Все своими руками Транзисторный ключ с ограничением тока

Опубликовал admin | Дата 3 июня, 2020

Рубрика: Коммутаторы

Мощный ключ на полевом транзисторе с защитой по току

В статье рассматривается схема электронного коммутирующего устройства на полевом транзисторе в положительной шине питания с опцией отсечки цепи по превышения значения тока нагрузки. Схема устройства показана на рисунке 1.

В качестве коммутирующего транзистора VT3 в схеме применен IRF4905 с Р каналом. Максимальное напряжение сток – исток этого транзистора – VDSS = -55V, максимальный ток стока — ID = -74A. Сопротивление открытого канала — RDS (on) = 0.02Ω, при напряжении на затворе — VGS = -10V. Поэтому коммутируемое напряжение не должно быть менее 10 вольт. Максимальное напряжение затвор – исток этого транзистора — Gate-to-Source Voltage ± 20 V. Отсюда следует, что максимальное напряжение коммутации не должно быть выше двадцати вольт. Для увеличения величины коммутируемого напряжения необходимо параллельно резистору R6 подключить стабилитрон 12 вольт, катодом к затвору VT3.

Если необходимо коммутировать напряжение от 5 вольт, то необходимо транзистор IRF4905 заменить транзистором с меньшим напряжением отсечки. Например — SUD50P06-15L. Он имеет сопротивление открытого канала две сотых Ома при напряжение между затвором и истоком 4,5 вольта при токе коммутации – 14А. На таблице ниже подчеркнуто красным цветом.

Работа схемы

При подаче напряжения на вход схемы на ее выходе напряжение будет отсутствовать, так как при отсутствии сигнала управления на базе транзистора VT4, будет отсутствовать открывающее отрицательное напряжение на затворе коммутирующего транзистора VT3 – транзистор будет закрыт. При появлении сигнала включения устройства (обычно сигналы управления по величине выбираются сопоставимые с сигналами ТТЛ логики, т.е. равными +5В) открывается транзистор VT4. При этом через его переход коллектор – эмиттер и через ограничительный резистор R7 на затвор ключевого, полевого транзистора VT3 поступит открывающее отрицательное напряжение с шины –U вх.

Транзистор VT3 откроется и на выходе устройства появится напряжение питания нагрузки. Резистор R6 позволяет ускорить закрывание транзистора при снятии напряжения управления.

Схема имеет защиту по превышению тока нагрузки, датчиком тока является низкоомный резистор R3. От величины этого резистора зависит величина тока отсечки схемы. Формула определения тока защиты выглядит следующим образом: I защ. = 0,7/R3; При величине датчика тока равной 0,1 Ом, ток срабатывания защиты будет находиться в районе семи ампер. Схема включения транзисторов VT1 и VT2 является не чем иным, как аналогом тиристора. То есть защита является триггерной. После подачи на схему напряжения питания транзисторы VT1 и VT2 будут находиться в закрытом состоянии. При прохождении тока нагрузки через датчик тока R3, на нем образуется падение напряжения, которое через резистор R5 подается на базу транзистора VT1. При увеличении тока до определенной величины, напряжение на переходе база – эмиттер транзистора VT1 так же будет увеличиваться.

Транзистор VT1 начнет открываться, через открывающийся транзистор и резистор R1 начнет поступать открывающее напряжение на базу транзистора VT2. Через открывающийся транзистор VT2 и резистор R4 на базу транзистора VT1 начнет поступать дополнительное отрицательное открывающее напряжение, что приведет к еще большему его открыванию. Возникает лавинообразный процесс, оба транзистора мгновенно откроются. Такое состояние схемы является устойчивым, и выйти из его она может только после снятия напряжения питания. В таком режиме открытый транзистор VT1 через разделительный диод VD1 шунтирует переход затвор – исток полевого транзистора VT3. Транзистор мгновенно закрывается и обесточивает нагрузку. Подразумевается, что ранее присутствовал сигнал включения, и транзистор VT3 был открыт.

Конденсатор С1 сглаживает всплески напряжения на базе VT1, так же от величины его емкости зависит время реакции схемы защиты на изменения тока. Это обстоятельство может быть актуально, если нагрузка ключа будет иметь емкостной характер. Время реакции защиты должно быть выбрано чуть больше времени действия тока заряда емкости нагрузки.

Всем удачи. К.В.Ю.

Скачать статью.

Скачать “Транзисторный_ключ_ограничением_тока”

Транзисторный_ключ_ограничением_тока.rar – Загружено 750 раз – 97 КБ

Просмотров:3 012

Метки: ключ, мощный, транзисторный

Полевой резистор в влючевом режиме. Ключ на биполярном транзисторе. Нагрузочная прямая.

Что такое электронный ключ?

Ключ – это, если упростить, обыкновенный выключатель. С его помощью замыкается и размыкается электрическая цепь. У биполярного транзистора имеется три вывода:

1. Коллектор.
2. Эмиттер.
3. База.

