Por que um resistor de valor alto é necessário para aterrar uma porta MOSFET?
Novo em engenharia elétrica. Estou seguindo um curso introdutório à universidade de Cambridge, mas não estou totalmente claro sobre o que o palestrante está dizendo, e não tenho ninguém para consultar porque estou autodidata nesta parte do curso com enormes limitações de tempo.
O diagrama aqui tem R L . Eu entendo que a porta atua como um capacitor em um MOSFET, devido a uma camada de óxido de metal, o que lhe dá uma impedância de entrada essencialmente infinita. Então, por que não conectar o portão ao aterramento com um fio? Isso garante que não está flutuando, pois não ocorre acúmulo de carga. Além disso, o palestrante diz que R G define o valor da impedância de entrada de infinito para um valor finito (e assim deve ser adequadamente grande para uso em um amplificador), o que eu não entendo, porque ainda há a propriedade capacitiva do Camada de MO a considerar. Também não entendo por que uma resistência infinita é um problema em um cenário prático.
Tentei encontrar postagens semelhantes: Por que esse resistor "pullup" do MOSFET é necessário? parece que pode ter pontos relevantes (principalmente sobre a ideia de não poder conectar apenas V DD e V DS ). No entanto, sinto que estão faltando muitos detalhes básicos. Pergunta sobre o resistor de porta mosfet diz que um resistor de alto valor 'evita o acoplamento capacitivo que conduz o transistor quando ele não está conectado' e 'É uma prática comum colocar um resistor ... da porta ao aterramento, apenas para ter certeza do MOSFET estará desligado se o que o está conduzindo ... estiver deixando a saída flutuar. Caso contrário, correntes muito pequenas de seu dedo, acoplamento capacitivo, acoplamento indutivo ou outras coisas com as quais você prefere não se preocupar podem alterar a tensão de porta do MOSFET, resultando em comportamento não intencional '. O que significa deixar a saída flutuar e o que é condução capacitiva?
Respostas
Talvez você esteja pensando demais nisso.
O diagrama que você mostra indica que há uma conexão de sinal de porta aberta. R g é para garantir que a porta tenha um caminho DC para a fonte (GND) na ausência de um sinal de porta . Como você observou, isso é necessário devido à impedância da porta FET ser praticamente infinita.
R g não é necessário se houver um sinal de porta referenciado ao solo presente.
Então, por que não conectar o portão ao aterramento com um fio?
Como então você ligaria e desligaria? Se a porta estiver permanentemente ligada a 0 V, você nunca será capaz de dizer a este transistor para conduzir.
David Normal já discutiu o valor do resistor pull-down. Quando não há outra entrada para a porta MOSFET, Rg garante que ele está sentado em 0 V e, portanto, NÃO conduzirá. No entanto, você precisa da resistência lá porque deseja superar seu efeito aplicando um sinal externo ao gate para informar ao MOSFET para ligar.
Se você amarrou diretamente em baixo, como você sugeriu na citação acima, então se você aplicar tensão ao portão, ele será imediatamente em curto com o terra e seu MOSFET nunca será capaz de ligar. Em suma, Rg "mantém" a porta em 0 volts (um estado conhecido) até que você a force para cima. Não há meio-termo.
Um MOSFET com uma porta flutuante pode causar todos os tipos de problemas. Como sua impedância de entrada é muito alta, qualquer flutuação de tensão no gate pode fazer com que seja parcialmente ligado. Isso geralmente leva a mais flutuações e o MOSFET começará a oscilar. Obviamente, isso fará com que seu circuito se comporte de forma errática e, em alguns casos, levará ao aquecimento do transistor e a danos potencialmente permanentes. É crucial que a porta de um MOSFET (ou outra entrada de alta impedância) seja mantida em um estado conhecido para eliminar a possibilidade desse tipo de comportamento.
Além do efeito pull-down, Rg pode servir a outro propósito em aplicações de alta velocidade. Como a porta de um MOSFET é efetivamente um capacitor, se você estiver alternando em alta velocidade, a porta levará algum tempo para descarregar e desligar o transistor. Suponha que o MOSFET seja um 2n7000 com uma capacitância de entrada de 50 pF e nenhum Rg no circuito. A impedância entre a porta e o terra pode ser, digamos, 50 MΩ. O atraso RC seria então R x C = [50x10 ^ (- 12)] x [50x10 ^ (6)] = 2,5x10 ^ (- 3), ou 2,5 milissegundos. Se você estiver tentando ligar o transistor a 100 kHz (período de 10 microssegundos), o MOSFET não será capaz de ligar ou desligar rápido o suficiente. Um resistor conectado entre a porta e o terra descarregará a capacitância da porta significativamente mais rápido, permitindo que você ligue e desligue o MOSFET muito mais rápido.
Assim como os transistores, como resistores pull up de coletor aberto, os MOSFETs também exigem um pull up apenas se o pino do gate for deixado flutuando em qualquer ponto. Quando a porta MOSFET é conectada a uma fonte de energia ou a um pino do microcontrolador, a porta tem um estado conhecido (alto ou baixo). Também é uma boa idéia para o portão ter um resistor pull down Rg para manter o portão mosfet em um estado conhecido, talvez no caso de uma conexão solta, isso manteria o portão em um baixo potencial. Isso manteria a resistência Rds do MOSFET baixa. No caso de qualquer falha e o portão ficar flutuando, o Rds do MOSFET vai alto e o MOSFET se transforma em um aquecedor glorificado. Este é um MOSFET tipo N, ele não requer o resistor Rs, especialmente quando você conecta uma carga indutiva como um motor. Rs entra em jogo quando uma carga resistiva é conectada. Esta não é uma prática comum para o tipo N.
Em resumo; quando a fonte de entrada tem uma impedância muito alta (ou seja, está desligada), R G fornece um caminho de corrente para descarregar a porta, enquanto quando a fonte de entrada é alta ela pode fornecer apenas uma corrente limitada. O valor de R G é um meio-termo entre esses dois requisitos; baixo o suficiente para descarregar o portão em um curto período de tempo, alto o suficiente para não sobrecarregar a fonte.
Se o driver estiver desligado (alta impedância) e não houver caminho para nenhum outro lugar, isolando eletricamente a entrada e o elemento de circuito (neste caso, a porta) de qualquer tensão direta, eles são chamados de "flutuantes". Quando um componente flutua, ele pode pegar carga estática ou campos dispersos que irão criar um sinal espúrio ou danificar o componente.
A capacitância da porta só é significativa em altas frequências CA e, portanto, influencia seu tempo de comutação liga / desliga. Não influencia o comportamento do DC de nenhuma outra forma.
O acoplamento capacitivo passa o sinal através de um capacitor. Ele bloqueia qualquer polarização de rede DC é o sinal, mas permite a passagem rápida de transientes.