Полевой транзистор как мощный выключатель

Полевой транзистор как мощный выключатель

Бесплатная техническая библиотека:
▪ Все статьи А-Я
▪ Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
▪ Новости науки и техники
▪ Архив статей и поиск
▪ Ваши истории из жизни
▪ На досуге
▪ Случайные статьи
▪ Отзывы о сайте

Справочник:
▪ Большая энциклопедия для детей и взрослых
▪ Биографии великих ученых
▪ Важнейшие научные открытия
▪ Детская научная лаборатория
▪ Должностные инструкции
▪ Домашняя мастерская
▪ Жизнь замечательных физиков
▪ Заводские технологии на дому
▪ Загадки, ребусы, вопросы с подвохом
▪ Инструменты и механизмы для сельского хозяйства
▪ Искусство аудио
▪ Искусство видео
▪ История техники, технологии, предметов вокруг нас
▪ И тут появился изобретатель (ТРИЗ)
▪ Конспекты лекций, шпаргалки
▪ Крылатые слова, фразеологизмы
▪ Личный транспорт: наземный, водный, воздушный
▪ Любителям путешествовать — советы туристу
▪ Моделирование
▪ Нормативная документация по охране труда
▪ Опыты по физике
▪ Опыты по химии
▪ Основы безопасной жизнедеятельности (ОБЖД)
▪ Основы первой медицинской помощи (ОПМП)
▪ Охрана труда
▪ Радиоэлектроника и электротехника
▪ Строителю, домашнему мастеру
▪ Типовые инструкции по охране труда (ТОИ)
▪ Чудеса природы
▪ Шпионские штучки
▪ Электрик в доме
▪ Эффектные фокусы и их разгадки

Техническая документация:
▪ Схемы и сервис-мануалы
▪ Книги, журналы, сборники
▪ Справочники
▪ Параметры радиодеталей
▪ Прошивки
▪ Инструкции по эксплуатации
▪ Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Бесплатный архив статей
(500000 статей в Архиве)

Алфавитный указатель статей в книгах и журналах

Бонусы:
▪ Ваши истории
▪ Викторина онлайн
▪ Загадки для взрослых и детей
▪ Знаете ли Вы, что.
▪ Зрительные иллюзии
▪ Веселые задачки
▪ Каталог Вивасан
▪ Палиндромы
▪ Сборка кубика Рубика
▪ Форумы
▪ Голосования
▪ Карта сайта

Дизайн и поддержка:
Александр Кузнецов

Техническое обеспечение:
Михаил Булах

Программирование:
Данил Мончукин

Маркетинг:
Татьяна Анастасьева

Перевод:
Наталья Кузнецова

При использовании материалов сайта обязательна ссылка на https://www.diagram.com.ua

сделано в Украине

Электронный выключатель на полевых транзисторах

В августовском номере журнала «Радио» за 2002 год на с. 60 была опубликована статья В. Полякова об электронном выключателе, который способен отключать питание нагрузки при снижении напряжения аккумуляторной батареи ниже допустимого.

Я заинтересовался этой идеей и построил свой вариант такого выключателя. От прототипа он отличается тем, что незадолго до автоматического отключения питания нагрузки начинает вспыхивать мигающий светодиод, оповещая о том, что нагрузка вскоре будет обесточена. Устройство выполнено на дешевых полевых транзисторах и микросхемах, что улучшило его нагрузочные и эргономические показатели. К электронному выключателю может быть подключена нагрузка с постоянным током потребления до 0,4 А, но с применением вместо микросхемных токовых ключей более мощного n-канального МОП-транзистора, ток подключаемой нагрузки может быть увеличен до нескольких ампер, о чем будет сказано ниже.

Схема устройства показана на рис. 1.

При замыкании контактов кнопки SB2 на нагрузку подается полное напряжение питания. Через резистор R3 на затвор р-канального МОП-транзистора VТ1 поступает открывающее напряжение. Транзистор открывается, следовательно, на затворы транзисторов микросхем (выводы 1,8 DA1- DA3) поступает напряжение высокого уровня. Ключи на микросхемах DA1 — DA3, каждый из которых представляет собой высоковольтный n-канальный МОП-транзистор с защитным двуханодным стабилитроном в цепи затвор-исток, открываются. Для увеличения нагрузочной способности и уменьшения потерь мощности и напряжения все три ключа включены параллельно.

Сопротивление резистора R1 подобрано так, что при снижении напряжения аккумуляторной батареи ниже 7 В (батарея из семи никель-кадмиевых элементов) транзистор VT1 начинает закрываться. Так как напряжение на затворах DA1 — DA3 еще пока достаточно велико, то эти ключи пока еще полностью открыты. Как только напряжение исток-сток VT1 превысит пороговое открывающее напряжение VT2, этот транзистор начнет открываться, откроется и биполярный транзистор VT3, мигающий светодиод HL1 начнет ярко вспыхивать.

При еще большем снижении напряжения батареи транзистор VT1 закрывается настолько, что напряжение на резисторе R4 становится недостаточным для удержания ключей DA1- DA3 в состоянии минимального сопротивления открытого канала, что приводит к лавинообразному закрыванию как VT1, так и DA1- DA3. Нагрузка обесточивается, светодиод перестает вспыхивать. Принудительно отключить питание нагрузки можно кратковременным нажатием на кнопку SB1.

Сопротивление резистора R2 выбрано таким, что если вспышки мигающего светодиода начинаются при напряжении батареи 7 В, то полное отключение питания нагрузки происходит при снижении напряжения батареи до 6,9 В. Но значения этих напряжений могут быть несколько иными — все зависит от параметров полевых транзисторов. Если резистор R2 взять сопротивлением 47 кОм, светодиод начнет мигать при 7,5 В, а питание нагрузки отключится при 7 В. Керамические конденсаторы С1 и С2 повышают помехоустойчивость устройства.

Резисторы можно взять любые малогабаритные мощностью 0,05-0,25 Вт, например, С1 -4, МЛТ ВС, С2-23. Неполярные конденсаторы подойдут типов К10-7, К10-17, КМ-6; оксидный — К50-35, К50-24. Мигающий светодиод можно взять любой из серий L36B, L56B, L796B, L816B. Чтобы при включении светодиода не слишком сильно увеличивать средний разрядный ток батареи, сопротивление резистора R5 желательно увеличить до 3 кОм, а светодиод взять с повышенной яркостью свечения. Вместо мигающего светодиода можно установить, соблюдая полярность, пьезокерамический излучатель звука со встроенным генератором (НРА17АХ, НРА24АХ); такая замена будет уместна в случае, если электронным выключателем будет оснащаться «немое» устройство: мультиметр, частотомер, электронный термометр и т. п.

Полевые транзисторы можно заменить на любые из серий КП301, КП304, желательно с возможно меньшим пороговым открывающим напряжением. Биполярный транзистор можно заменить любым из серий КТ3102, КТ342, КТ645. Если пожелаете существенно увеличить нагрузочную способность устройства, например, для его использования с электрифицированной самоходной моделью, радиостанцией, носимой магнитолой, то микросхемы DA1 — DA3 желательно заменить одним мощным n-канальным полевым транзистором, например, типов КП723Г, КП727В, КП736Г, IRLZ44. С одним из таких транзисторов к электронному выключателю допустимо подключать устройство с током потребления 3. 5 А. Устанавливать полевой транзистор на теплоотвод не нужно.

Подбором резистора R1 выключатель можно будет настроить как на номинальное рабочее напряжение 9 В — батарея из семи никель-кадмиевых аккумуляторов, так и на 12 В — 10 аккумуляторов. При питании устройства от батареи из десяти таких аккумуляторов отключение питания нагрузки должно происходить при снижении напряжения батареи до 9,7. 10 В. Если будут применены р-канальные полевые транзисторы с относительно небольшим пороговым напряжением затвор-исток, менее -3 В, то подбором резистора R1 устройство удастся настроить и на работу с более низким номинальным напряжением, но не менее 4,5 В.

Электронный выключатель может быть смонтирован на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита размерами 80×35 мм (рис. 2).

Цоколевка транзисторов и микросхем дана на рис. 3.

Смотрите другие статьи раздела Начинающему радиолюбителю.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

Мощный переключатель на транзисторе МДП

На рис. 1 представлена схема одного из вариантов мощного электронного реле, предназначенного для коммутации тока нагрузки до 20 А при напряжении 5. 20 В. Устройство собрано на базе мощного n-канального транзистора МДП APM2556NU, имеющего сопротивление канала не более 5,7 мОм при напряжении затвор-исток 10 В или не более 10 мОм при 4,5 В. Столь малое сопротивление открытого канала позволяет с помощью этого прибора коммутировать большой ток, причем установка транзистора на теплоотвод при невысокой частоте переключения (единицы — десятки килогерц) обычно не требуется. Устройство может быть использовано, например, как электронный включатель-выключатель выходного напряжения в мощном блоке питания, мощных источников света в аккумуляторных фонарях, низковольтных электродвигателей, тяговых электромагнитов и для множества других применений.

Использование в качестве основного коммутирующего элемента мощного транзистора МДП в сравнении с электромагнитным реле позволяет получить меньшее сопротивление «замкнутых контактов», отсутствие их выгорания и искровых помех, более высокое быстродействие (при электронном управлении). Кроме того, такой электронный переключатель будет иметь меньшие габариты и массу, чем электромагнитные реле на ток 10. 20 А, а также значительно меньший ток, потребляемый цепями управления.

Управлять электронным переключателем можно двумя малогабаритными кнопками без фиксации, например, гер-коновыми, мембранными или резиновыми с токопроводящим покрытием.

На рис. 2 для сравнения габаритов показаны электромагнитное реле G7L-2A-P фирмы Omron, контакты которого рассчитаны на коммутацию тока 20 А, и макет электронного реле на транзисторе МДП. Электронный узел даже при относительно просторном монтаже занимает вчетверо меньший объем (кнопки и светодиод смонтированы вне платы) и значительно легче.

При подаче напряжения на вход устройства полевой транзистор VT2 остается закрытым, подключенная к выходу нагрузка — обесточенной, светодиод HL1 — выключенным. Чтобы подать напряжение на нагрузку, необходимо на короткое время нажать на кнопку SB1. Это приведет к открыванию транзистора VT1 и вслед за ним транзистора VT2.

О поступившем к нагрузке напряжении проинформирует включившийся светодиод HL1. Конденсаторы СЗ и С4, а также С1, С2, С5, С6 устраняют возможное влияние на состояние транзисторов различных помех. Диоды VD2- VD5 предназначены для принудительного выключения устройства при снижении входного напряжения примерно до 3 В, что предохраняет полевой транзистор VT2 от перегревания.

Дело в том, что столь глубокое уменьшение напряжения затвор-исток транзистора VT2 резко увеличивает сопротивление канала и, как следствие, выделяемую в нем тепловую мощность, особенно при большом нагрузочном токе. Для того чтобы предохранить полевой транзистор от перегревания, предусмотрена цепь R5VD2-VD5, закрывающая оба транзистора.

Варистор RU1 и стабилитрон VD1 защищают сравнительно низковольтный полевой транзистор от всплесков напряжения, например, от ЭДС самоиндукции электродвигателя, подключенного к входу или выходу устройства, или, например, от случайного повреждения статическим электричеством при прикосновении к затвору транзистора VT2 отверткой (или другими металлическими предметами).

Для выключения устройства достаточно кратковременного замыкания контактов кнопки SB2. Управлять состоянием транзистора VT2 можно не только маломощными миниатюрными кнопками, но и, например, двумя оптронами или маломощными гер-коновыми реле. Следует отметить, что в выключенном состоянии переключатель практически не потребляет энергии.

Экспериментальный образец устройства был смонтирован на монтажной плате размерами 46×27 мм из стеклотекстолита навесным монтажом. Сильноточные цепи выполнены короткими отрезками монтажного провода сечением не менее 1,2 мм .

Транзистор APM2556NU в миниатюрном корпусе Т0252 допускает максимальное напряжение сток-исток 25 В. При токе стока 40 А и напряжении затвор-исток 10 В или 20 А при напряжении затвор-исток 4,5 В типовое значение сопротивления открытого канала не превышает 4,5 и 7,5 мОм соответственно. Максимально допустимый постоянный ток стока транзистора при температуре корпуса 25 °С — 60 А.

Транзистор следует припаять к теп-лоотводу с полезной площадью поверхности не менее 7 см2 на случай работы при пониженном напряжении питания с большим током нагрузки. При монтаже транзистора необходимо принимать меры по его защите от пробоя статическим электричеством.

Транзисторы APM2556NU, предназначенные для работы в понижающих импульсных стабилизаторах напряжения, сейчас широко используют в современных высокопроизводительных видеокартах и компьютерных системных платах. Заменить этот транзистор можно двумя соединенными параллельно миниатюрными, но имеющими вдвое большее сопротивление открытого канала транзисторами APM2510NU (8,5 МОм при и3-и = Ю В) или другими аналогичными, управляемыми низким напряжением затвор-исток. При использовании транзисторов с большим, чем у APM2556NU, сопротивлением канала для сохранения малого сопротивления переключательного элемента можно включить несколько однотипных полевых транзисторов, соединенных параллельно.

