ترانزیستور جزء مهم و همه جا حاضر در میکروالکترونیک مدرن است. هدف آن ساده است: به شما امکان می دهد با استفاده از یک سیگنال ضعیف سیگنال بسیار قوی تر را کنترل کنید.

به طور خاص، می توان از آن به عنوان یک "دمپر" کنترل شده استفاده کرد: با عدم وجود سیگنال در "دروازه"، جریان جریان را مسدود کنید و با تامین آن، اجازه دهید. به عبارت دیگر: این دکمه ای است که نه با انگشت، بلکه با اعمال ولتاژ فشار داده می شود. این رایج ترین کاربرد در الکترونیک دیجیتال است.

ترانزیستورها در بسته های مختلف موجود هستند: یک ترانزیستور می تواند از نظر ظاهری کاملاً متفاوت به نظر برسد. در نمونه سازی، رایج ترین موارد عبارتند از:

TO-92 - فشرده، برای بارهای سبک

TO-220AB - اتلاف گرمای عظیم و خوب، برای بارهای سنگین

نام گذاری روی نمودارها نیز بسته به نوع ترانزیستور و استاندارد تعیین مورد استفاده در کامپایل متفاوت است. اما صرف نظر از تنوع، نماد آن قابل تشخیص است.

ترانزیستورهای دوقطبی

ترانزیستورهای پیوند دوقطبی (BJT، ترانزیستورهای پیوند دوقطبی) دارای سه تماس هستند:

جمع کننده - ولتاژ بالا به آن اعمال می شود که می خواهید آن را کنترل کنید

پایه - مقدار کمی از طریق آن تامین می شود جاریبرای باز کردن قفل بزرگ؛ پایه برای مسدود کردن آن به زمین متصل شده است

امیتر - هنگامی که ترانزیستور "باز" ​​است، جریان از کلکتور و پایه از آن عبور می کند.

مشخصه اصلی ترانزیستور دوقطبی نشانگر است hfeبه عنوان افزایش نیز شناخته می شود. این نشان می دهد که ترانزیستور چند برابر جریان بیشتری در بخش کلکتور-امیتر می تواند نسبت به جریان پایه-امیتر عبور دهد.

به عنوان مثال، اگر hfe= 100، و 0.1 میلی آمپر از پایه عبور می کند، سپس ترانزیستور حداکثر 10 میلی آمپر از خود عبور می کند. اگر در این حالت قطعه ای در قسمت جریان بالا وجود داشته باشد که مثلاً 8 میلی آمپر مصرف می کند ، 8 میلی آمپر به آن ارائه می شود و ترانزیستور دارای "رزرو" خواهد بود. اگر قطعه ای وجود داشته باشد که 20 میلی آمپر می کشد، تنها با حداکثر 10 میلی آمپر ارائه می شود.

همچنین اسناد مربوط به هر ترانزیستور حداکثر ولتاژ و جریان مجاز در کنتاکت ها را نشان می دهد. فراتر از این مقادیر منجر به گرمایش بیش از حد و کاهش عمر مفید می شود و بیش از حد قوی می تواند منجر به تخریب شود.

NPN و PNP

ترانزیستوری که در بالا توضیح داده شد یک ترانزیستور NPN است. به این دلیل نامیده می شود که از سه لایه سیلیکون به ترتیب متصل شده است: منفی-مثبت-منفی. در جایی که منفی یک آلیاژ سیلیکونی با بیش از حد حامل های بار منفی است (n-doped) و مثبت آلیاژی است با مقدار اضافی حامل های بار مثبت (p-doped).

NPN ها در صنعت موثرتر و رایج تر هستند.

هنگام تعیین ترانزیستورهای PNP، آنها در جهت فلش متفاوت هستند. فلش همیشه از P به N اشاره می کند. ترانزیستورهای PNP رفتار "معکوس" دارند: هنگامی که پایه زمین است، جریان مسدود نمی شود و هنگامی که جریان از آن عبور می کند، مسدود می شود.

ترانزیستورهای اثر میدانی

ترانزیستورهای اثر میدانی (FET، ترانزیستور اثر میدانی) هدف یکسانی دارند، اما در ساختار داخلی متفاوت هستند. نوع خاصی از این قطعات ترانزیستورهای MOSFET (ترانزیستور اثر میدانی فلز-اکسید-نیمه هادی) هستند. آنها به شما اجازه می دهند با همان ابعاد با قدرت بسیار بیشتری کار کنید. و کنترل خود "دمپر" به طور انحصاری انجام می شود با استفاده از ولتاژ: برخلاف ترانزیستورهای دوقطبی هیچ جریانی از گیت عبور نمی کند.

ترانزیستورهای اثر میدانی دارای سه تماس هستند:

تخلیه - ولتاژ بالا به آن اعمال می شود که می خواهید آن را کنترل کنید

دروازه - ولتاژ به آن اعمال می شود تا جریان جریان یابد. دروازه برای مسدود کردن جریان به زمین متصل می شود.

منبع - هنگامی که ترانزیستور "باز" ​​است، جریان از طریق آن از تخلیه عبور می کند.

N-Channel و P-Channel

بر اساس قیاس با ترانزیستورهای دوقطبی، ترانزیستورهای میدانی در قطبیت متفاوت هستند. ترانزیستور N-Channel در بالا توضیح داده شد. آنها رایج ترین هستند.

P-Channel زمانی که مشخص می شود در جهت فلش متفاوت است و دوباره رفتار "معکوس" دارد.

اتصال ترانزیستورها برای راندن قطعات پرقدرت

یک وظیفه معمولی یک میکروکنترلر روشن و خاموش کردن یک قطعه مدار خاص است. خود میکروکنترلر معمولاً دارای ویژگی های مدیریت توان متوسطی است. بنابراین آردوینو با خروجی 5 ولت در هر پایه می تواند جریان 40 میلی آمپر را تحمل کند. موتورهای قدرتمند یا ال ای دی های بسیار روشن می توانند صدها میلی آمپر را جذب کنند. هنگام اتصال مستقیم چنین بارهایی، تراشه می تواند به سرعت از کار بیفتد. علاوه بر این، برای عملکرد برخی از قطعات، ولتاژ بیشتر از 5 ولت مورد نیاز است و آردوینو نمی تواند بیش از 5 ولت از پایه خروجی دیجیتال تولید کند.

اما به راحتی می توان ترانزیستور را کنترل کرد که به نوبه خود جریان زیادی را کنترل می کند. فرض کنید باید یک نوار LED بلند که به 12 ولت نیاز دارد و 100 میلی آمپر مصرف می کند وصل کنیم:

اکنون، هنگامی که خروجی روی یک منطقی (بالا) تنظیم می شود، 5 ولت ورودی به پایه ترانزیستور را باز می کند و جریان از نوار عبور می کند - می درخشد. هنگامی که خروجی روی صفر منطقی (کم) تنظیم شود، پایه از طریق میکروکنترلر به زمین متصل می شود و جریان جریان مسدود می شود.

به مقاومت محدود کننده جریان توجه کنید آر. لازم است تا هنگام اعمال ولتاژ کنترل، اتصال کوتاهی در طول مسیر میکروکنترلر - ترانزیستور - زمین ایجاد نشود. نکته اصلی این است که از جریان مجاز از طریق تماس Arduino 40 میلی آمپر تجاوز نکنید، بنابراین باید از مقاومتی با مقدار حداقل استفاده کنید:

اینجا Ud- این افت ولتاژ در خود ترانزیستور است. این بستگی به ماده ای دارد که از آن ساخته شده است و معمولاً 0.3 - 0.6 ولت است.

اما مطلقاً لازم نیست جریان را در حد مجاز نگه دارید. فقط لازم است که بهره ترانزیستور به شما امکان می دهد جریان مورد نیاز را کنترل کنید. در مورد ما 100 میلی آمپر است. برای ترانزیستور مورد استفاده قابل قبول است hfe= 100، سپس یک جریان کنترل 1 میلی آمپر برای ما کافی خواهد بود

یک مقاومت با مقدار 118 اهم تا 4.7 کیلو اهم برای ما مناسب است. برای عملکرد پایدار در یک طرف و بار سبک روی تراشه از طرف دیگر، 2.2 کیلو اهم انتخاب خوبی است.

اگر از ترانزیستور اثر میدانی به جای ترانزیستور دوقطبی استفاده می کنید، می توانید بدون مقاومت این کار را انجام دهید:

این به این دلیل است که گیت در چنین ترانزیستورهایی فقط با ولتاژ کنترل می شود: در بخش میکروکنترلر - دروازه - منبع جریان وجود ندارد. و با توجه به ویژگی های بالای آن، یک مدار با استفاده از ماسفت به شما امکان می دهد تا قطعات بسیار قدرتمندی را هدایت کنید.

