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Sep 30, 2023

Aprenda e construa um interruptor lateral alto

Como engenheiro eletrônico, tenho uma coleção mental de circuitos que

Como engenheiro eletrônico, tenho uma coleção mental de circuitos que reuni ao longo dos anos, da mesma forma que um mecânico coleta ferramentas especializadas enquanto trabalham. Todos os engenheiros fazem isso e as ferramentas em suas caixas de ferramentas geralmente representam o histórico e a amplitude do projeto.

Um circuito útil para se ter na caixa de ferramentas do designer é o "interruptor do lado alto". Como parece, este é um circuito que muda o "lado alto" ou tensão positiva para uma carga.

Normalmente tendemos a mudar as coisas para o aterramento, conforme visto por saídas como uma saída de coletor aberto, a razão é que o aterramento geralmente é uma entidade conhecida e geralmente tem baixa impedância e está em uma tensão conhecida. Mas há vantagens em usar um interruptor de lado alto em seus circuitos.

Mudar o lado alto lida com mais incógnitas do que o lado baixo; a tensão de entrada, a tensão de saída necessária e a impedância da tensão da fonte são praticamente todas variáveis. Na maioria das vezes, também precisamos apresentar uma saída de baixa impedância, o que significa que a resistência do interruptor do lado alto em si não forma um divisor de tensão com a carga onde uma tensão significativa cai no interruptor.

Poderíamos fazer uma chave lateral alta com um relé, por exemplo, e há momentos em que isso ainda é feito. Normalmente, as propriedades de uso atual, capacidade atual, tensão da bobina, custo e tamanho estão em desacordo entre si.

Se usarmos um transistor padrão, é certo que teremos que conviver com algum tipo de queda de tensão. Por um lado, isso significa que não podemos ter uma saída de 5 volts de uma fonte de 5 volts, pois normalmente perdemos 0,3v no processo. Em altas correntes, a dissipação de energia também sai rapidamente do controle.

Usando um Transistor de Efeito de Campo (FET) podemos fazer uso de algumas de suas melhores qualidades para fazer um switch. Para restringir qual FET usaríamos, podemos começar dizendo que queremos uma parte que normalmente está desligada e deve ser ligada aplicando uma tensão de controle, o que significa que queremos um FET de modo de aprimoramento. Em seguida, decidimos se queremos controlar o dispositivo usando uma tensão maior que a tensão que estamos comutando (se disponível) ou menor que a tensão. Por exemplo, se quisermos ligar 5 volts, queremos fazer isso usando 8 volts ou mais ou 4 volts ou menos? No exemplo aqui, queremos ligar o interruptor do lado alto sem uma tensão adicional; na verdade, aterrar um sinal é um tanto atraente. Isso deixa um FET de aprimoramento de canal P como nossa escolha.

As características de qualquer peça podem ser amplas e variadas, por isso começamos procurando alguns parâmetros importantes. Em aplicações de comutação, ao contrário de algo como uma aplicação de amplificador de áudio linear, é importante um baixo dreno para a fonte na resistência. Este parâmetro conhecido como Dreno de Resistência para Fonte ON ou RDS(ON) e uma boa parte utilizável normalmente é medido em miliohms. Usando a lei de ohms, um atalho rápido nos diz que em um Amp de corrente, a queda de tensão de miliohms será milivolts.

Em seguida, queremos ter certeza de que podemos ligar a peça com a tensão disponível. Isso equivale à especificação VGS(thresh) Voltage Gate to Source Threshold. Um VGS(thresh) de -1 v significa que, se quisermos comutar 3,3 volts, precisamos puxar o portão pelo menos 1 volt abaixo de 3,3 v. Usar um transistor ou dispositivo coletor aberto normalmente pode puxar um sinal dentro de 0,3-0,5v de terra, muito espaço neste caso para alternar 2,5V usando uma parte com um VGS (thresh) de um volt ou mais.

Observando as especificações de vários dispositivos mostrados na tabela, vemos muitos trade-offs acontecendo. Se selecionarmos pacotes TO-92 menores, obteremos valores maiores, inutilizáveis ​​em nosso caso, RDS(ON) de um ohm ou maior. Se formos muito pequenos de um RDS(ON), o preço quadruplica. Outras peças têm VGS (thresh) muito grande, mas a realidade é que não foi muito difícil encontrar peças que fossem utilizáveis ​​para o projeto mostrado aqui.

Para aqueles interessados ​​em espiar por baixo das tampas, a razão pela qual um gabinete maior como um TO-220 tem menor resistência ON é porque o gabinete contém uma matriz de chip maior. Uma matriz de cavacos maior tem uma área de superfície maior que oferece menos resistência. O fato de estarmos usando um dispositivo P Channel significa que também precisamos de mais área de superfície, já que os dispositivos P-Channel são geralmente menos eficientes do que os dispositivos N-Channel, pois usam "buracos" para seu portador em vez de elétrons. A afirmação mais simples é que a mobilidade do buraco é menor que a mobilidade do elétron.