Czy napięcie progowe bramki MOSFET jest wartością graniczną czy minimalnym napięciem przełączania „w pełni”?

Kupowałem tranzystory typu mosfet, zestaw startowy i zauważyłem, że stwierdzenie, że mosfet jest odpowiedni dla logiki 5 V, ale w kartach danych podano, że próg bramki wynosi 1-2 V. Bramkowane mosfety 4 V, które są bliższe 5 V, przez tego samego sprzedawcę, nie są reklamowane jako odpowiednie.

Rozumiem, że przyłożenie napięcia Vgs do bramki spowoduje włączenie mosfetu, ale w jaki sposób oddziaływuje on na różne napięcia?

Na przykład, jeśli mosfet miał zakres Vgs 2-3 i zastosowałem do niego zakresy napięć 0–1,2–3,3–7, zakładam, że pójdzie coś takiego (popraw mnie, jeśli się mylę):

• 0-1v - wyłączone
• 2-3v - włączone z proporcjonalnym przewodnictwem (przy 3v maksymalnym).
• 3-7v - ciepło / spalanie?

Napięcie progowe źródło bramkowe to napięcie wymagane do przewodzenia (zwykle) 100 uA prądu do odpływu. Różne tranzystory MOSFET mają różne definicje, a niektóre urządzenia określają napięcie progowe przy prądzie drenażowym do 1 mA.

Jest to dość przydatny wskaźnik porównawczy tego, jak pewne urządzenie może działać, gdy otrzyma odpowiedni poziom logiczny, ale zawsze najlepiej jest sprawdzić kartę danych. Typowo możesz to znaleźć: -

Widać, że V powoduje przepływ bardzo małego prądu, ale podniesienie napięcia bramki powyżej tego spowoduje, że urządzenie przewodzi znacznie więcej prądu.$_{GST}$

Zwykle maksymalne napięcie znamionowe dla bramek MOSFET wynosi +/- 20 V, więc istnieje spory margines między poziomem działania a poziomem uszkodzenia.

Jak mówi Andy, V _{GS (th)} , tj. Próg napięcia źródła bramkowego odpowiada niskiemu prądowi, gdy MOSFET ledwo się włącza, a Rds jest nadal wysoki.

Z perspektywy użytkownika / zakupów to, czego szukasz, jest gwarantowane (i niskie) Rds (włączone) dla danego V _GS , którego planujesz użyć w swojej aplikacji. Niestety nie podałeś linku do żadnych kart danych ani nie podałeś żadnych konkretnych części w swoim pytaniu, ale jestem prawie pewien, że gwarantowana niska Rds (on) jest podana tylko dla 4-5 V dla twojego MOSFET.

Również MOSFET nie będzie „podgrzewał / palił się” przy wyższych V _GS , o ile nie przekroczysz dopuszczalnego maksimum. W rzeczywistości lepiej jechać z możliwie wysokim V _GS , aby mieć pewność, że jest w pełni włączony.

Na przykład MOSFET FDD24AN06LA0_F085 ma V _{GS (th)} między 1 a 2 V, ale gwarantuje się, że prąd drenujący w tym momencie wynosi jedynie 250µA, co jest prawdopodobnie zbyt niskie, aby było użyteczne. Z drugiej strony obiecują „rDS (ON) = 20 mΩ (Typ.), VGS = 5 V, ID = 36A”. Więc normalnie będziesz używać tego MOSFET-a z V _GS 5 V lub wyższym. Ponadto, dla tego MOSFET, V _GS nie powinien przekraczać 20 V (lub spadać poniżej -20 V), w przeciwnym razie zostanie uszkodzony. Ale wszystko w tym zakresie jest w porządku.

Oto odpowiednie bity arkusza danych:

Który jest szczegółowo opisany jako:

Nie przekraczaj ocen:

Warto również zwrócić uwagę na wykres Rds (on) w funkcji Vgs i prądu drenującego:

Ogólnie rzecz biorąc, obiecane niskie Rds (on) będą miały dość wyspecjalizowane warunki testowe (takie jak pewien cykl pracy). Zasadniczo podwajam to w porównaniu z tym, co obiecano w arkuszu danych.

• Nie myl się między Gate Threshold Voltage (Vth)i Gate-Source Voltage(Vgs). Vth jest nieodłączną właściwością MOSFET, podczas gdy Vgs jest wkładem do MOSFET. Ilekroć sygnał wejściowy jest niższy niż pożądany poziom, tj. Ilekroć Vgs < VthMOSFET zostanie wyłączony. Aby włączyć MOSFET, musisz zastosować Vgs> Vth.

• Vth jest określany podczas procesu wytwarzania MOSFET. Jednak ze względu na praktyczne warunki i niedoskonałości produkcyjne nigdy nie uzyskasz idealnej stałej wartości V dla MOSFET. Zatem zawsze istnieje zakres Vth. V z 1-2 V oznacza, że ​​napięcie progowe MOSFET będzie zmieniać się w zakresie 1-2 V.

• Czym jest Vgs? Vgs to rzeczywiste napięcie bramki zastosowane do bramki MOSFET. Aby włączyć MOSFET, należy zastosować Vgs> Vth. Należy jednak pamiętać, że maksymalny prąd drenu zmienia się w zależności od Vgs. Nie sądzę więc, że stosując się Vgs = Vth(min), możesz spodziewać się, że maksymalny znamionowy prąd spustowy przepłynie przez MOSFET. W Vgs = Vthmomencie MOSFET po prostu włącza się i nie jest w pozycji umożliwiającej przepływ ogromnego prądu drenu.

• Dlaczego istnieje maksymalny limit Vg? Napięcie bramka-źródło odpowiada za utworzenie kanału poniżej bramki. Pole elektryczne wytwarzane przez to napięcie przyciąga elektrony w kierunku bramki, która ostatecznie tworzy kanał przepływu prądu między źródłem a drenem. Aby uniknąć prądu upływowego, pod zaciskiem bramki znajduje się cienka warstwa izolacyjna - tlenek bramki. Ta warstwa SiO2 jest tym, co czyni MOSFET wyjątkowym (temat wykraczający poza zakres tej dyskusji). Chodzi o to, że każda warstwa dielektryka / izolatora może wytrzymać tylko pewną maksymalną siłę. Poza tym dielektryk / izolator psuje się i zachowuje się jak zwarcie. Więc jeśli złożysz podanieVgs > Vgs(max), wytworzone zostanie wysokie pole elektryczne, które wytworzy siłę wyższą niż ta, którą może wytrzymać warstwa tlenku. W rezultacie warstwa tlenku bramki rozpadnie się i zewrze warstwy, które miała izolować. Rozpad warstwy dielektrycznej / izolacyjnej tworzy słaby punkt AKA na samej warstwie, w wyniku czego prąd zaczyna przepływać przez słaby punkt. Prowadzi to do zlokalizowanego ogrzewania i przyrostu prądu, co dodatkowo zwiększa ogrzewanie. Cykl ten trwa i ostatecznie prowadzi do stopienia się krzemu, dielektryka / izolatora i innych materiałów w gorącym punkcie.