MOSFET เป็นสวิตช์ - เมื่ออยู่ในช่วงอิ่มตัว?

ฉันมีวงจรต่อไปนี้ติดอยู่บนเขียงหั่นขนม

ฉันเปลี่ยนแรงดันเกทโดยใช้โพเทนชิออมิเตอร์ นี่คือสิ่งที่ทำให้ฉันสับสน: ตามวิกิพีเดีย MOSFET อยู่ในความอิ่มตัวเมื่อ V (GS)> V (TH) และ V (DS)> V (GS) - V (TH)

ถ้าฉันเพิ่มแรงดันเกตช้าๆเริ่มจาก 0 MOSFET จะยังคงปิดอยู่ LED จะเริ่มต้นกระแสไฟฟ้าเล็กน้อยเมื่อแรงดันประตูมีค่าประมาณ 2.5V หรือมากกว่านั้น ความสว่างจะหยุดเพิ่มขึ้นเมื่อแรงดันเกตของประตูถึงประมาณ 4V ไม่มีการเปลี่ยนแปลงในความสว่างของ LED เมื่อแรงดันเกตมากกว่า 4V แม้ว่าฉันจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าอย่างรวดเร็วจาก 4 เป็น 12 ความสว่างของ LED ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

ฉันยังตรวจสอบแรงดัน Drain to Source ขณะที่ฉันเพิ่มแรงดันเกต การระบายแรงดันจากแหล่งจ่ายไฟลดลงจาก 12V ไปใกล้ 0V เมื่อแรงดันเกตเป็น 4V หรือมากกว่านั้น สิ่งนี้ง่ายต่อการเข้าใจ: เนื่องจาก R1 และ R (DS) เป็นตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าและ R1 นั้นใหญ่กว่า R (DS) แรงดันไฟฟ้าส่วนใหญ่จึงลดลงที่ R1 ในการวัดของฉันมีการลดลงประมาณ 10V ใน R1 และส่วนที่เหลือบน LED สีแดง (2V)

อย่างไรก็ตามเนื่องจาก V (DS) ตอนนี้อยู่ที่ประมาณ 0 เงื่อนไข V (DS)> V (GS) - V (TH) ไม่เป็นที่พอใจ MOSFET จึงไม่ได้อยู่ในความอิ่มตัวหรือไม่? หากเป็นกรณีนี้เราจะออกแบบวงจรที่ MOSFET กำลังอิ่มตัวได้อย่างไร

โปรดทราบว่า: R (DS) สำหรับ IRF840 คือ 0.8 Ohms V (TH) อยู่ระหว่าง 2V ถึง 4V Vcc คือ 12V

นี่คือสายโหลดที่ฉันวางแผนของวงจร

ตอนนี้จากสิ่งที่ฉันได้รับจากคำตอบตรงนี้คือเพื่อใช้งาน MOSFET เป็นสวิตช์จุดทำงานควรอยู่ทางด้านซ้ายของสายโหลด ฉันถูกต้องในการทำความเข้าใจของฉัน?

และหากมีการกำหนดเส้นโค้งลักษณะ MOSFET บนกราฟข้างต้นจุดปฏิบัติการจะอยู่ในพื้นที่ที่เรียกว่า "linear / triode" โดยปกติสวิตช์จะไปถึงภูมิภาคนั้นโดยเร็วที่สุดเพื่อให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ฉันเข้าใจหรือไม่ฉันผิดทั้งหมด?

ก่อนอื่น "ความอิ่มตัว" ใน mosfets หมายความว่าการเปลี่ยนแปลงใน VDS จะไม่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญใน Id (การระบายกระแส) คุณสามารถคิดเกี่ยวกับ MOSFET ในความอิ่มตัวเป็นแหล่งปัจจุบัน นั่นคือไม่คำนึงถึงแรงดันไฟฟ้าข้าม VDS (โดยมีข้อ จำกัด แน่นอน) กระแสผ่านอุปกรณ์จะคงที่ (เกือบ)

ตอนนี้กลับไปที่คำถาม:

ตามที่วิกิพีเดีย MOSFET อยู่ในช่วงอิ่มตัวเมื่อ V (GS)> V (TH) และ V (DS)> V (GS) - V (TH)

ถูกต้อง.

