само от дрейн към източник.

Изработване на полеви транзисторен ключ

Възможно е да се сглоби такава проста схема с помощта на повърхностен монтаж, но реших да направя миниатюрна печатна платка с помощта на лазерно-желязна технология (LUT). Процедурата е следната:

1) Изрежете парче PCB, което отговаря на размерите на дизайна на печатната платка, почистете го с фина шкурка и го обезмаслете със спирт или разтворител.

2) Отпечатваме дизайна на печатната платка върху специална термотрансферна хартия. Можете да използвате лъскава хартия за списание или паус. Плътността на тонера на принтера трябва да бъде настроена на максимум.

3) Прехвърлете дизайна от хартия върху текстолит с помощта на ютия. В този случай трябва да се уверите, че хартията с дизайна не се движи спрямо текстолита. Времето за нагряване зависи от температурата на ютията и варира от 30 до 90 секунди.

4) В резултат на това върху печатната платка се появява огледален образ на пистите. Ако на някои места тонерът не залепва добре за бъдещата дъска, можете да коригирате недостатъците с помощта на женски лак за нокти.

5) След това поставяме текстолита за ецване.Има много начини да направите разтвор за офорт, аз използвам смес от лимонена киселина, сол и водороден прекис.

След ецване дъската придобива следната форма:

6) След това трябва да премахнете тонера от печатната платка, най-лесният начин да направите това е с лакочистител. Можете да използвате ацетон и други подобни разтворители; аз използвах петролен разтворител.

Платката е готова за запояване на части в нея. Имате нужда само от два резистора и един транзистор.

Платката има два контакта за подаване на управляващо напрежение, два контакта за свързване на източника, захранващ товара, и два контакта за свързване на самия товар. Платката със запоени части изглежда така:

Като товар за тестване на работата на веригата взех два мощни резистора от 100 ома, свързани паралелно.

Смятам да използвам устройството заедно със сензор за влажност (платка на заден план). Именно от това управляващото напрежение от 12 волта се подава към ключовата верига. Тестовете показват, че транзисторният превключвател работи перфектно, подавайки напрежение към товара. Спадът на напрежението на транзистора беше 0,07 волта, което в този случай изобщо не е критично. Транзисторът не се нагрява дори при постоянна работа на веригата. Честита конструкция!