MOSFET как коммутатор - когда он насыщен?

У меня есть следующая схема, подключенная к макету.

введите описание изображения здесь

Я изменяю напряжение затвора с помощью потенциометра. Вот что меня смущает: согласно Википедии, MOSFET находится в насыщении, когда V (GS)> V (TH) и V (DS)> V (GS) - V (TH).

Если я медленно увеличиваю напряжение затвора, начиная с 0, MOSFET остается выключенным. Светодиод начинает проводить небольшое количество тока, когда напряжение затвора составляет около 2,5 В или около того. Яркость перестает увеличиваться, когда напряжение затвора достигает около 4 В. Яркость светодиода не изменяется, когда напряжение затвора больше 4 В. Даже если я быстро увеличиваю напряжение с 4 до 12, яркость светодиода остается неизменной.

Я также контролирую напряжение Drain to Source, пока я увеличиваю напряжение затвора. Напряжение от истока до источника падает с 12 В до 0 В, когда напряжение затвора составляет 4 В или около того. Это легко понять: поскольку R1 и R (DS) образуют делитель напряжения, а R1 намного больше R (DS), большая часть напряжения падает на R1. По моим измерениям около 10 В падает на R1, а остальные на красный светодиод (2 В).

Однако, поскольку V (DS) теперь приблизительно равно 0, условие V (DS)> V (GS) - V (TH) не выполняется, является ли MOSFET не насыщенным? Если это так, то как бы спроектировать схему, в которой MOSFET находится в насыщении?

Обратите внимание, что: R (DS) для IRF840 составляет 0,8 Ом. V (TH) составляет от 2 до 4 В. Vcc составляет 12 В.



Вот линия нагрузки, которую я построил на моей схеме.

введите описание изображения здесь>> </p>

<p> Теперь, из того, что я получил от ответов, заключается в том, что для работы MOSFET в качестве коммутатора рабочая точка должна быть слева от линии нагрузки. Правильно ли я в своем понимании? </p>

<p> И если накладывать характеристические кривые MOSFET на приведенный выше график, то рабочая точка будет находиться в так называемой области «линейный /триод». Infact, коммутатор должен как можно быстрее достичь этого региона, чтобы работать эффективно. Получаю ли я его, или я совершенно не прав? </p></body></html>

39 голосов | спросил Saad 1 stEurope/Moscowp30Europe/Moscow09bEurope/MoscowThu, 01 Sep 2011 16:55:46 +0400 2011, 16:55:46

6 ответов


30

Прежде всего, «насыщенность» в MOSFET означает, что изменение в VDS не приведет к значительным изменениям в Id (ток стока). Вы можете думать о MOSFET в насыщении как о текущем источнике. Это независимо от напряжения на VDS (с ограничениями, конечно) ток через устройство будет (почти) постоянным.

Теперь, возвращаясь к вопросу:

Согласно википедии, MOSFET находится в насыщении, когда V (GS)> V (TH) и V (DS)> V (GS) - V (TH).

Это правильно.

Если я медленно увеличиваю напряжение затвора, начиная с 0, MOSFET остается выключенным. Светодиод начинает проводить небольшое количество тока, когда напряжение затвора составляет около 2,5 В.

Вы увеличили Vgs выше Vth NMOS, чтобы канал был сформирован, и устройство начало работать.

Яркость перестает увеличиваться, когда напряжение затвора достигает около 4 В. Яркость светодиода не изменяется, когда напряжение затвора больше 4 В. Даже если я быстро увеличиваю напряжение с 4 до 12, яркость светодиода остается неизменной.

Вы увеличили Vgs, делая устройство более продолжительным. При Vgs = 4V вещь, которая является предельным током, больше не является транзистором, а резистором, который у вас есть последовательно с транзистором.

Я также контролирую напряжение Drain to Source, пока я увеличиваю напряжение затвора. Напряжение от истока до источника падает с 12 В до 0 В, когда напряжение затвора составляет 4 В или около того. Это легко понять: поскольку R1 и R (DS) образуют делитель напряжения, а R1 намного больше R (DS), большая часть напряжения падает на R1. По моим измерениям около 10 В падает на R1, а остальные - на красный светодиод (2 В).

