Pourquoi une résistance de valeur élevée est-elle nécessaire pour mettre à la terre une porte MOSFET?
Nouveau dans l'électrotechnique. Je suis un cours d'introduction à l'université de Cambridge mais je ne suis pas tout à fait clair sur ce que dit le conférencier, et je n'ai personne à consulter parce que j'enseigne moi-même cette partie du cours dans des contraintes de temps énormes.
Le schéma ci a R G . Je comprends que la porte agit comme un condensateur dans un MOSFET, en raison d'une couche d'oxyde métallique, ce qui lui donne une impédance d'entrée essentiellement infinie. Alors, pourquoi ne pas simplement connecter le portail à la terre avec un fil? Cela garantit qu'il n'est pas flottant, car l'accumulation de charge ne se produit pas. En outre, le conférencier dit que R G définit la valeur de l'impédance d'entrée de l'infini à une valeur finie (et devrait donc être suffisamment grande pour une utilisation dans un amplificateur), ce que je ne comprends pas, car il y a toujours la propriété capacitive du Couche MO à considérer. Je ne comprends pas non plus pourquoi une résistance infinie est un problème dans un scénario pratique.
J'ai essayé de trouver des articles similaires: Pourquoi la résistance "pullup" de ce MOSFET est-elle nécessaire? semble avoir des points pertinents (en particulier sur l'idée de ne pas pouvoir simplement connecter V DD et V DS ). Cependant, j'ai l'impression de manquer beaucoup de détails de base. La question sur la résistance de grille mosfet dit qu'une résistance de haute valeur `` évite le couplage capacitif pilotant le transistor lorsqu'il n'est pas connecté autrement '', et `` Il est courant de placer une résistance ... de la grille à la terre, juste pour être sûr que le MOSFET sera éteint si la chose qui le conduit ... laisse la sortie flotter. Sinon, de très petits courants de votre doigt, un couplage capacitif, un couplage inductif ou d'autres choses dont vous préférez ne pas vous inquiéter peuvent modifier la tension de grille du MOSFET, entraînant un comportement involontaire. Que signifie laisser la sortie flotter et qu'est-ce que la commande capacitive?
Réponses
Peut-être que vous y réfléchissez trop.
Le diagramme que vous montrez implique qu'une connexion de signal de porte est ouverte. R g est de s'assurer que la porte a un chemin CC vers la source (GND) en l'absence d'un signal de porte . Comme vous l'avez noté, cela est nécessaire en raison du fait que l'impédance de la porte FET est pratiquement infinie.
R g n'est pas nécessaire s'il existe un signal de porte référencé à la masse.
Alors, pourquoi ne pas simplement connecter le portail à la terre avec un fil?
Comment l'activer et le désactiver alors? Si la porte est liée en permanence à 0V, vous ne pourrez jamais dire à ce transistor de conduire.
David Normal a déjà discuté de la valeur de la résistance pull-down. Lorsqu'il n'y a pas d'autre entrée à la porte MOSFET, Rg s'assure qu'il est assis à 0V, et ainsi il ne conduira PAS. Cependant, vous avez besoin de la résistance là-bas parce que vous voulez pouvoir surmonter son effet en appliquant un signal externe à la porte pour dire au MOSFET de s'allumer.
Si vous le liez directement à un niveau bas, comme vous le suggérez dans le devis ci-dessus, alors si vous appliquez une tension à la porte, elle sera immédiatement court-circuitée à la terre et votre MOSFET ne pourra jamais s'allumer. En bref, Rg "maintient" la porte à 0 volts (un état connu) jusqu'à ce que vous la forciez à monter. Il n'y a pas de solution intermédiaire.
Un MOSFET avec une grille flottante peut causer toutes sortes de problèmes. Parce que son impédance d'entrée est si élevée, toute fluctuation de tension sur la porte peut l'amener à s'allumer partiellement. Cela conduit souvent à davantage de fluctuations et le MOSFET commencera à osciller. Cela entraînera évidemment un comportement erratique de votre circuit et, dans certains cas, un échauffement du transistor et des dommages potentiellement permanents. Il est crucial que la porte d'un MOSFET (ou d'une autre entrée à haute impédance) soit maintenue dans un état connu pour éliminer la possibilité de ce type de comportement.
Outre l'effet de tirage vers le bas, Rg peut servir un autre objectif dans les applications à grande vitesse. Parce que la grille d'un MOSFET est effectivement un condensateur, si vous commutez à une vitesse élevée, la porte prendra un certain temps pour se décharger et désactiver le transistor. Supposons que le MOSFET soit un 2n7000 avec une capacité d'entrée de 50 pF et pas de Rg dans le circuit. L'impédance entre la grille et la masse pourrait être, par exemple, de 50 MΩ. Le délai RC serait alors R x C = [50x10 ^ (- 12)] x [50x10 ^ (6)] = 2,5x10 ^ (- 3), soit 2,5 millisecondes. Si vous essayez de commuter le transistor à 100 kHz (période de 10 microsecondes), le MOSFET ne pourra pas s'allumer ou s'éteindre assez rapidement. Une résistance connectée entre la grille et la terre déchargera la capacité de la grille beaucoup plus rapidement, vous permettant d'activer et de désactiver le MOSFET beaucoup plus rapidement.
Tout comme les transistors comme les résistances de rappel à collecteur ouvert, les MOSFET nécessitent également un rappel vers le haut uniquement si la broche de grille est laissée flottante à tout moment. Lorsque la porte MOSFET est connectée à une source d'alimentation ou à une broche de microcontrôleur, la porte a alors un état connu (haut ou bas). C'est également une bonne idée pour la porte d'avoir une résistance de rappel vers le bas Rg pour maintenir la porte mosfet dans un état connu, en cas de connexion lâche peut-être, cela maintiendrait la porte à un potentiel bas. Cela maintiendrait la résistance Rds du MOSFET à un faible niveau. En cas de défaut et que la porte reste flottante, le Rds du MOSFET devient élevé et le MOSFET se transforme en un radiateur glorifié. Il s'agit d'un MOSFET de type N, il ne nécessite pas la résistance Rs, en particulier lorsque vous connectez une charge inductive telle qu'un moteur. Rs entre en jeu lorsqu'une charge résistive est connectée. Ce n'est pas une pratique courante pour le type N.
En bref; lorsque la source d'entrée a une impédance très élevée (c'est-à-dire qu'elle est éteinte), R G fournit un chemin de courant pour décharger la grille, tandis que lorsque la source d'entrée est haute, elle ne peut fournir qu'un courant limité. La valeur de R G est un compromis entre ces deux exigences; assez bas pour décharger la porte en peu de temps, assez haut pour ne pas surcharger la source.
Si le pilote est éteint (haute impédance) et qu'il n'y a pas de chemin vers un autre endroit, isolant électriquement l'élément d'entrée et de circuit (dans ce cas la grille) de toute tension continue, on dit qu'ils «flottent». Lorsqu'un composant flotte, il peut capter une charge statique ou des champs parasites qui créeront un signal parasite ou endommageront le composant.
La capacité de la grille n'est significative qu'aux fréquences CA élevées et influence donc son temps de commutation marche / arrêt. Il n'influence en aucun cas le comportement DC.
Le couplage capacitif fait passer le signal à travers un condensateur. Il bloque toute polarisation CC nette dans le signal mais permet une commutation rapide des transitoires.