Feldeffekttransistorschlüssel

Vielleicht hat sogar jemand, der weit von der Elektronik entfernt ist, gehört, dass es ein Element wie ein Relais gibt. Das einfachste elektromagnetische Relais enthält einen Elektromagneten, bei Anlegen einer Spannung werden zwei weitere Kontakte geschlossen. Mit Hilfe eines Relais können wir eine ziemlich starke Last schalten, indem wir Spannung an die Steuerkontakte anlegen oder umgekehrt. Am weitesten verbreitet sind Relais, die mit 12 Volt gesteuert werden. Es gibt auch Relais für Spannungen von 3, 5, 24 Volt.

Allerdings können Sie eine starke Last nicht nur mit Hilfe eines Relais schalten. In letzter Zeit sind Hochleistungs-Feldeffekttransistoren weit verbreitet. Einer ihrer Hauptzwecke besteht darin, im Tastenmodus zu arbeiten, d. h. Der Transistor ist entweder geschlossen oder vollständig geöffnet, wenn der Widerstand des Drain-Source-Übergangs praktisch Null ist. Sie können einen Feldeffekttransistor öffnen, indem Sie eine Spannung an das Gate relativ zu seiner Source anlegen. Sie können die Funktion eines Schalters an einem Feldeffekttransistor mit der Funktion eines Relais vergleichen: An das Gate wird Spannung angelegt, der Transistor öffnet und der Stromkreis schließt. Die Spannung wurde vom Gate entfernt – der Stromkreis wurde geöffnet, die Last wurde stromlos.

In diesem Fall hat ein Feldeffekttransistorschalter gegenüber einem Relais einige Vorteile, wie zum Beispiel:

• Große Haltbarkeit. Sehr oft fallen Relais aufgrund mechanisch beweglicher Teile aus, aber ein Transistor hat unter den richtigen Betriebsbedingungen eine viel längere Lebensdauer.
• Wirtschaftlich. Die Relaiswicklung verbraucht Strom, manchmal ziemlich viel. Das Gate des Transistors verbraucht nur dann Strom, wenn Spannung an ihm anliegt, dann verbraucht es praktisch keinen Strom.
• Keine Klicks beim Umschalten.

Planen

Der Schaltkreis für den Feldeffekttransistor ist unten dargestellt:

Der darin enthaltene Widerstand R1 ist strombegrenzend; er wird benötigt, um den vom Gate im Moment des Öffnens verbrauchten Strom zu reduzieren; ohne ihn kann der Transistor ausfallen. Der Wert dieses Widerstands kann in einem weiten Bereich von 10 bis 100 Ohm leicht geändert werden, dies hat keinen Einfluss auf den Betrieb der Schaltung.

Der Widerstand R2 zieht das Gate an die Source und gleicht dadurch ihre Potentiale aus, wenn keine Spannung an das Gate angelegt wird. Ohne sie bleibt das Gate „in der Luft hängen“ und es kann nicht garantiert werden, dass der Transistor schließt. Auch der Wert dieses Widerstands kann in einem weiten Bereich verändert werden – von 1 bis 10 kOhm.

Der Transistor T1 ist ein N-Kanal-Feldeffekttransistor. Die Auswahl muss auf der Grundlage der von der Last verbrauchten Leistung und des Wertes der Steuerspannung erfolgen. Liegt diese unter 7 Volt, sollte man einen sogenannten „logischen“ Feldeffekttransistor nehmen, der ab einer Spannung von 3,3 – 5 Volt zuverlässig öffnet. Sie sind auf Computer-Motherboards zu finden. Wenn die Steuerspannung im Bereich von 7-15 Volt liegt, können Sie einen „normalen“ Feldeffekttransistor verwenden, zum Beispiel IRF630, IRF730, IRF540 oder einen anderen ähnlichen.In diesem Fall sollten Sie auf eine Eigenschaft wie den Widerstand des offenen Kanals achten. Transistoren sind nicht ideal und selbst im offenen Zustand ist der Widerstand der Drain-Source-Verbindung nicht Null. Am häufigsten beträgt er Hundertstel Ohm, was beim Schalten einer Last mit geringer Leistung überhaupt nicht kritisch ist, bei hohen Strömen jedoch sehr wichtig ist. Um den Spannungsabfall am Transistor und damit seine Erwärmung zu verringern, müssen Sie daher einen Transistor mit dem niedrigsten Widerstand im offenen Kanal wählen.

