บทความต่อไปนี้กล่าวถึงการใช้ mosfet เป็นสวิตช์สำหรับการสลับโหลดกระแสสูงอย่างมีประสิทธิภาพ วงจรนี้ยังสามารถเปลี่ยนเป็นวงจรหน่วงเวลาปิดได้ด้วยการปรับเปลี่ยนง่ายๆ การออกแบบได้รับการร้องขอจาก Mr. Roderel Masibay

เปรียบเทียบ Mosfet กับ BJT

ทรานซิสเตอร์สนามเอฟเฟกต์หรือมอสเฟตสามารถเปรียบเทียบได้กับ bjt หรือทรานซิสเตอร์ธรรมดายกเว้นความแตกต่างที่สำคัญอย่างหนึ่ง

mosfet เป็นอุปกรณ์ที่ขึ้นกับแรงดันไฟฟ้าซึ่งแตกต่างจาก BJT ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ขึ้นอยู่กับกระแสซึ่งหมายความว่า mosfet จะเปิดอย่างเต็มที่เพื่อตอบสนองต่อแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า 5V ที่กระแสเกือบเป็นศูนย์ทั่วเกตและแหล่งที่มาในขณะที่ทรานซิสเตอร์ธรรมดาจะขอกระแสที่ค่อนข้างสูงกว่าสำหรับ เปิด

ยิ่งไปกว่านั้นความต้องการในปัจจุบันนี้ยังเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนเมื่อกระแสโหลดที่เชื่อมต่อเพิ่มขึ้นทั่วตัวสะสม ในทางกลับกัน Mosfets จะเปลี่ยนโหลดที่ระบุโดยไม่คำนึงถึงระดับกระแสประตูซึ่งอาจรักษาไว้ที่ระดับต่ำสุดที่เป็นไปได้

ทำไม Mosfet ถึงดีกว่า BJT

สิ่งที่ดีอีกอย่างเกี่ยวกับการเปลี่ยน mosfet คือพวกมันให้ความต้านทานต่ำมากตลอดเส้นทางปัจจุบันไปยังโหลด

นอกจากนี้มอสเฟ็ทยังไม่ต้องใช้ตัวต้านทานสำหรับการทริกเกอร์เกตและอาจเปลี่ยนโดยตรงด้วยแรงดันไฟฟ้าที่มีอยู่หากไม่ไกลเกินเครื่องหมาย 12V

คุณสมบัติทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับ mosfets ทำให้เป็นผู้ชนะที่ชัดเจนเมื่อเทียบกับ BJT โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้เป็นสวิตช์สำหรับการทำงานที่มีกำลังแรงเช่นหลอดไส้กระแสสูงหลอดฮาโลเจนมอเตอร์โซลีนอยด์เป็นต้น

ตามที่ขอไว้ที่นี่เราจะดูว่ามอสเฟ็ทสามารถใช้เป็นสวิตช์เพื่อสลับระบบปัดน้ำฝนรถยนต์ได้อย่างไร มอเตอร์ปัดน้ำฝนรถยนต์ใช้กระแสไฟเป็นจำนวนมากและโดยปกติจะเปลี่ยนผ่านขั้นตอนบัฟเฟอร์เช่นรีเลย์ SSR เป็นต้นอย่างไรก็ตามรีเลย์อาจเกิดการสึกหรอได้ง่ายในขณะที่ SSR อาจมีราคาแพงเกินไป

ใช้ Mosfet เป็นสวิตช์

ตัวเลือกที่ง่ายกว่าอาจอยู่ในรูปแบบของสวิตช์ mosfet มาเรียนรู้รายละเอียดวงจรเหมือนกัน

ดังที่แสดงในแผนภาพวงจรที่ระบุ mosfet สร้างอุปกรณ์ควบคุมหลักโดยไม่มีภาวะแทรกซ้อนรอบตัว

สวิตช์ที่ประตูซึ่งสามารถใช้สำหรับการเปิด mosfet และตัวต้านทานเพื่อรักษาประตู mosfet ให้เป็นลอจิกเชิงลบเมื่อสวิตช์อยู่ในตำแหน่งปิด

การกดสวิตช์จะทำให้มอสเฟตมีแรงดันเกตที่ต้องการเทียบกับแหล่งที่มาซึ่งมีศักย์เป็นศูนย์

“ลิฟต์ทำงานอย่างไร ”

ทริกเกอร์จะเปิดสวิตช์มอสเฟตทันทีเพื่อให้โหลดที่เชื่อมต่อที่แขนระบายเปิดเต็มที่และทำงานได้

