Anahtar Olarak MOSFET - Doygunlukta Ne Zaman?

Bir breadboard üzerinde bağlı aşağıdaki devre var.

Bir potansiyometre kullanarak geçit voltajını değiştiriyorum. İşte beni şaşırtan şey: wikipedia'ya göre, MOSFET, V (GS)> V (TH) ve V (DS)> V (GS) - V (TH) olduğunda doygunlukta .

Kapı voltajını 0'dan başlayan yavaş yavaş artarsam, MOSFET kapalı kalır. LED, kapı voltajı yaklaşık 2,5V civarında olduğunda küçük bir miktar akım iletmeye başlar. Kapı voltajı 4V'a ulaştığında parlaklık artmaya devam eder. Kapı voltajı 4V'tan yüksek olduğunda LED'in parlaklığında herhangi bir değişiklik olmaz. Gerilimi 4'ten 12'ye hızla arttırsam bile, LED'in parlaklığı değişmeden kalıyor.

Aynı zamanda geçit voltajını arttırırken Kaynaktan Drenajı da izliyorum. Giriş gerilimi 4V ya da daha fazla olduğunda, kaynak gerilimi drenaj 12V'den 0V'a düşer. Bunu anlamak kolaydır: R1 ve R (DS) bir voltaj bölücü oluşturduğundan ve R1, R (DS) 'den çok daha büyük olduğundan, voltajın çoğu R1' e düşer. Ölçümlerimde yaklaşık 10V R1'e, gerisi kırmızı LED'e (2V) düşüyor.

Bununla birlikte, V (DS) şimdi yaklaşık olarak 0 olduğu için, V (DS)> V (GS) - V (TH) koşulu yerine getirilmemiştir, MOSFET doygunlukta değil midir? Bu durumda, MOSFET'in doygun olduğu bir devre nasıl tasarlanır?

Not: IRF840 için R (DS) 0,8 Ohm'dur. V (TH) 2V ile 4V arasındadır. Vcc 12 V'dir.

İşte devremden çizdiğim yük hattı.

Şimdi, buradaki cevaplardan elde ettiğim şeye göre MOSFET'i anahtar olarak çalıştırmak için çalışma noktasının yük hattının soluna doğru olması gerektiğidir. Anlayışımda doğru muyum?

Ve eğer biri MOSFET karakteristik eğrilerini uygularsa, yukarıdaki grafikte, çalışma noktası “linear / triode” bölgesinde olacaktır. Etki, anahtarın verimli çalışabilmesi için bu bölgeye olabildiğince çabuk ulaşması gerekir. Anladım mı yoksa tamamen yanlış mıyım?

Her şeyden önce, mosetlerdeki "doygunluk", VDS'deki değişimin Id'de önemli bir değişiklik üretmeyeceği anlamına gelir (boşaltma akımı). MOSFET'i doygunluktaki güncel bir kaynak olarak düşünebilirsiniz. Bu, VDS'deki voltajdan (tabii ki sınırlarıyla) bağımsız olarak, cihazdan geçen akım (neredeyse) sabit olacaktır.

Şimdi soruya döneceğim:

Wikipedia'ya göre, V (GS)> V (TH) ve V (DS)> V (GS) - V (TH) olduğunda MOSFET doygunluktadır.

Bu doğru.

Kapı voltajını 0'dan başlayan yavaş yavaş artarsam, MOSFET kapalı kalır. LED, kapı voltajı yaklaşık 2,5V civarında olduğunda küçük bir miktar akım iletmeye başlar.

NMOS’un Vth’inden daha yüksek olan Vgs değerini yükselttiniz, böylece kanal kuruldu ve cihaz çalışmaya başladı.

Kapı voltajı 4V'a ulaştığında parlaklık artmaya devam eder. Kapı voltajı 4V'tan yüksek olduğunda LED'in parlaklığında herhangi bir değişiklik olmaz. Gerilimi 4'ten 12'ye hızla arttırsam bile, LED'in parlaklığı değişmeden kalıyor.

Vgs'i arttırıp cihazın daha fazla akım iletmesini sağladınız. Vgs = 4V'de akım sınırlayan şey artık transistör değil, transistör ile seri halde olan dirençtir.