MOP (به زبان بورژوایی ماسفت) مخفف Metal-Oxide-Semiconductor است که از این مخفف ساختار این ترانزیستور مشخص می شود.

اگر روی انگشتان باشد، یک کانال نیمه هادی دارد که به عنوان یک صفحه خازن عمل می کند و صفحه دوم یک الکترود فلزی است که از طریق یک لایه نازک از اکسید سیلیکون، که یک دی الکتریک است، قرار گرفته است. هنگامی که ولتاژ به گیت اعمال می شود، این خازن شارژ می شود و میدان الکتریکی گیت بارهایی را به کانال می کشد، در نتیجه بارهای متحرک در کانال ظاهر می شود که می تواند جریان الکتریکی ایجاد کند و مقاومت منبع تخلیه کاهش می یابد. به شدت هرچه ولتاژ بالاتر باشد، بارها بیشتر و مقاومت کمتر می شود، در نتیجه، مقاومت می تواند به مقادیر بسیار کوچکی کاهش یابد - صدم اهم، و اگر ولتاژ را بیشتر افزایش دهید، لایه اکسید و ترانزیستور خان خراب می شود. پیش خواهد آمد.

مزیت چنین ترانزیستوری در مقایسه با ترانزیستور دوقطبی واضح است - ولتاژ باید به گیت اعمال شود ، اما از آنجایی که دی الکتریک است ، جریان صفر خواهد بود ، به این معنی که لازم است قدرت کنترل این ترانزیستور کم خواهد بود، در واقع فقط در لحظه سوئیچینگ که خازن در حال شارژ و دشارژ است مصرف می کند.

نقطه ضعف از خاصیت خازنی آن ناشی می شود - وجود ظرفیت خازنی روی دروازه به جریان شارژ زیادی هنگام باز کردن نیاز دارد. در تئوری، برابر با بی نهایت در دوره های زمانی بی نهایت کوچک است. و اگر جریان توسط یک مقاومت محدود شود، خازن به آرامی شارژ می شود - هیچ فراری از ثابت زمانی مدار RC وجود ندارد.

ترانزیستورهای MOS هستند پ و نمجرا. آنها همان اصل را دارند، تنها تفاوت آنها قطبیت حامل های فعلی در کانال است. بر این اساس، در جهات مختلف ولتاژ کنترل و گنجاندن در مدار. اغلب ترانزیستورها به شکل جفت های مکمل ساخته می شوند. یعنی دو مدل با مشخصات کاملاً یکسان وجود دارد که یکی از آنها کانال N و دیگری کانال P است. علامت گذاری آنها، به عنوان یک قاعده، با یک رقم متفاوت است.

محبوب ترین من MOPترانزیستورها هستند IRF630(n کانال) و IRF9630(پ کانال) در یک زمان من حدود یک دوجین از آنها را از هر نوع ساختم. داشتن جثه نه چندان بزرگ TO-92این ترانزیستور می تواند تا 9 آمپر از درون خود عبور کند. مقاومت باز آن تنها 0.35 اهم است.
با این حال، این یک ترانزیستور نسبتاً قدیمی است؛ به عنوان مثال، اکنون چیزهای خنک تری وجود دارد IRF7314، می تواند همان 9A را حمل کند، اما در عین حال در یک جعبه SO8 - به اندازه یک نوت بوک مربعی قرار می گیرد.

یکی از مشکلات داک ماسفتترانزیستور و میکروکنترلر (یا مدار دیجیتال) به این صورت است که برای اینکه این ترانزیستور کاملاً باز شود تا کاملاً اشباع شود، باید ولتاژ کمی بیشتری را به گیت وارد کند. معمولاً این حدود 10 ولت است و MK می تواند حداکثر 5 ولت خروجی دهد.
سه گزینه وجود دارد:

اما به طور کلی، نصب درایور صحیح تر است، زیرا علاوه بر عملکردهای اصلی تولید سیگنال های کنترل، حفاظت جریان، حفاظت در برابر خرابی، اضافه ولتاژ، به عنوان یک بابل اضافی، سرعت باز شدن را به حداکثر می رساند. در کل جریان خود را بیهوده مصرف نمی کند.

