Плата инвертора

ДИАГНОСТИКА И РЕМОНТ ИНВЕРТОРА ЖК МОНИТОРА ИЛИ ТВ

В настоящее время, практически в каждой квартире есть персональные компьютеры, системные блоки, либо ноутбуки. Ноутбуки это отдельная непростая тема, за ними нужен регулярный квалифицированный уход, профилактика, своевременная замена термопасты, смазывание силиконовой смазкой кулеров, иначе со временем происходит отвал чипсета на материнской плате ноутбука.

Материнская плата ноутбука

С системными блоками все обстоит намного проще, там условия для охлаждения полупроводниковых радиодеталей, не любящих длительного перегрева, намного лучше. Но вместе с системными блоками, для вывода визуальной информации используются ЖК и LED мониторы. Если с последними, LED мониторами, проблем обычно не бывает, так как в них нет ни инверторов, ни CCFL ламп подсветки матрицы, напоминающих по внешнему виду обычные люминесцентные лампы. То с ЖК мониторами после 6-7 лет эксплуатации часто возникают проблемы.

Электронный балласт от энергосберегайки

Которые, кстати, CCFL лампы подсветки домашние умельцы и проверяют, подключив к электронному балласту обычных энергосберегающих ламп, которые и являются ничем другим, как обычными люминесцентными лампами со стеклянной колбой скрученной в спираль и встроенным в цоколь лампы, маломощным электронным балластом. Для работы CCFL ламп требуется высокое напряжение, которое мы получаем с помощью повышающих трансформаторов, установленных в инверторе монитора.

Инвертор монитора ЖК

Часто число трансформаторов бывает равно числу ламп, но бывают и варианты трансформаторов с удвоенным количеством обмоток, сразу на две лампы. Что чаще всего ломается в инверторах ЖК мониторов?

Первое. Это думаю что любимые всеми мастерами за легкость произведения ремонта — электролитические конденсаторы в фильтре линии 13 вольт блока питания. Кстати, в этой линии бывают установлены электролитические конденсаторы с рабочим напряжением не 16 вольт, как могли бы подумать начинающие мастера, так как рабочее напряжение электролитических конденсаторов должно превышать напряжение питания в цепях, в которых они стоят. Нет, там установлены конденсаторы на 25 вольт, а в ЖК телевизорах и мониторах, большей диагонали, бывает что стоят конденсаторы и на 35 вольт в связи с тем, что рабочее напряжение там не 13 вольт, а выше. Так вот, почему же все же конденсаторы бывают установлены на 25 вольт, а не на 16 В?

Конденсатор 1000х25в

Дело в том, что когда инвертор работает в нештатном режиме, выходные цепи блока питания по 13 вольтам бывают не нагружены, на выходе присутствует напряжение порядка 18 вольт, а под нагрузкой, когда инвертор работает в штатном режиме, оно проседает до штатных 13 вольт. Кстати, если у вас на нерабочем ЖК мониторе с одинаковой периодичностью мигает светодиод, это уже признак того, что с платой управления ЖК монитора, скалером, скорее всего все нормально, раз индикация ошибки есть, а проблемы уже по цепям инвертора.

Скалер монитора

Если же нет вообще никакой реакции на нажатие кнопки включения, нужно проверять цепи питания 5 вольт, в частности электролитические конденсаторы на плате блока питания, на 10 вольт. На разъеме блока питания соединенным шлейфом со скалером, помимо 5 вольт необходимых для работы скалера присутствуют и 13 вольт. Иногда с платы блока питания, на скалер, приходят дополнительно еще и 3.3 вольта с маломощного SMD стабилизатора. Все эти напряжения на разъеме можно узнать предварительно определив его распиновку по надписям, шелкографии нанесенной на плате, либо скачав Сервис мануал (Service manual) на данный монитор.

Разъем питания блока питания монитора

Будьте аккуратны измеряя напряжение на разъеме включенного монитора, лучше всего взять обычные булавки, зажать их (если конечно такие есть у вас в наличии) в щупы для мультиметра, с зажимами крокодилами на концах. Таким образом, воткнув булавки в контакты обжатого провода, шлейфа на разъеме, у вас будет возможность провести измерения на разъеме питания и ничего не закоротить при этом на плате. Итак, вы померяли, видите что одно какое-то напряжение, например 13 вольт, у вас отсутствует. О чем это может говорить?

Измеряем напряжение мультиметром

Возможно у вас КЗ, короткое замыкание по цепям 13 вольт. Убедиться в отсутствии этого можно коснувшись щупами мультиметра, в режиме звуковой прозвонки, разумеется, при снятом напряжении с монитора, выключении его из розетки, на разъеме питания, контактах, подписанных + 13V и GND. Если у вас сопротивление при измерении близко к нулю или даже десятки Ом — это означает что сборки мосфетов в инверторе, полевых транзисторов, их еще называют “ключики”, пробиты, причем скорее всего накоротко, вход питания 13 вольт на землю.

Три платы от монитора скалер блок питания и инвертор

Но даже если при измерении мы не выявили на разъеме питания 13 вольт короткого замыкания, нам все равно нужно обязательно прозвонить сборки мосфетов ключей. Данные сборки имеют в своем составе два транзистора, p и n канальные, выходы которых бывают соединены накоротко на плате. Это обычно выводы сборок идущих чаще всего в корпусе SO-8, под номерами 5,6,7,8. Истоки транзисторов, а это обычно ноги 1 и 3, бывают запараллелены между собой у обоих сборок мосфетов.

Как же в таком случае определить, которая из сборок мосфетов пробита, ведь параллельно подключенные пробитые выводы одной сборки будут шунтировать своим низким сопротивлением выводы второй сборки? Если очень хочется выявить какая из сборок сгорела, можно выпаять специальные проволочки на плате, перемычки, и распараллелить выводы сборок. Но обычно это бывает не нужно. Почему? — сейчас объясню.

IRF7389 фото

Дело в том, что когда меняются мосфеты, верхнее плечо или нижнее, иначе говоря мосфет, имеющий соединение либо с землей, либо с плюсом питания, особенно если по схемотехнике применяется многофазное питание, мосфеты или сборки мосфетов следует менять СТРОГО на оригинал или в крайнем случае на абсолютно полный аналог. Если нет желания подолгу копаться в даташитах, сравнивая параметры аналогов и рискуя, что аналог все же не подойдет и впоследствии выгорит, следует менять, в случае с инверторами мониторов, сразу обе сборки мосфетов, обязательно на одинаковые.

Клик на схему для увеличения

А так как найти оригинал примененной детали, в наших радиомагазинах проблематично, зато есть хорошо зарекомендовавший себя, относительно недорогой, распространенный аналог, по цене всего 45 рублей, IRF7389, я так всегда и поступаю, меняю сразу обе сборки, оба ключика. И вот мы приблизились к самому интересному. Как можно в домашних условиях поменять эти восьминожки в SMD корпусе ? Без опыта, если вы меняете их впервые, есть риск получить оторванные тонкие дороги на плате.

Корпус SO-8

Стоки транзисторов, обычно бывают с одной стороны микросхемы, нашей сборки, они бывают соединены между собой, и даже если вы и оторвали контакт на плате, никто не мешает вам хорошенько промазав плату, и оставшиеся контакты флюсом, залить их расплавленным припоем.

Сборки мосфетов на схеме

Это даже рекомендуется, так как чем больше вы зальете выводы припоем, тем меньше будет греться плата, дорожки, от плохого контакта и т. д. и т. п. А токи там, на выходе, немаленькие. Итак, как же мы можем демонтировать микросхему?

Первое. Если есть в наличие паяльный фен, эта процедура проводится легко и просто. Наносим сплав Розе или Вуда, последний предпочтительнее, так как имеет по сравнению со сплавом Розе более низкую температуру плавления, меньше 100 градусов.

Сплав Вуда фото

Мы откусили бокорезами кусочек от капельки припоя Вуда, кладем ее на контакты микросхемы. Капелька должна быть не маленькая и не очень большая. Мы расплавляем ее с помощью паяльника и распределяем по контактам так, чтобы все выводы, по обоим сторонам, у нас были замкнуты этим припоем. Разумеется, предварительно обильно наносим флюс на все контакты. Я, давно имея в наличии флюc RMA-223, по привычке пользуюсь только спирто-канифольным флюсом приготовленным самостоятельно — качество пайки выше всяких похвал.

