Być może nawet osoba daleka od elektroniki słyszała, że istnieje taki element jak przekaźnik. Najprostszy przekaźnik elektromagnetyczny zawiera elektromagnes, po przyłożeniu napięcia dwa inne styki są zamknięte. Za pomocą przekaźnika możemy przełączyć dość mocne obciążenie, przykładając lub odwrotnie, usuwając napięcie ze styków sterujących. Najbardziej rozpowszechnione są przekaźniki sterowane napięciem 12 woltów. Istnieją również przekaźniki dla napięć 3, 5, 24 woltów.
Jednak potężne obciążenie można przełączać nie tylko za pomocą przekaźnika. Ostatnio powszechne stały się tranzystory polowe dużej mocy. Jednym z ich głównych celów jest praca w trybie kluczowym, tj. tranzystor jest albo zamknięty, albo całkowicie otwarty, gdy rezystancja złącza dren-źródło wynosi praktycznie zero. Tranzystor polowy można otworzyć, przykładając napięcie do bramki względem jego źródła. Działanie przełącznika na tranzystorze polowym można porównać z działaniem przekaźnika - do bramki przykładane jest napięcie, tranzystor otwiera się, a obwód zamyka. Napięcie zostało usunięte z bramki - obwód został otwarty, obciążenie zostało odłączone od zasilania.
W tym przypadku przełącznik tranzystora polowego ma pewne zalety w stosunku do przekaźnika, takie jak:
- Świetna trwałość. Dość często przekaźniki ulegają awarii z powodu obecności ruchomych części mechanicznie, ale tranzystor w odpowiednich warunkach pracy ma znacznie dłuższą żywotność.
- Ekonomiczny. Uzwojenie przekaźnika zużywa prąd, czasem dość znaczny. Bramka tranzystora pobiera prąd tylko wtedy, gdy przyłożone jest do niej napięcie, wówczas praktycznie nie pobiera prądu.
- Żadnych kliknięć podczas przełączania.
Schemat
Poniżej przedstawiono obwód przełączający tranzystora polowego:
Rezystor R1 w nim ogranicza prąd, jest potrzebny, aby zmniejszyć prąd pobierany przez bramę w momencie otwarcia, bez niego tranzystor może ulec awarii. Wartość tego rezystora można łatwo zmieniać w szerokim zakresie od 10 do 100 omów, nie będzie to miało wpływu na działanie obwodu.
Rezystor R2 przyciąga bramkę do źródła, wyrównując w ten sposób ich potencjały, gdy do bramki nie jest przyłożone napięcie. Bez tego bramka pozostanie „wisająca w powietrzu” i nie można zagwarantować zamknięcia tranzystora. Wartość tego rezystora można również zmieniać w szerokim zakresie - od 1 do 10 kOhm.
Tranzystor T1 jest N-kanałowym tranzystorem polowym. Należy go dobrać w oparciu o moc pobieraną przez obciążenie i wartość napięcia sterującego. Jeśli jest mniejsze niż 7 woltów, należy wziąć tak zwany „logiczny” tranzystor polowy, który niezawodnie otwiera się od napięcia 3,3–5 woltów. Można je znaleźć na płytach głównych komputerów. Jeśli napięcie sterujące mieści się w zakresie 7-15 woltów, możesz wziąć „zwykły” tranzystor polowy, na przykład IRF630, IRF730, IRF540 lub inny podobny.W takim przypadku należy zwrócić uwagę na taką cechę, jak rezystancja kanału otwartego. Tranzystory nie są idealne i nawet w stanie otwartym rezystancja złącza dren-źródło nie wynosi zero. Najczęściej wynosi on setne części Ohma, co nie jest wcale krytyczne przy przełączaniu obciążenia o małej mocy, ale jest bardzo istotne przy dużych prądach. Dlatego, aby zmniejszyć spadek napięcia na tranzystorze i odpowiednio zmniejszyć jego nagrzewanie, należy wybrać tranzystor o najniższej rezystancji kanału otwartego.
„N” na schemacie – dowolne obciążenie.
Wadą przełącznika tranzystorowego jest to, że może on pracować tylko w obwodach prądu stałego, ponieważ prąd płynie tylko od drenu do źródła.
Wykonanie przełącznika tranzystora polowego
Można złożyć tak prosty obwód metodą montażu powierzchniowego, ja jednak zdecydowałem się na wykonanie miniaturowej płytki drukowanej w technologii laserowo-żelaznej (LUT). Procedura jest następująca:
1) Wytnij kawałek PCB odpowiadający wymiarom projektu płytki drukowanej, oczyść go drobnym papierem ściernym i odtłuść alkoholem lub rozpuszczalnikiem.
2) Projekt płytki drukowanej drukujemy na specjalnym papierze termotransferowym. Możesz użyć błyszczącego papieru magazynowego lub kalki kreślarskiej. Gęstość tonera w drukarce powinna być ustawiona na maksimum.
3) Przenieś projekt z papieru na tekstolit za pomocą żelazka. W takim przypadku należy zadbać o to, aby papier z wzorem nie przesuwał się względem tekstolitu. Czas nagrzewania zależy od temperatury żelazka i wynosi od 30 do 90 sekund.
4) W rezultacie na płytce PCB pojawia się lustrzane odbicie ścieżek. Jeśli toner w niektórych miejscach nie przylega dobrze do przyszłej deski, możesz skorygować wady za pomocą lakieru do paznokci dla kobiet.
5) Następnie nakładamy tekstolit do wytrawienia.Sposobów na wykonanie roztworu trawiącego jest wiele, ja używam mieszaniny kwasu cytrynowego, soli i nadtlenku wodoru.
Po wytrawieniu tablica przyjmuje taką postać:
6) Następnie należy usunąć toner z płytki PCB, najłatwiej to zrobić zmywaczem do paznokci. Możesz użyć acetonu i innych podobnych rozpuszczalników; ja użyłem rozpuszczalnika naftowego.
Płytka jest gotowa do wlutowania w nią części. Potrzebujesz tylko dwóch rezystorów i tranzystora.
Na płytce znajdują się dwa styki do zasilania napięcia sterującego, dwa styki do podłączenia źródła zasilającego obciążenie oraz dwa styki do podłączenia samego obciążenia. Płytka z wlutowanymi częściami wygląda następująco:
Jako obciążenie do przetestowania działania obwodu wziąłem dwa mocne rezystory 100 omów połączone równolegle.
Planuję używać urządzenia w połączeniu z czujnikiem wilgotności (tablica w tle). Z tego powodu do obwodu klucza dostarczane jest napięcie sterujące 12 woltów. Testy wykazały, że przełącznik tranzystorowy działa idealnie, dostarczając napięcie do obciążenia. Spadek napięcia na tranzystorze wyniósł 0,07 wolta, co w tym przypadku wcale nie jest krytyczne. Tranzystor nie nagrzewa się nawet przy ciągłej pracy obwodu. Szczęśliwej budowy!
