MOSFET como um switch?

12

Na imagem mostrada, a "Saída" pode ser controlada como 0V ou 12V com base no "Controle"?

Será que Drenar e Origem da maneira como está conectado pode ser um problema?

MOSFET de canal P como comutador

user1406716
fonte

Respostas:

22

O transistor mostrado é um MOSFET de canal P atuando como um "comutador do lado superior". Mais comumente, um switch do lado inferior do MOSFET de canal N é usado, mas o que você tem funcionará desde que você adicione algo ao dreno, como nesta imagem do switch MOSFET do canal P em http: //www.electronics- tutorials.ws/transistor/tran_7.html :

Interruptor P-Fet

Quando o controle entra em "HI", a chave MOSFET fica em "OFF". Quando o controle entra em "LO", o MOSFET atua como uma chave, essencialmente causando um curto-circuito no dreno e na fonte. Embora isso não seja inteiramente verdade, é uma aproximação aproximada, desde que o transistor esteja totalmente saturado. Portanto, o esquema que você mostrou pode ser usado para alternar 12V para alguma coisa, mas não conectará a saída a 0V, a menos que um resistor pull-down seja usado, como mostrado na imagem acima.

O cenário de controle oposto funciona para um MOSFET de canal N: o controle LO desliga o comutador, o controle HI liga o comutador. No entanto, um canal N é mais adequado para ser um "switch do lado LO" que conecta a saída ao terra em vez de VDD, como nesta imagem de um comutador MOSFET do canal N:

Interruptor N-FET

NOTA IMPORTANTE: A linha vermelha da entrada ao terra é simplesmente uma representação da entrada em curto para o terra para fornecer uma entrada de 0V. Isso não seria incluído em nenhuma construção de circuito físico, porque reduziria o sinal de entrada ao terra, o que é uma má idéia.

O nível de tensão real que determina se o FET está ativado ou desativado é conhecido como tensão limite do portão. Os chamados "portões de nível lógico" funcionam em tensões mais baixas, comuns em circuitos digitais como 1,8V, 3,3V ou 5V. Embora cruzar esse limite não ligue nem desligue completamente o interruptor, ele apenas permite que o FET inicie ou pare de conduzir. O FET deve estar completamente saturado com os valores indicados na folha de dados para ligar ou desligar completamente.

Devo acrescentar também que é uma prática bastante comum incluir um resistor pull-up (10k ou mais) no portão do MOSFET do canal P para mantê-lo desligado em estados desconhecidos. Da mesma forma, um resistor pull-down é usado na porta do MOSFET do canal N para mantê-lo desligado em estados desconhecidos.

Kurt E. Clothier
fonte
@ Jon Watte, estou realmente intrigado com o que você está dizendo ... Meu primeiro circuito é um P-FET, o segundo é um N-FET. O transistor no OP é um P-FET, é por isso que devo primeiro o MOSFET do canal P. Vou editar minha resposta para deixar isso mais claro.
Kurt E. Clothier
Percebendo que ele está errado, Jon Watte envia uma resposta quase idêntica: interruptor lateral alto do canal P. :)
Kaz
@Kaz, sim, eu só notei isso ...
Kurt E. Clothier
Existe esse símbolo alternativo para o MOSFET em que a seta vai oposta. Confuso.
Kaz
1
Em seu segundo esquema, Vin cria um curto-circuito com Gnd. Você deve colocar um resistor pull down lá.
Sparky
6

Você está usando um MOSFET de canal P como um comutador lateral alto. Isso é bom. A direção em que você está conectado está correta.

Enquanto "Control" for 12V ou superior, o interruptor estará "off". Se cair abaixo de 10V ou mais, o MOSFET começará a ser conduzido (exatamente o quanto ele precisa cair depende do limiar de Vgs do dispositivo).

Normalmente, para usar um controle de nível lógico (0-5V ou 0-3,3V), você usará um resistor pull-up do gate à fonte (digamos, 1 kOhm mais ou menos) e um MOSFET de canal N de pequeno sinal entre o portão e terra. Quando o sinal entra no portão do MOSFET de canal N menor, ele é aberto e puxa o portão do canal P para o terra, e assim o canal P começa a conduzir na direção bloqueada. (Ele sempre conduz a outra direção, portanto, não troque os terminais!)

Uma vez que o portão do canal N de pequeno sinal volte a aterrar, ele parará de conduzir; a tensão de entrada puxará a porta do MOSFET do canal P para cima e o canal P interromperá a condução.

Alguém pediu um esquema para o circuito para controlar este MOSFET de canal P com entradas no nível lógico, então editei para adicionar isso:

esquemático

simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab

Não consegui descobrir como alterar os nomes dos componentes - você normalmente quer um transistor de sinal como um BS170 para o comutador de canal N inferior. Você também pode ajustar os resistores para sua escolha preferida de consumo de corrente versus comutação rápida (os valores atuais são bastante agressivos para comutação rápida; 10 kOhm geralmente funcionam bem) A capacidade da saída de ser conduzida a 0V depende da carga . Se a carga diminuir a saída para 0V, sim, isso poderá alternar entre 0V e 12V. Se a carga for puramente capacitiva, você precisará de um resistor de tração entre a saída e o terra, como mostra Kurt.

Um MOSFET de canal N, como sugere Kurt, funciona apenas se estiver no nível mais baixo ou se você usar um circuito de bootstrap / bomba de carga para aumentar a tensão no portão acima da tensão da fonte de 12V. O canal N como "interruptor lateral alto" é usado apenas se você fizer grande parte do seu circuito (portanto, o custo do canal P é importante) ou o circuito é muito sensível a perdas (então o Rdson inferior dos canais N é importante).

Jon Watte
fonte
Obviamente, você leu minha resposta incorretamente, daí suas edições contínuas e remoção de comentários da minha resposta. Esta resposta é apenas uma reformulação minha.
Kurt E. Clothier
1
Na verdade, eu li o diagrama inicial errado e, quando reli depois de postar, removi meu comentário incorreto e atualizei minha resposta para estar certa. Sua resposta não falou sobre bombas de carga para o driver do canal n. Eu discordo que os switches laterais altos de n canais são "mais comuns" no lado superior neste contexto. Sua resposta também não fala sobre o controle do interruptor lateral alto com nível lógico.
Jon Watte
Verdade. Eu não quis dizer que os canais N são comuns no lado alto, apenas que eles são mais comuns em geral. Vou reformulá-lo para cuidar disso.
Kurt E. Clothier
+1 Embora um esquema ou dois pode ser bom ... lotes de netlisting acontecendo no texto ;-)
DrFriedParts
1

Na imagem mostrada, a "Saída" pode ser controlada como 0V ou 12V com base no "Controle"?

Sim, isso produzirá 12V quando a linha de controle estiver "baixa" e se você tivesse um resistor a 0V do dreno, a saída seria 0V quando a linha de controle estiver alta (12V).

A linha de controle precisa ter, no mínimo, 12V para desligar o FET (permitindo que o resistor aterre a tensão de saída para 0V) e algo entre 11V e 6V (valores típicos e dependentes do FET) para ativar o FET .

Será que Drenar e Origem da maneira como está conectado pode ser um problema?

Não, isso não será um problema

Andy aka
fonte
Se eu não tiver um resistor no terra, a saída ficará flutuando quando a linha de controle estiver 12V correta?
user1406716
@ user1406716 Correto
Andy aka