На биполярных полупроводниках строятся электронные ключи – конструкция простая, не требует наличия большого количества элементов. При помощи переключателя осуществляется замыкание и размыкание участка цепи. Происходит это с помощью сигнала управления (который вырабатывает микроконтроллер), подаваемого на базу транзистора.

Расчет ключа на биполярном транзисторе.

Добавим в схему полезную нагрузку в виде светодиода. Резистор R_к при этом остается на месте, он будет ограничивать ток через нагрузку и обеспечивать необходимый режим работы:

Пусть для включения светодиода нужно подать на него напряжение 3В (U_д). При этом диод будет потреблять ток равный 50 мА (I_д). Зададим параметры транзистора (в реальных схемах эти значения берутся из документации на используемый транзистор):

• Коэффициент усиления по току h_{21э} = 100…500 (всегда задан именно диапазон, а не конкретное значение)
• Падение напряжения на переходе база-эмиттер, необходимое для открытия этого перехода: U_{бэ} = 0.6 medspace В.
• Напряжение насыщения: U_{кэ medspace нас} = 0.1 medspace В.

Мы берем конкретные значения для расчетов, но на практике все бывает несколько иначе. Как вы помните, параметры транзисторов зависят от многих факторов, в частности, от режима работы, а также от температуры. А температура окружающей среды, естественно, может меняться. Определить четкие значения из характеристик при этом бывает не так просто, поэтому нужно стараться обеспечить небольшой запас. К примеру, коэффициент усиления по току при расчете лучше принять равным минимальному из значений, приведенных в даташите. Ведь если коэффициент в реальности будет больше, то это не нарушит работоспособности схемы, конечно, при этом КПД будет ниже, но тем не менее схема будет работать. А если взять максимальное значение h_{21э}, то при определенных условиях может оказаться, что реальное значение оказалось меньше, и его уже недостаточно для обеспечения требуемого режима работы транзистора.

Итак, возвращаемся к примеру Входными данными для расчета кроме прочего являются напряжения источников. В данном случае:

• E_{вх} = 3.3medspace В. Я выбрал типичное значение, которое встречается на практике при разработке схем на микроконтроллерах. В этом примере подача и отключение этого напряжения осуществляется переключателем S_1.
• E_{вых} = 9medspace В.

Первым делом нам необходимо рассчитать сопротивление резистора в цепи коллектора. Напряжения и ток выходной цепи во включенном состоянии связаны следующим образом:

U_{кэ medspace нас} + U_{R_к} + U_д = E_{вых}

При этом по закону Ома:

U_{R_к} = I_к R_к

А ток у нас задан, поскольку мы знаем, какой ток потребляет нагрузка (в данном случае диод) во включенном состоянии. Тогда:

U_{R_к} = I_д R_кU_{кэ medspace нас} + I_д R_к + U_д = E_{вых}

Итак, в этой формуле нам известно все, кроме сопротивления, которое и требуется определить:

R_к = frac{E_{вых} medspace — medspace U_д medspace — medspace U_{кэ medspace нас}}{I_д} enspace= frac{9 medspace В medspace — medspace 3 medspace В medspace — medspace 0.1 medspace В}{0.05 medspace А} medspaceapprox 118 medspace Ом.

Выбираем доступное значение сопротивления из стандартного ряда номиналов и получаем R_{к} = 120medspace Ом. Причем важно выбирать именно бОльшее значение. Связано это с тем, что если мы берем значение чуть больше рассчитанного, то ток через нагрузку будет немного меньше. Это не приведет ни к каким сбоям в работе. Если же взять мЕньшее значение сопротивления, то это приведет к тому, что ток и напряжение на нагрузке будут превышать заданные, что уже хуже

Пересчитаем величину коллекторного тока для выбранного значения сопротивления:

I_к = frac{U_{R_к}}{R_к} medspace = frac{9 medspace В medspace — medspace 3 medspace В medspace — medspace 0.1 medspace В}{120 medspace Ом} medspaceapproxmedspace 49.17 medspace мА

Пришло время определить ток базы, для этого используем минимальное значение коэффициента усиления:

I_б = frac{I_к}{h_{21э}} = frac{49.17 medspace мА}{100} = 491.7 medspace мкА

А падение напряжения на резисторе R_б:

U_{R_б} = E_{вх} medspace — medspace 0.6 medspace В = 3.3 medspace В medspace — medspace 0.6 medspace В = 2.7 medspace В

Теперь мы можем легко определить величину сопротивления:

R_б = frac{U_{R_б}}{I_б}medspace = frac{2. 7 medspace В}{491.7 medspace мкА} approx 5.49 medspace КОм

Опять обращаемся к ряду допустимых номиналов. Но теперь нам нужно выбрать значение, мЕньшее рассчитанного. Если сопротивление резистора будет больше расчетного, то ток базы будет, напротив, меньше. А это может привести к тому, что транзистор откроется не до конца, и во включенном состоянии бОльшая часть напряжения упадет на транзисторе (U_{кэ}), что, конечно, нежелательно.

