เหตุใดตัวต้านทานที่มีค่าสูงจึงจำเป็นสำหรับการต่อกราวด์เกต MOSFET
ใหม่สำหรับวิศวกรรมไฟฟ้า ฉันกำลังติดตามหลักสูตรเบื้องต้นของมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ แต่ยังไม่ชัดเจนในสิ่งที่วิทยากรพูดและไม่มีใครให้คำปรึกษาเพราะฉันสอนส่วนนี้ด้วยตนเองภายใต้ข้อ จำกัด ด้านเวลาอย่างมาก
แผนภาพที่นี่มี R G ฉันเข้าใจว่าเกตทำหน้าที่เป็นตัวเก็บประจุในมอสเฟตเนื่องจากชั้นโลหะออกไซด์ซึ่งทำให้อิมพีแดนซ์อินพุตไม่มีที่สิ้นสุดเป็นหลัก ทำไมไม่เพียงแค่เชื่อมต่อประตูกับกราวด์ด้วยสายไฟ? สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าจะไม่ลอยตัวเนื่องจากจะไม่มีการสะสมประจุ นอกจากนี้วิทยากรกล่าวว่า R Gกำหนดค่าของอิมพีแดนซ์อินพุตจากค่าอนันต์ไปเป็นค่า จำกัด (ดังนั้นควรมีขนาดใหญ่ที่เหมาะสมสำหรับใช้ในแอมพลิฟายเออร์) ซึ่งฉันไม่เข้าใจเพราะยังมีคุณสมบัติ capacitive ชั้น MO ที่ต้องพิจารณา ฉันก็ไม่เข้าใจเหมือนกันว่าทำไมความต้านทานที่ไม่มีที่สิ้นสุดจึงเป็นปัญหาในสถานการณ์จริง
ฉันพยายามค้นหาโพสต์ที่คล้ายกัน: เหตุใดตัวต้านทาน "pullup" ของ MOSFET จึงจำเป็น? ดูเหมือนว่าอาจมีประเด็นที่เกี่ยวข้อง (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในความคิดที่ว่าไม่สามารถเชื่อมต่อ V DDและ V DS ได้ ) อย่างไรก็ตามฉันรู้สึกว่าฉันพลาดรายละเอียดพื้นฐานมากมาย คำถามเกี่ยวกับตัวต้านทานประตู mosfetกล่าวว่าตัวต้านทานค่าสูง 'หลีกเลี่ยงการเชื่อมต่อแบบ capacitive ที่ขับเคลื่อนทรานซิสเตอร์เมื่อไม่ได้เชื่อมต่อเป็นอย่างอื่น' และ 'เป็นเรื่องธรรมดาที่จะวางตัวต้านทาน ... จากประตูสู่พื้นดินเพียงเพื่อให้แน่ใจว่า MOSFET จะดับหากสิ่งที่ขับมัน ... ปล่อยให้เอาต์พุตลอย มิฉะนั้นกระแสไฟฟ้าขนาดเล็กมากจากนิ้วของคุณการมีเพศสัมพันธ์แบบคาปาซิทีฟการมีเพศสัมพันธ์แบบอุปนัยหรือสิ่งอื่น ๆ ที่คุณไม่ควรกังวลสามารถเปลี่ยนแรงดันเกตของ MOSFET ซึ่งส่งผลให้เกิดพฤติกรรมที่ไม่ได้ตั้งใจ ' การปล่อยให้เอาต์พุตลอยหมายความว่าอย่างไรและการขับขี่แบบ capacitive คืออะไร?
คำตอบ
บางทีคุณอาจคิดมากเกินไป
แผนภาพที่คุณแสดงหมายความว่ามีการเชื่อมต่อสัญญาณประตูที่เปิดอยู่ R กรัมเพื่อให้แน่ใจว่าประตูมีเส้นทางไปยังแหล่ง DC (GND) ในกรณีที่ไม่มีสัญญาณประตู ดังที่คุณระบุไว้จำเป็นต้องมีเนื่องจากอิมพีแดนซ์ประตู FET แทบไม่มีที่สิ้นสุด
ไม่จำเป็นต้องใช้R gหากมีสัญญาณประตูอ้างอิงภาคพื้นดินอยู่
ทำไมไม่เพียงแค่เชื่อมต่อประตูกับกราวด์ด้วยสายไฟ?
