この研究では、電磁発射装置を起動するために使用できる、単純だが効果的な MOSFET スイッチング回路を設計する試みが行われました。 MOSFET は、高効率と高速スイッチング特性により、電力スイッチングによく使用される半導体コンポーネントです。この研究の主な目的は、将来電磁発射装置を起動するために使用されるスイッチング回路を設計することです。ただし、トリガーの成功はコイルではなく LED によって制御されます。したがって、実際には MOSFET を使用した一般的なトリガ回路として作業に取り組むことができます。
MOSFET (金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ) は、高性能半導体スイッチングで広く使用されているコンポーネントです。この論文では、スイッチングにおける MOSFET の使用と、他の半導体素子に対する MOSFET の利点について説明し、簡単な MOSFET スイッチング回路について説明します。MOSFET はトランジスタの一種で、高速スイッチング用途に使用されます。特に、電源、パワーインバータ、DC-DCコンバータ、モータドライブなどのアプリケーションで使用されます。 MOSFET は、入力容量が低く、効率が高く、スイッチングが速く、サイズが小さいという利点があります。MOSFET では、半導体上に形成された薄い絶縁層がゲート電極に接続されます。このゲート電極に印加される電圧により、絶縁体層内の電界が変化します。これにより、MOSFETのチャネル領域の導電率が制御される。 MOSFET は入力インピーダンスが高いため、消費電力は非常にわずかです。
スイッチングにおける他の半導体素子に対する MOSFET の利点は次のとおりです。
• Low Input Capacitance : The input capacitance of the MOSFET is lower than that of other semiconductor switchers. This allows the MOSFET to switch quickly and enables higher switching frequencies.
• High Efficiency : The internal resistance of the MOSFET is low, which reduces energy loss. Therefore, MOSFET-based switching circuits have higher efficiency.
• High Switching Speed : MOSFET can be switched faster compared to other semiconductor switchers. Therefore, MOSFET-based switching circuits can operate at higher switching frequencies.
• Small Size : MOSFET is smaller in size compared to other semiconductor switchers. This allows for denser circuit designs.
MOSFET には幅広い用途があるため、多くの研究者が MOSFET ベースのスイッチング回路の設計と性能の向上に取り組んでいます。 DC/DC コンバータでは、スイッチング周波数が高いアプリケーションでは、他の半導体スイッチよりも MOSFET が好まれます。 MOSFET は、高スイッチング周波数のアプリケーションにおいて、他の半導体スイッチと比較していくつかの利点をもたらします。まず、高スイッチング周波数のアプリケーションで MOSFET を使用する最も重要な理由は、高スイッチング周波数の方が低スイッチング周波数よりも電力損失が少ないことです。したがって、MOSFET は高周波アプリケーションにおいてより効率的なオプションとして際立っています。さらに、MOSFET には、他の半導体スイッチング デバイスよりも電力密度が高いという利点があります。より高い電力密度で動作することにより、MOSFET はより高い電流および電圧レベルでスイッチングできるようになります。さらに、MOSFET は、他の半導体スイッチと比較して、より簡単に、より少ない程度で駆動できます。 MOSFET は、駆動回路の信号がハイレベルまたはローレベルの場合に簡単に切り替えることができます。その結果、MOSFET は他の半導体スイッチに比べて効率が高く、電力密度が高く、スイッチング周波数の高いアプリケーションでの駆動が容易になります。これらの理由により、DC/DC コンバータ、パワー エレクトロニクス アプリケーション、高速スイッチング、パワー アンプ、その他多くのアプリケーションで広く使用されています。
