Полевой транзистор в автомобиле

Посетители сайта продолжают делиться своими знаниями. На этот раз статью о полевом транзисторе прислал завсегдатай разных форумов по электронике и электрике - ДимаНН.

Начнем с того, что полевой транзистор это далеко не тот, который в поле транзистует, и, вообще, этот термин к сельскому хозяйству никакого отношения не имеет.

На самом деле, это не смешно и это определение на полном серьезе и с полным непониманием было услышано от главного в бригаде установщиков доп.оборудования в одном из крутейших дилерских центров Н. Новгорода, который торгует очень даже недешевыми иномарками.

Скорее всего, таким людям в связи с дальнейшим развитием автомобильной техники придется поискать другую работу.

Итак, что же такое полевой транзистор? Попросту говоря это активный полупроводниковый прибор, который может коммутировать ток в неких электрических цепях, при этом управление этой коммутацией производится электрическим полем, а оно, в свою очередь, определяется двумя вещами — напряжением между некими точками внутри этого транзистора и расстоянием между ними.

Последнее жестко задано конструкцией транзистора, а вот для первого на нем выведены ноги наружу для подключения.

Короче говоря, ток через этот транзистор напрямую зависит от напряжения на его управляющем электроде — этот электрод называется затвор (по буржуйски GATE), кроме него транзистор имеет еще два вывода: общий провод — исток (по буржуйски SOURSE), и управляемый выход — сток (по буржуйски DRAIN).

Вы скажете: «Короче, Склифосовский, зачем нам это все????!!!!». Так вот, что вы будете делать, например, если в автомобиле есть «положительный» концевик капота или багажника, а сигнализация имеет только «отрицательный» вход? Или захочется, например, на этот концевик навесить лампочку/линейку светодиодов?

Правильно — поставите реле, но не тут то оно было — сразу же загорелась гнусная лампочка на панели приборов. Тогда лезем за мультимарочником/едем на диагностику — ошибка: «Замыкание цепи концевика на +12В», что делать?

Вы скажете: «Поставить диод» — правильно, ставим (кстати, это тоже не всегда помогает), сбрасываем ошибку, все довольны, клиент уезжает.... но через полгода приезжает обратно, сильно ругается матами и т.д. — концевику-то конец, ну не рассчитали производители авто, что на него будут вешать реле, потребляющее несколько десятков миллиампер. Что делать?

Вот тут мы и подошли к главному преимуществу полевого транзистора — он управляется напряжением (а не током, в отличие  от реле и своих биполярных собратьев), и почти не потребляет тока из управляющей цепи, то есть, он оказывает гораздо меньшее влияние на нее.

Таким образом, если мы подключим вход этого транзистора к нашему концевику, штатная электроника его попросту «не заметит», да и дополнительная нагрузка на концевик будет минимальна.

Это еще не все, совсем забыл... вместо огромной, щелкающей релюшки у нас будет маленькая, почти незаметная плата в термоусадке, аккуратно вмотанная в жгут, да и +12В уже не надо искать/тащить, поскольку даже если в управляющей цепи будет положительный потенциал не 12В, а скажем 5В или даже 3,3В с нагрузочной способностью не менее 20-100КОм (сопротивление мультиметра) нам этого хватит.

Опять же потребление снижается, аккумулятор дольше стоит. Согласитесь, преимущества очевидны.

Какие же бывают полевые транзисторы? Их огромное количество видов, различаются по структуре, устройству, технологии изготовления, мощности, коммутируемому току, напряжению, скорости и т.д.

Нас, как установщиков доп. оборудования будут интересовать наиболее подходящие нам, и наиболее простые в применении N- и Р - канальные MOSFET транзисторы.

Управляющие и коммутируемые напряжения должны быть не более 20-30В, коммутируемый ток около 10А (этого достаточно не только для подачи сигналов на сигнализацию, но и, например, для управления лампочками указателей поворотов, светодиодными линейками, входами ACC большинства магнитол и т.д.).

Для управления входами сигнализаций можно использовать менее мощные транзисторы, но я этим не заморачивался, да к тому же они, как правило, имеют более мелкий и труднопаяемый корпус.

В отдельных случаях могут потребоваться более мощные транзисторы, но, прочитав статью и разобравшись с примерами, читатель сможет самостоятельно подобрать и применить их. Цена подходящих нам транзисторов составляет 10-25 руб. на радиорынке, что даже дешевле автомобильных реле.

Итак, вернемся к нашему концевику (такая система используется, например, на автомобилях Ford). Для этого случая подходит N-канальный MOSFET транзистор фирмы International Rectifier IRF7201 – он имеет следующие параметры:

• напряжение сток — исток: не более 30В
• напряжение исток — затвор: не более +/-20В
• максимальный ток стока (коммутируемый ток): 7А
• корпус: SOIC – 8.

При подаче положительного напряжения на затвор этого транзистора относительно истока он «открывается» и «замыкает» сток на исток, его сопротивление (сток-исток) зависит от управляющего напряжения. Рассмотрим его работу на нашем примере с концевиком:

Когда багажник закрыт, провод концевика замкнут на «массу» самим концевиком, на затворе транзистора относительно истока (он подключен к массе) 0В, сток с истоком разомкнуты и на стоке присутствует +12В, приходящие через блок сигнализации.

Как только багажник открывается, концевик размыкается и на его проводе появляется +12В, но они «не жесткие», они подаются через резистор в блоке электропакета.

Тока на управление реле не хватит (поэтому второй конец обмотки релюшки вешают на "+", и оно срабатывает когда замкнут концевик, поэтому все время, пока закрыт багажник, жрет в 2-3 раза больше самой сиги), а нашему транзистору ток не нужен (кстати резистор 100 ком не обязателен, так от ложных срабатываний, я его чаще всего не ставлю (надо по ситуации смотреть)).

Он открывается этим напряжением и сток замыкается на исток, т. е. на «массу» — сигнализация сработала — её «отрицательный» вход, как и положено, замкнулся на массу!!!

На выход транзистора можно подключить контрольку (она на рисунке пунктиром) или другую лампочку (например, подсветку сделать) — она будет загораться, как только откроешь багажник. Такие транзисторы есть сдвоенные, например IRF7103.

Другой пример (встречается реже) — нужно что-нибудь включить слаботочным «отрицательным» сигналом. Тогда понадобится P-канальный MOSFET. С ним все наоборот – исток подключается к "+" бортсети, а открывается он, когда на его затвор подается «масса». Схема следующая:

Точно также, если замкнуть вход схемы на массу, то на верхнем выводе лампочки появится +12В, и она загорится. Подходящий транзистор IRF7424, сдвоенный IRF7306.

Объединив два вышеописанных каскада можно получить повторитель — умощнитель. В принципе если применить транзисторы помощнее, то можно и моторчиками с помощью их управлять. А в слаботочных цепях их применение гораздо более выгодно по сравнению с реле.

На фото двухканальный инвертор сигналов концевиков для Ford Fosus 2 Ghia – капот и багажник. Клиент наотрез отказался ставить CAN–модуль, что же, это его право, хотя и считаю, что на этой машине он уместен — все делает (даже стекла поднимает), а доводчик стекла на нее поставить не такое уж и легкое дело.