انتخاب ترانزیستور نیز چندان دشوار نیست، به خصوص اگر با حالت های محدود کننده زحمتی ندارید. اول از همه، شما باید در مورد مقدار جریان تخلیه نگران باشید - I Drain یا شناسهشما یک ترانزیستور را بر اساس حداکثر جریان برای بار خود انتخاب می کنید، ترجیحاً با حاشیه 10 درصد. پارامتر مهم بعدی برای شما این است که VGS- ولتاژ اشباع منبع- گیت یا به عبارت ساده تر، ولتاژ کنترل. گاهی اوقات نوشته می شود، اما بیشتر اوقات باید به نمودارها نگاه کنید. به دنبال نموداری از ویژگی خروجی Dependency شناسهاز جانب VDSدر مقادیر مختلف VGS. و شما متوجه می شوید که چه نوع رژیمی خواهید داشت.

به عنوان مثال، شما باید موتور را با ولتاژ 12 ولت، با جریان 8 آمپر تغذیه کنید. شما درایور را خراب کردید و فقط یک سیگنال کنترل 5 ولت دارید. اولین چیزی که بعد از این مقاله به ذهنم رسید IRF630 بود. جریان با حاشیه 9 آمپر در مقابل 8 مورد نیاز مناسب است. اما بیایید به مشخصه خروجی نگاه کنیم:

اگر قرار است از PWM روی این سوئیچ استفاده کنید، باید زمان باز و بسته شدن ترانزیستور را جویا شوید، بزرگترین ترانزیستور را انتخاب کنید و نسبت به زمان، حداکثر فرکانس آن را محاسبه کنید. این مقدار نامیده می شود تاخیر سوئیچیا تن,خاموش کردن، به طور کلی، چیزی شبیه به این. خب فرکانس 1/t است. همچنین ایده خوبی است که به ظرفیت دروازه نگاه کنید C issبر اساس آن و همچنین مقاومت محدود کننده در مدار گیت، می توانید ثابت زمانی شارژ مدار گیت RC را محاسبه کرده و عملکرد را تخمین بزنید. اگر ثابت زمانی بیشتر از دوره PWM باشد، ترانزیستور باز/بسته نمی‌شود، اما در حالت میانی آویزان می‌شود، زیرا ولتاژ در گیت آن توسط این مدار RC به یک ولتاژ ثابت ادغام می‌شود.

هنگام کار با این ترانزیستورها این واقعیت را در نظر داشته باشید که آنها نه تنها از الکتریسیته ساکن می ترسند، بلکه بسیار قوی هستند. نفوذ در شاتر با یک بار استاتیک بیش از حد ممکن است. پس چطوری خریدمش؟ بلافاصله به فویلو تا زمانی که آن را مهر و موم نکرده اید، آن را خارج نکنید. ابتدا خود را به باتری زمین بزنید و یک کلاه فویل بگذارید :).

استفاده از اپتوتریستورها

Optosimistors MOS301x، MOS302x، MOS303x، MOS304x، MOS306x، MOS308x
اپتوسیمیستورها متعلق به کلاس اپتوکوپلرها هستند و ایزولاسیون گالوانیکی بسیار خوبی (حدود 7500 ولت) بین مدار کنترل و بار ایجاد می کنند. این عناصر رادیویی شامل یک LED مادون قرمز است که از طریق یک کانال نوری به یک تریاک سیلیکونی دو طرفه متصل شده است. دومی را می توان با یک مدار باز کردن قفل تکمیل کرد که هنگام عبور ولتاژ تغذیه از صفر فعال می شود.
این عناصر رادیویی مخصوصاً هنگام کنترل تریاک های قوی تر، به عنوان مثال، هنگام اجرای رله های ولتاژ بالا یا توان بالا ضروری هستند. چنین اپتوکوپلرهایی برای ارتباط بین مدارهای منطقی با سطوح ولتاژ پایین و باری که توسط ولتاژ شبکه 220 ولت تغذیه می‌شود، طراحی شده‌اند. اپتوسیمیستور را می‌توان در یک بسته DIP با اندازه کوچک با شش پین قرار داد؛ پین اوت و ساختار داخلی آن در شکل نشان داده شده است. 1.