Поэтому выбираем для резистора базы значение 5.1 КОм. И этот этап расчета был последним! Давайте резюмируем, наши рассчитанные номиналы составили:

• R_{б} = 5.1medspace КОм
• R_{к} = 120medspace Ом

Кстати в схеме ключа на транзисторе обычно добавляют резистор между базой и эмиттером, номиналом, например, 10 КОм. Он нужен для подтяжки базы при отсутствии сигнала на входе. В нашем примере, когда S1 разомкнут, то вход просто висит в воздухе. И под воздействием наводок транзистор будет хаотично открываться и закрываться. Поэтому и добавляется резистор подтяжки, чтобы при отсутствии входного сигнала потенциал базы был равен потенциалу эмиттеру. В этом случае транзистор будет гарантированно закрыт.

Сегодня мы прошлись по классической схеме, которой я стараюсь придерживаться, то есть — от теории к практике Надеюсь, что материал будет полезен, а если возникнут какие-либо вопросы, пишите в комментарии, я буду рад помочь!

Как работает транзисторный ключ

В данной статье мы рассмотрим, как работает транзисторный ключ на биполярном транзисторе. Такие полупроводниковые элементы производятся двух типов – n-p-n и p-n-p структуры, которые различаются типом применяемого полупроводника (в p-полупроводнике преобладают положительные заряды – «дырки»; в n-полупроводнике – отрицательные заряды – электроны).

Выводы БТ называются база, коллектор и эмиттер, которые имеет графическое обозначение на чертежах электрических схем, как показано на рисунке.

С целью понимания принципа работы и отдельных процессов, протекающих в биполярных транзисторах, их изображают в виде двух последовательно и встречно соединенных диодов.

Наиболее распространенная схема БТ, работающего в ключевом режиме, приведена ниже.

Чтобы открыть транзисторный ключ нужно подвести потенциалы определенного знака к обеим pn-переходам. Переход коллектор-база должен быть смещен в обратном направлении, а переход база-эмиттер – в прямом. Для этого электроды источника питания UКЭ подсоединяют к выводам базы и коллектора через нагрузочный резистор RК. Обратите внимание, положительный потенциал UКЭ посредством RК подается на коллектор, а отрицательный потенциал – на эмиттер. Для полупроводника p-n-p структуры полярность подключения источника питания UКЭ изменяется на противоположную.

Резистор в цепи коллектора RК служит нагрузкой, которая одновременно защищает биполярный транзистор от короткого замыкания.

Команда на открытие БТ подается управляющим напряжением UБЭ, которое подается на выводы базы и эмиттера через токоограничивающий резистор RБ. Величина UБЭ должна быть не меньше 0,6 В, иначе эмиттерный переход полностью не откроется, что вызовет дополнительные потери энергии в полупроводниковом элементе.

Чтобы не спутать полярность подключения напряжения питания UКЭ и управляющего сигнала UБЭ БТ разной полупроводниковой структуры, обратите внимание на направление эмиттерной стрелки. Стрелка обращена в сторону протекания электрического тока. Ориентируясь на направление стрелки достаточно просто расположить правильным образом источники напряжения.

Электромагнитное реле

Реле – это электромагнит, которым производится управление группой контактов. Можно провести аналогию с обычным кнопочным выключателем. Только в случае с реле усилие берется не от руки, а от магнитного поля, которое находится вокруг катушки возбуждения. Контактами можно коммутировать очень большую нагрузку – все зависит от типа электромагнитного реле. Очень большое распространение эти устройства получили в автомобильной технике – с их помощью производится включение всех мощных потребителей электроэнергии.

Это позволяет разделить все электрооборудование автомобиля на силовую часть и управляющую. Ток потребления у обмотки возбуждения реле очень маленький. А силовые контакты имеют напыление из драгоценных или полудрагоценных металлов, что исключает вероятность появления дуги. Схемы транзисторных ключей на 12 вольт можно применять вместо реле. При этом улучшается функциональность устройства – включение бесшумное, контакты не щелкают.

Упрощенный расчет транзистора для работы в ключевом режиме на резистивную нагрузку.

Ключевой режим работы характеризуется тем, что транзистор
находится в одном из двух состояний: в полностью открытом (режим насыщения), или
полностью закрытом (состояние отсечки).

Рассмотрим пример, где в
качестве нагрузки выступает контактор типа КНЕ030 на напряжение 27В с катушкой
сопротивлением 150 Ом. Индуктивным характером катушки в данном примере
пренебрежем, считая, что реле будет включено раз и надолго.