Транзистор 2SA733B заменим любым из серий 2SA733, 2SA992, SS9015, КТ3107, КТ6112. Вместо BZV55C15 подойдет стабилитрон 1 N4744A, TZMC-15, 2С215Ж, КС215ЖА, а вместо 1N4148 — диод 1 N914 (или любые из серий КД522, КД521). Светодиод — любой общего применения, желательно с повышенной светоотдачей, например, из серий КИПД40, КИПД66. Для каждого конкретного напряжения на нагрузке следует подбирать резистор R6 с тем, чтобы не превысить номинальный ток светодиода.

Оксидные конденсаторы — К50-68, К53-19 или импортные. Остальные — К10-17, К10-50. Варистор FNR-05K220 можно заменить любым маломощным на 18. 22 В, например FNR-05K180.

Безошибочно собранное из исправных деталей устройство не требует налаживания.

В зависимости от конкретных особенностей применения предлагаемый для повторения коммутатор можно упростить или усовершенствовать. Например, если исключены всплески напряжения со стороны источника питания или подключенной нагрузки, можно обойтись без варистора RU1. Также можно отказаться от защитного стабилитрона VD1, если напряжение источника питания не превысит 15 В и исключены всякие прикосновения к выводу затвора транзистора VT2.

Если в цепь нагрузки ввести последовательно обмотку самодельного герко-нового реле, разомкнутые контакты которого подключены параллельно контактам кнопки SB2, то питание нагрузки будет автоматически отключаться при увеличении потребляемого ею тока выше заданного. Для изготовления такого реле на баллон геркона КЭМЗ надо намотать несколько витков толстого (диаметром 0,7. 1,2 мм) обмоточного провода. Так, например, с катушкой из семи витков провода ПЭВ-2 0,68 реле сработает при токе около 5 А. Требуемое число витков для желаемого тока срабатывания защиты для конкретного экземпляра геркона определяют экспериментально.

Автор: А. Бутов, с.Курба Ярославской обл.

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Электронные выключатели и переключатели, реле времени (К561ТМ2, CD4060)

Рассмотрено 6 принципиальных схем самодельных электронных выключателей и реле времени, выполненных на основе микросхем К561ТМ2 и CD4060, описана их работа и возможности по применению. В настоящее время в радиоэлектронной аппаратуре, в основном, электронные выключатели, либо и электронный и механический.

Электронный выключатель управляется обычно одной кнопкой, — одно нажатие, и аппарат включен, при следующем нажатии -выключен. Реже бывают с двумя кнопками, — одна для включения, вторая для выключения.

Электронный выключатель в радиоэлектронной аппаратуре в подавляющем большинстве случаев входит в состав контроллера управления, управляющего и другими функциями аппарата.

Но, если нужно оборудовать электронным выключателем какое-то устройство, самодельное или у которого не предусмотрен электронный выключатель, это можно по одной из приводимых здесь схем, на основе микросхемы КМОП-логики и мощного полевого ключевого транзистора.

Выключатель управляемый одной кнопкой

Первая схема простого выключателя, управляемого одной кнопкой приведена на рисунке 1. Мощный полевой транзистор VТ1 выполняет функции электронного ключа, а управляет им D-триггер микросхемы К561ТМ2.

Данная схема, как и все последующие, потребляет минимальный ток, измеряемый единицами микроампер, и поэтому, практически не оказывает влияния на расход источника питания.

Рис. 1. Схема простого электронного выключателя, управляемого одной кнопкой.

Для того чтобы в момент подключения источника питания нагрузка не включилась сама здесь имеется цепь C1-R2, которая при подаче питания триггер устанавливает в единичное состояние.

То есть, на его прямом выходе — единица. При этом, напряжение между истоком и затвором транзистора VТ1 будет слишком мало для его открывания, и транзистор остается закрытым, — питание на нагрузку не поступает.

При этом, на инверсном выходе триггера будет напряжение логического нуля. Оно через резистор R3, с небольшой задержкой, поступает на вход «D» триггера.

Теперь, при нажатии кнопки S1 на вход «С» триггера поступает от кнопки импульс и триггер устанавливается в то состояние, которое имеет место на его входе «D», то есть, в данный момент, в логический нуль.

Логический нуль на затворе VТ1 приводит к тому, что напряжение между истоком и затвором VТ1 возрастает до величины, достаточной для открывания полевого транзистора VТ1. На нагрузку поступает питание.

Теперь на инверсном выходе триггера -единица. Эта единица, с небольшой задержкой, через резистор R3 поступает на вход «D» триггера.

Теперь, при следующем нажатии кнопки S1 на вход «С» триггера поступает от кнопки импульс и триггер устанавливается в то состояние, которое имеет место на его входе «D», то есть, в данный момент, в единицу. Единица на затворе VТ1 приводит к тому, что напряжение между истоком и затвором VТ1 падает до величины, недостаточной для открывания полевого транзистора VТ1. Нагрузка выключается.

