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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Interruptor poderoso no transistor MIS. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Relógios, temporizadores, relés, interruptores de carga Na Fig. A Figura 1 mostra um diagrama de uma das variantes de um poderoso relé eletrônico projetado para comutar correntes de carga de até 20 A a uma tensão de 5...20 V. O dispositivo é montado com base em um poderoso transistor MIS de canal n APM2556NU, que tem uma resistência de canal não superior a 5,7 mOhm em uma fonte de tensão de 10 V ou não superior a 10 mOhm em 4,5 V. Uma resistência de canal aberto tão baixa permite usar este dispositivo para comutar uma grande corrente, e geralmente não é necessário instalar um transistor em um dissipador de calor com uma frequência de comutação baixa (unidades - dezenas de quilohertz). O dispositivo pode ser usado, por exemplo, como interruptor eletrônico de tensão de saída em uma fonte de alimentação de alta potência, fontes de luz de alta potência em lanternas alimentadas por bateria, motores elétricos de baixa tensão, eletroímãs de tração e para muitas outras aplicações. A utilização de um potente transistor MIS como principal elemento de comutação em comparação com um relé eletromagnético permite obter menor resistência de “contatos fechados”, ausência de queima e interferência de faísca e maior desempenho (com controle eletrônico). Além disso, tal chave eletrônica terá dimensões e peso menores que os relés eletromagnéticos com corrente de 10...20 A, bem como significativamente menos corrente consumida pelos circuitos de controle. A chave eletrônica pode ser controlada por dois botões de pequeno porte sem fixação, por exemplo, reed switches, membrana ou borracha com revestimento condutor.
Na Fig. Para comparação de dimensões, a Fig. 2 mostra o relé eletromagnético G7L-2A-P da Omron, cujos contatos são projetados para chavear uma corrente de 20 A, e um protótipo de relé eletrônico baseado em um transistor MIS. Mesmo com uma instalação relativamente espaçosa, a unidade eletrônica ocupa quatro vezes menos volume (os botões e LED ficam montados fora da placa) e é muito mais leve.
Quando a tensão é aplicada na entrada do dispositivo, o transistor de efeito de campo VT2 permanece fechado, a carga conectada à saída permanece desenergizada e o LED HL1 permanece desligado. Para aplicar tensão à carga, você deve pressionar brevemente o botão SB1. Isso levará à abertura do transistor VT1 e depois do transistor VT2. O LED HL1 aceso informará sobre a tensão fornecida à carga. Os capacitores C3 e C4, assim como C1, C2, C5, C6 eliminam a possível influência de diversos ruídos no estado dos transistores. Os diodos VD2-VD5 são projetados para forçar o desligamento do dispositivo quando a tensão de entrada cai para aproximadamente 3 V, o que protege o transistor de efeito de campo VT2 de superaquecimento. O fato é que uma diminuição tão profunda na tensão porta-fonte do transistor VT2 aumenta drasticamente a resistência do canal e, como consequência, a energia térmica nele liberada, especialmente em alta corrente de carga. Para proteger o transistor de efeito de campo contra superaquecimento, é fornecido um circuito R5VD2-VD5 que fecha ambos os transistores. O varistor RU1 e o diodo zener VD1 protegem o transistor de efeito de campo de tensão relativamente baixa contra picos de tensão, por exemplo, da fem de autoindução de um motor elétrico conectado à entrada ou saída do dispositivo, ou, por exemplo, de acidente danos por eletricidade estática ao tocar a porta do transistor VT2 com uma chave de fenda (ou outros objetos metálicos). Para desligar o aparelho basta um breve fechamento dos contatos do botão SB2. Você pode controlar o estado do transistor VT2 não apenas com botões miniatura de baixa potência, mas também, por exemplo, com dois optoacopladores ou relés reed de baixa potência. Deve-se observar que quando desligado, o switch praticamente não consome energia. Uma amostra experimental do dispositivo foi montada em uma placa de montagem com dimensões de 46x27 mm feita de fibra de vidro por montagem saliente. Os circuitos de alta corrente são feitos de seções curtas de fio de montagem com seção transversal de pelo menos 1,2 mm. O transistor APM2556NU em um pacote T0252 miniatura permite uma tensão máxima de drenagem-fonte de 25 V. Com uma corrente de dreno de 40 A e uma tensão de porta-fonte de 10 V ou 20 A com uma tensão de porta-fonte de 4,5 V, o típico o valor da resistência do canal aberto não excede 4,5 e 7,5 mOhm, respectivamente. A corrente de dreno constante máxima permitida do transistor a uma temperatura do invólucro de 25 °C é de 60 A. O transistor deve ser soldado a um dissipador de calor com área útil de pelo menos 7 cm2 no caso de operação com tensão de alimentação reduzida e alta corrente de carga. Ao instalar um transistor, é necessário tomar medidas para protegê-lo contra danos por eletricidade estática. Os transistores APM2556NU, projetados para uso em reguladores de tensão de comutação redutores, são agora amplamente utilizados em placas de vídeo modernas de alto desempenho e placas-mãe de computadores. Este transistor pode ser substituído por dois transistores miniatura APM2510NU (8,5 MOhm 10 V) conectados em paralelo, mas com o dobro da resistência de canal aberto, ou outros similares controlados por baixa tensão porta-fonte. Ao usar transistores com resistência de canal superior à do APM2556NU, para manter a baixa resistência do elemento de comutação, você pode ligar vários transistores de efeito de campo do mesmo tipo conectados em paralelo. Podemos substituir o transistor 2SA733B por qualquer uma das séries 2SA733, 2SA992, SS9015, KT3107, KT6112. Em vez de BZV55C15, o diodo zener 1 N4744A, TZMC-15, 2S215ZH, KS215ZHA é adequado, e em vez de 1N4148 - o diodo 1 N914 (ou qualquer uma das séries KD522, KD521). LED - qualquer uso geral, de preferência com maior emissão de luz, por exemplo, das séries KIPD40, KIPD66. Para cada tensão de carga específica, o resistor R6 deve ser selecionado de forma a não ultrapassar a corrente nominal do LED. Capacitores de óxido - K50-68, K53-19 ou importados. O resto é K10-17, K10-50. O varistor FNR-05K220 pode ser substituído por qualquer 18...22 V de baixa potência, por exemplo FNR-05K180. Montado com precisão a partir de peças reparáveis, o dispositivo não requer ajuste. Dependendo das características específicas da aplicação, a opção proposta para repetição pode ser simplificada ou melhorada. Por exemplo, se os picos de tensão da fonte de alimentação ou da carga conectada forem excluídos, você poderá dispensar o varistor RU1. Você também pode dispensar o diodo zener de proteção VD1 se a tensão da fonte de alimentação não exceder 15 V e qualquer contato com o terminal de porta do transistor VT2 for excluído. Se o enrolamento de um relé reed caseiro for introduzido em série no circuito de carga, cujos contatos abertos são conectados em paralelo com os contatos do botão SB2, a fonte de alimentação da carga será desligada automaticamente quando a corrente for consumida por ele aumenta acima do especificado. Para fabricar tal relé, várias voltas de fio grosso (0,7...1,2 mm de diâmetro) devem ser enroladas no cilindro da chave reed KEMZ. Assim, por exemplo, com uma bobina de sete voltas de fio PEV-2 0,68, o relé operará com uma corrente de cerca de 5 A. O número necessário de voltas para a corrente de operação de proteção desejada para uma instância específica da chave reed é determinado experimentalmente. Autor: A. Butov
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