Рассчитываем ток коллектора:

Ik=(Ucc-Uкэнас)/Rн    ,
где

Ik –ток коллектора

Ucc-
напряжение питания (27В)

Uкэнас-
напряжение насыщения биполярного транзистора (типично от 0. 2 до 0.8В, хотя и
может прилично различаться для разных транзисторов), в нашем случае примем 0.4В

Rн-
сопротивление нагрузки (150 Ом)

Итак,

Ik= (27-0.4)/150 =
0.18A = 180мА

На практике из соображений
надежности элементы всегда необходимо выбирать с запасом. Возьмем коэффициент
1.5

Таким образом, нужен транзистор
с допустимым током коллектора не менее 1.5*0.18=0.27А и максимальным напряжением
коллектор-эмиттер не менее 1.5*27=40В.

Открываем
справочник по биполярным транзисторам .По заданным параметрам подходит
КТ815А (Ikмакс=1.5А
Uкэ=40В)

Следующим этапом рассчитываем ток базы, который нужно создать, чтобы
обеспечить ток коллектора 0.18А.

Как известно, ток коллектора связан с током базы соотношением

Ik=Iб*h31э,

где
h31э – статический
коэффициент передачи тока.

При отсутствии дополнительных данных
можно взять табличное гарантированное минимальное значение для КТ815А (40). Но
для КТ815 есть график зависимости
h31э от тока
эмиттера. В нашем случае ток эмиттера 180мА, этому значению соответствует
h31э=60. Разница
невелика, но для чистоты эксперимента возьмем графические данные.

Итак,

Iб=180/60=3мА

Для
расчета базового резистора R1
смотрим второй график, где приведена зависимость напряжения насыщения
база-эмиттер (Uбэнас)
от тока коллектора. При токе коллектора 180мА напряжение насыщения базы будет
0.78В (При отсутствии такого графика можно использовать допущение, что ВАХ
перехода база-эмиттер подобна ВАХ диода и в диапазоне рабочих токов напряжение
база-эмиттер находится в пределах 0.6-0.8 В)

Следовательно, сопротивление резистора
R1 должно быть равно:

R1=(Uвх-Uбэнас)/Iб
= (5-0.78)/0.003 = 1407 Ом = 1.407 кОм.

Из
стандартного ряда сопротивлений выбираем ближайшее в меньшую сторону (1.3 кОм)

Если к
базе подключен шунтирующий резистор (вводится для более быстрого выключения
транзистора или для повышения помехоустойчивости) нужно учитывать, что часть входного тока уйдет в этот резистор, и
тогда формула примет вид:

R1= (Uвх-Uбэнас)/(Iб+IR2)
= (Uвх-Uбэнас)/(Iб+

Uбэнас/R2)

Так, если
R2=1 кОм, то

R1=
(5-0. 78)/(0.003+0.78/1000) = 1116 Ом = 1.1 кОм

Рассчитываем потери мощности на транзисторе:

P=Ik*Uкэнас

Uкэнас берем из
графика: при 180мА оно составляет 0.07В

P= 0.07*0.18=
0.013 Вт

Мощность
смешная, радиатора не потребуется.

Пример работы транзистора в режиме ключа

Коэффициент усиления – это одна из основных характеристик транзистора. Именно этот параметр показывает, во сколько раз ток, протекающий по каналу «эмиттер — коллектор», выше базового. Допустим, коэффициент равен 100 (обозначается этот параметр h31Э). Значит, если в цепь управления подается ток 1 мА (ток базы), то на переходе «коллектор — эмиттер» он будет 100 мА. Следовательно, произошло усиление входящего тока (сигнала).

При работе транзистор нагревается, поэтому он нуждается в пассивном или активном охлаждении – радиаторах и кулерах. Но нагрев происходит только в том случае, когда проход «коллектор — эмиттер» открывается не полностью. В этом случае большая мощность рассеивается – ее нужно куда-то девать, приходится «жертвовать» КПД и выпускать ее в виде тепла. Нагрев будет минимальным только в тех случаях, когда транзистор закрыт или открыт полностью.

Параметры и максимальные эксплуатационные условия транзистора

Проверим теперь напоследок, подойдет ли нам выбранный транзистор.

Максимальное напряжение коллектор — эмиттер должно быть выше коммутируемого напряжения, а для случая коммутирования индуктивной нагрузки, выше коммутируемого напряжения с учетом бросков напряжения при выбранной схеме демпфирования.

Максимальный ток базы должен быть выше, чем наш расчетный управляющий ток.

Максимальный ток коллектора должен быть выше, чем коммутируемый ток.

Допустимая пиковая рассеиваемая мощность должна быть выше, чем пиковая рассеиваемая мощность в момент коммутации. Дело в том, что даже при условии невысокой средней рассеиваемой мощности, большая тепловая энергия, выделяющаяся за очень короткое время при переключении, может погубить биполярный транзистор.

Допустимая средняя рассеиваемая мощность должна быть выше, чем суммарная средняя мощность, рассеиваемая ключом.

