MOSFET-транзистор — еще один очень распространенный тип транзистора. Он также имеет три контакта:
- Ворота (г)
- Источник(и)
- Слив (д)
MOSFET работает аналогично BJT-транзистору, но с одним важным отличием:
В биполярном транзисторе ток от базы к эмиттеру определяет, какой ток может течь от коллектора к эмиттеру.
В MOSFET-транзисторе напряжение между затвором и истоком определяет, какой ток может течь от стока к истоку.
Пример: как включить МОП-транзистор
Ниже приведен пример схемы включения МОП-транзистора.
Чтобы включить МОП-транзистор, вам необходимо, чтобы напряжение между затвором и истоком было выше порогового напряжения вашего транзистора. Например, BS170 имеет пороговое напряжение затвор-исток 2,1 В. (Эту информацию вы найдете в техническом описании).
Пороговое напряжение МОП-транзистора на самом деле является напряжением, при котором он выключается. Таким образом, чтобы правильно включить транзистор, вам нужно напряжение немного выше этого.
Насколько выше, зависит от того, какой ток вы хотите пропускать (и вы найдете эту информацию в таблице данных). Если вы поднимете напряжение на пару вольт выше порогового значения, этого обычно более чем достаточно для слаботочных задач, таких как включение светодиода.
Обратите внимание: даже если вы используете достаточно высокое напряжение, чтобы протекал ток 1 А, это не означает, что вы получите ток 1 А. Это просто означает, что вы могли бы иметь ток 1А, если бы захотели. Но фактический ток определяется тем, что вы к нему подключаете.
Таким образом, вы можете подниматься так высоко, как хотите, при условии, что вы не превышаете максимальное предельное напряжение затвор-исток (которое для BS170 составляет 20 В).
В приведенном выше примере ворота подключаются к 9 В, когда вы нажимаете кнопку. Это включает транзистор.
Выбор значений компонентов
Значение R1 не имеет решающего значения, но сопротивление около 10 кОм должно подойти. Его цель — отключить МОП-транзистор (подробнее об этом ниже).
R2 устанавливает яркость светодиода. Сопротивление 1 кОм должно подойти для большинства светодиодов.
Q1 может быть практически любым n-канальным МОП-транзистором, например, BS170.
Как отключить МОП-транзистор?
Одна важная вещь, которую следует знать о МОП-транзисторе, заключается в том, что он также действует как конденсатор. То есть часть затвор-исток. Когда вы подаете напряжение между затвором и истоком, это напряжение остается там до тех пор, пока не разрядится.
Без резистора (R1) в приведенном выше примере транзистор не выключится. Благодаря резистору есть путь для разряда конденсатора затвор-исток, в результате чего транзистор снова выключается.
Как выбрать MOSFET-транзистор?
В приведенном выше примере используется N-канальный МОП-транзистор. МОП-транзисторы с P-каналом работают таким же образом, только ток течет в противоположном направлении, а напряжение затвор-исток должно быть отрицательным, чтобы его включить.
На выбор предлагаются тысячи различных МОП-транзисторов. Но если вы хотите построить приведенный выше пример схемы и получить конкретные рекомендации, BS170 и IRF510 — это два общих варианта.
При выборе МОП-транзистора следует учитывать две вещи:
- Пороговое напряжение затвор-исток. Для включения транзистора необходимо напряжение выше этого.
- Непрерывный ток стока. Это максимальная величина тока, который может протекать через ваш транзистор.
Есть и другие важные параметры, которые следует учитывать, в зависимости от того, что вы делаете. Но это выходит за рамки данной статьи. Помните об этих двух параметрах, указанных выше, и у вас будет хорошая отправная точка.
Ток затвора МОП-транзистора
Если вы хотите управлять МОП-транзистором, например, с помощью Arduino или Raspberry Pi, вам нужно иметь в виду еще одну вещь; ток, который течет в затвор при включении транзистора.
Как кратко упоминалось выше, затвор-исток МОП-транзистора действует как конденсатор.
Это означает, что после того, как он зарядится, через него больше не будет течь ток. Таким образом, когда МОП-транзистор включен, ток через затвор не течет.
Но когда полевой МОП-транзистор включается, ток возникает точно так же, как при зарядке конденсатора. В течение небольшой доли секунды может течь большой ток.
Чтобы защитить ваш Arduino (или что-то еще, что вы используете) от слишком большого тока, вам нужно добавить резистор затвора MOSFET:
Часто для этого достаточно значения 1000 Ом. Используйте закон Ома для проверки вашего конкретного случая.
Зачем вам нужен транзистор?
Я часто задаю вопрос: зачем нам нужен транзистор? Почему бы не подключить светодиод и резистор напрямую к аккумулятору?
Преимущество транзистора состоит в том, что вы можете использовать небольшой ток или напряжение для управления гораздо большим током и напряжением.
Это очень полезно, если вы хотите управлять такими вещами, как двигатели, мощные светодиоды, динамики, реле и многое другое, с помощью Raspberry Pi/Arduino/микроконтроллера. Выходные контакты этих плат обычно могут обеспечить ток всего несколько миллиампер при напряжении 5 В. Поэтому, если вы хотите управлять уличным освещением внутреннего дворика напряжением 110 В, вы не сможете сделать это напрямую с помощью штыря.
Вместо этого вы можете сделать это через реле. Но даже реле обычно требует большего тока, чем может обеспечить контакт. Итак, вам понадобится транзистор для управления реле:
Но транзисторы также полезны для более простых схем датчиков, таких как схема датчика освещенности, схема датчика касания или схема H-моста.
Мы используем транзисторы практически во всех схемах. Это действительно самый важный компонент в электронике.
Транзистор как усилитель
Транзистор также обеспечивает работу усилителей. Вместо двух состояний (ВКЛ/ВЫКЛ) он также может находиться где-то между «полностью включено» и «полностью выключено».
Это означает, что небольшой сигнал практически без энергии может управлять транзистором, создавая гораздо более сильную копию этого сигнала в части коллектор-эмиттер (или сток-исток) транзистора. Таким образом, транзистор может усиливать небольшие сигналы.
Ниже представлен простой усилитель для управления динамиком. Чем выше входное напряжение, тем выше ток от базы к эмиттеру и тем выше ток через динамик.
Изменение входного напряжения приводит к изменению тока в динамике, что создает звук.
Обычно для смещения транзистора добавляют еще пару резисторов. В противном случае вы получите много искажений. Но это уже для другой статьи.
