Tranzistorový kľúč s efektom poľa

Možno aj osoba vzdialená od elektroniky počula, že existuje taký prvok ako relé. Najjednoduchšie elektromagnetické relé obsahuje elektromagnet, keď sú naň pripojené napätie, ostatné dva kontakty sú zatvorené. Pomocou relé môžeme prepnúť pomerne silné zaťaženie, pôsobením alebo naopak, odstraňovaním napätia z ovládacích kontaktov. Najpoužívanejšie relé ovládané 12 V. K dispozícii sú tiež relé pre napätie 3, 5, 24 voltov.
Spínanie silného zaťaženia je však možné nielen pomocou relé. Nedávno sa rozšírili výkonné tranzistory s efektom poľa. Jedným z ich hlavných cieľov je pracovať v kľúčovom režime, t. tranzistor je uzavretý alebo úplne otvorený, keď je odpor Stoke - zdroja prakticky nulový. Tranzistor s efektom poľa môžete otvoriť tak, že k bráne privediete napätie vzhľadom na jeho zdroj. Môžete porovnať činnosť kľúča na tranzistore s poľným efektom s činnosťou relé - na bránu priviedli napätie, tranzistor sa otvoril, obvod sa uzavrel. Odstránili napätie z uzávierky - obvod sa otvoril, záťaž je odpojená od napájania.
Kľúč tranzistora s poľným efektom má oproti relé niektoré výhody, ako napríklad:

• Veľká odolnosť. Pomerne často zlyhávajú relé v dôsledku prítomnosti mechanicky sa pohybujúcich častí, zatiaľ čo tranzistor v správnych prevádzkových podmienkach má oveľa dlhšiu životnosť.
• Economy. Reléová cievka spotrebováva prúd a niekedy je veľmi významná. Brána tranzistora spotrebováva prúd iba v okamihu, keď k nemu dodáva napätie, potom prakticky nespotrebúva prúd.
• Pri prepínaní žiadne kliknutia.

Systém

Kľúčový diagram pre tranzistor s efektom poľa je uvedený nižšie:
Odpor R1 je v ňom obmedzujúci prúd, je potrebný na zníženie prúdu spotrebovaného hradlom v čase otvorenia, bez toho, aby tranzistor mohol zlyhať. Hodnota tohto odporu sa dá ľahko meniť v širokom rozsahu, od 10 do 100 ohmov, nebude to mať vplyv na činnosť obvodu.
Rezistor R2 ťahá bránu k zdroju, čím vyrovnáva ich potenciál, keď na bránu nie je privedené žiadne napätie. Bez neho zostane uzávierka „visieť vo vzduchu“ a tranzistora sa nedá zaručiť, že sa uzavrie. Hodnota tohto odporu môže byť tiež zmenená v širokom rozmedzí - od 1 do 10 kOhm.
Tranzistor Tl je tranzistor s efektom poľa v N-kanálovom poli. Musí sa zvoliť na základe energie spotrebovanej záťažou a veľkosti riadiaceho napätia. Ak je menej ako 7 voltov, mali by ste vziať tzv. „Logický“ tranzistor s efektom poľa, ktorý sa spoľahlivo otvára pri napätí 3,3 až 5 voltov. Nájdete ich na základných doskách počítača. Ak je riadiace napätie v rozmedzí 7-15 voltov, môžete zobrať „konvenčný“ tranzistor s efektom poľa, napríklad IRF630, IRF730, IRF540 alebo iný podobný. V takom prípade by sa mala venovať pozornosť charakteristike, ako je odpor otvoreného kanála. Tranzistory nie sú dokonalé a dokonca ani v otvorenom stave nie je odpor Stoke - zdroja nerovnomerný nule. Najčastejšie je to stotina ohmu, čo nie je absolútne kritické pri prepínaní záťaže s malým výkonom, ale veľmi významne pri vysokých prúdoch. Preto, aby sa znížil úbytok napätia na tranzistore a podľa toho sa znížilo jeho zahrievanie, je potrebné zvoliť tranzistor s najnižším odporom otvoreného kanála.
„N“ v diagrame predstavuje určitý druh zaťaženia.
Nevýhodou kľúča na tranzistore je to, že môže pracovať iba v jednosmerných obvodoch, pretože prúd prechádza iba zo skladu do zdroja.

Výroba kľúča na tranzistore s efektom poľa

Takýto jednoduchý obvod je možné zostaviť aj na stenu, ale rozhodol som sa vyrobiť miniatúrnu dosku s plošnými spojmi pomocou technológie laserového liatia (LUT). Postup je nasledujúci:
1) Vystrihli sme kus DPS vhodný pre rozmery dosky s plošnými spojmi, vyčistite ho jemným brúsnym papierom a odmasťujte ho alkoholom alebo rozpúšťadlom.
2) Na špeciálny termotransferový papier tlačíme dosku s plošnými spojmi. Môžete použiť lesklý papier pre časopisy alebo pauzovací papier. Hustota tonera v tlačiarni by mala byť nastavená na maximum.
3) Pomocou žehličky preneste vzor z papiera na textolit. V tomto prípade by sa malo riadiť tak, aby sa kus papiera so vzorom neposunul relatívne k PCB. Čas zahrievania závisí od teploty žehličky a je v rozmedzí 30 - 90 sekúnd.
4) Výsledkom je, že sa na textolite zobrazí obrázok stôp v zrkadlovom obraze. Ak toner na miestach neprichádza dobre k budúcej doske, môžete škvrny opraviť pomocou laku na nechty žien.
5) Ďalej naleptáme textolit. Existuje veľa spôsobov, ako vyrobiť leptací roztok, používam zmes kyseliny citrónovej, soli a peroxidu vodíka.
Po leptaní má doska nasledujúcu formu:
6) Potom je potrebné odstrániť toner z DPS, najjednoduchší spôsob, ako to urobiť, je použiť odstraňovač laku na nechty. Môžete použiť acetón a ďalšie podobné rozpúšťadlá, použil som olejové rozpúšťadlo.
7) Prípad je malý - teraz zostáva vyvŕtať diery na správnych miestach a pocínovať ich. Potom nadobudne túto formu:
Doska je pripravená na spájkovanie častí do nej. Potrebné sú iba dva odpory a tranzistor.
Na doske sú dva kontakty na napájanie riadiaceho napätia, dva kontakty na pripojenie zdroja dodávajúceho zaťaženie a dva kontakty na pripojenie samotného zaťaženia. Doska s spájkovanými časťami vyzerá takto:
Ako záťaž pre kontrolu činnosti obvodu som vzal dva silné 100 ohmové rezistory zapojené paralelne.
Plánujem zariadenie používať v spojení so snímačom vlhkosti (doska na pozadí). Je to od neho, že riadiace napätie 12 V prichádza do obvodu kľúča. Testy ukázali, že tranzistorový spínač funguje skvele tým, že dodáva záťaži napätie. Pokles napätia cez tranzistor bol 0,07 voltu, čo v tomto prípade nie je vôbec kritické. Zahrievanie tranzistora nie je pozorované ani pri konštantnej prevádzke obvodu. Úspešná montáž!
Stiahnite si dosku a obvod: