Mezőhatás tranzisztoros kapcsoló

Talán még az elektronikától távol álló ember is hallotta, hogy létezik olyan elem, mint a relé. A legegyszerűbb elektromágneses relé elektromágnest tartalmaz, amikor feszültséget kapcsolunk rá, két másik érintkező zárva van. Egy relé segítségével elég erős terhelést tudunk kapcsolni, ráadva vagy fordítva, feszültséget levezetve a vezérlőérintkezőkről. A legelterjedtebbek a 12 V-ról vezérelt relék. Vannak relék is 3, 5, 24 voltos feszültségekhez.

Erőteljes terhelést azonban nem csak relé segítségével kapcsolhat át. Az utóbbi időben a nagy teljesítményű térhatású tranzisztorok széles körben elterjedtek. Egyik fő céljuk, hogy billentyű üzemmódban működjenek, pl. a tranzisztor zárt vagy teljesen nyitott, ha a Drain-Source csomópont ellenállása gyakorlatilag nulla. A térhatású tranzisztort úgy nyithatja meg, hogy feszültséget ad a kapura a forrásához képest. Összehasonlíthatja a térhatású tranzisztoron lévő kapcsoló működését a relé működésével - feszültséget kap a kapu, a tranzisztor kinyílik, és az áramkör zár. A feszültséget eltávolították a kapuból - az áramkört kinyitották, a terhelést feszültségmentesítették.

Ebben az esetben a térhatású tranzisztoros kapcsolónak van néhány előnye a relével szemben, például:

• Nagy tartósság. A relék gyakran meghibásodnak a mechanikusan mozgó alkatrészek jelenléte miatt, de a megfelelő működési feltételek mellett a tranzisztor élettartama sokkal hosszabb.
• Gazdaságos. A relé tekercs áramot fogyaszt, néha meglehetősen jelentős. A tranzisztor kapuja csak akkor vesz fel áramot, ha feszültség van rá, akkor gyakorlatilag nem vesz fel áramot.
• Nincs kattintás váltáskor.

Rendszer

A térhatású tranzisztor kapcsoló áramkörét az alábbiakban mutatjuk be:

A benne lévő R1 ellenállás áramkorlátozó, szükséges a kapu által a nyitás pillanatában felvett áram csökkentéséhez, enélkül a tranzisztor meghibásodhat. Ennek az ellenállásnak az értéke könnyen megváltoztatható széles tartományban, 10-100 Ohm között, ez nem befolyásolja az áramkör működését.

Az R2 ellenállás a kaput a forráshoz húzza, ezáltal kiegyenlíti a potenciáljukat, ha nincs feszültség a kapura. Enélkül a kapu „a levegőben lóg” marad, és a tranzisztor nem zárható be. Ennek az ellenállásnak az értéke széles tartományban is változtatható - 1 és 10 kOhm között.

A T1 tranzisztor egy N-csatornás térhatású tranzisztor. A terhelés által fogyasztott teljesítmény és a vezérlőfeszültség értéke alapján kell kiválasztani. Ha kisebb, mint 7 volt, akkor vegyen be egy úgynevezett „logikai” térhatású tranzisztort, amely megbízhatóan nyit 3,3-5 voltos feszültségről. A számítógép alaplapjain megtalálhatók. Ha a vezérlőfeszültség 7-15 V tartományban van, akkor vegyen be egy „rendes” térhatású tranzisztort, például IRF630, IRF730, IRF540 vagy bármilyen más hasonlót.Ebben az esetben figyelni kell egy olyan jellemzőre, mint a nyitott csatorna ellenállása. A tranzisztorok nem ideálisak, és még nyitott állapotban sem nulla a Drain-Source csomópont ellenállása. Leggyakrabban az Ohm századrészét teszi ki, ami egyáltalán nem kritikus kis teljesítményű terhelés kapcsolásakor, de nagy áramerősség esetén igen jelentős. Ezért a tranzisztor feszültségesésének csökkentése és ennek megfelelően a fűtés csökkentése érdekében a legalacsonyabb nyitott csatornás ellenállású tranzisztort kell választani.

„N” a diagramban – bármilyen terhelés.

A tranzisztoros kapcsoló hátránya, hogy csak egyenáramú áramkörökben tud működni, mert az áram csak a Draintől a Source-ig folyik.

Térhatású tranzisztoros kapcsoló készítése

Lehetséges egy ilyen egyszerű áramkör összeállítása felületi szereléssel, de úgy döntöttem, hogy egy miniatűr nyomtatott áramköri lapot készítek lézervas technológiával (LUT). Az eljárás a következő:

1) Vágjon ki egy darabot a nyomtatott áramköri lap méreteinek megfelelő NYÁK-ból, tisztítsa meg finom csiszolópapírral és zsírtalanítsa alkohollal vagy oldószerrel.

2) Speciális hőtranszfer papírra nyomtatjuk a nyomtatott áramköri lap tervét. Használhat fényes folyóiratpapírt vagy pauszpapírt. A nyomtató festéksűrűségét maximálisra kell állítani.

3) Vasalóval vigye át a mintát papírról textolitra. Ebben az esetben ügyeljen arra, hogy a mintával ellátott papír ne mozduljon el a textolithoz képest. A melegítési idő a vasaló hőmérsékletétől függ, és 30 és 90 másodperc között mozog.

4) Ennek eredményeként a sávok tükörképe jelenik meg a PCB-n. Ha a toner néhol nem tapad jól a leendő táblához, akkor női körömlakk segítségével kijavíthatja a hibákat.

5) Ezután feltesszük a maratandó textolitot.Sokféleképpen lehet maratási oldatot készíteni, én citromsav, só és hidrogén-peroxid keverékét használom.

A maratást követően a tábla a következő formát veszi fel:

6) Ezután el kell távolítani a festéket a NYÁK-ról, ezt a legegyszerűbb módja a körömlakklemosó. Használhat acetont és más hasonló oldószereket, én petróleum oldószert használtam.

A tábla készen áll az alkatrészek forrasztására. Csak két ellenállásra és egy tranzisztorra van szüksége.

A lapon két érintkező van a vezérlőfeszültség táplálására, két érintkező a terhelést tápláló forrás csatlakoztatására, és két érintkező a terhelés csatlakoztatására. A forrasztott részekkel ellátott tábla így néz ki:

Az áramkör működésének tesztelésére terhelésként két erős 100 ohmos ellenállást vettem párhuzamosan.

A készüléket páratartalom szenzorral (háttérben a tábla) együtt tervezem használni. Ebből a 12 voltos vezérlőfeszültség a kulcsáramkörbe kerül. A tesztek kimutatták, hogy a tranzisztoros kapcsoló tökéletesen működik, feszültséggel látja el a terhelést. A feszültségesés a tranzisztoron 0,07 volt volt, ami ebben az esetben egyáltalán nem kritikus. A tranzisztor még az áramkör állandó működése mellett sem melegszik fel. Boldog építkezést!