こんにちは。

さて今回は。

なんか、半導体入ってるけど。
電圧とかいじってるわけじゃない。
いわゆる、「FET搭載MOD」について。
軽く解説していきたいと思います。
分かる範囲でね。

まあこんなの。
irl01
 
まあまず軽く、FETの説明を。
FETとは、「Field Effect Transistor」の略です。
日本語だと、電界効果トランジスタ。
いわゆる、ふつーのトランジスタの、「制御端子」をうすーい膜で絶縁して、電流じゃなくてそこからの電界で「入出力端子間」の電気を流したり止めたりする、そんなヤツです。

なんで絶縁して、わざわざ電界で制御するようにするのか?。

普通のトランジスタは、こんな感じの構造になっています。
fet02
まあおおざっぱにいうと、真ん中がスイッチみたいになっていて。
真ん中に挟まれたところに電流かけたり、逆に電流を抜いたりすると、上下の素子間に大きな電流が流れる構造です。
ただ、この構造。
上下の素子間に大きな電流を流すためには、真ん中の挟まれたところに、結構大きな電流を流したり、抜いたりしないといけません。
また、電気の圧力、「電圧」は、構造にもよりますが、結構低下してしまいます。
だいたい0.7Vとかかな。
一例ですが、例えば4Vの電圧をスイッチしたい場合、真ん中の挟まれたところには5Vくらいかけないと、4V-0Vのスイッチができません。
ただし電流は、そんなに要りません。
例えば、真ん中に5V、10mA流すと、上下間に4.3V、10A流せる。
そんなのがトランジスタなのです。

この真中の部分を絶縁してやって、電流流れないようにしたのが、FETです。
構造は、こんな感じ。
fet03
黄色いのが絶縁体ね。
ゲートという端子に電圧をかけると、下側にある電子が引き寄せられて、ソースドレイン間に電流を流します。
ちょっとした電圧で、電子が引き寄せられるので、少ない電流や電圧で、多くの電流電圧をスイッチすることができる、それがFETです。
余談ですが、ゲートをCPUや制御ICにつなぎ、少ない電流で高速スイッチして、電圧降下を起こしたり、逆にインダクタとか組み合わせて電圧を上昇させたりするのが、いわゆるテクニカルMODです。

ただし!、FETには罠があります。
上の図、ソース、ゲート、ドレインの3つが見えますが。
下の青い部分、何もつながってないように見えます。
ここをバックゲートというのですが、この4端子目をゲートにつないでたりします。
また、より大電流を流せるパワーMOSFETというやつは。
こんな構造だったりします。
fet04
よーみると、ソースドレイン間、PとNしかないです。
トランジスタは、PNPとかNPNとかなのに。
PとNをくっつけた構造にすると、「ダイオード」という部品になります。
こんなんね。
fet05

例えば上記のFETの場合、ソース→ドレイン間はダイオードになっちゃってて、電流流れちゃうのです。
このダイオード構造のせいで、FETの使用には制限があります。

さっきっからPだのNだの出てきますが、これの組み合わせの違いにより、N型、P型のFETがあるのですが。
それぞれ特性が違うので、スイッチできる回路部分に、差異があります。
こんなんね。
fet06

詳しくは、このURLを:http://e3office.webspace.ne.jp/bbs/e3office_topic_pr_13.html

まあ簡単にまとめると。
「P型FET」は、上記「ハイサイドスイッチ」に向いてるけど、特性があんまよくなく、比較的大電流を流しにくい。
「N型FET」は、上記「ローサイドスイッチ」に向いてる、特性がよく、比較的大電流を流せる。
でも電気回路設計上、GND側を共通にできないのは結構辛い。

最初のFET使ったMODの回路を、よーみてみましょう。
irl01
これは、N型のFETの使用例。
電池の-端子が、ケースにつながってなくて、 FETにつながってます。
510スレッドのネガティブが、ケースにくっついてます。
ケースは、Fire時のみGNDに落ちますが、普段は浮いてます。
FETのみの回路だとこれでもいいのですが、例えば他の電子回路基板くっつけたいとき、「ケースがGNDじゃない」ての、結構頭が痛くなる問題になったりするのです。
ケースに対して絶縁とか要りますし!。

で、FETの特性。
よー使われている、「IRLB3034PBF」というN型FETだと。
fet07

最大電圧:40V
最大電流:195A (温度25度時)
ON抵抗:0.0014オーム
ONに必要なスレッショルド電圧:1.0V~2.5V
です。
URL:http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-06022/
FETを間に挟むことで、0.0014オームの抵抗が発生することになりますが、まあこれくらいですんじゃうのです。
下手なメカニカルMODのスイッチの場合、これより桁が違う抵抗持ってたりします。
ほら、、、チューブに0.1オームビルドのっけたら、スイッチ熱くなったとか、ありませんか?。
これ、スイッチ部が0.05オームの抵抗あったりするから、起きるのです。
ので、FETMOD、ちゃんと設計してあれば、「メカニカルMODより電流流せる」MODになるのです。

で、長々と書きましたが。
ではFET使った場合、メカニカルMODに対するメリットは何か?。
それは、
・メンテナンス性の向上
 大電流のスイッチはFETで行うため、ハンダなどでがっちり固定でき、錆などに強くなる
・スイッチ部分に電流流さなくて済む
 FETのゲート端子には電流必要ないので、 ちっこいスイッチで対応可能、防水とかもしやすい
・大電流を流すMODを作りやすい
 配線に銅を使いやすく、またハンダで酸化を防止するので、銅のポテンシャルをフルに発揮させやすい
 FETもきちんと選定すれば、メカスイッチよりも抵抗少なく作ることができる
 
て感じです。

特に錆との戦いになる銅MODや、多少なりとも素材に抵抗があるステンレスMOD、スイッチ摺動部がチッコイ、メカニカルなBOXMODよりも、FETでスイッチする構造のMODのほうが、安全なのかも知れません。
そして、FETが入っているからといって。
「電気を直接操る」ことにはかわりありません。
むしろ電池のパワーをダイレクトに伝えられる構造、それが単純なFETMODな気がしています。

まあ、、、軽く見られがちなFET搭載のMODの。
利点的なものを掘り下げてみました。
ご興味がおありなら、一台持っとくのも素敵かと。

以上です。