646 растворитель фото

И удаляется с платы с помощью 646 растворителя после пайки легко и быстро, грязи практически не остается и плата сохнет моментально, в связи с высокой летучестью растворителя. Никакой коррозии контактов и тому подобных проблем замечено в дальнейшем не было. Не покупайте готовый спирто-канифольный флюс в радиомагазинах, всегда изготавливайте его сами. Был негативный опыт покупки такого флюса, в котором канифоль была разведена производителем вместо спирта какой-то гадостью, которую даже 646 растворитель не брал, так и пришлось после перепаивания конденсаторов на материнской плате отдать, краснея, липкую плату знакомому торговцу компьютерным железом, он у меня так и стоит сейчас полный тюбик.

Демонтаж паяльным феном

Итак, мы нанесли и распределили сплав Вуда по всем контактам, затем греем микросхему феном на средней температуре, постоянно аккуратно покачивая микросхему из стороны в сторону. Для чего мы делаем это? Дело в том, что производителю, по каким-то непонятным для нас причинам, недостаточно того что микросхема припаянная практически намертво сидит на плате, и он при производстве электроники на поточных линиях наносит под корпус микросхемы одну, а в особо тяжелых случаях, даже две капельки клея.

Удаление припоя с помощью демонтажной оплетки

И до тех пор, пока этот клей не размягчится от температуры при пайке, вы не сможете снять микросхему с платы инвертора.

Второй метод, которым я пользуюсь при произведении ремонтов вне дома, в отсутствие доступа к паяльному фену. Точно так-же наносим сплав Вуда на контакты микросхемы и взявшись пинцетом за микросхему с двух сторон, где у нее отсутствуют контакты, пинцет обязательно должен быть с насечками на губках, чтоб не соскальзывал при демонтаже.

Мы попеременно греем жалом паяльника контакты микросхемы, с обоих сторон, быстро меняя стороны. Паяльник должен быть отечественный, ЭПСН мощностью 65 ватт. Использовать при такой температуре паяльник с керамическим нагревателем и необгораемым жалом думаю никому не придет в голову, так как перегрев жала там чреват тем, что оно потемнеет и к нему просто перестанет прилипать припой.

Диммер на сетевом шнуре

Если есть возможность немного снизить температуру паяльника мощностью 65 ватт с помощью диммера — хорошо, нет – попытайтесь так. Паяльника мощностью 40 ватт недостаточно для демонтажа подобным способом. Такой способ годится только в случае если вы не собираетесь повторно впаивать куда-либо выпаянную микросхему. Так как в связи с высокой температурой жала паяльника, микросхема, скорее всего, будет уже на выброс. Но при полном отсутствии доступа к паяльному фену, как показывает практика, это вполне рабочий вариант.

МГТФ провод

Единственное, если у вас при прогреве платы в течение 30 секунд не получилось выпаять подобным способом микросхему, ОБЯЗАТЕЛЬНО сделайте перерыв на 2 минуты, дайте плате остыть, иначе очень высока вероятность, что текстолит у вас вздыбится, и тонкие дороги придется “бросать” МГТФом навесом, к контактам на плате, или выводам элементов, соединенными этой дорожкой. А если к этим дорогам, были припаяны SMD элементы, то вам придется еще и пропаивать все, после произошедшего.

Спирто канифольный флюс фото

После трех четырех раз, демонтирования подобным способом, эта процедура будет проходить легко и быстро. Итак, мы демонтировали микросхему, первым или вторым способом, без разницы. Теперь нам нужно выровнять контактные площадки на плате, от возникших бугорков припоя. Для этого мы берем паяльник мощностью 25-40 ватт, демонтажную оплетку, и опять наносим на контакты обильно спирто-канифольный флюс.

Олетка демонтажная

Кончик оплетки, для лучшей впитываемости, можно даже обмакнуть во флюс. После удаления “соплей” с платы, мы получаем готовые площадки для монтажа новой микросхемы. Монтаж можно осуществить двумя способами. Наносим, совсем по чуть — чуть, обычного свинцово-содержащего припоя ПОС-61, на контакты на плате, но так, чтобы площадки оставались прямыми. Такой припой имеет более низкую температуру плавления, по сравнению с тем припоем, бессвинцовым, который использовал производитель электроники.