جدول طبقه بندی اپتوسیمیستورها را با توجه به بزرگی جریان رو به جلو از طریق LED IFT که دستگاه را باز می کند و حداکثر ولتاژ تکرار شونده رو به جلو که تریاک می تواند در خروجی تحمل کند (VDRM) را نشان می دهد. این جدول همچنین ویژگی تریاک را برای باز شدن زمانی که ولتاژ تغذیه از صفر عبور می کند، یادداشت می کند. برای کاهش تداخل، ترجیحاً از تریاک هایی استفاده شود که با عبور ولتاژ تغذیه از صفر باز می شوند.

در مورد عناصر با تشخیص ولتاژ تغذیه صفر، مرحله خروجی آنها زمانی فعال می شود که ولتاژ تغذیه از یک آستانه معین، معمولاً 5 ولت (حداکثر 20 ولت) فراتر رود. سری MOS301x و MOS302x بیشتر با بارهای مقاومتی یا در مواردی که ولتاژ تغذیه بار باید خاموش شود استفاده می شود. هنگامی که یک تریاک در حالت رسانایی است، حداکثر افت ولتاژ در پایانه های آن معمولاً 1.8 ولت (حداکثر 3 ولت) در جریانی تا 100 میلی آمپر است. جریان نگهدارنده (IH)، که رسانایی مرحله خروجی اپتوسیمیستور را حفظ می کند، برابر با 100 μA است، هر چه باشد (منفی یا مثبت) در طول نیم چرخه ولتاژ تغذیه.
جریان نشتی خارج از حالت مرحله خروجی (ID) بسته به مدل optosimistor متفاوت است. برای اپتوسیمیستورهای با تشخیص صفر، جریان نشتی می تواند به 0.5 میلی آمپر برسد اگر LED روشن باشد (جریان جریان IF).
LED مادون قرمز دارای جریان نشتی معکوس 0.05 µA (حداکثر 100 µA) و حداکثر افت ولتاژ پیشروی 1.5 ولت برای همه مدل‌های اپتوسیمیستور است. حداکثر ولتاژ معکوس LED مجاز برای مدل‌های MOS301x، MOS302x و MOS303x 3 ولت و برای مدل‌های MOS304x 6 ولت است. MOSZO6x و MOSZO8x.
حداکثر ویژگی های مجاز
حداکثر جریان مجاز از طریق LED در حالت پیوسته بیش از 60 میلی آمپر نیست.
حداکثر جریان پالس در حالت هدایت سوئیچ مرحله خروجی بیش از 1 A نیست.
مجموع اتلاف توان اپتوسیمیستور نباید از 250 میلی وات تجاوز کند (حداکثر 120 میلی وات برای LED و 150 میلی وات برای مرحله خروجی در T - 25˚C).

