Tranzistorový spínač s efektem pole

Možná i člověk daleko od elektroniky slyšel, že existuje takový prvek jako relé. Nejjednodušší elektromagnetické relé obsahuje elektromagnet, když je na něj přivedeno napětí, sepnou se další dva kontakty. Pomocí relé můžeme spínat poměrně silnou zátěž, přiložením nebo naopak, odejmutím napětí z ovládacích kontaktů. Nejrozšířenější jsou relé ovládaná od 12 voltů. Existují také relé pro napětí 3, 5, 24 voltů.

Výkonnou zátěž však můžete spínat nejen pomocí relé. V poslední době se rozšířily vysoce výkonné tranzistory s efektem pole. Jedním z jejich hlavních účelů je provoz v klíčovém režimu, tzn. tranzistor je buď uzavřený, nebo zcela otevřený, když je odpor přechodu Drain-Source prakticky nulový. Tranzistor s efektem pole můžete otevřít přivedením napětí na bránu vzhledem k jejímu zdroji. Činnost spínače na tranzistoru s efektem pole můžete porovnat s činností relé - na bránu se přivede napětí, tranzistor se otevře a obvod se uzavře. Z brány bylo odstraněno napětí - obvod byl otevřen, zátěž byla odpojena od napětí.

V tomto případě má tranzistorový spínač s efektem pole některé výhody oproti relé, jako například:

• Skvělá výdrž. Poměrně často selhávají relé kvůli přítomnosti mechanicky pohyblivých částí, ale tranzistor za správných provozních podmínek má mnohem delší životnost.
• Hospodárný. Vinutí relé spotřebovává proud, někdy docela významný. Hradlo tranzistoru spotřebovává proud pouze tehdy, když je na něj přivedeno napětí, pak nespotřebovává prakticky žádný proud.
• Žádné kliknutí při přepínání.

Systém

Spínací obvod pro tranzistor s efektem pole je uveden níže:

Rezistor R1 v něm je proudově omezující, je potřebný pro snížení proudu spotřebovaného hradlem v okamžiku otevření, bez něj může tranzistor selhat. Hodnotu tohoto odporu lze snadno měnit v širokém rozsahu, od 10 do 100 Ohmů, to neovlivní činnost obvodu.

Rezistor R2 přitahuje hradlo ke zdroji, čímž vyrovnává jejich potenciály, když na hradlo není přivedeno žádné napětí. Bez něj zůstane brána „viset ve vzduchu“ a tranzistor nelze zaručit, že se zavře. Hodnotu tohoto rezistoru lze také měnit v širokém rozsahu - od 1 do 10 kOhm.

Tranzistor T1 je N-kanálový tranzistor s efektem pole. Musí být zvolen na základě výkonu spotřebovaného zátěží a hodnoty řídicího napětí. Pokud je méně než 7 voltů, měli byste vzít takzvaný „logický“ tranzistor s efektem pole, který se spolehlivě otevírá od napětí 3,3 - 5 voltů. Lze je nalézt na základních deskách počítačů. Pokud je řídicí napětí v rozsahu 7-15 voltů, můžete použít „běžný“ tranzistor s efektem pole, například IRF630, IRF730, IRF540 nebo jakýkoli jiný podobný.V tomto případě byste měli věnovat pozornost takové vlastnosti, jako je odpor otevřeného kanálu. Tranzistory nejsou ideální a ani v otevřeném stavu není odpor přechodu Drain-Source nulový. Nejčastěji se jedná o setiny Ohmu, což není vůbec kritické při spínání zátěže s nízkým výkonem, ale je velmi významné při vysokých proudech. Proto, abyste snížili pokles napětí na tranzistoru a snížili jeho zahřívání, musíte zvolit tranzistor s nejnižším odporem otevřeného kanálu.

„N“ v diagramu – libovolné zatížení.

Nevýhodou tranzistorového spínače je, že může pracovat pouze ve stejnosměrných obvodech, protože proud teče pouze z Drain do Source.

Vytvoření tranzistorového spínače s efektem pole

Takto jednoduchý obvod je možné sestavit pomocí povrchové montáže, ale rozhodl jsem se vyrobit miniaturní desku plošných spojů pomocí technologie laser-iron (LUT). Postup je následující:

1) Vystřihněte kousek DPS, který rozměrově odpovídá provedení plošného spoje, očistěte jemným brusným papírem a odmastěte lihem nebo rozpouštědlem.

2) Návrh plošného spoje vytiskneme na speciální termotransferový papír. Můžete použít lesklý časopisový papír nebo pauzovací papír. Hustota toneru na tiskárně by měla být nastavena na maximum.

3) Přeneste vzor z papíru na textolit pomocí žehličky. V tomto případě byste měli zajistit, aby se papír s motivem vzhledem k textolitu nepohyboval. Doba ohřevu závisí na teplotě žehličky a pohybuje se od 30 do 90 sekund.

4) Výsledkem je, že se na PCB objeví zrcadlový obraz stop. Pokud toner na některých místech nedrží dobře na budoucí desce, můžete nedostatky opravit pomocí dámského laku na nehty.

5) Dále vložíme textolit k leptání.Způsobů výroby leptacího roztoku je mnoho, já používám směs kyseliny citronové, soli a peroxidu vodíku.

Po leptání získá deska tuto podobu:

6) Poté je potřeba odstranit toner z DPS, nejsnáze to uděláte odlakovačem na nehty. Můžete použít aceton a další podobná rozpouštědla, já jsem použil ropné rozpouštědlo.

Deska je připravena na zapájení dílů do ní. Potřebujete pouze dva odpory a tranzistor.

Deska má dva kontakty pro napájení řídicího napětí, dva kontakty pro připojení zdroje napájejícího zátěž a dva kontakty pro připojení samotné zátěže. Deska s připájenými částmi vypadá takto:

Jako zátěž pro testování činnosti obvodu jsem vzal dva výkonné 100 Ohmové odpory zapojené paralelně.

Zařízení plánuji používat ve spojení s čidlem vlhkosti (deska v pozadí). Z toho je do klíčového obvodu přiváděno řídicí napětí 12 voltů. Testy ukázaly, že tranzistorový spínač funguje perfektně a dodává napětí do zátěže. Úbytek napětí na tranzistoru byl 0,07 voltu, což v tomto případě není vůbec kritické. Tranzistor se nezahřívá ani při stálém provozu obvodu. Šťastné stavění!