เมื่อติดตั้งอุปกรณ์ปัดน้ำฝนไว้ที่จุดนี้จะทำให้เช็ดได้นานจนสวิตช์ยังคงกดอยู่

บางครั้งระบบปัดน้ำฝนต้องใช้คุณสมบัติหน่วงเวลาเพื่อเปิดใช้งานการเช็ดสองสามนาทีก่อนที่จะหยุด

ด้วยการปรับเปลี่ยนเล็กน้อยวงจรข้างต้นสามารถเปลี่ยนเป็นวงจรหน่วงเวลาปิดได้

ใช้ Mosfet เป็นตัวตั้งเวลาหน่วง

ดังที่แสดงในแผนภาพด้านล่างตัวเก็บประจุจะถูกเพิ่มหลังจากสวิตช์และข้ามตัวต้านทาน 1M

เมื่อสวิตช์เปิดอยู่ชั่วขณะโหลดจะเปิดขึ้นและตัวเก็บประจุจะชาร์จและเก็บประจุไว้ในนั้น

การสาธิตวิดีโอ

เมื่อสวิตช์ถูกปิดลงโหลดจะยังคงได้รับพลังงานต่อไปเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่เก็บไว้ในตัวเก็บประจุจะรักษาแรงดันเกตและเปิดสวิตช์ไว้

อย่างไรก็ตามตัวเก็บประจุจะค่อยๆปล่อยผ่านตัวต้านทาน 1M และเมื่อแรงดันไฟฟ้าลดลงต่ำกว่า 3V mosfet จะไม่สามารถจับได้อีกต่อไปและระบบทั้งหมดจะปิดลง

ระยะเวลาหน่วงขึ้นอยู่กับค่าของตัวเก็บประจุและค่าตัวต้านทานการเพิ่มค่าใดค่าหนึ่งหรือทั้งสองอย่างจะเพิ่มระยะเวลาหน่วงเวลาตามสัดส่วน

การคำนวณความล่าช้า

ในการคำนวณความล่าช้าที่เกิดจากค่าคงที่ RC เราสามารถใช้สูตรต่อไปนี้:

V = V0 x จ^{(-t / RC)}

V คือแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ที่ mosfet ควรจะปิดหรือเพิ่งเริ่มเปิด
V0 คือแรงดันไฟฟ้าหรือ Vcc
R คือความต้านทานการปลดปล่อย (Ω) ซึ่งเชื่อมต่อแบบขนานกับตัวเก็บประจุ
C (ค่าตัวเก็บประจุ (F) ในตัวอย่าง 100uF)
t (เวลาในการคายประจุที่เราต้องการคำนวณ)

เราต้องการทราบความล่าช้า (t) = คือ^{(-t / RC)} = V / V0

-t / RC = Ln (V / V0)

เสื้อ = -Ln (V / V0) x R x C

ตัวอย่างโซลูชัน

ถ้าเราเลือกค่าความจุเกณฑ์เปิด / ปิดของ mosfet เป็น 2.1V และจ่ายแรงดันเป็น 12V ความต้านทาน 100K และตัวเก็บประจุเป็น 100uF การหน่วงเวลาหลังจากนั้น mosfet จะปิดอาจคำนวณได้โดยประมาณโดยการแก้สมการเป็น ให้ไว้ด้านล่าง:

เสื้อ = -Ln (2.1 / 12) x 100000 x 0.0001

t = 17.42 วิ

ดังนั้นจากผลลัพธ์เราพบว่าความล่าช้าจะอยู่ที่ประมาณ 17 วินาที

การตั้งเวลานาน

ตัวจับเวลาระยะเวลาที่ค่อนข้างยาวอาจได้รับการออกแบบโดยใช้แนวคิด mosfet ที่อธิบายไว้ข้างต้นสำหรับการเปลี่ยนโหลดที่หนักกว่า

แผนภาพต่อไปนี้แสดงขั้นตอนการใช้งาน

การรวมทรานซิสเตอร์ PNP เพิ่มเติมและส่วนประกอบแบบพาสซีฟอื่น ๆ อีกสองสามตัวทำให้วงจรสามารถสร้างระยะเวลาหน่วงเวลาได้สูงขึ้น การกำหนดเวลาอาจปรับได้อย่างเหมาะสมโดยการเปลี่ยนตัวเก็บประจุและตัวต้านทานที่เชื่อมต่อกับฐานของทรานซิสเตอร์