Частота, рекомендованная для транзистора, должна быть выше, частота переключений в схеме.

Система охлаждения транзистора (радиатор или другая система отвода тепла) должны быть в состоянии рассеять выделяемую мощность.

Для использования в качестве ключей лучше подбирать транзисторы с минимальными напряжением насыщения коллектор — эмиттер, база — эмиттер, это снизит потери мощности в открытом состоянии, минимальными временами включения и выключения (рассасывания), это снизит потери мощности при переключении, максимальным коэффициентом передачи тока, это снизит потери на управление.

Как устроен полевой транзистор: 6 типов — краткие сведения

Разобраться с конкретным полевиком и понять его структуру нам поможет классификация, приведенная на картинке ниже, где структурированы их виды.

JFET и MOSFET имеют разную структуру. У JFET затвор (Gate) непосредственно встроен в поперечное сечение канала, работает как управляющий p-n переход.

У мосфета:

1. имеется дополнительный четвертый вывод, соединенный внутренней связью с корпусом. При подключении к внешним цепям им не пользуются;
2. зона вывода затвора отделена слоем диоксида кремния (диэлектрика) от полупроводника канала. Он работает как пластина конденсатора с емкостной связью. За счет этой доработки его и называют «с изолированным затвором» или МДП, МОП транзистор.

МДП обозначает металл-диэлектрик-полупроводник, а МОП — металл-оксид-полупроводник. Разница между ними для начинающего электрика не существенна, практически отсутствует.

На схемах мосфет и джифет обозначаются разными способами. MOSFET чертится с:

1. четвертым выводом, который никуда не подключается;
2. затвором, отделенным от основного канала.

Мосфеты производятся с разными подложками (каналами), которые могут быть обедненными или обогащенными основными носителями заряда.

Более подробно разрисовывать и описывать отличия каждого типа этих полупроводников для начинающего электрика я не буду: нет большого смысла.

Ниже просто привожу типовые графики их работы. Они дадут общее представление о поведении, а конкретные данные вам надо будет брать из даташита — технической документации.

Сила протекающего тока через сток зависит от приложенного напряжения между затвором и истоком, а также от окружающей температуры.

Выходные стоковые характеристики тока зависят от величины приложенного напряжения между стоком-истоком и затвором-истоком.

Так работает МДП-транзистор с встроенным каналом. Крутизна тока увеличивается при возрастании напряжения Uси, Uзи.

А здесь характеристики транзисторов с индуцированным каналом.

Перед любой проверкой каждого транзистора необходимо уточнять его технические возможности по заводской документации.

Такие графические изображения и зависимости процессов электротехники, благодаря наглядности, обладают лучшей информативностью.

6 особенностей работы электронных устройств с MOSFET

В последнее время у нас все чаще работают полевики типа мосфет с каналом любой проводимости.

Вкратце проанализируем подобную схему и ее свойства.

Нюанс №1: в какое плечо включать нагрузку

При полностью открытом полупроводниковом переходе между стоком и истоком создается очень маленькое сопротивление в десятки или сотни миллиОм (Rоткр), что образует низкое падение напряжения н

а этом участке (Iн·Rоткр), где Iн — величина тока нагрузки.

Потенциала напряжения, подаваемого на затвор, может не хватить для полного открытия полупроводника. Поэтому нагрузку включают выше со стороны стока в полевике n- типа, а истока — у p- типа при питании схемы от одного источника.

Если же в устройстве используются дополнительные источники напряжения, то это требование соблюдать не обязательно.

Нюанс №2: хитрости подключения полевика к микроконтроллерам

Для надежной работы MOSFET необходимо между его затвором и истоком (gate-source) подать пороговое значение напряжения, которое указывается в даташите. Обычно оно составляет около 10 вольт. Все же цифровые устройства работают до пяти: их питания недостаточно, потребуется добавить уровень.

Решить проблему можно одним из трех способов:

1. ключом с биполярными транзисторами подается необходимое питание на затвор;
2. подключить специальный драйвер (микросхему) для формирования управляющего сигнала. Они созданы как для верхнего, так и нижнего плеча с учетом нагрузки. Причем в драйвере верхнего плеча часто применяется схема увеличения выходного напряжения;
3. использовать специализированный полевик низкого уровня открытия (logic level). Однако приобрести его бывает проблематично.

Нюанс №3: как избежать влияния электрических помех

Появление любого потенциала помехи на выводе транзистора часто приводит к его несанкционированным переключениям и нарушению алгоритмов работы электроники.

Поэтому затвор всегда «притягивают» к питанию либо земле через определенное сопротивление даже при подключении через микроконтроллер. Его нельзя оставлять в свободном состоянии, доступном для проникновения посторонних помех.

Нюанс №4: борьба с броском тока при включении

Естественное наличие емкости на выводе gate приводит к «броску тока» при каждом открытии транзистора. Это чревато выводом из строя полупроводникового перехода.