کاربرد اپتوسیمیستورها

شکل 2 الف-ه نمودارهای مختلفی از کاربردهای معمولی اپتوسیمیستورها را نشان می دهد که در ماهیت بار و روش های اتصال بار و توان با یکدیگر متفاوت هستند.
مقاومت جاده
محاسبه مقاومت این مقاومت به حداقل جریان رو به جلو LED مادون قرمز بستگی دارد که راه اندازی تریاک را تضمین می کند. بنابراین، Rd = (+V - 1.5) / IF.
به عنوان مثال، برای یک مدار کنترل ترانزیستور برای یک اپتوسیمیستور با ولتاژ تغذیه 5+ ولت (شکل 3) و ولتاژ ترانزیستور باز (Uke us) برابر با 0.3 ولت، +V 4.7 ولت خواهد بود و IF باید در محدوده بین 15 تا 50 میلی متر برای MOS3041. IF - 20 میلی آمپر باید با در نظر گرفتن کاهش راندمان LED در طول عمر سرویس (ذخیره 5 میلی آمپر) در نظر گرفته شود و به طور کامل از عملکرد اپتوکوپلر با تضعیف تدریجی جریان اطمینان حاصل شود. بدین ترتیب داریم:
Rv = (4.7 - 1.5) / 0.02 = 160 اهم.
شما باید یک مقدار مقاومت استاندارد را انتخاب کنید، یعنی 150 اهم برای MOS3041 و مقاومت 100 اهم برای MOS3020.
مقاومت آر
هنگامی که بار کاملاً مقاومتی است، نیازی به گنجاندن مقاومت R نیست. با این حال، اگر تریاک توسط یک مدار RP - CP محافظت شود، که اغلب یک مدار خاموش کننده جرقه نامیده می شود، مقاومت R امکان محدود کردن جریان را از طریق الکترود کنترل اپتوسیمیستور فراهم می کند. در واقع، در مورد یک بار القایی، جریان عبوری از تریاک و ولتاژ اعمال شده به مدار در پادفاز هستند. از آنجایی که با عبور جریان از صفر، تریاک دیگر رسانا نیست، خازن مدار حفاظتی CP می تواند از طریق اپتوسیمیستور تخلیه شود. سپس مقاومت R این جریان تخلیه را محدود می کند. حداقل مقدار مقاومت آن به حداکثر ولتاژ خازن و حداکثر جریان مجاز برای اپتوسیمیستور بستگی دارد، بنابراین برای ولتاژ تغذیه 220 ولت:
Rmin = 220 V x 1.41 / 1A - 311 Ohm.
از طرف دیگر، مقدار R خیلی بزرگ می تواند منجر به نقص شود. بنابراین، آنها R - 330 یا 390 Ohms را می پذیرند.
مقاومت RG
مقاومت RG فقط زمانی مورد نیاز است که مقاومت ورودی الکترود کنترل بسیار بالا باشد، یعنی در مورد یک تریاک حساس. مقدار مقاومت RG می تواند در محدوده 100 تا 500 اهم باشد.
مقاومت‌های RG و R تاخیری را در باز کردن قفل تریاک ایجاد می‌کنند که هر چه مقاومت این مقاومت‌ها بیشتر باشد، این تاخیر بیشتر خواهد بود. زنجیره Ra - Ca
برای محدود کردن نرخ تغییر ولتاژ dV/dt در خروجی اپتوسیمیستور، یک مدار snubber مورد نیاز است (شکل 2d).
انتخاب مقدار مقاومت Ra بستگی به حساسیت تریاک و ولتاژ Va دارد که از آن تریاک باید کار کند. بدین ترتیب داریم:
R + Ra = Va / IG.
برای یک تریاک با جریان کنترل IG = 25 میلی آمپر و ولتاژ ماشه Va = 20 ولت، به دست می آوریم: R + Ra = 20 / 0.025 - 800 اهم
یا: Ra = 800 - 330 = 470 Ohm.
برای اینکه تریاک سریع سوئیچ کند، باید شرایط زیر رعایت شود: dV / dt = 311 / Ra x Ca.
برای MOS3020، حداکثر مقدار dV/dt 10 V/µs است.
بنابراین: Ca = 311 / (470 x 107) = 66 nF.
ما انتخاب می کنیم: Ca = 68 nF.
اظهار نظر.
در مورد زنجیره اسنابر، مقادیر تجربی به طور کلی به محاسبات نظری ارجحیت دارند.
حفاظت
اکیداً توصیه می شود که از تریاک و اپتوسیمیستور هنگام کار بر روی بار القایی یا زمانی که تداخل به طور مکرر شبکه را تحت تأثیر قرار می دهد، محافظت شود.
برای یک تریاک، یک مدار RC خاموش کننده جرقه به سادگی ضروری است. برای یک optosimistor با تشخیص صفر، مانند MOS3041، این مطلوب است. مقاومت مقاومت R باید از 27 اهم به 330 اهم افزایش یابد (به جز مواردی که تریاک کنترل شده حساس نیست).
اگر از مدلی بدون تشخیص صفر استفاده شود، زنجیره اسنابر Ra - Ca مورد نیاز است.

گاهی اوقات زمانی فرا می رسد که کاربر می خواهد یک دستگاه قدرتمند را با استفاده از . همه ما می دانیم که آردوینو می تواند در هر یک از خروجی های خود 20 میلی آمپر (حداکثر 40 میلی آمپر) خروجی دهد. خوب، اما وقتی می خواهیم مثلاً یک موتور DC را کنترل کنیم، چه کار کنیم.

در این مورد، برای مثال، می توانیم از ترانزیستور دوقطبی استفاده کنیم، اگر جریان خیلی زیاد نباشد، پل L293D یا ترانزیستور ماسفت.

ماسفت چیست؟

در پروژه ما از ترانزیستور STP16NF06L MOSFET استفاده خواهیم کرد که دارای یک کانال نوع N است.

