Ключ на польовому транзисторі

Мабуть, навіть далекий від електроніки людина чула, що існує такий елемент, як реле. Найпростіше електромагнітне реле містить в собі електромагніт, при подачі на який напруги відбувається замикання двох інших контактів. За допомогою реле ми може комутувати досить потужне навантаження, подаючи або навпаки, знімаючи напругу з керуючих контактів. Найбільшого поширення набули реле, управляющиеся від 12-ти вольт. Також зустрічаються реле на напругу 3, 5, 24 вольта.

Однак коммутировать потужне навантаження можна не тільки за допомогою реле. Останнім часом широкого поширення набули потужні польові транзистори. Одне з їхніх головних призначень - робота в ключовому режимі, тобто транзистор або закритий, або повністю відкритий, коли опір переходу Сток - Исток практично дорівнює нулю. Відкрити польовий транзистор можна подавши напругу на затвор щодо його витоку. Порівняти роботу ключа на польовому транзисторі можна з роботою реле - подали напругу на затвор, транзистор відкрився, ланцюг замкнувся. Зняли напругу з затвора - ланцюг розімкнулася, навантаження знеструмлена.

При цьому ключ на польовому транзисторі має перед реле деякі переваги, такі, як:

  • Велика довговічність. Досить часто реле виходять з ладу через наявність механічно рухомих частин, транзистор же при правильних умовах експлуатації має набагато більший термін служби.

  • Економічність. Обмотка реле споживає струм, причому іноді досить значний. Затвор транзистора ж споживає струм тільки в момент подачі на нього напруги, потім він практично не споживає струму.

  • Відсутність клацань при перемиканні.

схема

Схема ключа на польового транзистора представлена ​​нижче:

Резистор R1 в ній є струмообмежувальним, він потрібен для того, щоб зменшити струм, споживаний затвором в момент відкриття, без нього транзистор може вийти з ладу. Номінал цього резистора можна спокійно змінювати в широких межах, від 10 до 100 Ом, це не позначиться на роботі схеми.

Резистор R2 підтягує затвор до витоку, тим самим зрівнюючи їх потенціали тоді, коли на затвор подається напруга. Без нього затвор залишиться «висіти в повітрі» і транзистор не зможе гарантовано закритися. Номінал цього резистора також можна змінювати в широких межах - від 1 до 10 кОм.

Транзистор Т1 - польовий N-канальний транзистор. Його потрібно вибирати виходячи з потужності, споживаної навантаженням і величини керуючої напруги. Якщо воно менше 7-ти вольт, слід взяти так званий «логічний» польовий транзистор, який надійно відкриває від напруги 3.3 - 5 вольт. Їх можна знайти на материнських платах комп'ютерів. Якщо керуюча напруга лежить в межах 7-15 вольт, можна взяти «звичайний» польовий транзистор, наприклад, IRF630, IRF730, IRF540 або будь-які інші аналогічні. При цьому слід звернути увагу на таку характеристику, як опір відкритого каналу. Транзистори не ідеальні, і навіть у відкритому стані опір переходу Сток - Исток не дорівнює нулю. Найчастіше воно становить соті частки Ома, що абсолютно не критично при комутації навантаження невеликої потужності, але має велике значення при великих токах. Тому, щоб знизити падіння напруги на транзисторі і, відповідно, зменшити його нагрівання, потрібно вибирати транзистор з найменшим опором відкритого каналу.

«N» на схемі - будь-яка навантаження.

Недоліком ключа на транзисторі є те, що він може працювати тільки в ланцюгах постійного струму, адже ток йде тільки від Стоку до Витоки.

Виготовлення ключа на польовому транзисторі

Зібрати таку просту схему можна і навісним монтажем, але я вирішив виготовити мініатюрну друковану плату за допомогою лазерно-прасувальну технології (ЛУТ). Порядок дій, наступний:

1) Вирізаємо шматок текстоліту, що підходить під розміри малюнка друкованої плати, зачищаємо його дрібним наждачним папером і знежирюємо спиртом або розчинником.

2) На спеціальній термотрансферного папері друкуємо малюнок друкованої плати. Можна використовувати глянцевий папір з журналів або кальку. Щільність тонера на принтері слід виставити максимальну.

3) Переносимо малюнок з паперу на текстоліт, використовуючи праску. При цьому слід контролювати, щоб папірець з малюнком не зміщувати відносно текстоліту. Час нагріву залежить від температури праски і лежить в межах 30 - 90 секунд.

4) У результаті на текстоліті з'являється малюнок доріжок в дзеркальному відображенні. Якщо тонер місцями погано прилип до майбутньої платі, можна підправити огріхи в допомогою жіночого лаку для нігтів.

5) Далі, кладемо текстолит труїтися. Існує безліч способів виготовити розчин для травлення, я користуюся сумішшю лимонної кислоти, солі і перекису водню.

Після травлення плата набуває такого вигляду:

6) Потім необхідно видалити тонер з текстоліту, найпростіше це зробити за допомогою рідини для зняття лаку для нігтів. Можна використовувати ацетон і інші подібні розчинники, я застосував нафтової сольвент.

7) Справа за малим - тепер залишилося просвердлити отвори в потрібних місцях і залудити плату. Після цього вона набуває такого вигляду:

Плата готова до Запевняю в неї деталей. Будуть потрібні всього два резистора і транзистор.

На платі є два контакти для подачі на них напруги, що управляє, два контакти для підключення джерела, яке живить навантаження, і два контакти для підключення самої навантаження. Плата з упаяними деталями виглядає ось так:

Як навантаження для перевірки роботи схеми я взяв два потужних резистора по 100 Ом, включених паралельно.

Використовувати пристрій я планую в зв'язці з датчиком вологості (плата на задньому плані). Саме з нього на схему ключа надходить керуюча напруга 12 вольт. Випробування показали, що транзисторний ключ прекрасно працює, подаючи напругу на навантаження. Падіння напруга на транзисторі при цьому склало 0, 07 вольта, що в даному випадку зовсім не критично. Нагріву транзистора на спостерігається навіть при постійній роботі схеми. Успішною збірки!

Завантажити плату і схему:

plata.zip [4, 93 Kb] (cкачиваний: 806)