Проблема решается введением в цепочку затвора резистора достаточного номинала. Однако подбирать его величину необходимо с учетом увеличения времени открытия ключа.

Нюанс №5: предохранение от броска тока при отключении индуктивных нагрузок

Защитный быстродействующий TVS-диод, параллельно включенный между истоком и стоком, надежно шунтирует импульсы, создаваемые отключением индуктивных нагрузок.

При работе на высоких частотах мостовых или полумостовых схем импульсных блоков питания либо индукционных нагревателей варочных панелей на вывод стока встречно подключают диод Шоттки, блокирующий паразитный диод, ибо он увеличивает время закрытия, что чревато повреждением полупроводника.

Нюанс №6: дополнительная защита MOSFET

Безопасная работа скоростного высокочастотного ключа в режиме переключения мощных индуктивнных нагрузок обеспечивается его подключением к снабберным цепям. Они:

1. замыкают на себя апериодические токи, создаваемые переходными процессами;
2. снижают нагрев полупроводников;
3. защищают полевик от несанкционированного открывания во время быстрого возрастания напряжения между стоком и истоком.

Как проверить полевой транзистор мультиметром и специальным тестером

Автор С Косенко из Воронежа в журнале Радио №1 за 2005 год показал свою разработку прибора проверки полевых транзисторов. Его имя: ППТ-01. Он объяснил принципы его работы, сборки, наладки, эксплуатации доступным языком.

Новичкам это все должно быть интересно, советую читать такие журналы и больше экспериментировать. Вам нужен практический опыт.

Сейчас подобные приборы выпускаются промышленным способом. Они позволяют проверять транзисторы, тиристоры, симисторы и другие электронные компоненты, точно узнать каждый параметр.

Доступная цена и широкие возможности этих тестеров обеспечивают их популярность. Ведь вся проверка сводится к установке выводов полупроводника в контактные гнезда и нажатию кнопки: результат автоматически отображается на дисплее.

Однако все эти операции вполне можно выполнить обычным цифровым мультиметром или аналоговым стрелочным тестером. Для этого нам потребуется посмотреть заводскую маркировку и найти по ней технические характеристики, определиться с конструкцией (JFET или MOSFET) и проводимостью канала.

Затем нужно вспомнить устройство своего мультиметра или тестера, перевести его в режим прозвонки либо измерения сопротивлений (для аналоговых приборов).

На моем карманном MESTEK MT-102 плюс присутствует на красном щупе, а минус — на черном. У вас скорее всего аналогично, но проверьте. Знак дисплея 0L (или 1 на других моделях) означает величину сопротивления (∞), которая превышает предназначенный диапазон измерения.

Проверку выполняем двумя этапами, последовательно соблюдая очередь:

1. оцениваем исправность цепи сток-исток или, более точно, встроенного диода;
2. анализируем открытие и закрытие выходной цепи при подаче управляющего сигнала.

Режим проверки №1

Перед началом работы кратковременно зашунтируйте все выводы полевика. Этим действием убирается возможный потенциал на его электродах, который может помешать замеру.

Результаты измерений на табло показываю для исправного мосфета. У поврежденного переходы будут отличаться: пробиты или оборваны.

На картинке показываю два измерения для n-канального транзистора. Схему его собрата с p-каналом привел для образца в правом нижнем углу. Действия для него аналогичны, а результат зависит от проводимости.

При первом замере ставим красный щуп с потенциалом плюса на сток, а черный на исток. Если диод исправен, то показания на приборе будут порядка 400-600. Это величина падения напряжения в милливольтах. Таким способом мультиметр в режиме прозвонки оценивает состояние полупроводникового перехода p-n полярности.

Для второго замера меняем щупы местами. Диод закрыт, его огромное сопротивление показывается как 0L.

Очередность этих замеров можно произвольно изменять.

Проверка мосфета положительной проводимости проводится аналогично, а индикацию на табло вам подскажет направление встроенного диода на рисунке.

Режим проверки №2

Оставляем черный щуп на истоке, а красный переставляем на затвор. Этим действием мы подаем ему положительный потенциал с мультиметра. На табло будет отображаться 0L, но транзистор должен открыться.

Проверяем открытие перестановкой красного щупа на сток. Изменение показаний на табло (единицы или десятки) станет достоверной информацией об его открытии. В этом можно убедиться, поменяв щупы между стоком и истоком. Показания останутся примерно в тех же пределах.

Теперь потребуется закрыть мосфет. Смотрим на замер №3: красный щуп ставим на исток, черный — затвор. Показание 0L.

Логика проверки p-канального типа полевика аналогична. Только надо помнить, что он открывается подачей отрицательного напряжения на затвор относительно истока, то есть «прижимается к земле».

Убедившись в исправности встроенного диода, открытии и закрытии силового перехода сток-исток, можно сделать вывод об исправности МДП транзистора.