ماسفت یک ترانزیستور اثر میدانی است که دارای 3 پایه است: منبع (S)، دروازه (G) و تخلیه (D). جریان بین منبع و زهکش از طریق کانال به اصطلاح جریان می یابد. مقدار جریان جاری بستگی به ولتاژ کنترل اعمال شده به دروازه - منبع دارد.

ترانزیستورهای ماسفت سریعتر از ترانزیستورهای دوقطبی هستند، زیرا فرآیندهایی که در آنها اتفاق می افتد صرفاً الکترواستاتیک هستند. عامل اصلی موثر بر زمان سوئیچینگ وجود ظرفیت گیت است.

اتصال ماسفت به آردوینو

گیت (G) ترانزیستور ماسفت باید به آردوینو متصل شود. به طور کلی می توان گفت که منبع (S) باید به منفی مدار ما وصل شود و درین (D) باید به نگاتیو جسمی که می خواهیم کنترل کنیم (مثلاً یک لامپ) وصل شود. ، یک موتور). علاوه بر این، ارزش اتصال یک مقاومت بین دروازه (G) و منبع (S) را دارد. این به ما اطمینان می دهد که وقتی سیگنال کنترلی از آردوینو وجود نداشته باشد، گیت پایین خواهد بود.

علاوه بر این، در صورت خرابی کابل، این اطمینان را خواهیم داشت که هیچ حالت نامشخصی در دروازه وجود نخواهد داشت که باعث روشن و خاموش شدن شی کنترل شده شود.

در مورد ما، ما از یک موتور DC برای کنترل استفاده خواهیم کرد. مدار ما برای افزایش و کاهش دور موتور طراحی شده است.

ما همه چیز را مطابق شکل زیر وصل می کنیم. علاوه بر این، می توانید یک منبع تغذیه خارجی را وصل کنید، بدون اینکه پایه های منبع تغذیه و آردوینو را برای اتصال به یکدیگر فراموش کنید.

برای سیستم خانه هوشمند، وظیفه اصلی کنترل لوازم خانگی از طریق یک دستگاه کنترل است، خواه میکروکنترلر آردوینو باشد، یا میکروکامپیوتر نوع Raspberry PI یا هر چیز دیگری. اما انجام مستقیم این کار امکان پذیر نخواهد بود، بیایید نحوه کنترل بار 220 ولت با آردوینو را دریابیم.

یک میکروکنترلر برای کنترل مدارهای AC به دو دلیل کافی نیست:

1. در خروجی میکروکنترلریک سیگنال ولتاژ ثابت تولید می شود.

2. جریان عبوری از پایه میکروکنترلر معمولاً به 20-40 میلی آمپر محدود می شود.

ما دو گزینه برای سوئیچینگ با استفاده از رله یا استفاده از تریاک داریم. ترایاک را می توان با دو تریستور متصل به هم جایگزین کرد (این ساختار داخلی تریاک است). بیایید نگاهی دقیق تر به این بیندازیم.

کنترل بار 220 ولت با استفاده از تریاک و میکروکنترلر

ساختار داخلی تریاک در تصویر زیر نشان داده شده است.

تریستور به صورت زیر عمل می کند: هنگامی که یک ولتاژ بایاس رو به جلو به تریستور اعمال می شود (به اضافه آند و منهای به کاتد)، هیچ جریانی از آن عبور نمی کند تا زمانی که یک پالس کنترل را به الکترود کنترل اعمال کنید.

من انگیزه را به دلیلی نوشتم. برخلاف ترانزیستور، تریستور یک کلید نیمه هادی نیمه کنترل شده است. این بدان معنی است که وقتی سیگنال کنترل حذف می شود، جریان از طریق تریستور به جریان خود ادامه می دهد، یعنی. باز خواهد ماند برای بسته شدن آن، باید جریان مدار را قطع کنید یا قطبیت ولتاژ اعمال شده را تغییر دهید.

این بدان معنی است که با حفظ یک پالس مثبت روی الکترود کنترل، تریستور در مدار جریان متناوب فقط نیم موج مثبت را منتقل می کند. یک تریاک می تواند جریان را در هر دو جهت عبور دهد، اما از آنجا که از دو تریستور که به یکدیگر متصل هستند تشکیل شده است.

قطبیت پالس های کنترل برای هر یک از تریستورهای داخلی باید با قطبیت نیم موج متناظر مطابقت داشته باشد؛ فقط در صورت رعایت این شرط، جریان متناوب از طریق تریاک جریان می یابد. در عمل، چنین طرحی در مشترک اجرا می شود.

