MOSFET xếp hạng 1,5V không phản ứng với đầu vào cổng 1,8V

Tôi không thực sự là một chuyên gia điện tử, mà là một kỹ sư phần mềm (vì vậy xin lỗi nếu tôi hỏi những câu hỏi ngu ngốc).

Tôi đang cố gắng sử dụng đầu ra GPIO của vi điều khiển được đánh giá ở mức 1.8V. Khi chân này trở nên cao, tôi muốn kích hoạt rơle 12V. Tôi đang sử dụng MOSFET kênh N từ điện tử

Thông số kỹ thuật cho MOSFET có thể được tìm thấy ở đây .

Vì một số lý do, 1.8V dường như không đủ để điều khiển MOSFET mặc dù nó được chỉ định trong 1,5V phút. Tôi đã thử cài đặt độc lập bằng pin 1,5V AA và nó cũng không hoạt động. Nhưng nếu tôi áp dụng 3.3V với cùng một thiết lập, nó sẽ hoạt động (chỉ để bạn biết hệ thống dây điện của tôi ổn).

Thật không may, vi điều khiển của tôi (Intel Edison) chỉ có GPIO 1.8V.

Tui bỏ lỡ điều gì vậy? Làm thế nào tôi có thể làm cho công việc này? Tôi có nên sử dụng một MOSFET khác không? Và nếu vậy, cái nào?

Sự giúp đỡ của bạn được đánh giá rất cao.

Đáng buồn là thiết lập này sẽ không hoạt động. Nếu bạn kiểm tra bảng dữ liệu một cách cẩn thận, nó nói rằng MOSFET có điện áp ngưỡng được đảm bảo trong khoảng từ 1,5V đến 2,5V, với 1,8V điển hình.

Ngay cả khi cho rằng bạn may mắn và bạn đã có một mẫu vật có ngưỡng ở mức 1,5V (trường hợp tốt nhất cho bạn), điều đó không có nghĩa là MOSFET sẽ bật ON một cách kỳ diệu khi điện áp VSS của nó đạt đến giá trị đó. Đó là điện áp tối thiểu cần thiết để làm cho MOSFET chỉ vừa đủ tiến hành: trong dòng dữ liệu đó, bạn có thể nhận thấy rằng điện áp ngưỡng được chỉ định ở mức 250μA Id. Mức dòng điện đó không đủ để vận hành một rơle chung đáng tin cậy.

Lưu ý: (như được chỉ ra bởi @SpehroPefhany trong một nhận xét) đây là các giá trị ở 25 ° C. Nếu nhiệt độ môi trường thấp hơn (ví dụ mùa đông, khí hậu lạnh, mạch được đặt trong phòng lạnh) thì dòng điện ở mức VSS đó sẽ còn nhỏ hơn nữa cho đến khi MOSFET nóng lên!

Để sử dụng MOSFET làm công tắc đóng, bạn phải lái nó vào vùng BẬT, và cụ thể là ở vùng ohmic , tức là một phần của các đặc tính đầu ra nơi nó hoạt động như một điện trở (giá trị nhỏ):

Như bạn có thể thấy, các đường cong được hiển thị tương ứng với các giá trị VSS cao hơn (~ 2,8V trở lên). Bạn có thể đánh giá cao hơn vấn đề khi nhìn vào biểu đồ Rds (bật), tức là "điện trở của công tắc":

Từ biểu đồ bên phải, bạn có thể thấy rằng Rds (bật) không thay đổi nhiều so với hiện tại, nhưng biểu đồ bên trái cho một câu chuyện khác: nếu bạn hạ VSS xuống dưới ~ 4V, bạn sