تجهیزات کلید زنی یا سوئیچ زنی

در علم برق چه در حوزه ابزار دقیق و برق صنعتی ، چه حوزه الکترونیک و طراحی برد و چه در حوزه برق ساختمان و تابلو برق  جزو تجهیزات پرکاربرد و اساسی به شمار می روند.

قصد ما صحبت راجب انواع تجهیزات سوئیچ زنی در شاخه های مختلف برق و آموزش نحوه کارکرد و عملکرد تجهیزات کلید زنی و کاربرد هر کدام در بخش های مربوط به خود است .

به دلیل تنوع بسیار بالای تجهیزات کلید زنی ، برای طولانی نشدن مقاله ، ما در چندین مقاله به بررسی و معرفی هر یک از این تجهیزات پرداخته ایم که در صورت تمایل به مطالعه بیشتر می‌توانید با استفاده از لینک های موجود در مقاله از صفحات دیگر ما بازدید کنید.

تجهیزات سوئیچ زنی به تجهیزاتی گفته می‌شود که با اتصال برق مدار فرمان این تجهیزات ، برق مدار اصلی را متصل کرده و برق مدار اصلی که جریان بسیار بالاتری و بعضا ولتاژ بالاتری از مدار فرمان دارد بر قرار می‌گیرند.

ترانزیستور ها یکی از این تجهیزات جهت سوئیچ زنی یا کلید زنی می باشند که به دسته های مختلفی تقسیم بندی می شوند که دو دسته مهم و پر کاربرد آن ها ترانزیستور  BJT و ترانزیستور  ماسفت (MOSFET)  هستند.

در این‌مقاله قصد صحبت در رابطه با ترانزیستور MOSFET و بررسی نحوه عملکرد و کارکرد آن ها داریم.

ترانزیتسور ماسفت  MOSFET

ماسفت ( MOSFET ) که مخفف عبار ترانزستور اثر میدان metal oxide semiconductor filled effect transistor است، که همانند ترازیستور دو قطبی توسط نیمه رسانا ها ساخته می‌شود ولی ساختار درونی ماسفت ها فرق دارد که ویژگی های متفاوتی نسبت به ترانزیستور دو قطبی در آنها ایجاد می‌کند.

ترانزیستور ماسفت به یکی از المان های پرکاربرد در مدار های الکتریکی و بخصوص منابع تغذیه سوئیچنگ تبدیل شده اند، و دلیل این محبوبیت میتواند بالا بودن سرعت سوئیچنگ و نویز پذیری پایین آن نسبت به ترانزیستور های دو قطبی باشد.

به طور کلی ترانزیستور ماسفت به دو نوع تقسیم می‌شوند ، نوع N-MOS و نوع  P-MOS که در ادامه راجب هر یک توضیحات مختصری ارائه خواهد شد.

پایه های ترانزیستور ماسفت :

ترانزیستور ماسفت دارای سه پایه و یک هیتسینک می باشد ، این پایه ها به ترتیب گیت ( Gate ) ، درین (Drain ) و سورس ( Source ) نامیده می شوند. همچنین هیتسینک ترانزیستور ماسفت به پایه درین (d) این ترانزیستور متصل است و می توان از هیتسینک نیز به عنوان پایه درین استفاده نمود، دلیل اینکار استفاده ماسفت ها در سطح ولتاژ های بالا تر است تا در صورت کلید زنی در مدار های توان بالاتر جهت افزایش ایمینی و کاهش احتمال وقوع آرک الکتریکی بین پایه درین و سورس که در کنار هم قرار گرفته اند است.

پایه گیت (Gate) :

پایه گیت در ترانزیستور ماسفت به عنوان پایه فرمان شناخته می شود و با اعمال ولتاژ بر روی این پایه ترانزیستور روشن می شود ، این ولتاژ اعمالی مقدار خاصی دارد که در هنگام راه اندازی باید رعایت شود

ترانزیستور ماسفت برای راه اندازی نیازمند آن است که اختلاف پتانسیل بین پایه گیت و سورس آن از یک مقدار مشخص ( ولتاژ تریگر یا ترشهولد ) که بین ترانزیستور های مختلف متفاوت است بیشتر باشد ، برای مثال در صورتی که ولتاژ تریگر ترانزستور 1 ولت باشد و پایه سورس مستقیماً به زمین یا قطب منفی مدار متصل باشد ، ولتاژ اعمالی به پایه گیت باید حداقال 2  ولت باشد.

پایه سورس و درین :

این پایه ها ، به عنوان پایه بخش قدرت ترانزیستور شناخته می‌شوند و در صورت اعمال ولتاژ به پایه گیت به شکل گفته شده در توضیحات بالا دو پایه سورس و درین حالت اتصال کوتاه شده و به هم متصل می شوند و مانند کلیدی عمل میکنند که وصل شده باشد.

ترانزیستور در تقویت سیگنال :

بسیاری از کاربرد های ترانزیستور که جزو مهم ترین و اصلی ترین اهداف ساخت و بهبود طراحی آن هاست استفاده در زمینه تقویت سیگنال ها و ترکیب و ادغام و حتی تغییر پهنای باند آن ها است.

موارد مربوط به تقویت کنندگی در علم مخابرات و الکترونیک و پردازش و ارسال دیتا و سیگنال استفاده میشود زیرا در هنگام مخابره سیگنال های رادویی ما نیازمند تقویت توان و افزایش فرکانس سیگنال های مخابراتی و در هنگام دریافت نیازمند تقویت سیگنال دریافتی به دلیل تضعیف سیگنال در طی مسیر دوباره نیاز به تقویت پیش از تحلیل سیگنال دارد که درصورت علاقه به مطالعه بیشتر در این رابطه می‌توانید از مقاله < نحوه تقویت کنندگی ترانزیستور> استفاده نمایید.

نقش ترانزیتسور در سوئیچ زنی :

از ترانزیستور ماسفت اغلب در مدار منابع تغذیه سوئیچینگ استفاده می شود. نقش اصلی این ترانزیستور ها در این مدارات سوئیچ کردن یا قطع و وصل کردن خروجی ترانس سوئچینگ است. طبق منطق مدارات تغذيه سوئیچینگ ابتدا برق متناوب شهری به برق جریان مستقیم یا همان برق DC تبدیل می شود سپس با استفاده از یک ترانس سطح ولتاژ را کاهش می‌دهند  ولی از آنجایی که ترانس ها با برق DC کار نمی کنند از یک ترانزیستور ماسفت جهت سوئیچ زنی جریان DC  استفاده می‌شود. به دلیل بالا بودن سرعت سوئیچ زنی ماسفت ها از این ترانزیستور ها در این مدارات استفاده می‌شود.

کاربرد اصلی ترانزستور ماسفت در علم الکترونیک بوده که برای مطالعه بیشتر در این زمینه می‌توانید از مقاله < کاربرد ترانزیستور در الکترونیک > بهره مند شوید.

برای آشنایی و مطالعه سایر تجهیزات الکتریکی که وظیفه که  سوئیچ کردن یا قطع و وصل کردن برق را به وسیله فرمان الکتریکی بر عهده دارند میتوانید از لینک های زیر استفاده فرمایید :

رله حالت جامد ( SSR )

رله مکانیکی

ترانزیستور دو قطبی (BJT)

کنتاکتور

میکرو سوئیچ