Паяльная станция фото

Затем мы кладем нашу микросхему на плату, устанавливаем ее так чтобы контакты точно соответствовали ножкам. Можно промазать и сами ножки микросхемы спирто-канифольным флюсом. Тогда она запаяется моментально и на низкой температуре фена. Саму температуру, выставляйте среднюю на паяльном фене, поток воздуха также умеренный, иначе микросхему сдует, она может припаяться чуть криво, и придется демонтировать ее, и впаивать по новой.

Второй способ монтажа микросхемы, производится без паяльного фена, с помощью обычного паяльника мощностью 25 ватт, с тонким остро заточенным жалом. Также, как и было выше написано, наносим флюс, и легким касанием, набрав совсем немного припоя, на жало паяльника, касаемся двух ножек микросхемы, и контактов на плате, расположенных по диагонали. Тем самым, мы прихватываем микросхему, и она у нас уже, никуда не денется.

Демонтируем SMD чип

Затем спокойно пропаиваем таким же образом все оставшиеся ножки. На соединенные на плате между собой ноги микросхемы 5-8 наносим побольше припоя для того, чтобы снизить нагрев платы в этом месте. Затем прозваниваем, на всякий случай, мультиметром в режиме звуковой прозвонки соседние контакты на замыкание относительно друг друга, либо смотрим под хорошей 10-20 кратной лупой с той же целью на контакты.

Флюкс офф

И потом смываем всю образовавшуюся грязь и следы флюса 646 растворителем, либо специальным средством для отмывания плат FluxOff, даем плате подсохнуть, убеждаемся в том, что замыкание пропало, собираем монитор, включаем и наслаждаемся его работой.

Эффекты dI/dt и dU/dt в тиристорах

Эффект dI/dt

Этот эффект связан с двумерным характером включения по площади тиристорной структуры. Если скорость нарастания анодного тока dI/dt велика, то вся энергия выделяется в области первоначального включения, и тиристор может быть поврежден в результате локального увеличения температуры.

Рисунок 8.44 — Временные диаграммы анодного тока, напряжения и мощности (а);

распределение плотности анодного тока (б) и область первоначального

включения тиристора (в)

При включении тиристора по управляющему электроду первоначально включается область катода, прилегающая к управляющему электроду (рисунок 8.44), которая носит название – область первоначального включения (ОПВ). Основной причиной неоднородного распределения анодного тока является неоднородность поперечной плотности тока управления под катодом, обусловленная падением напряжения на омическом сопротивлении p-базы (рисунок 8.44, б) аналогично эффекту «оттеснения» эмиттерного тока в биполярном транзисторе. Область катода, где плотность анодного тока превышает плотность тока включения (рисунок 8.44, в), является областью первоначального включения. При дальнейшем прохождении анодного тока ОПВ распространяется вглубь катода под действием диффузионно-дрейфового механизма, и через время распространения плазмы включается вся площадь катода. Скорость распространения ОПВ увеличивается с ростом температуры и уменьшается с уменьшением времени жизни носителей в n-базе и увеличением ее толщины и коэффициента шунтирования катодного перехода. Обычно скорость распространения ОПВ не превышает 104 см/с, что и приводит к большой длительности третьей фазы включения тиристора. Выделение мощности в ОПВ приводит к повышению локальной температуры, которая, в свою очередь, может вызвать повышение локальной плотности тока. В случае если скорость распространения ОПВ, снижающая плотность выделяемой мощности, будет ниже скорости нарастания температуры за счет термогенерации носителей заряда, то возможен вход в тепловую форму вторичного пробоя, сопровождающегося стягиванием тока в шнур и разрушением прибора. Выделяемая локальная плотность мощности возрастает с увеличением скорости нарастания анодного тока. По этой причине и вводится предельное значение dI/dt на режимы эксплуатации тиристоров.

Рисунок 8.46 — Структура тиристора с центральным регенеративным электродом

Для повышения устойчивости тиристоров к эффекту dI/dt необходимо использовать полосковую топологию катода, ширина элементов которой не превышает двух ширин ОПВ при заданном токе управления. Однако в этом случае усложняются вопросы обеспечения контактов к катоду для тиристоров большой мощности и больших токов управления.


Наиболее распространенным способом повышения перегрузочной способности является введение в структуру тиристора регенеративного усилительного электрода (рисунок 8.45).

