Ключ на полевом транзисторе своими руками
Пожалуй, даже далёкий от электроники человек слышал, что существует такой элемент, как реле. Простейшее электромагнитное реле содержит в себе электромагнит, при подаче на который напряжения происходит замыкание двух других контактов. С помощью реле мы может коммутировать довольно мощную нагрузку, подавая или наоборот, снимая напряжение с управляющих контактов. Наибольшее распространение получили реле, управляющиеся от 12-ти вольт. Также встречаются реле на напряжение 3, 5, 24 вольта.
Однако коммутировать мощную нагрузку можно не только с помощью реле. В последнее время широкое распространение получили мощные полевые транзисторы. Одно из их главных предназначений – 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.
При этом ключ на полевом транзисторе имеет перед реле некоторые преимущества, такие, как:
- Большая долговечность. Довольно часто реле выходят из строя из-за наличия механически подвижных частей, транзистор же при правильных условиях эксплуатации имеет гораздо больший срок службы.
- Экономичность. Обмотка реле потребляет ток, причём иногда весьма значительный. Затвор транзистора же потребляет ток только в момент подачи на него напряжения, затем он практически не потребляет тока.
- Отсутствие щелчков при переключении.
Схема
Схема ключа на полевого транзистора представлена ниже:
Резистор R1 в ней является токоограничивающим, он нужен для того, чтобы уменьшить ток, потребляемый затвором в момент открытия, без него транзистор может выйти из строя.
Номинал этого резистора можно спокойно изменять в широких пределах, от 10 до 100 Ом, это не скажется на работе схемы.
Резистор R2 подтягивает затвор к истоку, тем самым уравнивая их потенциалы тогда, когда на затвор не подаётся напряжение. Без него затвор останется «висеть в воздухе» и транзистор не сможет гарантированно закрыться. Номинал этого резистора также можно менять в широких пределах – от 1 до 10 кОм.
Транзистор Т1 – полевой N-канальный транзистор. Его нужно выбирать исходя из мощности, потребляемой нагрузкой и величины управляющего напряжения. Если оно меньше 7-ти вольт, следует взять так называемый «логический» полевой транзистор, который надёжно открывает 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 любые другие аналогичные. 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 оно составляет сотые доли Ома, что совершенно не критично при коммутации нагрузки небольшой мощности, но весьма существенно при больших токах. Поэтому, чтобы снизить падение напряжения на транзисторе и, соответственно, уменьшить его нагрев, нужно выбирать транзистор с наименьшим сопротивлением открытого канала.
«N» на схеме – какая-либо нагрузка.
Недостатком ключа на транзисторе является то, что он может работать только в цепях постоянного тока, ведь ток идёт только от Стока к Истоку.
Изготовление ключа на полевом транзисторе
Собрать такую простую схему можно и навесным монтажом, но я решил изготовить миниатюрную печатную плату с помощью лазерно-утюжной технологии (ЛУТ). Порядок действий, следующий:
2) На специальной термотрансферной бумаге печатаем рисунок печатной платы. Можно использовать глянцевую бумагу из журналов или кальку. Плотность тонера на принтере следует выставить максимальную.
3) Переносим рисунок с бумаги на текстолит, используя утюг. При этом следует контролировать, чтобы бумажка с рисунком не смещалась относительно текстолита. Время нагрева зависит от температуры утюга и лежит в пределах 30 – 90 секунд.
4) В итоге на текстолите появляется рисунок дорожек в зеркальном отображении. Если тонер местами плохо прилип к будущей плате, можно подправить огрехи в помощью женского лака для ногтей.
5) Далее, кладём текстолит травиться. Существует множество способов изготовить раствор для травления, я пользуюсь смесью лимонной кислоты, соли и перекиси водорода.
После травления плата приобретает такой вид:
6) Затем необходимо удалить тонер с текстолита, проще всего это сделать с помощью жидкости для снятия лака для ногтей.
Можно использовать ацетон и другие подобные растворители, я применил нефтяной сольвент.
7) Дело за малым – теперь осталось просверлить отверстия в нужных местах и залудить плату. После этого она приобретает такой вид:
Плата готова к запаиванию в неё деталей. Потребуются всего два резистора и транзистор.
На плате имеются два контакта для подачи на них управляющего напряжения, два контакта для подключения источника, питающего нагрузку, и два контакта для подключения самой нагрузки. Плата со впаянными деталями выглядит вот так:В качестве нагрузки для проверки работы схемы я взял два мощных резистора по 100 Ом, включенных параллельно.
Использовать устройство я планирую в связке с датчиком влажности (плата на заднем плане). Именно с него на схему ключа поступает управляющее напряжение 12 вольт.