همانطور که قبلاً گفتم، میکروکنترلر تنها سیگنالی با یک قطبیت تولید می کند؛ برای مطابقت با سیگنال، باید از یک درایور ساخته شده بر روی optosimistor استفاده کنید.

بنابراین، سیگنال LED داخلی اپتوکوپلر را روشن می کند، تریاک را باز می کند، که سیگنال کنترل را به تریاک T1 تغذیه می کند. MOC3063 و موارد مشابه را می توان به عنوان درایور نور استفاده کرد، به عنوان مثال، عکس زیر MOC3041 را نشان می دهد.

مدار عبور از صفر - مدار آشکارساز انتقال فاز از طریق صفر. برای پیاده سازی انواع مختلف تنظیم کننده های تریاک روی میکروکنترلر مورد نیاز است.

اگر مدار فاقد درایور نوری باشد، جایی که تطبیق از طریق یک پل دیودی سازماندهی شده است، اما، بر خلاف نسخه قبلی، عایق گالوانیکی وجود ندارد. این بدان معنی است که در اولین افزایش ولتاژ، پل ممکن است شکسته شود و ولتاژ بالا در پایه میکروکنترلر ظاهر شود که بد است.

هنگام روشن/خاموش کردن یک بار قدرتمند، به ویژه یک بار القایی، مانند موتورها و آهنرباهای الکتریکی، نوسانات ولتاژ رخ می دهد، بنابراین یک مدار RC snubber باید به موازات همه دستگاه های نیمه هادی نصب شود.

رله و آردوینو

برای کنترل رله با آردوینو، باید از یک ترانزیستور اضافی برای تقویت جریان استفاده کنید.

لطفاً توجه داشته باشید که از ترانزیستور دوقطبی رسانش معکوس (ساختار NPN) استفاده می شود؛ این می تواند KT315 داخلی باشد (محبوب و شناخته شده برای همه). یک دیود برای خنثی کردن انفجارهای EMF خود القایی در اندوکتانس مورد نیاز است؛ این امر برای اینکه ترانزیستور از ولتاژ اعمال شده بالا خراب نشود ضروری است. چرا این اتفاق می افتد با قانون کموتاسیون توضیح داده می شود: "جریان در یک اندوکتانس نمی تواند فورا تغییر کند."

و هنگامی که ترانزیستور بسته می شود (پالس کنترل حذف می شود)، انرژی میدان مغناطیسی انباشته شده در سیم پیچ رله باید به جایی برود، به همین دلیل یک دیود معکوس نصب می شود. یک بار دیگر متذکر می شوم که دیود در جهت معکوس وصل شده است، یعنی. کاتد به مثبت، آند به منفی.

شما می توانید چنین مداری را با دستان خود مونتاژ کنید که بسیار ارزان تر است، به علاوه می توانید از مدار طراحی شده برای هر ولتاژ DC استفاده کنید.

یا یک ماژول آماده یا یک شیلد کامل با رله برای آردوینو بخرید:

عکس یک سپر خانگی را نشان می دهد، اتفاقاً از KT315G برای تقویت جریان استفاده می کند و در زیر همان سپر کارخانه ای را مشاهده می کنید:

نتیجه

کنترل ایمن بار AC به این معنی است که اول از همه، تمام اطلاعاتی که در بالا توضیح داده شد برای هر میکروکنترلر معتبر است، نه فقط برد آردوینو.

وظیفه اصلی تامین ولتاژ و جریان لازم برای کنترل تریاک یا رله و ایزولاسیون گالوانیکی مدارهای کنترل و مدار برق AC است.

علاوه بر ایمنی برای میکروکنترلر، در این روش از خود محافظت می کنید تا در حین سرویس دچار آسیب الکتریکی نشوید. هنگام کار با ولتاژ بالا، باید تمام قوانین ایمنی را رعایت کنید، PUE و PTEEP را رعایت کنید.

از این طرح ها نیز می توان استفاده کرد. تریاک ها و رله ها در این مورد به عنوان تقویت کننده میانی و تطبیق سیگنال عمل می کنند. در دستگاه های سوئیچینگ قدرتمند، جریان های کنترل سیم پیچ زیاد است و مستقیماً به توان کنتاکتور یا استارت بستگی دارد.

الکسی بارتوش

---