MOSFET з оцінкою 1,5 В не реагує на вхід 1,8 В

Я насправді не фахівець з електроніки, а інженер програмного забезпечення (тож виправдання, якщо я задаю дурні запитання).

Я намагаюсь використовувати мікроконтролерний вихід GPIO, розрахований на 1,8 В. Коли цей контакт стає високим, я хочу включити реле 12В. Я використовую N-канал MOSFET від freetronics

Характеристики MOSFET можна знайти тут .

Чомусь 1,8 В здається недостатньою для управління MOSFET, хоча вона задана для 1,5 В хв. Я спробував автономне налаштування з використанням батареї 1,5 В AA, і це також не працює. Але якщо я застосую 3,3 В з тією ж установкою, це працює (просто так, що ви знаєте, що моя проводка в порядку).

На жаль, мій мікроконтролер (Intel Edison) має лише 1,8 В GPIO.

Я щось пропускаю? Як я можу змусити цю роботу? Чи варто використовувати інший MOSFET? І якщо так, то який?

Ваша допомога дуже цінується.

На жаль, ця настройка не працюватиме. Якщо ви уважно вивчите аркуш, то вказується, що MOSFET має порогову напругу, яка гарантовано буде між 1,5 В і 2,5 В, з типовим 1,8 В.

Навіть якщо припустити, що вам пощастило, і у вас є зразок, поріг якого становить 1,5 В (найкращий випадок для вас), це не означає, що MOSFET магічно вмикається, коли напруга Vgs досягає цього значення. Це мінімальна напруга, необхідна для того, щоб MOSFET ледь провадився: у цьому рядку аркуша можна помітити, що порогова напруга задається при обмежених 250 мкА Id. Такого рівня струму недостатньо для надійної роботи загального реле.

Примітка: (як вказував @SpehroPefhany у коментарі), це значення при 25 ° C. Якщо температура навколишнього середовища нижча (наприклад, зимовий, холодний клімат, контур, розміщений у холодних приміщеннях), струм на цьому рівні Vgs буде ще меншим, поки MOSFET не прогріється!

Щоб використовувати MOSFET як закритий комутатор, ви повинні загнати його в область ON, а конкретно в омічну область, тобто ту частину вихідних характеристик, де він поводиться як (мале значення) опір:

Як бачимо, наведені криві відповідають більш високим значенням Vgs (~ 2,8 В або вище). Ви можете краще оцінити проблему, дивлячись на графік Rds (on), тобто "опір комутатора":

З графіка праворуч видно, що Rds (увімкнено) не сильно відрізняється від поточного, але графік зліва розповідає про іншу історію: якщо опустити Vgs під ~ 4V, ви отримаєте стрімке збільшення опору.

Підводячи підсумок: цей MOSFET не можна вмикати лише 1,8 В. Принаймні, вам слід надати достатню кількість Vgs, щоб змусити його проводити в гіршому випадку , тобто Vgs (TH) = 2.5V. І це підтверджено вашим експериментом на рівні 3,3 В.

@ Лоренцо пояснив, чому це не працює для його, і якщо це все-таки буде, це буде маргінально, що може вважати гіршим.

Ось як виглядає специфікація для відповідного MOSFET (AO3416):

$\Omega$

Взагалі слід використовувати Vgs (th), щоб визначити, коли MOSFET в основному вимкнено, і напругу (напруги), при якому задається Rds (увімкнено), щоб визначити, коли він в основному включений.

Малюнки 2 та 3 із опису даних наведені нижче.

Зауважте, на малюнку 2, що для Vgs менше ніж 2 вольт струм зливу буде близьким до нуля, тоді як при Vgs 3 вольт канал добре посилений.

Це узгоджується з вашим експериментом і показує, що вам потрібно більше напруги на воротах, щоб ваша схема працювала,

На малюнку 3 показано, як Rds (увімкнено) дуже швидко піднімається до високого значення, коли Vgs падає, і навіть якщо він заданий для Id 20 ампер, нахил кривої буде аналогічним у вашій схемі, остаточним ефектом є те, що коли Vgs стає досить низьким, Rds (увімкнено) - що є послідовно з котушкою реле та джерелом постійного струму - підніметься до значення, достатнього для обмеження струму через котушку реле до тієї точки, коли не можна буде активувати .

Оскільки у вас немає приводу, який повинен гарантувати, що Rds (увімкнений) буде достатньо низьким, щоб реле працювало, можливо, найпростішим виходом буде заміна біполярного транзистора на MOSFET і приведення в дію основи транзистор через резистор із сигналом 1,8 вольт.

Інші відповіді тонко пояснили, чому FET у питанні не працює. Я зупинюсь на рішеннях.

Перший - використовувати FET, розроблений для цієї мети; наприклад, FDN327N .

Іншим дешевим, легким джерелом і надійним рішенням є використання простого транзистора з двополюсним з'єднанням NPN.

Щоб визначити відповідний резистор, знайдіть мінімальний опір Rlmin реле і максимум напруги 12В (скажімо, V12max = 13,6 В), що дає вам максимальний струм в колекторі Ic = V12max / Rlmin (зберігаючи напругу насичення як технічний запас) . Знайдіть мінімальний коефіцієнт посилення транзистора NPN при насиченні для цього струму (будьте розумним, а не надмірно консервативним щодо цього; суворо кажучи, специфікація BC848Cгарантує лише мінімальний коефіцієнт підсилення Gmin 20 при насиченні, але 420 хв для Vce 5V для класу C може дати нам достатньо впевненості для використання G = 50). Мінімальний струм, на який ми повинні орієнтуватися в базі, - Ib = Ic / Gmin. Тоді ми повинні врахувати мінімальну напругу живлення V1_8min пристрою, що керує DATA-портом, відняти максимальний номінальний викид Vdrop на високій стороні FET цього порту DATA під навантаженням Ib, ще 0,75 В або близько для V _{BE (ON)} при насичення на Ic, а максимальний резистор виходить як Rmax = (V1_8min-Vdrop-V _{BE (ON)} ) / Ib.

Якщо V1_8min-Vdrop-V _{BE (ON)} стає негативним, нам потрібні менш консервативні оцінки трьох значень у сумі, що може допомогти менш консервативному (збільшеному) Gmin, що знижує Ib.

Ми також повинні переконатися, що струм в порту DATA не перевищує його максимальний показник (для цього ми повинні враховувати максимум V1_8, мінімальний високий бік відключення та V _BE ). Якщо це перевищено, ми повинні збільшити резистор і обґрунтувати менш консервативні оцінки (зокрема Gmin).