نکته کاربردی در استفاده از ماسفت به عنوان سوئیچ ترانزیستوری – بخش اول

درایو و راه اندازی رله با استفاده از ترانزیستور ماسفت
نوشته شده توسط

درود بر همه دوستان مایکروالکام. در طراحی مدارات مبتنی بر میکروکنترلر، استفاده از ترانزیستور برای سوییچ یک مسیر از مدار بسیار متداول است. به عنوان مثال برای روشن و خاموش کردن یک رله، یک LED و یا قطع و وصل کردن تغذیه یک بخش از مدار و… از ترانزیستور استفاده می شود. در ادامه به بررسی راهکار و روش انجام این مورد خواهم پرداخت. پس با من تا انتهای مطلب همراه باشید. همچنین شما میتونید سایر مطالب من رو از این لینک مطالعه و بررسی کنید.

برای مطالعه قسمت دوم این مطلب، به این لینک مراجعه نمایید.


سوئیچینگ ترانزیستوری

برای سوئیچینگ با استفاده از ترانزیستور دو مدل ترانزیستور BJT و ‌ماسفت بیشتر میتونه انتخاب بشه. ماسفت ها به دلیل داشتن مقاومت گیت بالا و افت ولتاژ کمتر روی درین در جریان های پایین، نسبت به ترانزیستور های BJT با استقبال بیشتری در بین طراحان برای این کاربرد ها مواجه هستند. در مدار زیر از یک ترانزیستور ماسفت برای روشن و خاموش کردن رله استفاده شده است. (نکته: مدار به طور کامل ترسیم نشده است.)

قطع و وصل رله با استفاده از ماسفت
مدار نمونه برای قطع و وصل رله با استفاده از ماسفت سوئیچنگ با ماسفت

نکته عملی: در مدار های داری رله از یک دیود تحت عنوان دیود هرزگرد بصورت بایاس معکوس در دوسر سیم پیچ بوبین رله استفاده شود.

در مدار بالا، با بالا رفتن ولتاژ گیت توسط پین میکروکنترلر، ماسفت روشن شده و رله را روشن کرده و بالعکس. اما با اتصال این مدار به میکروکنترلر، احتمال آسیب رسیدن به پین میکروکنترلر وجود دارد! ممکنه این سوال پیش بیاد که چطور ممکنه؟! مگر جریان مصرفی گیت ماسفت نزدیک صفر نیست؟! پس چطور میتونه به میکرو صدمه بزنه؟!

اگر به ساختار ماسفت نگاه کنیم، می بینیم هر سه پایه ماسفت نسبت به هم یک خازن داخلی دارند. مقدار این خازن ها بر حسب مشخصات ترانزیستور مانند ابعاد، متغیر هستند. از بین این خازن ها، در این مطلب درباره خازن گیت-سورس یا Cgs صحبت می کنیم. این خازن در شکل زیر مشخص شده است.

ساختار و خازن های داخلی ترانزیستور ماسفت
ساختار و خازن های داخلی ترانزیستور ماسفت

مدار سوئیچینگ رله با استفاده از ماسفت

با توجه به مدار سوییچ رله، این خازن بین پایه میکروکنترلر و زمین قرار می‌گیرد. زمانی که ترانزیستور خاموش است، این خازن هم در حالت تخلیه قرار دارد. با تغییر وضعیت پین میکرو از صفر به یک، ولتاژ گیت به صورت ناگهانی بالا خواهد رفت. در این حالت خازن شروع به شارژ شدن می‌کند.

با توجه به اینکه خازن از قبل خالی بوده، جریان اولیه شارژ بسیار بالا خواهد بود. هر چند مدت زمان این جریان کشی به واسطه ظرفیت پایین خازن خیلی کوتاه است، اما همین مقدار هم میتواند در مواردی به طبقه خروجی پین میکرو آسیب بزند.
برای جلوگیری از این اتفاق، باید یک مقاومت با گیت ترانزیستور سری کرد تا جریان اولیه شارژ خازن محدود شود. مقدار این مقاومت در فرکانس های سوییچ پایین مثل کاربرد رله، اهمیت چندانی ندارد و میتواند بین 100 الی 1000 اهم انتخاب شود. پس از اینکه این مدت کوتاه سپری شد و خازن گیت-سورس شارژ کامل شد، جریان گیت تقریبا صفر شده و افت ولتاژ روی مقاومت سری شده نیز صفر خواهد شد. و در نتیجه ولتاژ گیت برابر ولتاژ پین میکرو می‌شود. با توجه به این نکته، مدار سوییچ رله را به شکل زیر اصلاح می‌شود:

قطع و وصل رله با استفاده از ماسفت
مدار نمونه برای قطع و وصل رله با استفاده از ماسفت سوئیچنگ با ترانزیستور ماسفت

ممکن است تا کنون در مدارات طراحی شده توسط طراحان دیگر، این مقاومت سری گیت را دیده باشید. اما علت استفاده آن را نمی دانستید و با خودتون می گفتید ماسفت ها که مثل ترانزیستور های BJT نیستند که بیس آنها جریان مصرف کند و ضمنا جریان ورودی گیت نزدیک صفره پس این مقاومت کارش چیه؟ اما اکنون با تحلیل دقیق این پدیده، به علت استفاده از این مقاومت پی بردید.