Aynı zamanda geçit voltajını arttırırken Kaynaktan Drenajı da izliyorum. Giriş gerilimi 4V ya da daha fazla olduğunda, kaynak gerilimi drenaj 12V'den 0V'a düşer. Bunu anlamak kolaydır: R1 ve R (DS) bir voltaj bölücü oluşturduğundan ve R1, R (DS) 'den çok daha büyük olduğundan, voltajın çoğu R1' e düşer. Ölçümlerimde yaklaşık 10V R1'e, gerisi kırmızı LED'e (2V) düşüyor.

Burada her şey yolunda görünüyor.

Bununla birlikte, V (DS) şimdi yaklaşık olarak 0 olduğu için, V (DS)> V (GS) - V (TH) koşulu yerine getirilmemiştir, MOSFET doygunlukta değil midir?

Hayır öyle değil. Doğrusal veya üçlü bölgededir. Bu bölgede direnç olarak davranır. Bu artıyor Vds Id artacak.

Bu durumda, MOSFET'in doygun olduğu bir devre nasıl tasarlanır?

Zaten sahipsin. Sadece çalışma noktasına dikkat etmeniz gerekiyor (bahsettiğiniz koşulların sağlandığından emin olun).

A) Doğrusal bölgede aşağıdakileri gözlemleyebilirsiniz: -> BESLEME voltajını arttırırken, LED direnç ve transistördeki akım arttıkça parlaklaşır ve böylece LED boyunca daha fazla akar.

B) Doygunluk bölgesinde farklı bir şeyler olur -> BESLEME voltajını arttırırken, LED parlaklığı değişmez. BESLEME uyguladığınız ekstra voltaj daha büyük akıma çevrilmeyecektir. Bunun yerine, MOSFET'in karşısında olacak, bu nedenle DRAIN volajı besleme voltajıyla birlikte yükselecek (bu nedenle 2V'lık arzı artırmak, yaklaşık 2V'luk drenaj volajının artması anlamına gelecektir)

'Doygunluk' anlamını Wikipedia makalesi bağlamında şöyle yorumluyorum:

Bir MOSFET'in veri sayfası, belirli bir için belirli bir , belirli bir için belirli bir gösteren , genellikle bir dizi farklı değeri için eğrili bir grafik gösterecektir .$I_D$$V_{DS}$$V_{GS}$$V_{GS}$

Bu örnekte, kırmızı parabolik çizgi 'doğrusal' bölge olarak adlandırılanı 'doygunluk' bölgesinden ayırır. Doygunluk bölgesinde, çizgileri düz - akım arttıkça . Drenaj akımı arttıkça doğrusal bölgede, artar - MOSFET bir direnç gibidir.$I_D$$V_{DS}$$V_{DS}$

Sizin durumunuzda, parçanızın teknik olarak 'hayır' örneğine benzer eğrileri olduğunu varsayarak, cihaz doygunluk bölgesinde değil. Olduğu söyleniyor, o kadar düşük ki damlası seri dirençle karşılaştırıldığında çok küçük. ne yükselirse , MOSFET'in 'doğrusal' damlası direncine kıyasla küçüktür ve "doymuş görünür".$I_D$$V_{DS}$$V_{GS}$$390 \Omega$

Buradaki diğer cevaplar, MOSFET'lere uygulanan "doygunluk" terimini iyi bir şekilde açıklamaktadır.

Burada sadece bu kullanımın bipolar transistörler ve diğer bazı cihaz sınıfları için tasarlananlardan çok farklı olduğunu not edeceğim.

Terim doğru olarak MOSFET'ler için kullanılır.

• V (DS)> V (GS) - V (TH)

AMA asla olmamalıydı.
Ama öyle, bunun farkında olun.

Bir bipolar transistör (ve bir MOSFET DEĞİLDİR) sert bir şekilde açıldığında "doygunluktadır". Bir geliştirme modunda MOSFET'in eşdeğer koşulu (en yaygın tür) "tamamen geliştirildiğinde" dır, ancak bunun için uygun terim zaten çalınmıştır.

Eklendi:

Bir MOSFET, kaynak = Vgs'ye göre geçide uygulanan voltaj tarafından "açılır".
FET'in açılmaya başlayıp belirli bir miktarda akım ilettiği gerekli Vgs, 'kapı eşik voltajı' veya sadece 'eşik voltajı' olarak bilinir ve genellikle Vgsth veya Vth veya benzeri olarak yazılır.
Vth, FET'i bir anahtar olarak çalıştırmak için ne kadar voltajın gerekli olacağına dair bir gösterge verir, ancak BUT gerçek tamamen geliştirilmiş Vgs, genellikle Vgsth'nin birkaç katıdır. Ayrıca, tam geliştirme için gereken Vgs, istenen numaralara göre değişir.

Madmanguruman'ın cevabından kopyalanan bu grafik, Vgs = 7V'de Ids / Vds gerçeklemesinin yaklaşık Ids = 20A'ya kadar doğrusal olduğunu, böylece FET'in “tamamen gelişmiş” olduğunu ve bu noktaya kadar bir direnç gibi göründüğünü göstermektedir. Bunun için FET Vds yaklaşık 20A'da yaklaşık 1.5V'dir, bu nedenle Rdson yaklaşık R = V / I = 1.5 / 20 = 75 miliOhms'dir.
Bu FET için Vgs = 1V'de bir eğri vardır, bu yüzden VGSth = Vth, muhtemelen 100 uA'da 0.5V-0.8V aralığındadır.

Doygunluğu görmek için yapmanız gereken şey, voltajdaki yükselişin akımdan hiçbir farkı bulana kadar yeterli voltajın sağlanmasıdır.
Bunu yapmak için, Vgs’nizi statik açık (> Vth) bir değere ayarlayın, ardından voltajı Vds boyunca yükseltin ve akımı ölçün. Başlangıçta, oldukça doğrusal bir şekilde yükselecek, ohmik ya da doğrusal bölgede olacak, ama sonunda düzleşecek ve daha da yükselmesine rağmen, MOSFET'ten geçen akım aynı kalacaktır.

Doygunluğun tanımı ile ilgili olarak, MOSFET'lerdeki doygunluğu / doğrusallığı, BJT'de yaptıklarının tam tersi anlamına geldiğini biliyorum. Bu belge (MOSFET karakterizasyonu birkaç sayfalarında altında) uzun onlar nasıl çalıştığını anlamak kadar ve hangi olarak da, benzer anlaşılacağı sen terimiyle ifade, o zaman tamam olmalıdır (en azından sen :-) biriyle transistörleri tartışırken kadar)

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

Bu sayfada iyi bir MOSFET simülatör uygulaması var. Umut ediyorum bu yardım eder.
Ayrıca bir süre önce benzer bir soru sordum ; sen de buna başvurabilirsin.

B) Doygunluk bölgesinde farklı bir şeyler olur -> BESLEME voltajını arttırırken, LED parlaklığı değişmez. BESLEME uyguladığınız ekstra voltaj daha büyük akıma çevrilmeyecektir. Bunun yerine, MOSFET'in karşısında olacak, bu nedenle DRAIN volajı besleme voltajıyla birlikte yükselecek (bu nedenle 2V'lık arzı artırmak, yaklaşık 2V'luk drenaj volajının artması anlamına gelecektir)

Nasıl yani? Arzı artırmak, V ds değerini yalnızca Id X Rds (açık) ile arttırmalıdır. LED'in neredeyse aynı ileri voltaj düşüşüne sahip olacağı göz önüne alındığında, artan voltajın seri direnç ve cihaz tarafından paylaşılması gerekecektir. Direnç çok daha büyük bir değere sahip olduğundan (cihazın 0.8 ohm'una kıyasla 390 ohm), voltaj düşüşünün ana payı direnç boyunca olmalıdır. Dahası, şüphesiz, dirençteki artışla birlikte drenaj akımında bir artış olacaktır. MOSFET kayıpları sabit durumda Rds (açık) ile çarpılarak mevcut kareler hesaplanır. Bu nedenle, "DRAIN volajı besleme voltajıyla birlikte artacaktır (bu nedenle 2V'lık arzı artırmak, yaklaşık 2V'luk drenaj volajının artması anlamına gelecektir)" hatası yanlış.