Lássuk akkor ezt a motor kérdést!

Eddig a motort kapcsolóval kapcsoltuk be:

A motor és egy kapcsoló

A kapcsolót voltaképpen tehetjük a motor és az elem között bárhova. Most az elem - pólusa és a motor közé tettem - szándékosan, de nem árulom el még, hogy miért.

A mikrokontroller nem elég erős, hogy bekapcsoljon egy motort. Ezért azt kellene csinálni, mint Mari a relével. A mikrokontrollernek be kellene kapcsolni egy olyan kapcsolót, ami már elég erős ahhoz, hogy a motort bekapcsolja.

Ilyen kapcsolóból persze rengeteg van. A relé is ilyen - ott is kicsi energiával be tudunk vele kapcsolni bármit. Sajnos azonban a mikrokontroller még arra sem elég erős, hogy egy relét bekapcsoljon.

A reléhez hasonló a tranzisztor. Ez pontosan egy villannyal vezérelhető kapcsoló, mégpedig nagyon pici villannyal. A tranzisztorok modern fajtáit úgy nevezik, hogy "térvezérlésű tranzisztor", (angolul Field Effect Transistor - azaz FET).

A FET nem azért térvezérlésű, mert odalenn a téren lehet csak használni, még csak nem is azt jelenti, hogy 3D-s lenne, mint a mozi. Egyszerűen ez annak a szép megfogalmazása, hogy 0 amper kell a működtetéséhez, mert elég a "villamos tér" (magyarul a feszültség) ahhoz, hogy bekapcsoljon.

Ez nekünk elég jó, hiszen pont arról szólt a vacakolás eddig, hogy max. 20mA áll rendelkezésre egy mikrokontroller kimeneten, ebből 0mA-t fogunk használni a FET-tel, szóval jók vagyunk :)

A motor és egy FET

Az történik, hogy:

Ez eddig mesés. Mindjárt ki is próbáljuk igaziból!

Milyen FET-ek vannak?

Sok féle FET van, mi MOSFET-eket használunk, ezek hasonlítanak legjobban a villannyal vezérelt kapcsolókra. Azonban, csak hasonlítanak, mert egy dologra vigyázni kell. Attól függően, hogy a "kapcsoló" belseje milyen anyagból van, némelyik FETtel csak GND-t lehet kapcsolni - ezek az N csatornás FET-ek, és ilyet használtunk mi is: N csatornás MOSFET-et. Ez az oka annak, hogy ezt a FET-et az elem - pontja (GND) és a motor közé tettük: mert N csatornás FET ide való. (Ha az elem + és a motor közé akarunk FET-et, oda P csatornás FET kell.) Az N csatornás FETek olcsóak és elterjedtek, ezért nem vacakolunk és ezeket használjuk.

Hol vannak még FET-ek?

Tudjuk, hogy reléből lehet csinálni számítógépet, meg elektroncsőből is, de tranzisztorral még könnyebb. Azt is tudjuk, hogy a FET egy mégjobb tranzisztor.

Tehát vonjuk le a logikus következtetést: ha annyit nyom mint egy kacsa, akkor úszik a vizen, tehát fából van, ezért ég a máglyán, tehát... tehát... ja, ez egy másik film.

Szóval jó az elgondolás: a mai számítógépek (sőt, úgy az 1980-as évektől kezdve minden) FET-eket használ. Természetesen a mikrokontrollerünkben is FET-ek kapcsolgatják a villanyt a kimenetre, amikor be-ki kapcsoljuk a portot.

No de már ejha! Ha ott van benne a mikrokontrollerben a FET, akkor miért kell nekünk kívülről rátenni egy másik FETet??? A macska rúgja meg! Ez értelmetlenség, nem?

Nos, izé - jogos a felháborodás. Azonban a dolognak oka van. Ahhoz hogy egy FET erős legyen, nagynak kell lennie benne a chipnek. Ha a mikrokontroller minden kimenetének erősnek kell lennie, akkor a mikrokontroller chipje 10x nagyobb lenne, és emiatt sokkal drágább lenne - akkor is, ha csak ledekkel használjuk. Ráadásul mit lehet tudni, elég lenne-e a 200mA kimenet? Vagy 2A kell? vagy 20A? Sose lehetne elég jót csinálni!

Ezért van az, hogy a mikrokontrollerek kimenet mérsékelten "erős" (a 20mA az már erősnek számít az integrált áramkörök birodalmában) - és ránk bízzák inkább, hogy válasszunk annyi és olyan FET-et, ami épp kell hogy a kedvenc motorjainkat és lámpáinkat tudjuk kapcsolgatni.

Mekkora FET-et használunk?

Választottam egy N csatornás FET-et, ami 20A-t tud kapcsolni. Hoppá! Az elemből nem jön ki annyi! Ez jó lesz nekünk bármilyen motorhoz!

Ennek a FETnek az a neve, hogy AP20N15GI-HF. Szép, akár jelszónak is jó lenne, mi? :) Igaziból olyan sokféle FET létezik, hogy nem adnak nekik keresztneveket. Egy ilyen típusjelzés a gyártó nevéből, és néhány paraméterből áll össze, az AP épp az Advanced Power Electronics Corp. céget jelöli, a 20 azt hogy 20A, az N hogy N csatornás, a 15 hogy 150V-ot tud kapcsolni, stb... De kevés két lábú humanoid vágja ezeket fejből. Nem is kell, hiszen adatlapok és keresőrendszerek sokasága segít a mérnököknek kiválasztani a megfelelő alkatrészt.

Az is lehet, hogy Neked IRFU2405 FET-ed van. Ez még durvább jószág, 40A-t tud kapcsolni.

N csatornás FET rajzjele és a valóságos formája

Miért van neki három lába?

Azért, hogy el tudjon szaladni! De nem is! Igaziból azt csinálja, hogy a S és a D közötti két lábat kapcsolja össze, ha a G-n nagyobb villany van, mint az S-en.

Tudtad követni? Akkor megérdemlek egy fagyit! No, szóval akkor most lassabban.

A három láb neve:

Az elektronok iránya és a villany folyásának iránya egy sajnálatos félreértés miatt pont össze van keverve. Amikor Benjamin Franklin elkezdett kísérletezni az elektromossággal, úgy gondolta, hogy bizonyára van valami pozitív energia, ami átmegy ilyenkor... és sok-sok évvel később amikor felfedezték az elektronokat, akkor derült ki, hogy ez éppen fordítva van.

No de ki merészel vitatkozni egy olyan tudóssal, aki nem csak hogy politikus is, hanem a fényképét a világon mindenhol ismerik?

Benjamin Franklin nagy példányszámban nyomtatott arcképe

Inkább másként jegyezzük meg. Egy N csatornás MOSFET esetén:

Ha a mikrokontroller a G-t bekapcsolja, akkor a FET bekapcsol, ha a G-t GND-re kapcsolja, akkor meg a FET kikapcsol. Hurrá!