MOSFET як перемикач - коли це в насиченні?

У мене наступна схема підключена на дошці.

Я змінюю напругу на затворі за допомогою потенціометра. Ось що мене бентежить: згідно з wikipedia, MOSFET знаходиться в насиченні, коли V (GS)> V (TH) і V (DS)> V (GS) - V (TH).

Якщо я повільно збільшую напругу на затворі, починаючи з 0, MOSFET залишається вимкненим. Світлодіод починає проводити невелику кількість струму, коли напруга на затворі становить близько 2,5 В або близько того. Яскравість перестає зростати, коли напруга затвора досягає близько 4В. Не змінюється яскравість світлодіода, коли напруга на затворі перевищує 4В. Навіть якщо я швидко збільшую напругу з 4 до 12, яскравість світлодіода залишається незмінною.

Я також стежу за напругою «Злив до джерела» під час збільшення напруги на затворі Напруга стоку до джерела падає з 12 В до близько 0 В, коли напруга на затворі становить 4 В або більше. Це легко зрозуміти: оскільки R1 і R (DS) утворюють дільник напруги і R1 набагато більший за R (DS), велика частина напруги падає на R1. У моїх вимірах на R1 падає близько 10 В, а решта на червоний світлодіод (2 В).

Однак, оскільки V (DS) зараз приблизно 0, умова V (DS)> V (GS) - V (TH) не виконується, чи MOSFET не перенасичений? Якщо це так, то як би спроектувати схему, в якій MOSFET знаходиться в насиченні?

Зауважимо, що: R (DS) для IRF840 дорівнює 0,8 Ом. V (TH) становить від 2V до 4V. Vcc - 12В.

Ось навантажувальна лінія, яку я побудував зі своєї схеми.

Тепер, з чого я отримав відповіді тут, що для роботи MOSFET як комутатора, робоча точка повинна знаходитись зліва від лінії навантаження. Чи правильно я розумію?

І якщо накладати характерні криві MOSFET на наведеному вище графіку, то робоча точка буде знаходитись у так званій області "лінійна / триодна". У взаємодії, комутатор повинен досягти цього регіону якомога швидше, щоб ефективно працювати. Я це розумію чи я абсолютно помиляюся?

Перш за все, "насичення" в мошефетах означає, що зміна VDS не призведе до значних змін Id (зливного струму). Ви можете думати про MOSFET в насиченні як джерело струму. Тобто незалежно від напруги в VDS (з обмеженнями курсу) струм через пристрій буде (майже) постійним.

Тепер повернемось до питання:

Згідно з wikipedia, MOSFET знаходиться в насиченні, коли V (GS)> V (TH) і V (DS)> V (GS) - V (TH).

Це правильно.

Якщо я повільно збільшую напругу на затворі, починаючи з 0, MOSFET залишається вимкненим. Світлодіод починає проводити невелику кількість струму, коли напруга на затворі становить близько 2,5 В або близько того.

Ви збільшили Vgs вище Vth NMOS, тому канал сформувався і пристрій почало вести.

Яскравість перестає зростати, коли напруга затвора досягає близько 4В. Не змінюється яскравість світлодіода, коли напруга на затворі перевищує 4В. Навіть якщо я швидко збільшую напругу з 4 до 12, яскравість світлодіода залишається незмінною.

Ви збільшили Vgs, зробивши пристрій, що проводить більше струму. У Vgs = 4V річ, що обмежує кількість струму - це вже не транзистор, а резистор, який у вас є послідовно з транзистором.

Я також стежу за напругою «Злив до джерела» під час збільшення напруги на затворі Напруга стоку до джерела падає з 12 В до близько 0 В, коли напруга на затворі становить 4 В або більше. Це легко зрозуміти: оскільки R1 і R (DS) утворюють дільник напруги і R1 набагато більший за R (DS), велика частина напруги падає на R1. У моїх вимірах на R1 падає близько 10 В, а решта на червоний світлодіод (2 В).

Тут все виглядає по порядку.

Однак, оскільки V (DS) зараз приблизно 0, умова V (DS)> V (GS) - V (TH) не виконується, чи MOSFET не перенасичений?

Ні, це не. Він знаходиться в лінійній або триодній області. Він поводиться як резистор у цьому регіоні. Тобто збільшення Vds збільшить Id.

Якщо це так, то як би спроектувати схему, в якій MOSFET знаходиться в насиченні?

Ви вже є. Вам просто потрібно подбати про робочу точку (переконайтесь, що умови, які ви згадали, виконуються).

A) У лінійній області ви можете спостерігати наступне: -> при збільшенні напруги живлення світлодіод стає яскравішим, оскільки струм через резистор і транзистор буде зростати, і, таким чином, більше буде протікати через світлодіод.