Электронный переключатель двух нагрузок

Но не всегда требуется именно выключатель, бывает что нужен переключатель. На рисунке 2 показана схема электронного переключателя двух нагрузок. Главное отличие от схемы на рис.1 в том, что здесь два мощных полевых транзистора.

Для того чтобы в момент подключения источника питания схема устанавливалась в одно известное положение, то есть, в данном случае, нагрузка 1 выключена, нагрузка 2 включена, здесь имеется цепь C1-R2, которая при подаче питания триггер устанавливает в единичное состояние. То есть, на его прямом выходе — единица, на инверсном — ноль.

При этом, напряжение между истоком и затвором транзистора VТ1 будет слишком мало для его открывания, и транзистор остается закрытым, питание на нагрузку 1 не поступает. А напряжение между истоком и затвором транзистора VТ2 будет достаточным для его открывания, и транзистор откроется, поступит питание на нагрузку 2.

Рис. 2. Схема простого самодельного электронного переключателя двух нагрузок.

При этом, нуль с инверсного выхода триггера через резистор R3, с небольшой задержкой, поступает на вход «D» триггера. Теперь, при нажатии кнопки S1 на вход «С» триггера поступает от кнопки импульс и триггер устанавливается в то состояние, которое имеет место на его входе «D», то есть, в данный момент, в логический нуль.

Логический нуль на затворе VТ1 приводит к тому, что напряжение между истоком и затвором VТ 1 возрастает до величины, достаточной для открывания полевого транзистора VТ1. На нагрузку 1 поступает питание.

Но транзистор VТ2 при этом закрывается, и нагрузка 2 выключается. Таким образом, при каждом нажатии кнопки S1 происходит переключение нагрузок.

Несколько слов, о назначении цепи C2-R3 в схемах на рис.1 и рис.2. Дело в том, что кнопка -это механические контакты, которые соединяются механически, и здесь практически не возможно обойтись без дребезга контактов. И чем больше износ кнопки, тем сильнее проявляется дребезг её контактов.

Поэтому, как при нажатии кнопки, так и при её отпускании, может формировать не один импульс, а целая серия коротких импульсов. И это может привести к многократному переключению триггера, и в результате, установке его в произвольное состояние. Чтобы такого не происходило здесь есть цепь C2-R3.

Она несколько задерживает приход логического уровня с инверсного выхода триггера на его вход «D». Поэтому, пока длится дребезг контактов, напряжение на входе «D» не меняется, и импульсы дребезга на состояние триггера не влияют.

Выключатель с двумя кнопками

Как уже отмечено выше, электронные выключатели бывают как с одной кнопкой, так и с двумя, — одна для включения, другая для выключения. На рисунке 3 показана схема именно выключателя.

Рис. 3. Схема электронного выключателя нагрузки с двумя кнопками.

Здесь точно так же, мощный полевой транзистор VТ1 выполняет функции электронного ключа, а управляет им триггер микросхемы К561ТМ2. Только работает он не как D-триггер, а как RS-триггер. Для этого его входы «С» и «D» соединены с общим минусом питания (то есть, на них всегда логические нули).

Для того чтобы в момент подключения источника питания нагрузка не включилась сама здесь имеется цепь C1-R2, которая при подаче питания триггер устанавливает в единичное состояние.

То есть, на его прямом выходе — единица. При этом, напряжение между истоком и затвором транзистора VT1 будет слишком мало для его открывания, и транзистор остается закрытым, — питание на нагрузку не поступает.

Для включения нагрузки служит кнопка S1. При её нажатии триггер переключается в положение «R», то есть, на его прямом выходе устанавливается логический ноль.

Логический нуль на затворе VT1 приводит к тому, что напряжение между истоком и затвором VT1 возрастает до величины, достаточной для открывания полевого транзистора VT1.

На нагрузку поступает питание. Для того, чтобы выключить нагрузку нужно нажать кнопку S2. При её нажатии триггер переключается в положение «S», то есть, на его прямом выходе устанавливается логическая единица.

Единица на затворе VT1 приводит к тому, что напряжение между истоком и затвором VT1 падает до величины, недостаточной для открывания полевого транзистора VT1. Нагрузка выключается.

Две кнопки и две нагрузки

Электронный переключатель с двумя кнопками работает логичнее однокнопочного, во всяком случае понятно, что одна кнопка включается одну нагрузку, а другая — другую нагрузку. На рисунке 4 показана схема двухкнопочного электронного переключателя двух нагрузок.