Однако описанный метод не во всех случаях может обеспечить достоверные результаты. И дело здесь кроется в конструкции вашего мультиметра. Его выходного напряжения может просто не хватить для подачи отпирающего или запирающего потенциала на затвор.

Поэтому более достоверную проверку выполняют двумя мультиметрами:

• одним контролируют состояние перехода сток-исток;
• вторым управляют потенциалом на затворе.

Естественно, что заменить один из мультиметров можно самодельным источником напряжения, например, двумя батарейками АА (3 вольта) или омметром с предварительно оцененными характеристиками.

Тема эта большая и сложная. Одной статьей сайта проблемно рассмотреть все про полевой транзистор: принципы работы для новичка, дать точный ответ. Поэтому задавайте вопросы в комментариях. Будем приходить к общему мнению.

Источники

• https://www.syl.ru/article/348974/tranzistornyie-klyuchi-shema-printsip-rabotyi-i-osobennosti
• https://microtechnics.ru/klyuch-na-bipolyarnom-tranzistore-nagruzochnaya-pryamaya/
• https://diodov. net/tranzistornyj-klyuch/
• https://vmeste-masterim.ru/vkljuchenie-rele-cherez-tranzistornyj-kljuch.html
• https://elquanta.ru/novoe/tranzistornyj-kluc.html
• https://gyrator.ru/circuitry-bipolar-transistor-switch
• https://ElectrikBlog.ru/kak-rabotayut-polevye-tranzistory-i-kak-proverit-polevoj-tranzistor-multimetrom/

 

 

Как вам статья?

Павел

Бакалавр «210400 Радиотехника» – ТУСУР. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

Написать

Пишите свои рекомендации и задавайте вопросы

Полевые транзисторы-Dummies

BY: Cathleen Shamieh и

Обновлены: 03-26-2016

Из книги: Electronics для Dummies

Electronics для Dummies

.

Полевой транзистор (FET) состоит из канала из полупроводникового материала N- или P-типа, через который может протекать ток, с другим материалом (наложенным поперек участка канала), контролирующим проводимость канала .

В полевом транзисторе (FET) напряжение, подаваемое на затвор, управляет протеканием тока по каналу от истока к стоку.

Один конец канала известен как исток, другой конец канала называется стоком, , а механизм управления называется вентилем. Подавая напряжение на затвор, вы управляете потоком тока от истока к стоку. Выводы присоединяются к истоку, стоку и затвору. Некоторые полевые транзисторы включают четвертый вывод, поэтому вы можете заземлить часть полевого транзистора на шасси схемы. (Но не путайте этих четвероногих существ с МОП-транзисторы с двойным затвором, , которые также имеют четыре вывода.)

Полевые транзисторы

(произносится как «fetts») бывают двух видов — N-канальные и P-канальные — в зависимости от типа полупроводникового материала (N-типа или P-типа соответственно), через который протекает ток. Существует два основных подтипа полевых транзисторов:

MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник) и JFET (переходной полевой транзистор). То есть то, что зависит от того, как сконструированы ворота, что, в свою очередь, приводит к различным электрическим свойствам и различным применениям для каждого типа.

Полевые транзисторы

(особенно МОП-транзисторы) стали намного более популярными, чем биполярные транзисторы, для использования в интегральных схемах

(ИС ), где тысячи транзисторов работают вместе для выполнения задачи. Это потому, что это маломощные устройства, структура которых позволяет разместить тысячи N- и P-канальных МОП-транзисторов, как сардин, на одном куске кремния (то есть полупроводникового материала).

Электростатический разряд (ЭСР) может повредить полевые транзисторы. Если вы покупаете полевые транзисторы, обязательно храните их в антистатическом пакете или тубе — и оставьте их там до тех пор, пока вы не будете готовы их использовать.

Эта статья взята из книги:

• Электроника для чайников,

Об авторе книги:

Кэтлин Шами — инженер-электрик и писатель с обширным опытом проектирования и консультирования в области медицинской электроники. обработка речи и телекоммуникации.

Этот артикул можно найти в категории:

• General Electronics ,

Ключ своими руками на полевом транзисторе

Пожалуй, даже далекий от электроники человек слышал, что есть такой элемент, как реле. Простейшее электромагнитное реле содержит электромагнит, при подаче на него напряжения два других контакта замыкаются. С помощью реле мы можем коммутировать достаточно мощную нагрузку, подавая или наоборот снимая напряжение с управляющих контактов. Наибольшее распространение получили реле, управляемые напряжением 12 вольт. Также есть реле на напряжение 3, 5, 24 вольта.