ถ้าฉันเพิ่มแรงดันเกตช้าๆเริ่มจาก 0 MOSFET จะยังคงปิดอยู่ LED จะเริ่มต้นกระแสไฟฟ้าเล็กน้อยเมื่อแรงดันประตูมีค่าประมาณ 2.5V หรือมากกว่านั้น

คุณเพิ่ม Vgs เหนือ Vth ของ NMOS ดังนั้นช่องจึงถูกสร้างขึ้นและอุปกรณ์เริ่มทำงาน

ความสว่างจะหยุดเพิ่มขึ้นเมื่อแรงดันเกตของประตูถึงประมาณ 4V ไม่มีการเปลี่ยนแปลงในความสว่างของ LED เมื่อแรงดันเกตมากกว่า 4V แม้ว่าฉันจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าอย่างรวดเร็วจาก 4 เป็น 12 ความสว่างของ LED ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

คุณเพิ่ม Vgs ทำให้อุปกรณ์ดำเนินการเป็นปัจจุบันมากขึ้น ที่ Vgs = 4V สิ่งที่ จำกัด ปริมาณกระแสไม่ได้เป็นทรานซิสเตอร์อีกต่อไป แต่ตัวต้านทานที่คุณมีต่ออนุกรมกับทรานซิสเตอร์

ฉันยังตรวจสอบแรงดัน Drain to Source ขณะที่ฉันเพิ่มแรงดันเกต การระบายแรงดันจากแหล่งจ่ายไฟลดลงจาก 12V ไปใกล้ 0V เมื่อแรงดันเกตเป็น 4V หรือมากกว่านั้น สิ่งนี้ง่ายต่อการเข้าใจ: เนื่องจาก R1 และ R (DS) เป็นตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าและ R1 นั้นใหญ่กว่า R (DS) แรงดันไฟฟ้าส่วนใหญ่จึงลดลงที่ R1 ในการวัดของฉันมีการลดลงประมาณ 10V ใน R1 และส่วนที่เหลือบน LED สีแดง (2V)

ทุกอย่างดูตามลำดับที่นี่

อย่างไรก็ตามเนื่องจาก V (DS) ตอนนี้อยู่ที่ประมาณ 0 เงื่อนไข V (DS)> V (GS) - V (TH) ไม่เป็นที่พอใจ MOSFET จึงไม่ได้อยู่ในความอิ่มตัวหรือไม่?

ไม่มันไม่ใช่. มันอยู่ในภูมิภาคเชิงเส้นหรือ triode มันทำหน้าที่เป็นตัวต้านทานในภูมิภาคนั้น นั่นคือการเพิ่ม Vds จะเพิ่มรหัส

หากเป็นกรณีนี้เราจะออกแบบวงจรที่ MOSFET กำลังอิ่มตัวได้อย่างไร

คุณมีอยู่แล้ว. คุณเพียงแค่ต้องดูแลจุดปฏิบัติการ (ให้แน่ใจว่าตรงตามเงื่อนไขที่คุณกล่าวถึง)

A) ในภูมิภาคเชิงเส้นคุณสามารถสังเกตได้ดังต่อไปนี้: -> เมื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเพิ่มไฟ LED จะสว่างขึ้นเมื่อกระแสข้ามตัวต้านทานและทรานซิสเตอร์จะเพิ่มขึ้นและจะไหลผ่าน LED มากขึ้น

B) ในภูมิภาคที่มีความอิ่มตัวของสีจะมีสิ่งต่าง ๆ เกิดขึ้น -> เมื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเสริมความสว่าง LED จะไม่เปลี่ยนแปลง แรงดันไฟฟ้าพิเศษที่คุณใช้กับ SUPPLY จะไม่แปลเป็นกระแสที่ใหญ่กว่า แต่มันจะข้าม MOSFET ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าของท่อระบายน้ำจะเพิ่มขึ้นพร้อมกับแรงดันไฟฟ้าของอุปทาน (ดังนั้นการเพิ่มอุปทานด้วย 2V จะหมายถึงการเพิ่มแรงดันของท่อระบายน้ำเกือบ 2V)

ฉันตีความความหมายของ 'ความอิ่มตัว' ในบริบทของบทความ Wikipedia ดังต่อไปนี้:

$I_D$$V_{DS}$$V_{GS}$$V_{GS}$

$I_D$$V_{DS}$$V_{DS}$

$I_D$$V_{DS}$$V_{GS}$$390 \Omega$

คำตอบอื่น ๆ ที่นี่ให้คำอธิบายที่ดีของคำว่า "ความอิ่มตัว" ตามที่ใช้กับ MOSFET

ฉันจะทราบที่นี่ว่าการใช้งานนี้แตกต่างจากสิ่งที่มีความหมายสำหรับทรานซิสเตอร์สองขั้วและอุปกรณ์อื่น ๆ

คำนี้ใช้อย่างถูกต้องสำหรับ MOSFET

• V (DS)> V (GS) - V (TH)

แต่มันไม่ควรจะเป็น
แต่มันเป็นดังนั้นระวัง

ทรานซิสเตอร์สองขั้ว (และไม่ใช่ MOSFET) คือ "กำลังอิ่มตัว" เมื่อเปิดเครื่องอย่างหนัก เงื่อนไขที่เท่าเทียมกันในโหมดการปรับปรุง MOSFET (ชนิดที่พบบ่อยที่สุด) คือเมื่อมันเป็น "การปรับปรุงอย่างเต็มที่" แต่คำที่เหมาะสมสำหรับสิ่งนี้ได้ถูกขโมยไปแล้ว

ที่เพิ่ม:

MOSFET ถูก "เปิด" โดยแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับเกตที่สัมพันธ์กับ source = Vgs
Vgs ที่ต้องการซึ่ง FET เริ่มเปิดใช้งานและดำเนินการตามจำนวนเงินที่กำหนดไว้ในปัจจุบันเรียกว่า 'แรงดันไฟฟ้าของเกตประตู' หรือ 'แรงดันไฟฟ้าเกณฑ์' เพียงแค่และมักจะเขียนเป็น Vgsth หรือ Vth หรือคล้ายกัน
Vth ให้ข้อบ่งชี้ว่าต้องการแรงดันไฟฟ้าเท่าใดในการใช้งาน FET เนื่องจากสวิตช์ BUT แต่ VGS ที่ได้รับการปรับปรุงอย่างเต็มที่โดยทั่วไปมักจะเป็น Vgsth หลายครั้ง นอกจากนี้ Vgs ที่จำเป็นสำหรับการปรับปรุงอย่างสมบูรณ์นั้นแตกต่างกันไปตามรหัสที่ต้องการ

กราฟนี้คัดลอกมาจากคำตอบของ Madmanguruman แสดงให้เห็นว่าที่ Vgs = 7V realtionship ของ Ids / Vds นั้นมีความยาวเชิงเส้นจนถึง Ids = 20A ดังนั้น FET จึง "มีการปรับปรุงอย่างเต็มที่" และดูเหมือนว่าตัวต้านทานจะอยู่ที่จุดนี้ สำหรับ FET Vds นี้ประมาณ 1.5V ที่ประมาณ 20A ดังนั้น Rdson จึงประมาณ R = V / I = 1.5 / 20 = 75 milliOhms
สำหรับ FET นี้จะมีเส้นโค้งที่ Vgs = 1V ดังนั้น VGSth = Vth อาจอยู่ในช่วง 0.5V-0.8V ที่ระดับ 100 uA

สิ่งที่คุณต้องทำเพื่อดูความอิ่มตัวคือจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้เพียงพอจนกระทั่งในที่สุดแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นไม่สร้างความแตกต่างให้กับกระแสไฟฟ้า
เมื่อต้องการทำสิ่งนี้ให้ตั้งค่า Vgs ของคุณเป็นค่าคงที่เปิด (> Vth) จากนั้นเพิ่มแรงดันไฟฟ้าข้าม Vds และวัดกระแส ในขั้นต้นมันจะเพิ่มขึ้นค่อนข้างเป็นเส้นตรงอยู่ในภูมิภาคโอห์มมิกหรือเป็นเส้นตรง แต่ในที่สุดมันจะแผ่ออกและแม้จะเพิ่มกระแสไฟฟ้าผ่าน MOSFET ต่อไปก็จะยังคงเหมือนเดิม

ในเรื่องเกี่ยวกับคำจำกัดความของความอิ่มตัวฉันเข้าใจความอิ่มตัว / เชิงเส้นใน MOSFET เพื่อให้ตรงข้ามกับสิ่งที่พวกเขาทำใน BJT เอกสารนี้(ภายใต้ตัวละครของมอสเฟตในไม่กี่หน้า) แนะนำคล้าย ๆ กันตราบใดที่คุณเข้าใจว่าพวกเขาทำงานอย่างไรและสิ่งที่คุณหมายถึงคำว่าคุณควรจะโอเค (อย่างน้อยก็จนกว่าคุณจะคุยเรื่องทรานซิสเตอร์กับใครสักคน :-))

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

มีแอปเพล็ตจำลอง MOSFET ที่ดีในหน้านี้ ฉันหวังว่ามันจะช่วย
ฉันก็ถามคำถามที่คล้ายกันเมื่อไม่นานมานี้ คุณอาจอ้างถึงเช่นกัน

B) ในภูมิภาคที่มีความอิ่มตัวของสีจะมีสิ่งต่าง ๆ เกิดขึ้น -> เมื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเสริมความสว่าง LED จะไม่เปลี่ยนแปลง แรงดันไฟฟ้าพิเศษที่คุณใช้กับ SUPPLY จะไม่แปลเป็นกระแสที่ใหญ่กว่า แต่มันจะข้าม MOSFET ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าของท่อระบายน้ำจะเพิ่มขึ้นพร้อมกับแรงดันไฟฟ้าของอุปทาน (ดังนั้นการเพิ่มอุปทานด้วย 2V จะหมายถึงการเพิ่มแรงดันของท่อระบายน้ำเกือบ 2V)

งั้นเหรอ การเพิ่มเสบียงควรเพิ่ม V ds โดย Id X Rds (on) เท่านั้น เมื่อพิจารณาว่า LED จะมีแรงดันไฟฟ้าตกไปข้างหน้าเกือบเท่ากันดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นจะต้องถูกใช้ร่วมกันโดยตัวต้านทานซีรีย์และอุปกรณ์ เนื่องจากตัวต้านทานมีค่ามากขึ้น (390 โอห์มเทียบกับ 0.8 โอห์มของอุปกรณ์) ส่วนแบ่งที่สำคัญของการตกของแรงดันจะต้องข้ามตัวต้านทาน ยิ่งไปกว่านั้นจะมีการระบายของกระแสที่เพิ่มขึ้นพร้อมกับความต้านทานที่เพิ่มขึ้น การสูญเสียของ MOSFET จะถูกคำนวณที่สถานะมั่นคงเนื่องจากกำลังสองคูณด้วย Rds (on) ดังนั้นการสังเกต "แรงดัน DRAIN จะเพิ่มขึ้นพร้อมกับแรงดันไฟฟ้าของอุปทาน (ดังนั้นการเพิ่มอุปทานด้วย 2V จะหมายถึงการเพิ่มแรงดันของท่อระบายน้ำเกือบ 2V)" ไม่ถูกต้อง