Interruttore a transistor ad effetto di campo

Forse anche una persona lontana dall'elettronica ha sentito parlare dell'esistenza di un elemento come un relè. Il relè elettromagnetico più semplice contiene un elettromagnete, quando viene applicata tensione, altri due contatti vengono chiusi. Con l'aiuto di un relè, possiamo commutare un carico abbastanza potente, applicandolo o viceversa, rimuovendo la tensione dai contatti di controllo. I più diffusi sono i relè comandati da 12 volt. Esistono anche relè per tensioni di 3, 5, 24 volt.

Tuttavia, puoi commutare un carico potente non solo con l'aiuto di un relè. Recentemente si sono diffusi transistor ad effetto di campo ad alta potenza. Uno dei loro scopi principali è quello di operare in modalità chiave, cioè. il transistor è chiuso o completamente aperto quando la resistenza della giunzione Drain-Source è praticamente nulla. È possibile aprire un transistor ad effetto di campo applicando tensione al gate rispetto alla sua sorgente. È possibile confrontare il funzionamento di un interruttore su un transistor ad effetto di campo con il funzionamento di un relè: la tensione viene applicata al gate, il transistor si apre e il circuito si chiude. La tensione è stata rimossa dal cancello: il circuito è stato aperto, il carico è stato diseccitato.

In questo caso, un interruttore a transistor ad effetto di campo presenta alcuni vantaggi rispetto a un relè, come ad esempio:

• Grande durata. Molto spesso i relè si guastano a causa della presenza di parti meccaniche in movimento, ma un transistor nelle giuste condizioni operative ha una durata molto più lunga.
• Economico. L'avvolgimento del relè consuma corrente, a volte piuttosto significativa. Il gate del transistor consuma corrente solo quando gli viene applicata la tensione, quindi praticamente non consuma corrente.
• Nessun clic durante il passaggio.

schema

Il circuito di commutazione per il transistor ad effetto di campo è presentato di seguito:

Il resistore R1 al suo interno è limitatore di corrente; è necessario per ridurre la corrente consumata dal cancello al momento dell'apertura; senza di esso il transistor potrebbe guastarsi. Il valore di questo resistore può essere facilmente modificato entro un ampio intervallo, da 10 a 100 Ohm, ciò non influirà sul funzionamento del circuito.

Il resistore R2 attira il gate verso la sorgente, equalizzando così i loro potenziali quando al gate non viene applicata alcuna tensione. Senza di esso, il cancello rimarrà “sospeso in aria” e non è possibile garantire la chiusura del transistor. Il valore di questo resistore può anche essere modificato in un ampio intervallo, da 1 a 10 kOhm.

Il transistor T1 è un transistor ad effetto di campo a canale N. Deve essere selezionato in base alla potenza consumata dal carico e al valore della tensione di controllo. Se è inferiore a 7 volt, dovresti prendere un cosiddetto transistor ad effetto di campo "logico", che si apre in modo affidabile da una tensione di 3,3 - 5 volt. Possono essere trovati sulle schede madri dei computer. Se la tensione di controllo è compresa tra 7 e 15 volt, è possibile utilizzare un transistor ad effetto di campo "normale", ad esempio IRF630, IRF730, IRF540 o altri simili.In questo caso, dovresti prestare attenzione a una caratteristica come la resistenza del canale aperto. I transistor non sono ideali e, anche allo stato aperto, la resistenza della giunzione Drain-Source non è zero. Molto spesso ammonta a centesimi di Ohm, il che non è affatto critico quando si commuta un carico a bassa potenza, ma è molto significativo con correnti elevate. Pertanto, al fine di ridurre la caduta di tensione sul transistor e, di conseguenza, ridurne il riscaldamento, è necessario scegliere un transistor con la resistenza a canale aperto più bassa.

“N” nel diagramma – qualsiasi carico.

Lo svantaggio di un interruttore a transistor è che può funzionare solo in circuiti CC, poiché la corrente scorre solo da Drain a Source.

Realizzazione di un interruttore a transistor ad effetto di campo

È possibile assemblare un circuito così semplice utilizzando il montaggio superficiale, ma ho deciso di realizzare un circuito stampato in miniatura utilizzando la tecnologia laser-ferro (LUT). La procedura è la seguente:

1) Ritagliare un pezzo di PCB che si adatti alle dimensioni del disegno del circuito stampato, pulirlo con carta vetrata fine e sgrassarlo con alcool o solvente.

2) Stampiamo il disegno del circuito stampato su speciale carta a trasferimento termico. È possibile utilizzare carta da rivista lucida o carta da lucidi. La densità del toner sulla stampante deve essere impostata al massimo.

3) Trasferisci il disegno dalla carta alla textolite utilizzando un ferro da stiro. In questo caso, dovresti assicurarti che la carta con il disegno non si muova rispetto alla textolite. Il tempo di riscaldamento dipende dalla temperatura del ferro e varia dai 30 ai 90 secondi.

4) Di conseguenza, sul PCB appare un'immagine speculare delle tracce. Se in alcuni punti il ​​toner non aderisce bene alla futura tavola, puoi correggere i difetti usando lo smalto per unghie da donna.

5) Successivamente, mettiamo la textolite da incidere.Esistono molti modi per realizzare una soluzione di incisione, io utilizzo una miscela di acido citrico, sale e acqua ossigenata.

Dopo l'incisione la tavola assume questa forma:

6) Quindi è necessario rimuovere il toner dal PCB, il modo più semplice per farlo è con un solvente per unghie. Puoi usare acetone e altri solventi simili; io ho usato il solvente petrolifero.

La scheda è pronta per la saldatura delle parti. Hai solo bisogno di due resistori e un transistor.

La scheda dispone di due contatti per l'alimentazione della tensione di controllo, due contatti per il collegamento della sorgente che alimenta il carico e due contatti per il collegamento del carico stesso. La scheda con le parti saldate si presenta così:

Come carico per testare il funzionamento del circuito, ho preso due potenti resistori da 100 Ohm collegati in parallelo.

Ho intenzione di utilizzare il dispositivo insieme a un sensore di umidità (scheda sullo sfondo). È da questo che la tensione di controllo di 12 volt viene fornita al circuito della chiave. I test hanno dimostrato che l'interruttore a transistor funziona perfettamente, fornendo tensione al carico. La caduta di tensione sul transistor è stata di 0,07 volt, il che in questo caso non è affatto critico. Il transistor non si riscalda nemmeno con il funzionamento costante del circuito. Buona costruzione!