Б) У регіоні насичення відбудеться щось інше -> при збільшенні напруги живлення світлодіодна яскравість не зміниться. Додаткова напруга, яку ви подаєте на живлення, не призведе до більшого струму. Натомість це буде через MOSFET, тому волаг DRAIN зросте разом із напругою живлення (так що збільшення живлення на 2V означатиме збільшення зменшення волану майже на 2В)

Я тлумачу значення «насичення» в контексті статті Вікіпедії так:

Лист даних для MOSFET покаже графік із кривими, що показують певний для певного у конкретному , як правило, для декількох значень .$I_D$$V_{DS}$$V_{GS}$$V_{GS}$

У цьому прикладі червона параболічна лінія відокремлює те, що називається «лінійною» областю, від області «насичення». У області насичення лінії плоскі - струм більше не збільшується, оскільки збільшується. У лінійній області із збільшенням струму збільшується - MOSFET діє подібно до резистора.$I_D$$V_{DS}$$V_{DS}$

У вашій ситуації, якщо припустити, що ваша частина має аналогічні криві прикладу, технічно "ні", пристрій не знаходиться в області насичення. Якщо говорити, ваш настільки низький, що падіння є незначним порівняно з резистором серії. Незалежно від того, до чого піднімається , "лінійне" падіння MOSFET є крихітним порівняно з резистором і "виглядає" насиченим.$I_D$$V_{DS}$$V_{GS}$$390 \Omega$

Інші відповіді тут добре пояснюють термін "насичення", який застосовується до MOSFET.

Я лише зазначу тут, що це використання сильно відрізняється від того, що призначено для біполярних транзисторів та деяких інших класів пристроїв.

Термін правильно використовується для MOSFET, де

• V (DS)> V (GS) - V (TH)

Але ніколи цього не мало бути.
Але це так, тож пам’ятайте про це.

Біполярний транзистор (а НЕ МОЗФЕТ) знаходиться "в насиченні", коли він сильно включений. Еквівалентна умова в режимі вдосконалення MOSFET (найпоширеніший вид) - це коли вона "повністю посилена", АЛЕ відповідний термін для цього вже вкрадений.

Додано:

MOSFET "увімкнено" напругою, поданою на затвор відносно джерела = Vgs.
Необхідні Vgs, де FET починає включатися і проводить заданий обсяг струму, називається «порогова напруга» або просто «порогова напруга» і зазвичай записується як Vgsth або Vth або подібне.
Vth вказує, скільки напруги буде потрібно для роботи FET, оскільки перемикач, АЛЕ фактично повністю посилений Vgs, як правило, кілька разів Vgsth. Крім того, Vgs, необхідні для повного вдосконалення, залежать від потрібних ідентифікаторів.

Цей графік, скопійований з відповіді Мадмангурумана, показує, що при Vgs = 7V реалізація Ids / Vds становить приблизно лінійну до приблизно Ids = 20A, тому FET "повністю розширений" і виглядає як резистор приблизно до цього моменту. Для цього FET Vds становить приблизно 1,5 В при приблизно 20А, тому Rdson становить приблизно R = V / I = 1,5 / 20 = 75 міліОм.
Для цього FET існує крива при Vgs = 1V, тому VGSth = Vth, ймовірно, знаходиться в діапазоні 0,5V-0,8V при скажімо 100 мкА.

Що потрібно зробити, щоб побачити насиченість, це подача достатньої напруги, доки з часом підвищення напруги не має значення для струму.
Для цього встановіть для Vgs статичне значення (> Vth), потім підніміть напругу через Vds і виміряйте струм. Спочатку він підніметься досить лінійно, опинившись в омічній або лінійній області, але в підсумку згладиться і, незважаючи на подальше підвищення струму через MOSFET, залишиться колишнім.

Що стосується визначення насичення, я розумію, що насиченість / лінійність у MOSFET означають приблизно протилежне тому, що вони роблять у BJT. Цей документ (під характеристикою MOSFET кілька сторінок) пропонує подібне, хоча поки ви розумієте, як вони працюють і що ви маєте на увазі під терміном, тоді вам повинно бути добре (принаймні, поки ви з кимось не обговорите транзистори :-))

http://www.falstad.com/circuit/e-nmosfet.html

На цій сторінці є хороший аплет симулятора MOSFET. Я сподіваюся, що це допомагає.
Також я задав подібне запитання деякий час тому; ви можете також посилатися на це.

Б) У регіоні насичення відбудеться щось інше -> при збільшенні напруги живлення світлодіодна яскравість не зміниться. Додаткова напруга, яку ви подаєте на живлення, не призведе до більшого струму. Натомість це буде через MOSFET, тому волаг DRAIN зросте разом із напругою живлення (так що збільшення живлення на 2V означатиме збільшення зменшення волану майже на 2В)

Як так? Збільшення постачання повинно збільшувати V ds лише Id X Rds (увімкнено). Враховуючи, що світлодіод матиме майже такий же перепад напруги вперед, тоді підвищену напругу доведеться ділити серійним резистором та пристроєм. Оскільки резистор має значно більшу величину (390 Ом порівняно з 0,8 Ом пристрою), основна частка падіння напруги повинна бути впоперек резистора. Більше того, там неодмінно відбудеться збільшення струму зливу зі збільшенням опору. Втрати MOSFET обчислюються в стаціонарному стані як струм, помножений на Rds (on). Тож спостереження "ЗМОГЛЕННЯ волажа підніметься разом із напругою живлення (тому збільшення живлення на 2В означатиме збільшення зливного волату майже на 2В)" невірно