ทำความเข้าใจกับไดโอด 'อุดมคติ' ที่ทำจากทรานซิสเตอร์ MOSFET p-channel และ PNP

Raspberry Pi B + รุ่นมีวงจรป้องกันระหว่างขั้วต่อ USB และ 5V สุทธิบนกระดาน พวกเขาแนะนำให้วางวงจรป้องกันที่คล้ายกันไว้ใน Pi HAT ก่อน 'backpowering' pi ผ่านส่วนหัวของ GPIO พร้อมกับโพลีฟิวส์ ฉันเข้าใจว่าทำไมนี่คือคำแนะนำ แต่ฉันต้องการที่จะเข้าใจมากขึ้นเกี่ยวกับวิธีการทำงานของวงจรนี้

ฉันทำการค้นหาก่อนที่จะโพสต์คำถามนี้และพบข้อมูลเกี่ยวกับการใช้ MOSFET เป็นไดโอดแรงดันไฟฟ้าต่ำ แต่พวกเขาทุกคนมีประตูสายตรงสู่พื้นดินโดยไม่ต้องคู่ของ PNP และตัวต้านทาน พวกเขากำลังทำอะไรกับวงจรนี้ นอกจากนี้การใช้ไดโอดร่างกายเป็นหลักหรือไม่? ในกรณีใดข้อมูลที่เกี่ยวข้องในแผ่นข้อมูลที่มีคุณสมบัติเป็น DMG2305UX สำหรับแอปพลิเคชันนี้คืออะไร ในวงจรอื่น ๆ ที่ฉันพบมันปรากฏว่า Rdson และ Vgsth มีความเข้ากันได้ต่ำกับวงจรดูเหมือนกับคุณลักษณะที่เกี่ยวข้อง

แนวคิดของทรานซิสเตอร์คือ:

• หากด้านซ้ายอยู่ในระดับต่ำและด้านขวาเป็น R2 สูง (และทรานซิสเตอร์ด้านซ้ายเล็กน้อย) จะลบอคติฐานของฐานด้านขวาของทรานซิสเตอร์ทำให้สามารถดันเกทไปทางด้านขวาของแรงดันไฟฟ้าได้ การปิดช่องของ FET และไดโอดร่างกายก็จะปิดกั้นเช่นกัน
• หากทางด้านขวาอยู่ในระดับต่ำและด้านซ้ายอยู่ในระดับสูงทางแยกของทรานซิสเตอร์ด้านซ้ายจะทำหน้าที่เป็นไดโอดและดึงฐานของทรานซิสเตอร์ด้านขวาสูงพอที่จะปิดได้ซึ่งทำให้ R3 สามารถดึงเกตต่ำได้และเปิดทรานซิสเตอร์ เริ่มแรกทางด้านขวาจะเริ่มขับเคลื่อนโดยไดโอดตัว แต่ค่อนข้างเร็วช่องต้านทานต่ำจะเข้ามาทำให้เกิดการลดลงต่ำมาก

ดังนั้นทรานซิสเตอร์ด้านซ้ายทำหน้าที่เป็นไดโอดที่จับคู่กับทรานซิสเตอร์ที่ถูกต้อง ค่าองค์ประกอบที่แน่นอนอาจขึ้นอยู่กับคู่ที่จับคู่ MOSFET และ PNP เทคนิคที่คล้ายคลึงกันมีให้บริการในรูปแบบอื่น แต่นี่เป็นเทคนิคที่รู้จักกันดีที่สุด

หากคุณผูกเกทของ MOSFET เข้ากับกราวด์เช่นนี้:

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

คุณกำลังสร้างการเชื่อมโยงตลอดเวลาอย่างมีประสิทธิภาพโดยมีพฤติกรรมเริ่มต้นที่ปรับบางอย่าง โดยปกติพฤติกรรมการเริ่มต้นทำงานจะได้รับการปรับปรุงโดยใช้ตัวเก็บประจุและ / หรือตัวต้านทานบนทางเข้าออก

เพราะถ้าด้านซ้ายสูงและด้านขวาไม่ใช่ด้านขวาจะได้รับการยกขึ้นโดยไดโอดตัวแล้วแหล่งที่มาจะสูงกว่าประตูทำให้ FET เปิด หากด้านขวาสูงขึ้นแหล่งสัญญาณก็จะขึ้นไปตามทางเข้าออกทันทีและ FET จะเปิดขึ้นอีกครั้ง ไม่มากสำหรับการกระทำของไดโอด

ไม่ว่าในกรณีใดก็ตามโดยทั่วไปคุณจะต้องหา FET ที่มีความต้านทานต่ำมากอย่างน้อย 10 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำ ดังนั้นหากคุณใช้งานกับ 3.3V คุณจะต้องการ FET ที่ใช้งานเต็มที่ที่ 2.5V หรือประมาณนั้นซึ่งอาจหมายถึง 1.2V หรือน้อยกว่าขีด จำกัด