Однако переключение мощной нагрузки возможно не только с помощью реле. В последнее время получили распространение мощные полевые транзисторы. Одно из основных их назначений — работа в ключевом режиме, т. е. транзистор либо закрыт, либо полностью открыт, когда сопротивление перехода Сток — Исток практически равно нулю. Открыть полевой транзистор можно, подав напряжение на затвор относительно его истока. Можно сравнить работу ключа на полевом транзисторе с работой реле — подали напряжение на затвор, транзистор открылся, цепь замкнулась. Сняли напряжение с заслонки — цепь разомкнулась, нагрузка обесточена.

В то же время ключ на полевом транзисторе имеет некоторые преимущества перед реле, такие как:

• Большая долговечность. Довольно часто реле выходят из строя из-за наличия механически движущихся частей, в то время как транзистор при правильных условиях эксплуатации имеет гораздо больший срок службы.
  
• Рентабельность. Катушка реле потребляет ток, причем иногда очень значительный. Затвор транзистора потребляет ток только в момент подачи на него напряжения, далее он ток практически не потребляет.
  
• Нет щелчков при переключении.

Схема

Принципиальная схема полевого транзистора представлена ​​ниже:

Резистор R1 в нем токоограничивающий, он нужен для того, чтобы уменьшить ток, потребляемый затвором в момент открывания, без него транзистор может выйти из строя. Номинал этого резистора можно легко менять в широком диапазоне, от 10 до 100 Ом, на работу схемы это не повлияет.
Резистор R2 подтягивает затвор к истоку, тем самым уравнивая их потенциалы, когда на затвор не подается напряжение. Без него затвор останется «висеть в воздухе» и транзистор не сможет гарантированно закрыться. Номинал этого резистора также можно изменять в широких пределах — от 1 до 10 кОм.
Транзистор Т1 — N-канальный полевой транзистор. Его необходимо выбирать, исходя из мощности, потребляемой нагрузкой, и величины управляющего напряжения. Если оно меньше 7 вольт, следует брать так называемый «логический» полевой транзистор, который надежно открывается от напряжения 3,3 — 5 вольт. Их можно найти на материнских платах компьютеров. Если управляющее напряжение лежит в пределах 7-15 вольт, можно взять «обычный» полевой транзистор, например, IRF630, IRF730, IRF540 или любой другой аналогичный. При этом следует обратить внимание на такую ​​характеристику, как сопротивление открытого канала. Транзисторы не идеальны, и даже в открытом состоянии сопротивление перехода Сток — Исток не равно нулю. Чаще всего она составляет сотые доли Ома, что совершенно не критично при коммутации нагрузки малой мощности, но весьма существенно при больших токах. Поэтому для уменьшения падения напряжения на транзисторе и, соответственно, уменьшения его нагрева необходимо выбирать транзистор с наименьшим сопротивлением открытого канала.
«Н» на схеме — это какая-то нагрузка.
Недостаток ключа на транзисторе в том, что он может работать только в цепях постоянного тока, т.к. ток идет только от Запаса к Источнику.

Изготовление ключа на полевом транзисторе

Такую простую схему можно собрать и настенным монтажом, но я решил сделать миниатюрную печатную плату по лазерно-железной технологии (ЛУТ). Порядок действий следующий:
1) Вырезаем кусок текстолита подходящий под размеры печатной платы, зачищаем его мелкой наждачной бумагой и обезжириваем спиртом или растворителем.

2) На специальной термотрансферной бумаге печатаем печатную плату. Вы можете использовать глянцевую журнальную бумагу или кальку. Плотность тонера на принтере должна быть установлена ​​на максимум.

3) Перенести выкройку с бумаги на текстолит с помощью утюга. При этом следует контролировать, чтобы бумажка с выкройкой не смещалась относительно печатной платы. Время нагрева зависит от температуры утюга и лежит в пределах 30 — 90 секунд.

4) В результате на текстолите появляется рисунок дорожек в зеркальном отображении. Если тонер местами плохо держится на будущей доске, исправить огрехи можно с помощью женского лака для ногтей.

5) Далее ставим травленый текстолит. Есть много способов сделать раствор для травления; Я использую смесь лимонной кислоты, соли и перекиси водорода.

После травления плата принимает следующий вид:

6) Далее необходимо удалить тонер с платы, проще всего это сделать с помощью жидкости для снятия лака. Можно использовать ацетон и другие подобные растворители, я использовал масляный растворитель.

7) Дело небольшое — теперь осталось просверлить отверстия в нужных местах и ​​залудить плату. После этого он принимает такой вид:

Плата готова к впаиванию в нее деталей. Требуется всего два резистора и транзистор.

На плате два контакта для подачи на них управляющего напряжения, два контакта для подключения источника питания нагрузки и два контакта для подключения самой нагрузки. Плата с припаянными деталями выглядит так:

В качестве нагрузки для проверки работы схемы я взял два мощных резистора по 100 Ом, соединенных параллельно.

Планирую использовать устройство совместно с датчиком влажности (плата на заднем плане). Именно от него на цепь ключа поступает управляющее напряжение 12 вольт.