Испытания показали, что транзисторный ключ прекрасно работает, подавая напряжение на нагрузку. Падение напряжение на транзисторе при этом составило 0,07 вольта, что в данном случае совсем не критично. Нагрева транзистора на наблюдается даже при постоянной работе схемы. Успешной сборки!
plata.zip [4.93 Kb] (cкачиваний: 1763)
Схема порогового устройства для реле, позволяющая сделать малую разницу между напряжением его включения и выключения | ЭлектроХобби
Схема простого порогового устройства для электромагнитного релеДля начала стоит уточнить назначение данной схемы, кто не понял это из названия темы. Как известно, обычное электромагнитное реле имеет разные величины своего включения и выключения. Если взять для примера реле на 12 вольт, то оно может уже сработать при напряжении 5,5 вольт. Но, при этом сила прижатия контактов и скорость срабатывания будут снижены, в сравнении с работой при номинальном напряжении 12 вольт.
Отключение такого реле может быть вовсе при 2,5 вольтах. То есть, если реле стоит в электронной схеме, где медленно и плавно изменяется напряжение, подаваемое на катушку реле, то работа реле в такой схеме будет крайне нестабильной, будут иметь место ошибочные срабатывания.
Чтобы сделать включение и выключение реле в подобных схемах более стабильными, то можно использовать пороговое устройство. Предлагаемая схема будет включать реле только в том случае, когда напряжение на схеме будет выше 11,6 вольт, а выключать тогда, когда напряжение станет ниже 11,4 вольта. Это для работы с реле на 12 вольт. Разница между напряжениями включения и выключения будет всего 0,2 вольта.
Хотя, если подумать, то этой схеме порогового устройства можно найти и другие применения. Ну, а теперь давайте рассмотрим принцип действия этого устройства. В начале схемы стоит делитель напряжения, собранный на базе линейного стабилизатора. Он представлен стабилитроном VD1 (рассчитанным на напряжение 11 вольт) и резистором R1.
Если на этом делителе постепенно увеличивать напряжение, начиная от 0, то до напряжения 11 вольт все это напряжение будет оседать только на стабилитроне. Как только напряжение станет больше 11 вольт, то весь излишек будет уже падать на резисторе R1. Это и позволяет нам получить эффект порогового напряжения.
Следующим моментом является то, что для открытия биполярного транзистора VT1 между его базой и эмиттером напряжение должно быть не менее 0,6 вольт. При меньшем напряжении транзистор еще закрыт, и через эмиттер-коллекторный переход не может протекать ток. База-эмиттерный переход подключен к резистору R1 параллельно, хотя и через еще одни резистор R2. R2 выполняет функцию токоограничения, чтобы не возникал чрезмерный ток, способный спалить транзистор. В итоге, сначала напряжение увеличивается на стабилитроне, после величины 11 вольт, начинает подниматься и на R1. И как только на R1 появилось 0,6 вольта, то происходит открытие биполярного транзистора. А это приводит к срабатыванию электромагнитного реле.
То есть, для срабатывания реле величина напряжения на схеме должна быть выше чем 11,6 вольт (11V для стабилитрона и 0,6V для управляющего транзисторного перехода).
Когда же напряжение снова опустится ниже 11,6 вольт. А в данной схеме этот предел уже равен 11,4 вольта, то произойдет отключение электромагнитного реле. Причем стоит заметить, что биполярные транзисторы управляются именно током, а не напряжением. Другими словами говоря – биполярные транзисторы имеют свой определенный коэффициент усиления. У КТ814 он равен 40. Входной ток транзистора будет усилен в 40 раз. Для срабатывания обычного, маломощного реле нужен ток около 60 мА. Следовательно, для полноценного включения реле через базу транзистора VT1 должен протекать ток не менее 1,5 мА (в 40 раз меньше).
Параллельно реле стоит обычный выпрямительный диод типа 1n4007. Он нужен для подавления кратковременных скачков высокого напряжения, которые возникают на концах катушки реле в момент ее резкого отключения от питания. Этот всплеск ЭДС самоиндукции имеет противоположную полярность, для которой диод находится в прямом включении.
В итоге этот всплеск закорачивается на диоде и гасится.
В данной схеме использован биполярный транзистор КТ814, имеющий p-n-p проводимость. Если у вас есть транзисторы n-p-n проводимости, например КТ815, то в схему можно поставить и его. В этом случае нужно изменить полярность, как на диоде и стабилитроне (их перевернуть обратной стороной), так и на самом питании (плюс и минус поменять местами).