Схема регенеративного управляющего электрода показана на рисунке 8.45. Прибор состоит из вспомогательного или управляющего тиристора 1, соединенного общим анодом с основным тиристором 2. Катод вспомогательного тиристора связан с управляющим электродом основного тиристора через сопротивление. При включении электрода ток управления прикладывается к вспомогательному тиристору, и он включается. Ток нагрузки течет в цепь управления основного тиристора и включает последний более мощным током.

Описанный принцип включения прибора используется при центральной (рисунок 8.46) или кольцевой конструкции регенеративного управляющего электрода.

Кольцевой и разветвленный регенеративные электроды широко используются в структурах быстродействующих тиристоров, которые имеют низкие потери при включении, быстрое включение и высокую стойкость к эффекту dI/dt вплоть до 103 А/мкс. Следует отметить, что симисторы не имеют возможности использовать регенеративный электрод. По этой причине их устойчивость к скорости нарастания анодного тока, а следовательно, быстродействие, значительно ниже.

В определенных случаях для защиты тиристоров от эффекта dI/dt последовательно в цепь нагрузки включают индуктивность для уменьшения скорости нарастания анодного тока.

Эффект dU/dt

Ранее при рассмотрении процессов включения динисторов по аноду отмечалось влияние скорости нарастания анодного напряжения на уменьшение динамического напряжения включения. Причиной снижения динамического напряжения включения является емкостной ток центрального перехода П2, который одновременно является внутренним управляющим током по обеим базам. Влиянием емкостных токов переходов П1 и П3 можно пренебречь, так как ΔU1 ≈ ΔU3 ≈ 0.2 В и . В закрытом состоянии все напряжение анода блокируется центральным переходом П2. В большинстве случаев применения такое снижение Uвкл под действием dU/dt, а также включение тиристора по аноду за счет dU/dt недопустимо.

Рассмотрим качественно на основе модели управляемого заряда изменение динамического напряжения включения при воздействии эффекта dU/dt. Для включения тиристора в зарядовой модели необходимым условием является достижение накопленным зарядом в базе величины Qкр – критического заряда включения

Qкр = Iспр(t)·τвкл , (8.29)

где τвкл – постоянная времени процесса включения при экспоненциальном характере нарастания анодного тока.

Как уже указывалось выше, емкостной ток центрального p-n перехода играет роль внутреннего тока управления. Поэтому при достижении им величины тока спрямления тиристор включается. Используя зависимость динамического тока спрямления от длительности воздействующего импульса (8.21), получим:

.

При больших скоростях нарастания анодного напряжения tΦ << τвкл , поэтому разложив экспоненту в ряд, получим:

Uа.min= Iспр.ст·τвкл/С2 . (8.30)

Таким образом, если амплитуда импульса анодного напряжения не превысит значения (8.30), то при любых значениях dU/dt тиристор не включится, так как не успевает накопиться критический заряд включения. Для мощных быстродействующих тиристоров со значением параметров: Iспр.ст = 10–1 А; τвкл ≈ 10–6 с; С2 = 2·10–10 Ф – величина минимального динамического напряжения включения составляет порядка 500 В. Поэтому использование высоковольтных тиристоров в относительно низковольтных схемах позволяет отказаться от схемной защиты от эффекта dU/dt. В более высоковольтных режимах зависимость динамического напряжения включения от величины dU/dt может быть оценена из (8.16):

Uвкл.дин.= Uвкл.01/n . (8.31)

Выражение (8.31) справедливо до значений Uвкл.min (8.30).

Rш2<Rш1

5·10-2 Uвкл.min

10 102 103 dU/dt

Рисунок 8.48 — Защита шунтирующей RC-цепью от эффекта dU/dt

Рисунок 8.47 — Уменьшение динамического

напряжения включения с ростом dU/dt

Характер уменьшения динамического напряжения включения от скорости нарастания анодного напряжения приведен на рисунке 8.47.

Увеличение плотности шунтирования катодного p-n перехода приводит к увеличению стойкости к эффекту dU/dt, а также увеличению минимального динамического напряжения включения.

