Почему для заземления затвора MOSFET необходим резистор высокого номинала?
Новое в электротехнике. Я прохожу вводный курс Кембриджского университета, но не совсем понимаю, что говорит лектор, и мне не с кем проконсультироваться, потому что я самостоятельно преподаю эту часть курса в условиях огромных ограничений по времени.
Диаграмма здесь имеет R G . Я понимаю, что затвор действует как конденсатор в полевом МОП-транзисторе из-за слоя оксида металла, который дает ему практически бесконечный входной импеданс. Так почему бы просто не соединить ворота с землей с помощью провода? Это гарантирует, что он не плавает, поскольку не происходит накопления заряда. Кроме того, лектор говорит, что R G устанавливает значение входного импеданса от бесконечного до конечного значения (и поэтому оно должно быть достаточно большим для использования в усилителе), что я не понимаю, потому что все еще существует емкостное свойство Слой МО для рассмотрения. Я также не понимаю, почему бесконечное сопротивление является проблемой в практическом сценарии.
Я пытался найти похожие сообщения: Зачем нужен "подтягивающий" резистор этого полевого МОП-транзистора? похоже, что это может иметь соответствующие моменты (особенно в отношении идеи невозможности просто соединить V DD и V DS ). Однако я чувствую, что мне не хватает многих основных деталей. Вопрос о резисторе затвора MOSFET говорит о том, что резистор высокого номинала `` избегает емкостной связи, управляющей транзистором, когда он иначе не подключен '', и `` Обычной практикой является размещение резистора ... от затвора к земле, просто чтобы убедиться, что MOSFET будет выключен, если вещь, управляющая им ... позволяет выходу плавать. В противном случае очень малые токи от вашего пальца, емкостная связь, индуктивная связь или другие вещи, о которых вы бы не хотели беспокоиться, могут изменить напряжение затвора полевого МОП-транзистора, что приведет к непредусмотренному поведению. Что значит позволить выходу «плавать» и что такое емкостное управление?
Ответы
Может, вы слишком много думаете об этом.
Схема, которую вы показываете, подразумевает, что имеется открытое соединение стробирующего сигнала. R g должен гарантировать, что затвор имеет путь постоянного тока к источнику (GND) в отсутствие сигнала затвора . Как вы отметили, это необходимо из-за практически бесконечного импеданса затвора полевого транзистора.
R g не требуется, если присутствует сигнал затвора, привязанный к земле.
Так почему бы просто не соединить ворота с землей с помощью провода?
Как бы тогда вы его включили и выключили? Если затвор постоянно привязан к 0 В, вы никогда не сможете сказать этому транзистору, что он проводит.
Дэвид Нормал уже обсуждал номинал понижающего резистора. Когда нет другого входа на затвор MOSFET, Rg гарантирует, что он находится на уровне 0 В, и, следовательно, он НЕ будет проводить. Тем не менее, вам нужно сопротивление там, потому что вы хотите преодолеть его влияние, подав внешний сигнал на затвор, чтобы сообщить MOSFET о включении.
Если вы подключили его непосредственно к низкому уровню, как вы предлагаете в приведенной выше цитате, то, если вы подадите напряжение на затвор, он будет немедленно замкнут на землю, и ваш MOSFET никогда не сможет включиться. Короче говоря, Rg «держит» затвор на уровне 0 вольт (известное состояние), пока вы не установите его высокий уровень. Промежуточного нет.
MOSFET с плавающим затвором может вызвать всевозможные проблемы. Поскольку его входной импеданс очень высок, любое колебание напряжения на затворе может привести к его частичному включению. Это часто приводит к большим колебаниям, и полевой МОП-транзистор начинает колебаться. Это, очевидно, приведет к неустойчивому поведению вашей схемы и, в некоторых случаях, приведет к нагреванию транзистора и потенциально необратимому повреждению. Очень важно, чтобы затвор полевого МОП-транзистора (или другого входа с высоким импедансом) находился в известном состоянии, чтобы исключить возможность такого поведения.
Помимо эффекта вытягивания, Rg может служить другой цели в высокоскоростных приложениях. Поскольку затвор полевого МОП-транзистора фактически является конденсатором, если вы переключаетесь на высокой скорости, затвору потребуется некоторое время, чтобы разрядиться и выключить транзистор. Предположим, что МОП-транзистор 2n7000 с входной емкостью 50 пФ и без Rg в цепи. Импеданс между затвором и землей может составлять, скажем, 50 МОм. Тогда задержка RC будет равна R x C = [50x10 ^ (- 12)] x [50x10 ^ (6)] = 2,5x10 ^ (- 3) или 2,5 миллисекунды. Если вы пытаетесь переключить транзистор на частоте 100 кГц (период 10 микросекунд), то полевой МОП-транзистор не сможет включаться или выключаться достаточно быстро. Резистор, подключенный между затвором и землей, значительно быстрее разряжает емкость затвора, что позволяет намного быстрее включать и выключать MOSFET.
Так же, как транзисторы, такие как подтягивающие резисторы с открытым коллектором, полевые МОП-транзисторы также требуют подтягивания, только если вывод затвора остается плавающим в любой точке. Когда затвор MOSFET подключен к источнику питания или выводу микроконтроллера, затвор имеет известное состояние (высокое или низкое). Также хорошей идеей для затвора является наличие понижающего резистора Rg для поддержания затвора МОП-транзистора в известном состоянии, возможно, в случае ненадежного соединения это будет поддерживать низкий потенциал затвора. Это снизит сопротивление Rds полевого МОП-транзистора. В случае какой-либо неисправности, и затвор остается плавающим, Rds полевого МОП-транзистора становится высоким, и полевой МОП-транзистор превращается в прославленный нагреватель. Это МОП-транзистор N-типа, он не требует резистора Rs, особенно при подключении индуктивной нагрузки, такой как двигатель. Rs вступает в игру при подключении резистивной нагрузки. Это не обычная практика для N-типа.
Коротко; когда входной источник имеет очень высокий импеданс (т.е. выключен), R G обеспечивает путь тока для разряда затвора, в то время как когда входной источник имеет высокий уровень, он может подавать только ограниченный ток. Значение R G - это компромисс между этими двумя требованиями; достаточно низкий, чтобы разрядить затвор за короткое время, достаточно высокий, чтобы не перегрузить источник.
Если драйвер выключен (высокий импеданс) и нет пути в другое место, электрически изолируя вход и элемент схемы (в данном случае затвор) от любого постоянного напряжения, они считаются «плавающими». Когда компонент плавает, он может собирать статический заряд или паразитные поля, которые либо создадут ложный сигнал, либо повредят компонент.
Емкость затвора имеет значение только при высоких частотах переменного тока и, следовательно, влияет на время его включения / выключения. Другим образом это не влияет на поведение постоянного тока.
Емкостная связь пропускает сигнал через конденсатор. Он блокирует любое сетевое смещение постоянного тока в сигнале, но позволяет быстро переключать переходные процессы.