arduino транзистор

Наткнулись на MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник), но затрудняетесь понять, что это такое и как его использовать с платой Arduino? Для начала следует рассмотреть основы МОП-транзистора, его принцип работы, а после этого станет более понятной технология его применения в схеме Arduino.

Схема и принцип работы МОП-транзистора

Чтобы понять, как работают MOSFET-транзисторы, рассмотрим их отличие от обычных силовых компонентов типа транзистора J13007, а также типичную принципиальную схему:

1. Блок, также известный как подложка из полупроводникового материала p-типа, служит основой для MOSFET.
2. Две стороны данной подложки характерны сильным легированием n-типа (на схме помечены как n+).
3. Сливные клеммы (коллектор и эмиттер) выводятся из этих легированных областей.
4. Все пространство основы покрывается слоем кремниевого диоксида, действующим как изоляция.
5. Над диоксидом кремния размещается тончайшая пластинка из металла, выполняющая функцию конденсатора.
6. Затем из этой пластинки выводится контакт базы.
7. В последствии создается цепь постоянного тока при помощи соединения источника напряжения между участками n-типа (помечены красным).
8. При подаче на базу напряжения, генерируется электрическое поле, расширяющее проходную часть канала, по которой протекают электроны. Чем шире канал, тем выше свойства проводимости устройства.

Типы MOSFET и функции

Существует два типа МОП-транзисторов — режима истощения и режима улучшения, причем каждый из них может быть NPN или PNP по типу канальнов, то есть всего может быть представлено до 4 вариантов радиоэлектронных компонентов MOSFET.

Режим истощения обычно называют нормально-замкнутым переключателем: если на базу не подается напряжение – канал проводит по-максимуму, при подключении базы к напряжению — проводимость транзистора снижается.

Режим улучшения принято называть нормально-разомкнутым переключателем, где для возникновения проводимости необходимо напряжение для прохождения, когда на базу не подается напряжение – проводимость отсутствует, при его подаче – степень проводимости возрастает.

В N-канальном МОП-устройстве, например, таком как транзистор 2N60B, коллектор и эмиттер легированы примесью n+, а подложка — p-типа. Ток протекает через P-канал. При подключении к базе положительного напряжения, электроны из n+ источника и области стока притягиваются к нему, образуя канал достижения электронов.

В устройстве MOSFET PNP-типа, в отличие от N-канального, эмиттер и коллектор легированы примесью p+, а подложка — n-типа. Если на базу подать отрицательное напряжение, электроны под оксидом серы реагируют на поток тока и выталкиваются вниз в подложку.

Для чего применяются MOSFET транзисторы?

Два основных варианта использования полевых МОП-транзисторов – в качестве переключателя или усилителя напряжения в цепях, однако, каковы некоторые реальные приложения?

• Автоматическое управление интенсивностью уличного освещения;
• Сопряжение с микроконтроллером для создания системы, которая автоматически управляет освещением с помощью соответствующих тактовых импульсов;
• Радиоуправляемые приложения, такие как лодки, вертолеты и дроны;
• Крутящий момент двигателя и контроль скорости;
• Среды промышленного контроля и робототехника.

По сути, применение MOSFET можно найти в различных электрических и электронных проектах, которые сегодня можно достаточно просто реализовать посредством микроконтроллера.

МОП-транзистор против биполярного транзистора

Чем же отличается MOSFET от традиционного биполярного транзистора BJT? Действие MOSFET-устройства зависимо от напряжения на клемме базы с кремниево-оксидным изолятором, а работа BJT, такого как SMD транзистор BR, зависит от тока на затворном выводе.

Несмотря на то, что MOSFET в общем случае обладает некоторыми преимуществами по сравнению с обычным биполярным транзистором, такими как, например, управление напряжением, выбирать какой их типов использовать лучше в зависимости от поставленной задачи. 

При необходимости регулирования высоких токов при коротких импульсах либо для высокомощных схем наиболее оптимальным устройством будет MOSFET. В случае простой электроцепи или слаботочного бытового приложения биполярный транзистора BR и его аналоги вполне справятся с возложенными на них функциями.

Использование MOSFET с Arduino

Металл-оксид-полупроводниковые устройства – это один из видов линейки полевых транзисторов, предназначенные для управления большими токами. Этот компонент можно приспособить для множества вариантов использования. В современных условиях бурного развития технологий и миниатюризации эти микромодули пригодны для использования с микроконтроллерами, например, с Arduino.

Компактный MOSFET-транзистор сможет без проблем участвовать в высоковольтной схеме с помощью платы Arduino, например, для управления двигателем. Питание осуществляется через внешнее пи тающее устройство. Однако, если управляемому устройству требуется ток менее 300 мА — это поддерживается без дополнительного питания. Это применимо для плат Arduino UNO, Arduino Mega, Arduino Leonardo, Arduino 101, Arduino Due.