Circuit Elements:
- ARDUINO MEGA ( Microcontroller)
- IRFZ44N (MOSFET)
- PC817 (Optocoupler)
- LM7812 & LM7805 (Linear Voltage Regulator)
- 330R & 10kR (Resistance)
- 0.1uF & 0.22uF &10uF & 100uF (Capacitor)
- LED
この研究で回路を作成する際、すべてのコンポーネントのデータシートを 1 つずつ調べました。接続ピン、電流値、電圧値を考慮して設計を行いました。アプリケーション内のデータシート情報や技術的詳細については言及せず、材料に関する一般的な情報を以下に記載します。詳細を確認したい場合は、インターネットからデータシートに無料でアクセスできますが、ご質問やご提案がある場合は、最後に残したコミュニケーション チャネルを通じて私にご連絡ください。
IRFZ44N は、N チャネル パワー MOSFET トランジスタです。このトランジスタは、大電流および低周波スイッチングに使用される一般的な選択肢です。 IRFZ44N は、高導電率、低抵抗、高速スイッチング特性が特徴です。 IRFZ44N は TO-220 パッケージで提供され、通常、最大電流容量は 55V および 49A です。さらに、入力容量が低いため、このコンポーネントは高速スイッチング アプリケーションにも使用できます。
Arduino Mega は、Arduino プラットフォームの強化されたマイクロコントローラー ボードです。より多くの入出力 (I/O) ポートとより多くのメモリ容量を提供します。 Mega には、54 個のデジタル入出力ピン (そのうち 14 個は PWM 出力として使用可能)、16 個のアナログ入力、4 個の UART (シリアル通信) 接続、4 個の外部割り込みピンなどが含まれています。これらの機能により、Arduino Mega はより多くの入出力接続を必要とするより複雑なプロジェクトやアプリケーションに最適になります。 Arduino Mega には幅広い用途があります。特にロボット工学、自動制御、センサーネットワーク、データロガーなどのアプリケーションで使用されます。ただし、あるプロジェクトではデジタル トリガーのみに使用されました。 Mega の機能と幅広い使用領域により、プロジェクトをより高度かつ包括的に行うことができます。ただし、この研究では、デジタルトリガーのみに使用されました。 PC817 は光アイソレータであり、入力信号を絶縁するために使用されます。低電力デバイスと高電力デバイス間の安全な接続を提供し、高速データ伝送アプリケーションにも使用できます。
LM7812 および LM7805 は、電子機器で使用されるさまざまな電圧出力を備えたリニア電圧レギュレータです。 LM7812 は 12 ボルトの出力を提供し、無線送信機、アンプなどの 12 ボルトの電源を必要とするアプリケーションで使用されます。一方、LM7805 は 5 ボルトの出力を提供し、デジタルなどの 5 ボルトの電源を必要とするアプリケーションに適しています。どちらの電圧レギュレータも、入力電圧を一定の出力電圧に下げるために使用され、正しく安全に動作する電子機器にとって重要です。 LM7812 および LM7805 は幅広い用途に対応し、電子プロジェクトで頻繁に使用されるコンポーネントです。
スイッチング回路では、スイッチのオン/オフを確認するために LED が使用されます。スイッチがオンの場合は LED が点灯し、スイッチがオフの場合は消灯します。これにより、回路の状態を視覚的に監視することが可能になります。大電流の引き込みを防ぐために、スイッチングに使用されるトランジスタ (MOSFET など) を流れる電流を制限するために抵抗が使用されます。これにより、トランジスタの過熱や損傷が防止されます。また、大電流による他のコンポーネントの損傷も防ぎます。抵抗の値は、回路の要件と使用するトランジスタの特性に応じて選択されます。この研究では、2 つの異なる LED が同じマイクロプロセッサで連続してトリガーされました。言い換えれば、与えられた実際のアプリケーションの回路は、理論的に研究された回路の 2 を構築することによって形成されます。電磁発射装置は非常に刺激的な装置であり、未来の技術として注目されています。これらの装置は磁場を利用して物体を高速で発射します。独自の電磁ランチャーを作成したい場合は、MOSFET スイッチング回路を使用してこのデバイスを作成できます。これが行われた作業の主な要素です。私は将来、TÜBİTAK 2209-A プロジェクトの電磁発射回路として共有したこの回路を開発して実装する予定です。
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