Рис. 4. Схема электронного переключателя с двумя кнопками для двух нагрузок.

Для того чтобы в момент подключения источника питания схема устанавливалась в одно известное положение, то есть, в данном случае, нагрузка 1 выключена, нагрузка 2 включена, здесь имеется цепь C1-R2, которая при подаче питания триггер устанавливает в единичное состояние. То есть, на его прямом выходе — единица, на инверсном — ноль.

При этом, напряжение между истоком и затвором транзистора VT1 будет слишком мало для его открывания, и транзистор остается закрытым, — питание на нагрузку 1 не поступает.

А напряжение между истоком и затвором транзистора VT2 будет достаточным для его открывания, и транзистор откроется, поступит питание на нагрузку 2. Для включения нагрузки 1 служит кнопка 51. При её нажатии триггер переключается в положение «R», то есть, на его прямом выходе устанавливается логический ноль.

Логический нуль на затворе VT1 приводит к тому, что напряжение между истоком и затвором VT1 возрастает до величины, достаточной для открывания полевого транзистора VT1. На нагрузку поступает питание.

При этом, на инверсном выходе триггера присутствует логическая единица. Напряжение между истоком и затвором транзистора VT2 будет слишком мало для его открывания, и транзистор остается закрытым, — питание на нагрузку 2 не поступает.

Для включения нагрузки 2 служит кнопка 52. При её нажатии триггер переключается в положение «S», то есть, на его инверсном выходе устанавливается логический ноль. Логический нуль на затворе VT2 приводит к тому, что напряжение между истоком и затвором VT2 возрастает до величины, достаточной для открывания полевого транзистора VT2.

На нагрузку 2 поступает питание. При этом, на прямом выходе триггера присутствует логическая единица. Напряжение между истоком и затвором транзистора VТ1 будет слишком мало для его открывания, и транзистор остается закрытым, — питание на нагрузку 1 не поступает.

Электронное реле времени

Но понадобиться могут не только выключатели и переключатели, но реле времени. На рисунке 5 показана схема электронного реле времени, которое включает нагрузку при нажатии кнопки S1, а выключает её примерно через 30 секунд.

Рис. 5. Схема электронного реле времени для включения нагрузки при нажатии кнопки и выключения через 30 секунд.

Реле времени запускается кнопкой S1. При её нажатии триггер переключается в положение «R», то есть, на его прямом выходе устанавливается логический ноль.

Логический нуль на затворе VТ1 приводит к тому, что напряжение между истоком и затвором VТ 1 возрастает до величины, достаточной для открывания полевого транзистора VТ1. На нагрузку поступает питание.

В то же время, логическая единица с инверсного выхода начинает через резистор R2 медленно заряжать конденсатор С1. Время включенного состояния нагрузки истекает тогда, когда конденсатор С1 зарядится до напряжения, которое будет понято микросхемой как логическая единица. Тогда триггер установится в состояние «S».

То есть, на его прямом выходе — единица. При этом, напряжение между истоком и затвором транзистора VТ1 будет слишком мало для его открывания, и транзистор закроется, -питание на нагрузку выключится. Время включенного состояния нагрузки зависит от цепи C1-R2.

Реле времени на 8 часов

Изменением составляющих этой цепи можно изменять это время в широких пределах, но очень большого времени выдержки достигнуть сложно. На рисунке 6 показана схема реле времени на цифровой микросхеме, время включенного состояния нагрузки в котором составляет около 8 часов.

Рис. 6. ЁПринципиальная схема реле времени на цифровой микросхеме, которое включает нагрузку на 8 часов.

Реле времени запускается кнопкой S1. При её нажатии счетчик микросхемы D1 переключается в нулевое состояние, то есть, на всех его выходах устанавливается логический ноль, в том числе и на самом старшем выходе D14. Откуда он поступает на затвор VТ1.

Логический нуль на затворе VТ1 приводит к тому, что напряжение между истоком и затвором VТ1 возрастает до величины, достаточной для открывания полевого транзистора VТ1. На нагрузку поступает питание.

Далее, счетчик начинает отсчитывать время, считая импульсы, которые вырабатывает его встроенный мультивибратор. Спустя заданное время на выводе 3 устанавливается логическая единица. При этом, напряжение между истоком и затвором транзистора VТ1 будет слишком мало для его открывания, и транзистор закроется, — питание на нагрузку выключится.

В то же время, логическая единица через диод VD3 поступает на вывод 11 D1 и блокирует внутренний мультивибратор микросхемы. Генерация импульсов прекращается. Во всех схемах для подачи питания на нагрузку используются транзисторы IRFR5505. Это ключевой полевой транзистор с допустимым током коллектора 18А и сопротивлением в открытом состоянии 0,1 От.

Открывается транзистор при напряжении на затворе не ниже 4,25V. Поэтому и минимальное напряжение питания в схемах указано 5V, так сказать, чтобы точно хватило. Но, при напряжении питания схемы до 7V и при большом токе нагрузки транзистор все же открывается не полностью.

И сопротивление его канала существенно больше 0,1 Ом, поэтому, при питании ниже 7V ток нагрузки не должен превышать 5А. При питании же более высоким напряжением, ток может быть до 18А. Так же нужно учесть, что при токе нагрузки более 4А транзистору нужен будет радиатор для отвода тепла. Одно из свойств таких транзисторов, -это относительно большая емкость затвора.

И именно этого боятся микросхемы КМОП — относительно большой емкости на выходе. Потому что, хотя статическое сопротивление затвора и стремится к бесконечности, но при изменении напряжения на затворе возникает существенный бросок тока на заряд / разряд его емкости.

В очень редких случаях это повреждает микросхему, гораздо чаще это приводит к сбоям в работе микросхемы, особенно триггеров и счетчиков. Чтобы этих сбоев не происходило между выходами микросхем и затворами транзисторов в этих схемах включены токоограничивающие резисторы, например, R4 в схеме на рис.1. Плюс два диода, ускоряющих заряд / разряд емкости затвора.

Литовкин С. Н. РК-08-17.

Литература: И. Нечаев. — Электронный выключатель. Р-02-2004.

Полевой транзистор как мощный выключатель

Производители полупроводниковых приборов разрабатывают новые, более совершенные изделия, что дает возможность радиолюбителям, в свою очередь, создавать простые компактные устройства с улучшенными параметрами, недостижимыми всего лишь несколько лет назад. Один из примеров тому пред-ставлен в публикуемой ниже статье, в которой описан мощный электронный включатель—выключатель, способный во многих случаях потеснить своего электромагнитного конкурента.

На рис. 1 представлена схема одного из вариантов мощного электронного реле, предназначенного для коммутации тока нагрузки до 20 А при напряжении 5. 20 В. Устройство собрано на базе мощного п-канального транзистора МДП АРМ2556NU), имеющего сопротивление канала не более 5,7 мОм при напряжении затвор—исток 10 В или не более 10 мОм при 4,5 В. Столь малое сопротивление открытого канала позволяет с помощью этого прибора коммутировать большой ток, причем установка транзистора на теплоотвод при невысокой частоте переключения (единицы — десятки килогерц) обычно не требуется. Устройство может быть использовано, например, как электронный включатель—выключатель выходного напряжения в мощном блоке питания, мощных источников света в аккумуляторных фонарях, низковольтных электродвигателей, тяговых электромагнитов и для множества других применений.
Использование в качестве основного коммутирующего элемента мощного транзистора МДП в сравнении с электромагнитным реле позволяет получить меньшее сопротивление «замкнутых контактов», отсутствие их выгорания и искровых помех, более высокое быстродействие (при электронном управлении). Кроме того, такой электронный переключатель будет иметь меньшие габариты и массу, чем электромагнитные реле на ток 10. 20 А, а также значительно меньший ток, потребляемый цепями управления.
Управлять электронным переключателем можно двумя малогабаритными кнопками без фиксации, например, герконовыми, мембранными или резиновыми с токопроводящим покрытием.

На рис. 2 для сравнения габаритов показаны электромагнитное реле С71-2А-Р фирмы Omron, контакты которого рассчитаны на коммутацию тока 20 А, и макет электронного реле на
транзисторе МДП. Электронный узел даже при относительно просторном монтаже занимает вчетверо меньший объем (кнопки и светодиод смонтированы вне платы) и значительно легче.
При подаче напряжения на вход устройства, полевой транзистор VT2 остается закрытым, подключенная к выходу нагрузка — обесточенной, светодиод НL1 — выключенным. Чтобы подать напряжение на нагрузку, необходимо на короткое время нажать на кнопку SB1. Это приведет к открыванию транзистора VТ1 и вслед за ним транзистора VT2.
О поступившем к нагрузке напряжении проинформирует включившийся светодиод HL1. Конденсаторы СЗ и С4, а также С1, С2, С5, С6 устраняют воз-можное влияние на состояние транзисторов различных помех. Диоды VD2— VD5 предназначены для принудительного выключения устройства при снижении входного напряжения примерно до 3 В, что предохраняет полевой транзистор VT2 от перегревания.
Дело в том, что столь глубокое уменьшение напряжения затвор—исток транзистора /Т2 резко увеличивает сопротивление канала и, как следствие, выделяемую в нем тепловую мощность, особенно при большом нагрузочном токе. Для того чтобы предохранить полевой транзистор от перегревания, предусмотрена цепь R5VD2—VD5, закрывающая оба транзистора.
Варистор RU1 и стабилитрон VD1 защищают сравнительно низковольтный полевой транзистор от всплесков напряжения, например, от ЭДС самоиндукции электродвигателя, подключенного к входу или выходу устройства, или, например, от случайного повреждения статическим электричеством при прикосновении к затвору транзистора /Т2 отверткой (или другими металличе¬скими предметами).
Для выключения устройства достаточно кратковременного замыкания контактов кнопки SB2. Управлять состоянием транзистора VT2 можно не только мало-мощными миниатюрными кнопками, но и, например, двумя оптронами или маломощными герконовыми реле. Следует отметить, что в выключенном состоянии переключатель практически не потребляет энергии.
Экспериментальный образец устройства был смонтирован на монтажной плате размерами 46×27 мм из стеклотекстолита навесным монтажом. Сильноточные цепи выполнены короткими отрезками монтажного провода сечением не менее 1,2 мм .
Транзистор АРМ2556NU в миниатюрном корпусе Т0252 допускает максимальное напряжение сток—исток 25 В. При токе стока 40 А и напряжении затвор—исток 10 В или 20 А при напряжении затвор—исток 4,5 В типовое зна¬чение сопротивления открытого канала не превышает 4,5 и 7,5 мОм соответственно. Максимально допустимый постоянный ток стока транзистора при температуре корпуса 25 °С — 60 А.
Транзистор следует припаять к теплоотводу с полезной площадью поверхности не менее 7 см/2 на случай работы при пониженном напряжении питания с большим током нагрузки. При монтаже транзистора необходимо принимать меры по его защите от пробоя статическим электричеством.
Транзисторы АРМ2556NU, предназначенные для работы в понижающих импульсных стабилизаторах напряжения, сейчас широко используют в со-временных высокопроизводительных видеокартах и компьютерных системных платах. Заменить этот транзистор можно двумя соединенными параллельно миниатюрными, но имеющими вдвое большее сопротивление открытого канала транзисторами АРМ25101NU (8,5 МОм при U3-и = 10 В) или другими аналогичными, управляемыми низким напряжением затвор—исток. При ис-пользовании транзисторов с большим чем у АРМ25561NU, сопротивлением ка-нала для сохранения малого сопротивления переключательного элемента можно включить несколько однотипных полевых транзисторов, соединенных параллельно.
Транзистор 2SA733B заменим любым из серий 2SА733. 2SА992, SS9015, КТ3107, КТ6112. Вместо BZV55С15 подойдет стабилитрон 1N744А, TZМС-15, 2С215Ж, КС215ЖА, а вместо 1N148 — диод 1 N914 (или любые из серий КД522, КД521). Светодиод — любой общего применения, желательно с повышенной светоотдачей, например, из серий КИПД40, КИПД66. Для каждого конкретного напряжения на нагрузке следует подбирать резистор с тем, чтобы не превысить номинальный ток светодиода.
Оксидные конденсаторы — К50-68, К53-19 или импортные. Остальные — К10-17, К10-50. Варистор FNR-05K220 можно заменить любым маломощным на 18. 22 В, например FNR-05K180.
Безошибочно собранное из исправных деталей устройство не требует на-лаживания.
В зависимости от конкретных особенностей применения предлагаемый для повторения коммутатор можно упростить или усовершенствовать. Например, если исключены всплески напряжения со стороны источника питания или подключенной нагрузки, можно обойтись без варистора RU1. Также можно отказаться от защитного стабилитрона VD1, если напряжение источника питания не превысит 15 В и исключены всякие прикосновения к выводу затвора транзистора VT2.
Если в цепь нагрузки ввести последовательно обмотку самодельного герконового реле, разомкнутые контакты которого подключены параллельно контактам кнопки SB2, то питание нагрузки будет автоматически отключаться при увеличении потребляемого ею тока выше заданного. Для изготовления такого реле на баллон геркона КЭМЗ надо намотать несколько витков толстого (диаметром 0,7. 1,2 мм) обмоточного провода. Так, например, с катушкой из семи витков провода ПЭВ-2 0,68 реле сработает при токе около 5 А. Требуемое число витков для желаемого тока срабатывания защиты для конкретного экземпляра геркона определяют экспериментально.

Автор: А. БУТОВ, с. Курба Ярославской обл.