Perché è necessario un resistore di alto valore per la messa a terra di un gate MOSFET?
Nuovo nell'ingegneria elettrica. Sto seguendo un corso introduttivo all'università di Cambridge, ma non è del tutto chiaro su ciò che sta dicendo il docente e non ho nessuno da consultare perché sto insegnando da solo questa parte del corso con enormi vincoli di tempo.
Il diagramma ha qui R G . Capisco che il gate agisce come un condensatore in un MOSFET, a causa di uno strato di ossido di metallo, che gli conferisce un'impedenza di ingresso essenzialmente infinita. Quindi, perché non collegare semplicemente il cancello a terra con un filo? Ciò garantisce che non sia fluttuante, poiché non si verifica l'accumulo di carica. Inoltre, il docente dice che R G imposta il valore dell'impedenza di ingresso da infinito a un valore finito (e quindi dovrebbe essere adeguatamente grande per l'uso in un amplificatore), che non capisco, perché c'è ancora la proprietà capacitiva del Livello MO da considerare. Inoltre, non capisco perché una resistenza infinita sia un problema in uno scenario pratico.
Ho provato a trovare post simili: Perché è necessaria la resistenza "pullup" di questo MOSFET? sembra che potrebbe avere punti rilevanti (soprattutto sull'idea di non essere in grado di collegare solo V DD e V DS ). Tuttavia mi sento come se mi mancassero molti dettagli di base. La domanda sul resistore di gate mosfet dice che un resistore di alto valore "evita l'accoppiamento capacitivo che pilota il transistor quando non è altrimenti collegato", e "È pratica comune posizionare un resistore ... dal gate a terra, solo per essere sicuri del MOSFET sarà spento se la cosa che lo guida ... sta lasciando fluttuare l'uscita. Altrimenti, correnti molto piccole dal dito, accoppiamento capacitivo, accoppiamento induttivo o altre cose di cui preferiresti non preoccuparti possono modificare la tensione di gate del MOSFET, con conseguente comportamento non intenzionale '. Cosa significa lasciare fluttuare l'uscita e cos'è il pilotaggio capacitivo?
Risposte
Forse stai pensando troppo a questo.
Il diagramma mostrato implica che c'è una connessione del segnale di gate che è aperta. R g serve a garantire che il gate abbia un percorso CC verso la sorgente (GND) in assenza di un segnale di gate . Come hai notato, questo è necessario perché l'impedenza del gate FET è praticamente infinita.
R g non è necessario se è presente un segnale di gate riferito a massa.
Quindi, perché non collegare semplicemente il cancello a terra con un filo?
Come lo accendereste e spegnereste? Se il gate è permanentemente collegato a 0V, non saresti mai in grado di dire a questo transistor di condurre.
David Normal ha già discusso il valore del resistore pull-down. Quando non ci sono altri input per il gate MOSFET, Rg assicura che sia a 0 V, e quindi NON condurrà. Tuttavia, hai bisogno della resistenza lì perché vuoi essere in grado di superare il suo effetto applicando un segnale esterno al gate per dire al MOSFET di accendersi.
Se lo leghi direttamente in basso, come suggerisci nella citazione sopra, se applichi tensione al gate, verrà immediatamente cortocircuitato a massa e il tuo MOSFET non sarebbe mai in grado di accendersi. In breve, Rg "mantiene" il gate a 0 volt (uno stato noto) finché non lo si forza in alto. Non c'è una via di mezzo.
Un MOSFET con gate flottante può causare tutti i tipi di problemi. Poiché la sua impedenza di ingresso è così alta, qualsiasi fluttuazione di tensione sul gate può causarne l'accensione parziale. Questo spesso porta a più fluttuazioni e il MOSFET inizierà ad oscillare. Questo, ovviamente, farà sì che il tuo circuito si comporti in modo irregolare e, in alcuni casi, porterà al riscaldamento del transistor e potenzialmente a danni permanenti. È fondamentale che il gate di un MOSFET (o altro ingresso ad alta impedenza) sia mantenuto in uno stato noto per eliminare la possibilità di questo tipo di comportamento.
Oltre all'effetto pull-down, Rg può servire ad un altro scopo nelle applicazioni ad alta velocità. Poiché il gate di un MOSFET è effettivamente un condensatore, se si commuta ad alta velocità, il gate impiegherà del tempo per scaricarsi e spegnere il transistor. Supponiamo che il MOSFET sia un 2n7000 con una capacità di ingresso di 50 pF e nessun Rg nel circuito. L'impedenza tra il gate e la massa potrebbe essere, diciamo, 50 MΩ. Il ritardo RC sarebbe quindi R x C = [50x10 ^ (- 12)] x [50x10 ^ (6)] = 2,5x10 ^ (- 3) o 2,5 millisecondi. Se stai cercando di commutare il transistor a 100 kHz (periodo di 10 microsecondi), il MOSFET non sarà in grado di accendersi o spegnersi abbastanza velocemente. Un resistore collegato tra il gate e la massa scaricherà la capacità del gate in modo significativamente più veloce, consentendo di accendere e spegnere il MOSFET molto più velocemente.
Proprio come i transistor come i resistori di pull up a collettore aperto, anche i MOSFET richiedono un pull up solo se il pin del gate viene lasciato fluttuante in qualsiasi punto. Quando il gate MOSFET è collegato a una fonte di alimentazione o a un pin del microcontrollore, il gate ha uno stato noto (alto o basso). È anche una buona idea che il gate abbia un resistore di pull down Rg per mantenere il gate mosfet in uno stato noto, in caso di connessione allentata forse, questo manterrebbe il gate a un potenziale basso. Ciò manterrebbe bassa la resistenza Rds del MOSFET. In caso di guasto e il gate viene lasciato flottante, l'Rds del MOSFET diventa alto e il MOSFET si trasforma in un riscaldatore glorificato. Questo è un MOSFET di tipo N, non richiede il resistore Rs, soprattutto quando si collega un carico induttivo come un motore. Rs entra in gioco quando è collegato un carico resistivo. Questa non è una pratica comune per il tipo N.
In breve; quando la sorgente di ingresso ha un'impedenza molto elevata (cioè è spenta), R G fornisce un percorso di corrente per scaricare il gate, mentre quando la sorgente di ingresso è alta può fornire solo una corrente limitata. Il valore di R G è un compromesso tra questi due requisiti; abbastanza basso da scaricare il cancello in breve tempo, abbastanza alto da non sovraccaricare la sorgente.
Se il driver è spento (alta impedenza) e non c'è alcun percorso per nessun altro, isolando elettricamente l'ingresso e l'elemento circuitale (in questo caso il gate) da qualsiasi tensione continua, si dice che "fluttuano". Quando un componente galleggia, può raccogliere cariche statiche o campi vaganti che creeranno un segnale spurio o danneggeranno il componente.
La capacità del gate è significativa solo ad alte frequenze AC e quindi influenza il suo tempo di commutazione on / off. Non influenza il comportamento della DC in nessun altro modo.
L'accoppiamento capacitivo fa passare il segnale attraverso un condensatore. Blocca qualsiasi polarizzazione CC netta del segnale ma consente la commutazione rapida dei transitori.