Для снижения чрезмерной скорости нарастания анодного напряжения можно использовать схему защиты, изображенную на рисунке 8.48. Постоянная времени цепи заряда емкости Сш должна выбираться из условия

Транзистор

Транзистор — полупроводниковый прибор позволяющий с помощью слабого сигнала управлять более сильным сигналом. Из-за такого свойства часто говорят о способности транзистора усиливать сигнал. Хотя фактически, он ничего не усиливает, а просто позволяет включать и выключать большой ток гораздо более слабыми токами. Транзисторы весьма распространены в электронике, ведь вывод любого контроллера редко может выдавать ток более 40 мА, поэтому, даже 2-3 маломощных светодиода уже не получится питать напрямую от микроконтроллера. Тут на помощь и приходят транзисторы. В статье рассматриваются основные типы транзисторов, отличия P-N-P от N-P-N биполярных транзисторов, P-channel от N-channel полевых транзисторов, рассматриваются основные тонкости подключения транзисторов и раскрываются сферы их применения.

Не стоит путать транзистор с реле. Реле — простой выключатель. Суть его работы в замыкании и размыкании металлических контактов. Транзистор устроен сложнее и в основе его работы лежит электронно-дырочный переход. Если вам интересно узнать об этом больше, вы можете посмотреть прекрасное видео, которое описывает работу транзистора от простого к сложному. Пусть вас не смущает год производства ролика — законы физики с тех пор не изменились, а более нового видео, в котором так качественно преподносится материал, найти не удалось:

Типы транзисторов

Биполярный транзистор

Биполярный транзисто предназначен для управления слабыми нагрузками (например, маломощные моторы и сервоприводы). У него всегда есть три вывода:

  • Коллектор (англ. collector) — подаётся высокое напряжение, которым транзистор управляет
  • База (англ. base) — подаётся или отключается ток для открытия или закрытия транзистора
  • Эмиттер (англ. emitter) — «выпускной» вывод транзистоа. Через него вытекает ток от коллектора и базы.

Биполярный транзистор управляется током. Чем больший ток подаётся на базу, тем больший ток потечёт от коллектора к эмиттеру. Отношение тока, проходящего от эмиттера к коллектору к току на базе транзистора называется коэффициент усиления. Обозначается как hfe (в английской литературе называется gain).

Например, если hfe = 150, и через базу проходит 0.2 мА, то транзистор пропустит через себя максимум 30 мА. Если подключен компонент, который потребляет 25 мА (например, светодиод), ему будет предоставлено 25 мА. Если же подключен компонент, который потребляет 150 мА, ему будут предоставлены только максимальные 30 мА. В документации к контакту указываются предельно допустимые значени токов и напряжений база->эмиттер и коллектор->эмиттер. Превышение этих значений ведёт к перегреву и выходу из строя транзистора.

Весёлые картинки:

Работа биполярного транзистора

NPN и PNP биполярные транзисторы

Различают 2 типа полярных транзисторов: NPN и PNP. Отличаются они чередованием слоёв. N (от negative — отрицательный) — это слой с избытком отрицательных переносчиков заряда (электронов), P (от positive — положительный) — слой с избытком положительных переносчиков заряда (дырок). Подробнее о электронах и дырках рассказано в видео, приведённом выше.

От чередования слоёв зависит поведение транзисторов. На анимации выше представлен NPN транзистор. В PNP управление транзистором устроено наоборот — ток через транзистор течёт, когда база заземлена и блокируется, когда через базу пропускают ток. В отображении на схеме PNP и NPN отличаются направлением стрелки. Стрелка всегда указывает на переход от N к P:

Обозначение NPN (слева) и PNP (справа) транзисторов на схеме

NPN транзисторы более распространены в электронике, потому что являются более эффективными.

Полевый транзистор

Полевые транзисторы отличаются от биполярных внутренним устройством. Наиболее распространены в любительской электронике МОП транзисторы. МОП — это аббревиатура от металл-оксид-проводник. То-же самое по английски: Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor сокращённо MOSFET. МОП транзисторы позволяют управлять большими мощностями при сравнительно небольших размерах самого транзистора. Управление транзистором обеспечивается напряжением, а не током. Поскольку транзистором управляет электрическое поле, транзистор и получил своё название — полевой.

Полевые транзисторы имеют как минимум 3 вывода:

  • Сток (англ. drain) — на него подаётся высокое напряжение, которым хочется управлять
  • Затвор (англ. gate) — на него подаётся напряжение для управления транзистором
  • Исток (англ. source) — через него проходит ток со стока, когда транзистор «открыт»

Здесь должна быть анимация с полевым транзистором, но она ничем не будет отличаться от биполярного за исключением схематического отображения самих транзисторов, поэтому анимации не будет.