Если вы хотите собрать данную схему для реле с другим рабочим напряжением, тогда в первую очередь нужно заменить стабилитрон. Ставим стабилитрон, у которого напряжение стабилизации на 1 вольт будет меньше напряжения питания реле. Помимо этого при большем напряжении стоит пропорционально увеличить номиналы резисторов R1 и R2. Транзистор можно не менять, поскольку его максимальный коллекторный ток равен 1,5 ампер, чего будет более чем достаточно для любых маломощных реле.
Внешний вид электромагнитного реле на напряжение 12 вольтрелепороговоеустройствоэлектромагнитноесхема
Поделиться в социальных сетях
Вам может понравиться
Схема драйвера транзисторного релес формулой и расчетами
В этой статье мы всесторонне изучим схему драйвера транзисторного реле и научимся проектировать ее конфигурацию, вычисляя параметры по формулам.
Важность реле
Реле являются одним из наиболее важных компонентов электронных схем. Реле играют главную роль в реализации операций, особенно в цепях, в которых используется передача большой мощности или коммутация нагрузки сети переменного тока.
Здесь мы научимся правильно управлять реле с помощью транзистора и применим конструкцию в электронной системе для беспроблемного переключения подключенной нагрузки.
Подробное описание работы реле см. в этой статье.
Он отвечает за переключение внешней нагрузки, подключенной к его контактам, в ответ на относительно меньшую электрическую мощность, подаваемую на соответствующую катушку.
Обычно катушка наматывается на железный сердечник, когда на катушку подается небольшой постоянный ток, она возбуждается и ведет себя как электромагнит.
Подпружиненный контактный механизм, расположенный в непосредственной близости от катушки, немедленно реагирует и притягивается к электромагнитной силе катушки.
По ходу контакт соединяет одну из своих пар вместе и разъединяет связанную с ним комплементарную пару.
Обратное происходит, когда постоянный ток отключается от катушки, и контакты возвращаются в исходное положение, соединяя предыдущий набор дополнительных контактов, и цикл может повторяться столько раз, сколько возможно.
Для электронной схемы обычно требуется драйвер реле, использующий каскад транзисторной схемы, чтобы преобразовывать его маломощный коммутационный выход постоянного тока в высокомощный сетевой коммутационный выход переменного тока.
Однако сигналы низкого уровня от электроники, которые могут быть получены от каскада ИС или слаботочного транзисторного каскада, могут быть неспособны напрямую управлять реле. Потому что для реле требуются относительно более высокие токи, которые обычно могут быть недоступны для источника IC или транзисторного каскада с низким током.
Чтобы решить вышеуказанную проблему, релейная ступень управления становится обязательной для всех электронных схем, которые нуждаются в этой услуге.
Драйвер реле — это не что иное, как дополнительная транзисторная ступень, соединенная с реле, которым необходимо управлять. Транзистор обычно используется исключительно для управления реле в ответ на команды, полученные от предыдущей ступени управления.
Принципиальная схема
Ссылаясь на приведенную выше принципиальную схему, мы видим, что конфигурация включает только транзистор, базовый резистор и реле с обратным диодом.
Тем не менее, есть несколько сложностей, которые необходимо решить, прежде чем проект можно будет использовать для требуемых функций:
Поскольку базовое управляющее напряжение на транзисторе является основным источником для управления операциями реле, его необходимо точно рассчитать для оптимальные результаты.
Величина базового резистора, прямо пропорциональная току на выводах коллектора/эмиттера транзистора, или, другими словами, току катушки реле, являющемуся нагрузкой коллектора транзистора, становится одним из основных факторов и напрямую влияет на номинал базового резистора транзистора.
Формула расчета
Основная формула для расчета базового резистора транзистора определяется выражением:
R = (Us — 0,6)hFE / ток катушки реле,
- Где R = базовый резистор транзистора. транзистор,
- Us = Источник или напряжение срабатывания на базовом резисторе,
- hFE = Коэффициент усиления по прямому току транзистора,
Последнее выражение, которое представляет собой «ток реле», может быть найдено путем решения следующего закона Ома :
I = Us/R, где I — требуемый ток реле, Us — напряжение питания реле.
Практическое применение
Сопротивление обмотки реле можно легко определить с помощью мультиметра.
Us также будет известным параметром.
Допустим, питание Us = 12 В, сопротивление катушки 400 Ом, тогда
Ток реле I = 12/400 = 0,03 или 30 мА.
Также можно предположить, что Hfe любого стандартного транзистора с низким уровнем сигнала составляет около 150.
Применяя приведенные выше значения к реальному уравнению, получаем
R = (Ub — 0,6) × Hfe ÷ Релейный ток
R = (12 – 0,6)150/0,03 значение равно 56 К.