نتیجه گیری

در طراحی مدار های بر پایه میکروکنترلر برای سوییچ کردن قطعاتی مانند رله، LED و… از ماسفت استفاده می‌شود. اگر گیت ماسفت مستقیما به پین میکرو متصل شود، به دلیل وجود خازن گیت-سورس، جریان لحظه ای بالایی در لحظه روشن شدن ماسفت از پین میکرو کشیده خواهد شد. که این کار ممکن است برای میکرو خطر آفرین باشد. برای جلوگیری از این اتفاق، باید از یک مقاومت سری بین پایه گیت و پین میکروکنترلر استفاده کرد تا جریان شارژ اولیه خازن داخلی ماسفت را محدود سازد.

امیدوارم که این مطلب مورد رضایت شما قرار گرفته باشد. چنانچه در این خصوص سوال، نظر و یا اطلاعات و تجربه ای دارید، آن را از قسمت کامنت ها با ما در میان بگذارید تا در اسرع وقت پاسخ داده شود و از تجربیات و اطلاعات شما هم استفاده شود. همچنین ما را در پیج اینستاگرام مایکروالکام دنبال کنید.

۲۴ دیدگاه برای “نکته کاربردی در استفاده از ماسفت به عنوان سوئیچ ترانزیستوری – بخش اول

  1. در ادامه سئوال قبلی در مورد افت ولتاژ ماسفت همگام راه اندازی رله ، مقدار ولتاژ تلف شده ۲ ولت است .. و ولتاژ از ۲۴ ولت روی بوبین رله ۲۲ ولت میشود.. ..ممنون 🙏🌹
    مهندس شرمنده ، اما برام خیلی مهمه ..خیلی ممنون ….

  2. سلام جناب مهندس و خیلی ممنون .. جناب مهندس یه سئوال :
    علت افت ولتاژ هنگامیکه رله توسط ماسفت جذب میشود چیست ؟ بوبین رله ۶۴۰ اهم و ولتاژ بوبین ۲۴ ولت دی سی است . بنده یک مقاومت ۳۹ اهم ۳ وات با بوبین رله موازی کردم ..ولتاژ راه انداز ماسفت نیز از اپ امپ میاد و بیش از ۵ ولت است و دوعدد مقاومت یکی پول داون و به مقدار ۱۰ کیلو و دیگری در مسیر خروجی اپ امپ و ورودی گیت ماسفت به مقدار ۱کیلو قرار دادم .. جریان نامی ماسفت بیش از ۱۰ آمپر است ..از وقتی گذاشتین بی نهایت سید عزیز ممنونم ..

      1. دیود با بوبین موازی میکنند به صورت معکوس تا جریان هرزگرد در روشن و خاموش شده رله به بقیه المان ها اسیب نزنه

      2. به این مقاومت که گاهی با یک خازن هم سری یا موازی میشه میگن شبکه اسنابر ، کارش اینه که نوسانات ناشی از بوبین رله رو میرا کنه تا از نظر تولید نویز مغناطیسی گذرا مدار فرمان شما روی سایر قسمت های مدار چه از نظر الکتریکی چه مغناطیسی نویز نندازه 🙂 استفاده از اسنابر ها مربوط میشه به تکنیک های رعایت EMC . درسته مدار فرمان شما بدون اون هم کار میکنه و برای خودش مشکلی بوجود نمیاد اما روی سایر قسمت ها هم نباید اختلال ایجاد کنه . نمونه اش مدارهایی هست که ناشیانه یک کنتاکتور یا رله رو سیچ میکنن ، میکرو مدار کناریشون یهو ریست میشه :)))

        در مدارات تغذیه سویچینگ هم اسنابر ها نقش مهمی در مهار نویز سویچ ماسفت ها و سلف مورد سویچ دارند. مقدار مقاومت و خازن سری یا موازی شده به فرکانس سویچ شما همچنین به اندوکتانس سلف بستگی داره و تعیین اسنابر موثر یکی از مهم ترین قسمتهای یک سویچ حرفه ایه 🙂

        1. سلام ممنون از توضیحات تکمیلی در مورد اسنابر. ولی این موردی که فرمودید مقاومت موازی با بوبین رو بنده تا حالا ندیده بودم تو مدارت و نشنیده بودم چیزی در بارش به عنوان اسنابر!

  3. سلام برا سویچ کردن نیازی به ماسفت یا ترانزیستور نیست بدون اسی به میکرو uln2008ای سی

    1. سلام، بله امکانش هست. اما بعضا این قطعات فیک هست و در مواردی ماندگاری خوبی نداره. استفاده از ماسفت مثلا برای درایو رله گزینه خوبی میتونه باشه.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.