Здесь все выглядит.

Однако, поскольку V (DS) теперь приблизительно равно 0, условие V (DS)> V (GS) - V (TH) не выполняется, является ли МОП-транзистор не насыщенным?

Нет, это не так. Он находится в линейной или триодной области. Он ведет себя как резистор в этом регионе. Это увеличивает Vds, увеличит Id.

Если это так, как создать схему, в которой MOSFET находится в насыщении?

У вас уже есть. Вам просто нужно позаботиться о рабочей точке (убедитесь, что условия, о которых вы упомянули, соблюдены).

A) В линейной области вы можете наблюдать следующее: -> при увеличении напряжения SUPPLY светодиод станет ярче, так как ток через резистор и транзистор повысятся и, следовательно, больше будет протекать через светодиод.

B) В области насыщения произойдет что-то другое -> при увеличении напряжения SUPPLY яркость светодиода не изменится. Дополнительное напряжение, которое вы подаете на SUPPLY, не приведет к увеличению тока. Вместо этого это будет через MOSFET, поэтому напряжение DRAIN будет повышаться вместе с напряжением питания (так что увеличение подачи на 2 В будет означать увеличение стока на почти 2 В)

ответил mazurnification 1 stEurope/Moscowp30Europe/Moscow09bEurope/MoscowThu, 01 Sep 2011 20:13:01 +0400 2011, 20:13:01
18

Я интерпретирую значение «насыщения» в контексте статьи Википедии следующим образом:

В таблице данных для MOSFET будет показан график с кривыми, показывающими конкретный \ $ I_D \ $ для конкретного \ $ V_ {DS} \ $ при определенном \ $ V_ {GS} \ $, как правило, для ряда разные значения \ $ V_ {GS} \ $.

MOSFET Id vs Vds curve - из статьи в Википедии MOSFET

В этом примере красная параболическая линия разделяет то, что называется «линейной» областью из области «насыщения». В области насыщения линии \ $ I_D \ $ являются плоскими - ток больше не увеличивается по мере увеличения \ $ V_ {DS} \ $. В линейной области, когда ток стока увеличивается, \ $ V_ {DS} \ $ увеличивается - MOSFET действует как резистор.

В вашей ситуации, если ваша часть имеет аналогичные кривые для примера, технически «нет», устройство не находится в области насыщения. При этом ваш \ $ I_D \ $ настолько мал, что падение \ $ V_ {DS} \ $ минимально по сравнению с последовательным резистором. Независимо от того, что увеличивает \ $ V_ {GS} \ $, «линейная» капля MOSFET крошечная по сравнению с резистором \ $ 390 \ Omega \ $ и «выглядит» насыщенной.

ответил Adam Lawrence 1 stEurope/Moscowp30Europe/Moscow09bEurope/MoscowThu, 01 Sep 2011 20:09:59 +0400 2011, 20:09:59
8

Другие ответы здесь дают хорошее объяснение термина «насыщенность» применительно к МОП-транзисторам.

Я просто заметлю, что это использование сильно отличается от того, что предназначено для биполярных транзисторов и некоторых других классов устройств.

Термин правильно используется для MOSFET, где

  • V (DS)> V (GS) - V (TH)

НО это никогда не должно было быть.  Но это так, так что имейте это в виду.

Биполярный транзистор (и НЕ МОП-транзистор) является «насыщенным», когда он сильно поворачивается. Эквивалентное условие в режиме MOSFET с улучшенным режимом (наиболее распространенный вид) - это когда он «полностью расширен», но правильный термин для этого уже был украден.


Добавлено:

MOSFET «включен» по напряжению, приложенному к затвору относительно источника = Vgs.
Требуемые Vg, где FET начинает включать и проводит определенное количество тока, известно как «пороговое напряжение затвора» или просто «пороговое напряжение» и обычно записывается как Vgsth или Vth или аналогичный.
Vth дает указание о том, сколько напряжения потребуется для управления полевым транзистором в качестве переключателя. Но фактические полностью расширенные Vgs обычно несколько раз Vgsth. Кроме того, Vgs, необходимые для полного улучшения, зависят от желаемых идентификаторов.

Этот график, скопированный из ответа Мадмангурумана, показывает, что при Vgs = 7V realsionship Ids /Vds имеет линейную длину примерно до Ids = 20A, поэтому FET «полностью расширен» и выглядит как резистор до примерно этой точки. Для этого FET Vds составляет около 1,5 В при примерно 20 А, поэтому Rdson составляет около R = V /I = 1,5 /20 = 75 миллиомов.
Для этого FET существует кривая при Vgs = 1V, поэтому VGSth = Vth, вероятно, находится в диапазоне 0,5 В-0,8 В, скажем, 100 мкА.

введите описание изображения здесь>> </p>

<p> <img src =

ответил Russell McMahon 1 stEurope/Moscowp30Europe/Moscow09bEurope/MoscowThu, 01 Sep 2011 17:25:31 +0400 2011, 17:25:31
4

Что вам нужно сделать, чтобы увидеть насыщенность, это достаточное напряжение питания, пока, в конце концов, повышение напряжения не будет иметь никакого значения для тока.
Для этого установите Vgs в значение static on (> Vth), затем поднимите напряжение на Vds и измерьте ток. Первоначально он будет подниматься довольно линейно, находясь в омическом или линейном диапазоне, но в конечном итоге он будет сглажен, и, несмотря на увеличение тока, ток через полевой МОП-транзистор останется неизменным.

Что касается определения насыщения, я понимаю, что насыщенность /линейность в МОП-транзисторах означает примерно противоположное тому, что они делают в BJT. Это (в соответствии с характеристикой MOSFET на нескольких страницах) похоже на то, что, хотя вы понимаете, как они работают, и что вы подразумеваете под этим термином, тогда вы должны быть в порядке ( по крайней мере, пока вы не обсудите транзисторы с кем-то :-))

ответил Oli Glaser 1 stEurope/Moscowp30Europe/Moscow09bEurope/MoscowThu, 01 Sep 2011 19:56:31 +0400 2011, 19:56:31
1

http://www.falstad.com/circuit/e-nmosfet.html

На этой странице есть хороший апплет симулятора MOSFET. Надеюсь, это поможет. Также я спросил аналогичный вопрос некоторое время назад; вы также можете обратиться к нему.

ответил hkBattousai 1 stEurope/Moscowp30Europe/Moscow09bEurope/MoscowThu, 01 Sep 2011 17:07:35 +0400 2011, 17:07:35
0

B) В области насыщения произойдет что-то другое -> при увеличении напряжения SUPPLY яркость светодиода не изменится. Дополнительное напряжение, которое вы подаете на SUPPLY, не приведет к увеличению тока. Вместо этого это будет через MOSFET, поэтому напряжение DRAIN будет повышаться вместе с напряжением питания (так что увеличение подачи на 2 В будет означать увеличение стока на почти 2 В)

Как так? Увеличение подачи должно увеличивать V d-s только с помощью Id X RDS (включено). Учитывая, что светодиод будет иметь почти такое же падение прямого напряжения, тогда повышенное напряжение должно быть разделено последовательным резистором и устройством. Поскольку резистор имеет гораздо большее значение (390 Ом по сравнению с 0,8 Ом устройства), основная доля падения напряжения должна быть через резистор. Более того, будет defenitely будет увеличение тока стока с увеличением сопротивления. Потери МОП-транзита рассчитываются в стабильном состоянии как квадрат тока, умноженный на Rds (on). Таким образом, наблюдение «УРОВЕНЬ ЗЕМЛИ будет расти вместе с напряжением питания (поэтому увеличение подачи на 2 В будет означать увеличение стока на почти 2 В)» неверно

ответил Raman 17 PM000000100000004931 2014, 22:40:49

Похожие вопросы

Популярные теги

security × 330linux × 316macos × 2827 × 268performance × 244command-line × 241sql-server × 235joomla-3.x × 222java × 189c++ × 186windows × 180cisco × 168bash × 158c# × 142gmail × 139arduino-uno × 139javascript × 134ssh × 133seo × 132mysql × 132