Poljski tranzistorski ključ

Morda je celo človek, daleč od elektronike, slišal, da obstaja takšen element, kot je rele. Najpreprostejši elektromagnetni rele vsebuje elektromagnet, ko sta nanj napetost, sta ostala dva kontakta zaprta. S pomočjo releja lahko preklopimo dokaj močno obremenitev, pri čemer uporabimo ali obratno, odstranjujemo napetost iz krmilnih kontaktov. Najpogosteje uporabljeni releji, ki jih nadzira 12 voltov. Obstajajo tudi releji za napetost 3, 5, 24 voltov.
Vendar je preklapljanje močne obremenitve možno ne samo z relejem. V zadnjem času so postali razširjeni močni terenski tranzistorji. Eden njihovih glavnih namenov je delo v ključnem načinu, tj. tranzistor je zaprt ali popolnoma odprt, kadar je upor prehoda Stoke - Vir praktično nič. Tranzistor polja lahko odprete tako, da na vrata postavite napetost glede na njegov vir. Delovanje ključa na poljnem tranzistorju lahko primerjate z delovanjem releja - na vrata so napeljali napetost, tranzistor se odprl, vezje zaprlo. Odklopili so napetost iz zaklopa - tokokrog se je odprl, obremenitev je izpraznjena.
Hkrati ima ključ na poljskem tranzistorju nekatere prednosti pred relejem, kot so:

• Velika trajnost. Precej pogosto releji odpovejo zaradi prisotnosti mehansko gibljivih delov, tranzistor pa ob pravih delovnih pogojih precej daljšo življenjsko dobo.
• Donosnost. Tuljava releja porabi tok, včasih pa je zelo pomemben. Vrata tranzistorja porabijo tok samo v trenutku, ko mu dovajajo napetost, potem praktično ne porabi toka.
• Pri preklopu ni klikov.

Shema

Spodaj je predstavljen ključni diagram poljskega tranzistorja:
Upor R1 v njem je omejujoč tok, potreben je za zmanjšanje toka, ki ga porabi vrata ob odprtju, brez tega tranzistor ne more odpovedati. Vrednost tega upora lahko enostavno spremenite v širokem območju, od 10 do 100 Ohmov, to ne bo vplivalo na delovanje vezja.
Upor R2 potegne vrata do vira in s tem izenači njihove potenciale, ko na vrata ne pride napetost. Brez nje bo zaslonka "visela v zraku" in tranzistorja ni mogoče zagotoviti, da se bo zaprl. Vrednost tega upora se lahko spreminja tudi v širokem območju - od 1 do 10 kOhm.
Tranzistor T1 je tranzistor z n-kanalnim poljem. Izbrati ga je treba glede na moč, ki jo porabi obremenitev in velikost regulacijske napetosti. Če je manjši od 7 voltov, vzemite tako imenovani "logični" poljski tranzistor, ki se zanesljivo odpre od napetosti 3,3 - 5 voltov. Najdemo jih na matičnih ploščah računalnika. Če krmilna napetost leži znotraj 7-15 voltov, lahko vzamete "običajni" poljski tranzistor, na primer IRF630, IRF730, IRF540 ali kateri koli drug podoben. V tem primeru je treba pozornost nameniti takšni lastnosti, kot je odpornost odprtega kanala. Tranzistorji niso popolni in tudi v odprtem stanju odpornost prehoda Stoke - Vir ni enaka nič. Najpogosteje znaša stotine Ohma, kar pri preklopu obremenitve majhne moči absolutno ni kritično, vendar pri zelo velikih tokovih zelo pomembno. Zato je za zmanjšanje padca napetosti čez tranzistor in s tem zmanjšanje njegovega segrevanja potrebno izbrati tranzistor z najnižjo upornostjo odprtega kanala.
"N" v diagramu je nekakšna obremenitev.
Pomanjkljivost ključa na tranzistorju je, da lahko deluje le v enosmernih tokokrogih, ker tok gre samo od zaloge do vira.

Izdelava ključa na poljskem tranzistorju

Tako enostavno vezje je mogoče sestaviti tudi s stensko vgradnjo, vendar sem se odločil, da bom naredil miniaturno tiskano vezje z uporabo lasersko-železne tehnologije (LUT). Postopek je naslednji:
1) Izrežemo kos PCB-ja, primeren za dimenzije tiskanega vezja, očistimo ga s finim brusnim papirjem in ga razmastimo z alkoholom ali topilom.
2) Na poseben termični prenosni papir natisnemo tiskano vezje. Lahko uporabite sijajni časopisni papir ali sledilni papir. Gostota tonerja na tiskalniku naj bo nastavljena na maksimum.
3) Z likalnikom prenesite vzorec iz papirja v tektolit. V tem primeru je treba nadzorovati tako, da se kos papirja z vzorcem ne premakne glede na PCB. Čas ogrevanja je odvisen od temperature likalnika in leži v 30 - 90 sekundah.
4) Kot rezultat se na tektolitu pojavi slika skladb zrcalne slike. Če se toner na mestih ne oprime dobro na bodočo ploščo, lahko madeže popravite s pomočjo ženskega laka za nohte.
5) Nato postavimo jedkanico textolita. Obstaja veliko načinov, kako narediti jedkano raztopino; uporabljam mešanico citronske kisline, soli in vodikovega peroksida.
Po jedkanju je plošča v naslednji obliki:
6) Nato je potrebno odstraniti toner iz PCB-ja, najlažji način za to je uporaba odstranjevalca laka za nohte. Lahko uporabite aceton in druga podobna topila, uporabil sem oljno topilo.
7) Primer je majhen - zdaj je treba vrtati luknje na pravih mestih in pločevinko. Po tem prevzame ta obrazec:
Plošča je pripravljena za spajkanje delov vanjo. Potrebna sta samo dva upora in tranzistor.
Na plošči sta dva kontakta za dovajanje krmilne napetosti, dva kontakta za priključitev vira, ki napaja tovor, in dva stika za priključitev samega tovora. Plošča z spajkanimi deli izgleda tako:
Kot obremenitev za preverjanje delovanja vezja sem vzel vzporedno povezana dva močna uporna 100 Ohma.
Napravo nameravam uporabljati v povezavi s senzorjem vlažnosti (plošča v ozadju). Iz njega prihaja krmilna napetost 12 voltov v ključni tokokrog. Preizkusi so pokazali, da tranzistorsko stikalo deluje odlično z napajanjem bremena. Padec napetosti čez tranzistor je znašal 0,07 voltov, kar v tem primeru sploh ni kritično. Ogrevanje tranzistorja ne opazimo niti pri stalnem delovanju vezja. Uspešna montaža!
Prenos plošče in vezja: