Mengapa resistor nilai tinggi diperlukan untuk membumikan gerbang MOSFET?
Baru mengenal teknik kelistrikan. Saya mengikuti kursus pengantar universitas Cambridge tetapi tidak sepenuhnya jelas tentang apa yang dikatakan dosen, dan tidak ada seorang pun untuk berkonsultasi karena saya mengajar sendiri bagian kursus ini di bawah batasan waktu yang besar.
Diagram di sini memiliki R G . Saya memahami bahwa gerbang bertindak sebagai kapasitor dalam MOSFET, karena lapisan oksida logam, yang pada dasarnya memberikan impedansi masukan tak terbatas. Jadi, mengapa tidak menghubungkan gerbang ke ground dengan kabel? Ini memastikan itu tidak mengambang, karena penumpukan biaya tidak terjadi. Lebih lanjut, dosen mengatakan R G menetapkan nilai impedansi input dari tak hingga ke nilai hingga (dan harus cukup besar untuk digunakan dalam penguat), yang saya tidak mengerti, karena masih ada properti kapasitif dari Lapisan MO untuk dipertimbangkan. Saya juga tidak mengerti mengapa perlawanan tak terbatas menjadi masalah dalam skenario praktis.
Saya mencoba menemukan posting serupa: Mengapa resistor "pullup" MOSFET ini diperlukan? Sepertinya itu mungkin memiliki poin yang relevan (terutama pada gagasan tidak bisa hanya menghubungkan V DD dan V DS ). Namun saya merasa seperti saya kehilangan banyak detail dasar. Pertanyaan tentang resistor gerbang mosfet mengatakan resistor bernilai tinggi 'menghindari kopling kapasitif yang menggerakkan transistor ketika tidak terhubung', dan 'Merupakan praktik umum untuk menempatkan resistor ... dari gerbang ke ground, hanya untuk memastikan MOSFET akan mati jika hal yang mengendarainya ... membiarkan keluarannya mengambang. Jika tidak, arus yang sangat kecil dari jari Anda, kopling kapasitif, kopling induktif, atau hal-hal lain yang tidak ingin Anda khawatirkan dapat mengubah tegangan gerbang MOSFET, yang mengakibatkan perilaku yang tidak diinginkan '. Apa artinya membiarkan output mengambang, dan apa itu penggerak kapasitif?
Jawaban
Mungkin Anda terlalu memikirkan ini.
Diagram yang Anda tunjukkan menyiratkan bahwa ada koneksi sinyal gerbang yang terbuka. R g adalah untuk memastikan bahwa gerbang memiliki jalur DC ke sumber (GND) jika tidak ada sinyal gerbang . Seperti yang Anda catat, ini diperlukan karena impedansi gerbang FET praktis tidak terbatas.
R g tidak diperlukan jika ada sinyal gerbang referensi tanah.
Jadi, mengapa tidak menghubungkan gerbang ke ground dengan kabel?
Lalu bagaimana Anda akan menyalakan dan mematikannya? Jika gerbang secara permanen terikat ke 0V, Anda tidak akan pernah dapat memberi tahu transistor ini untuk bekerja.
David Normal sudah membahas nilai resistor pull-down. Ketika tidak ada input lain ke gerbang MOSFET, Rg memastikan bahwa itu duduk di 0V, dan dengan demikian TIDAK akan berjalan. Namun, Anda memerlukan resistansi di sana karena Anda ingin dapat mengatasi pengaruhnya dengan menerapkan sinyal eksternal ke gerbang untuk memberi tahu MOSFET agar menyala.
Jika Anda mengikatnya langsung rendah, seperti yang Anda sarankan dalam kutipan di atas, maka jika Anda menerapkan tegangan ke gerbang, itu akan segera disingkat ke ground dan MOSFET Anda tidak akan pernah bisa menyala. Singkatnya, Rg "menahan" gerbang pada 0 volt (keadaan yang diketahui) sampai Anda memaksanya tinggi. Tidak ada di antara keduanya.
MOSFET dengan gerbang mengambang dapat menyebabkan berbagai macam masalah. Karena impedansi masukannya sangat tinggi, fluktuasi tegangan apa pun pada gerbang dapat menyebabkannya sebagian menyala. Hal ini sering menyebabkan lebih banyak fluktuasi, dan MOSFET akan mulai berosilasi. Ini jelas akan menyebabkan sirkuit Anda berperilaku tidak menentu dan, dalam beberapa kasus, akan menyebabkan pemanasan transistor dan berpotensi merusak permanen. Sangat penting untuk gerbang MOSFET (atau input impedansi tinggi lainnya) untuk diadakan dalam keadaan yang diketahui untuk menghilangkan kemungkinan jenis perilaku ini.
Selain efek pull-down, Rg dapat digunakan untuk tujuan lain dalam aplikasi berkecepatan tinggi. Karena gerbang MOSFET secara efektif adalah kapasitor, jika Anda beralih dengan kecepatan tinggi, gerbang akan membutuhkan waktu untuk melepaskan dan mematikan transistor. Misalkan MOSFET adalah 2n7000 dengan kapasitansi input 50 pF dan tidak ada Rg di rangkaian. Impedansi antara gerbang dan ground bisa, katakanlah, 50 MΩ. Penundaan RC selanjutnya akan menjadi R x C = [50x10 ^ (- 12)] x [50x10 ^ (6)] = 2.5x10 ^ (- 3), atau 2.5 milidetik. Jika Anda mencoba mengganti transistor pada 100 kHz (periode 10 mikrodetik) maka MOSFET tidak akan dapat hidup atau mati dengan cukup cepat. Sebuah resistor yang terhubung antara gerbang dan tanah akan melepaskan kapasitansi gerbang secara signifikan lebih cepat, memungkinkan Anda untuk menghidupkan dan mematikan MOSFET lebih cepat.
Sama seperti transistor seperti open collector pull up resistor, MOSFET juga memerlukan pull up hanya jika pin gerbang dibiarkan mengambang di titik mana pun. Ketika gerbang MOSFET dihubungkan ke sumber daya atau pin mikrokontroler, gerbang kemudian memiliki status yang diketahui (baik tinggi atau rendah). Ini juga merupakan ide yang baik untuk gerbang untuk memiliki resistor pull down Rg untuk menjaga gerbang mosfet pada keadaan yang diketahui, jika koneksi longgar mungkin, ini akan menjaga gerbang pada potensi rendah. Ini akan menjaga resistansi Rds MOSFET tetap rendah. Jika terjadi kesalahan dan gerbang dibiarkan mengambang, Rds MOSFET menjadi tinggi dan MOSFET berubah menjadi pemanas yang dimuliakan. Ini adalah MOSFET tipe-N, tidak memerlukan resistor Rs, terutama ketika Anda menghubungkan beban Induktif seperti motor. Rs mulai berlaku ketika beban resistif dihubungkan. Ini bukan praktik umum untuk tipe-N.
Pendeknya; ketika sumber input memiliki impedansi yang sangat tinggi (yaitu tidak aktif), R G menyediakan jalur arus untuk melepaskan gerbang, sedangkan ketika sumber input tinggi hanya dapat memasok arus terbatas. Nilai R G adalah kompromi antara dua persyaratan ini; cukup rendah untuk melepaskan gerbang dalam waktu singkat, cukup tinggi untuk tidak membebani sumbernya.
Jika driver mati (impedansi tinggi) dan tidak ada jalur ke tempat lain, secara elektrik mengisolasi input dan elemen rangkaian (dalam hal ini gerbang) dari tegangan langsung apa pun, dikatakan "mengambang". Ketika sebuah komponen mengapung, ia dapat mengambil muatan statis atau bidang yang tersesat yang akan membuat sinyal palsu atau merusak komponen.
Kapasitansi gerbang hanya signifikan pada frekuensi AC tinggi dan karenanya memengaruhi waktu pengaktifan / penonaktifannya. Ini tidak mempengaruhi perilaku DC dengan cara lain.
Kopling kapasitif melewatkan sinyal melalui kapasitor. Ini memblokir setiap bias DC bersih adalah sinyal tetapi memungkinkan transien beralih cepat melalui.