N канальные и P канальные полевые транзисторы

Полевые транзисторы тоже делятся на 2 типа в зависимости от устройства и поведения. N канальный (N channel) открывается, когда на затвор подаётся напряжение и закрывается. когда напряжения нет. P канальный (P channel) работает наоборот: пока напряжения на затворе нет, через транзистор протекает ток. При подаче напряжения на затвор, ток прекращается. На схеме полевые транзисторы изображаются несколько иначе:

По аналогии с биполярными транзисторами, полевые различаются полярностью. Выше был описан N-Channel транзистор. Они наиболее распространены.

P-Channel при обозначении отличается направлением стрелки и, опять же, обладает «перевёрнутым» поведением.

Обозначение N канальных (слева) и P канальных (справа) транзисторов на схеме

Существует заблуждение, согласно которому полевой транзистор может управлять переменным током. Это не так. Для управления переменным током, используйте реле.

Транзистор Дарлингтона

Транзистора Дарлингтона не совсем корректно относить к отдельному типу транзисторов. Однако, не упомянуть из в этой статье нельзя. Транзистор Дарлингтона чаще всего встречается в виде микросхемы, включающей в себя несколько транзисторов. Например, ULN2003. Транзистора Дарлингтона характеризуется возможность быстро открываться и закрывать (а значит, позволяет работать с ШИМ) и при этом выдерживает большие токи. Он является разновидностью составного транзистора и представляет собой каскадное соединение двух или, редко, более транзисторов, включённых таким образом, что нагрузкой в эмиттере предыдущего каскада является переход база-эмиттер транзистора следующего каскада, то есть транзисторы соединяются коллекторами, а эмиттер входного транзистора соединяется с базой выходного. Кроме того, в составе схемы для ускорения закрывания может использоваться резистивная нагрузка эмиттера предыдущего транзистора. Такое соединение в целом рассматривают как один транзистор, коэффициент усиления по току которого, при работе транзисторов в активном режиме, приблизительно равен произведению коэффициентов усиления всех транзисторов.

Схема составного транзистора дарлингтона

Подключение транзистора

Не секрет, что плата Ардуино способна подать на вывод напряжение 5 В с максимальным током до 40 мА. Этого тока не хватит для подключения мощной нагрузки. Например, при попытке подключить к выводу напрямую светодиодную ленту или моторчик, вы гарантированно повредите вывод Ардуино. Не исключено, что выйдет из строя всё плата. Кроме того, некоторые подключаемые компоненты могут требовать напряжения более 5 В для работы. Обе эти проблемы решает транзистор. Он поможет с помощью небольшого тока с вывода Ардуино управлять мощным током от отдельного блока питания или с помощью напряжения в 5 В управлять бОльшим напряжением (даже самые слабые транзисторы редко имеют предельное напряжение ниже 50 В). В качестве примера рассмотрим подключение мотора:

Подключение мощного мотора с помощью транзистора

На приведённой схеме мотор подключается к отдельному источнику питания. Между контактом мотора и источником питания для мотора мы поместили транзистора, который будет управляться с помощью любого цифрового пина Arduino. При подаче на вывод контроллера сигнала HIGH с вывода контроллера мы возьмём совсем небольшой ток для открытия транзистора, а большой ток потечёт через транзистор и не повредит контроллер. Обратите внимание на резистор, установленный между выводом Ардуино и базой транзистора. Он нужен для ограничения тока, протекающего по маршруту микроконтроллер — транзистор — земля и предотвращения короткого замыкания. Как упоминалось ранее, максимальный ток, который можно взять с вывода Arduino — 40 мА. Поэтому, нам понадобится резистор не менее 125 Ом (5В/0,04А=125Ом). Можно без опаски использовать резистор на 220 Ом. На самом деле, резистор стоит подбирать с учётом тока, который необходимо подать на базу для получения необходимого тока через транзистор. Для правильного подбора резистора нужно учитывать коэффициент усиления (hfe).

ВАЖНО!! Если вы подключаете мощную нагрузку от отдельного блока питания, то необходимо физически соединить между собой землю («минус») блока питания нагрузки и землю (пин «GND») Ардуино. Иначе управлять транзистором не получится.

При использовании полевого транзистора, токоограничительный резистор на затворе не нужен. Транзистор управляется исключительно напряжением и ток через затвор не течёт.