Диод, подключенный к катушке реле, хотя и никак не связан с приведенным выше расчетом, его все же нельзя игнорировать.
Диод следит за тем, чтобы обратная ЭДС, генерируемая катушкой реле, замыкалась через него, а не сбрасывалась в транзистор. Без этого диода обратная ЭДС попытается найти путь через коллектор-эмиттер транзистора и в ходе этого необратимо повредить транзистор в течение нескольких секунд.
Драйвер реле Схема с использованием PNP BJT
Транзистор лучше всего работает в качестве переключателя, когда он подключен к схеме с общим эмиттером, что означает, что эмиттер BJT всегда должен быть подключен непосредственно к линии «земли». Здесь «земля» относится к отрицательной линии для NPN и положительной линии для PNP BJT.
Если в цепи используется NPN, нагрузка должна быть подключена к коллектору, что позволит включать/выключать его путем включения/выключения отрицательной линии.
Это уже объяснялось в приведенных выше обсуждениях.
Если вы хотите включить/выключить положительную линию, в этом случае вам придется использовать PNP BJT для управления реле. Здесь реле может быть подключено через отрицательную линию питания и коллектор PNP. Пожалуйста, смотрите рисунок ниже для точной конфигурации.
Однако для запуска PNP потребуется отрицательный триггер в его основании, поэтому, если вы хотите реализовать систему с положительным триггером, вам, возможно, придется использовать комбинацию BJT NPN и PNP, как показано на следующем рисунке. :
Если у вас есть какие-либо конкретные вопросы относительно вышеуказанной концепции, пожалуйста, не стесняйтесь выражать их в комментариях для получения быстрых ответов.
Драйвер реле энергосбережения
Обычно напряжение питания для работы реле рассчитано на оптимальное втягивание реле. Однако требуемое удерживающее напряжение обычно намного ниже.
Обычно это даже не половина напряжения срабатывания.
В результате большинство реле могут без проблем работать даже при таком пониженном напряжении, но только тогда, когда обеспечено, чтобы при начальном включении напряжение было достаточно высоким для втягивания.
Схема, представленная ниже, может быть идеальной для реле, предназначенных для работы с током 100 мА или ниже, и при напряжении питания ниже 25 В. Использование этой схемы обеспечивает два преимущества: во-первых, реле работает, используя очень низкий ток; на 50 % меньше номинального напряжения питания, а ток снижен примерно до 1/4 фактического номинального значения реле! Во-вторых, реле с более высоким номинальным напряжением можно использовать с более низкими диапазонами питания. (Например, реле на 9 В, которое требуется для работы с 5 В от источника питания TTL).
Видно, что цепь подключена к напряжению питания, способному идеально удерживать реле. Пока S1 открыт, C1 заряжается через R2 до напряжения питания. R1 подключен к клемме +, а T1 остается выключенным.
В момент нажатия S1 база T1 подключается к общему источнику питания через R1, так что она включается и приводит в действие реле.
Положительная клемма C1 подключается к общему заземлению через переключатель S1. Учитывая, что этот конденсатор изначально был заряжен до напряжения питания, его -клемма в этот момент становится отрицательной. Таким образом, напряжение на катушке реле в два раза превышает напряжение питания, и это приводит к срабатыванию реле. Переключатель S1 можно, конечно, заменить любым транзистором общего назначения, который можно включать и выключать по мере необходимости.
arduino — Как подать питание на катушку реле 12 В с помощью биполярного транзистора 2N2222?
Задавать вопрос
спросил
Изменено 1 год, 11 месяцев назад
Просмотрено 7к раз
\$\начало группы\$
Я относительно новичок в работе с транзисторами, и у меня возникли проблемы с запуском этой схемы.
Я хочу использовать контакты ввода-вывода Arduino (выход 5 В) для подачи питания на катушку реле 12 В. Для этого я запитываю Arduino 12 вольт через порт питания на Arduino. Для моей транзисторной схемы я беру напряжение с контакта Vin на Arduinio, который также имеет напряжение 12 В.
Я не могу понять, как сделать так, чтобы переключение вывода ввода-вывода с 0 В на 5 В переключало транзистор, что позволяло 12 В проходить через катушку реле.
Я знаю уравнения для рабочих областей и предполагаю, что пытаюсь перевести транзистор в активное состояние, имея Vbe > 0,7 В, но я действительно не знаю, как настроить схему, чтобы правильно его регулировать.
- Arduino
- транзисторы
- MOSFET
- реле
\$\конечная группа\$
4
\$\начало группы\$
На этот вопрос, наверное, уже отвечали сотни раз.