„N“ im Diagramm – jede Last.

Der Nachteil eines Transistorschalters besteht darin, dass er nur in Gleichstromkreisen arbeiten kann, da der Strom nur von Drain nach Source fließt.

Herstellung eines Feldeffekttransistorschalters

Es ist möglich, eine so einfache Schaltung durch Oberflächenmontage zusammenzubauen, aber ich habe mich entschieden, eine Miniatur-Leiterplatte mithilfe der Laser-Eisen-Technologie (LUT) herzustellen. Das Verfahren ist wie folgt:

1) Schneiden Sie ein Stück Leiterplatte aus, das den Abmessungen des Leiterplattendesigns entspricht, reinigen Sie es mit feinem Schleifpapier und entfetten Sie es mit Alkohol oder Lösungsmittel.

2) Wir drucken das Design der Leiterplatte auf spezielles Thermotransferpapier. Sie können glänzendes Zeitschriftenpapier oder Pauspapier verwenden. Die Tonerdichte am Drucker sollte auf Maximum eingestellt sein.

3) Übertragen Sie das Design mit einem Bügeleisen vom Papier auf Textolith. In diesem Fall sollten Sie darauf achten, dass sich das Papier mit dem Motiv nicht relativ zum Textolith bewegt. Die Aufheizzeit hängt von der Temperatur des Bügeleisens ab und liegt zwischen 30 und 90 Sekunden.

4) Dadurch entsteht ein Spiegelbild der Leiterbahnen auf der Leiterplatte. Sollte der Toner an manchen Stellen nicht gut auf der zukünftigen Platine haften, können Sie die Mängel mit Damen-Nagellack beheben.

5) Als nächstes legen wir den zu ätzenden Textolit ein.Es gibt viele Möglichkeiten, eine Ätzlösung herzustellen. Ich verwende eine Mischung aus Zitronensäure, Salz und Wasserstoffperoxid.

Nach dem Ätzen nimmt die Platine folgende Form an:

6) Anschließend müssen Sie den Toner von der Platine entfernen, am einfachsten geht das mit Nagellackentferner. Sie können Aceton und andere ähnliche Lösungsmittel verwenden; ich habe Lösungsmittel auf Erdölbasis verwendet.

Die Platine ist bereit zum Einlöten von Teilen. Sie benötigen lediglich zwei Widerstände und einen Transistor.

Die Platine verfügt über zwei Kontakte zur Versorgung der Steuerspannung, zwei Kontakte zum Anschluss der Quelle, die die Last mit Strom versorgt, und zwei Kontakte zum Anschluss der Last selbst. Die Platine mit den verlöteten Teilen sieht so aus:

Als Last zum Testen der Funktion der Schaltung habe ich zwei leistungsstarke 100-Ohm-Widerstände parallel geschaltet.

Ich habe vor, das Gerät in Verbindung mit einem Feuchtigkeitssensor (Platine im Hintergrund) zu verwenden. Von hier aus wird die Steuerspannung von 12 Volt dem Schlüsselstromkreis zugeführt. Tests haben gezeigt, dass der Transistorschalter einwandfrei funktioniert und die Last mit Spannung versorgt. Der Spannungsabfall am Transistor betrug 0,07 Volt, was in diesem Fall überhaupt nicht kritisch ist. Auch bei Dauerbetrieb der Schaltung erwärmt sich der Transistor nicht. Viel Spaß beim Bauen!