แล้วคุณจะเปิดและปิดได้อย่างไร? หากประตูเชื่อมโยงกับ 0V อย่างถาวรคุณจะไม่สามารถบอกให้ทรานซิสเตอร์นี้ดำเนินการได้
David Normal ได้กล่าวถึงค่าของตัวต้านทานแบบดึงลงแล้ว เมื่อไม่มีอินพุตอื่นไปยังประตู MOSFET Rg จะตรวจสอบให้แน่ใจว่าอยู่ที่ 0V และจะไม่ทำงาน อย่างไรก็ตามคุณต้องมีความต้านทานที่นั่นเพราะคุณต้องการที่จะเอาชนะผลของมันได้โดยใช้สัญญาณภายนอกที่ประตูเพื่อบอกให้ MOSFET เปิด
หากคุณผูกไว้ต่ำโดยตรงตามที่คุณแนะนำในคำพูดข้างต้นถ้าคุณใช้แรงดันไฟฟ้ากับประตูมันจะลัดลงสู่พื้นทันทีและ MOSFET ของคุณจะไม่สามารถเปิดได้ ในระยะสั้น Rg "ถือ" เกตที่ 0 โวลต์ (สถานะที่ทราบ) จนกว่าคุณจะบังคับให้สูง ไม่มีในระหว่าง
MOSFET ที่มีประตูลอยสามารถทำให้เกิดปัญหาได้ทุกประเภท เนื่องจากอิมพีแดนซ์อินพุตสูงมากความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าที่เกตอาจทำให้เปิดได้บางส่วน สิ่งนี้มักนำไปสู่ความผันผวนมากขึ้นและ MOSFET จะเริ่มสั่น เห็นได้ชัดว่าสิ่งนี้จะทำให้วงจรของคุณทำงานผิดปกติและในบางกรณีจะนำไปสู่ความร้อนของทรานซิสเตอร์และอาจเกิดความเสียหายถาวร เป็นสิ่งสำคัญสำหรับประตูของ MOSFET (หรืออินพุตอิมพีแดนซ์สูงอื่น ๆ ) ที่จะต้องอยู่ในสถานะที่ทราบเพื่อกำจัดความเป็นไปได้ของพฤติกรรมประเภทนี้
นอกจากเอฟเฟกต์แบบดึงลงแล้ว Rg อาจตอบสนองวัตถุประสงค์อื่นในการใช้งานความเร็วสูง เนื่องจากประตูของ MOSFET เป็นตัวเก็บประจุอย่างมีประสิทธิภาพหากคุณเปลี่ยนด้วยความเร็วสูงประตูจะใช้เวลาพอสมควรในการคายประจุและปิดทรานซิสเตอร์ สมมติว่า MOSFET เป็น 2n7000 ที่มีความจุอินพุต 50 pF และไม่มี Rg ในวงจร อิมพีแดนซ์ระหว่างประตูและกราวด์อาจเป็น 50 MΩ จากนั้น RC ดีเลย์จะเป็น R x C = [50x10 ^ (- 12)] x [50x10 ^ (6)] = 2.5x10 ^ (- 3) หรือ 2.5 มิลลิวินาที หากคุณกำลังพยายามเปลี่ยนทรานซิสเตอร์ที่ 100 kHz (ระยะเวลา 10 ไมโครวินาที) MOSFET จะไม่สามารถเปิดหรือปิดได้เร็วพอ ตัวต้านทานที่เชื่อมต่อระหว่างเกทและกราวด์จะปล่อยความจุเกทเร็วขึ้นอย่างมากทำให้คุณสามารถเปิดและปิด MOSFET ได้เร็วขึ้นมาก
เช่นเดียวกับทรานซิสเตอร์เช่นตัวต้านทานแบบดึงขึ้นแบบเปิด MOSFET ยังต้องการการดึงขึ้นก็ต่อเมื่อขาเกตถูกปล่อยให้ลอยอยู่ที่จุดใดก็ได้ เมื่อ MOSFET เกตเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟหรือพินไมโครคอนโทรลเลอร์ประตูนั้นจะมีสถานะที่ทราบแล้ว (สูงหรือต่ำ) นอกจากนี้ยังเป็นความคิดที่ดีสำหรับเกตที่จะมีตัวต้านทานแบบดึงลง Rg เพื่อให้มอสเฟตเกตอยู่ในสถานะที่ทราบในกรณีที่การเชื่อมต่อหลวมอาจทำให้เกตมีศักยภาพต่ำ สิ่งนี้จะทำให้ความต้านทาน Rds ของ MOSFET ต่ำ ในกรณีที่มีข้อผิดพลาดใด ๆ และประตูลอยอยู่ Rds ของ MOSFET จะสูงและ MOSFET จะกลายเป็นฮีตเตอร์ที่ได้รับการยกย่อง นี่คือ MOSFET ชนิด N ไม่ต้องใช้ตัวต้านทาน Rs โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อคุณเชื่อมต่อโหลดอุปนัยเช่นมอเตอร์ Rs เข้ามามีบทบาทเมื่อเชื่อมต่อโหลดตัวต้านทาน นี่ไม่ใช่วิธีปฏิบัติทั่วไปสำหรับ N-type
ในระยะสั้น; เมื่อแหล่งอินพุตมีอิมพีแดนซ์สูงมาก (กล่าวคือปิด) R Gจะให้เส้นทางปัจจุบันเพื่อปลดเกตในขณะที่แหล่งอินพุตสูงจะสามารถจ่ายกระแสได้ จำกัด เท่านั้น ค่า R Gคือการประนีประนอมระหว่างข้อกำหนดทั้งสองนี้ ต่ำพอที่จะปล่อยประตูในเวลาอันสั้นสูงพอที่จะไม่ให้แหล่งจ่ายมากเกินไป
หากไดรเวอร์ปิดอยู่ (ความต้านทานสูง) และไม่มีเส้นทางไปที่อื่นให้แยกองค์ประกอบอินพุตและวงจรไฟฟ้า (ในกรณีนี้คือประตู) ออกจากแรงดันไฟฟ้าโดยตรงพวกเขาจะกล่าวว่า "ลอย" เมื่อส่วนประกอบลอยมันสามารถรับประจุไฟฟ้าสถิตหรือช่องหลงทางซึ่งจะสร้างสัญญาณปลอมหรือทำให้ส่วนประกอบเสียหาย
ความจุของประตูมีความสำคัญเฉพาะที่ความถี่ AC สูงและส่งผลต่อเวลาเปิด / ปิดสวิตช์ ไม่มีผลต่อพฤติกรรม DC ในทางอื่น
Capacitive coupling ส่งสัญญาณผ่านตัวเก็บประจุ มันบล็อกอคติ DC สุทธิใด ๆ ที่เป็นสัญญาณ แต่อนุญาตให้สลับช่วงเวลาผ่านไปอย่างรวดเร็ว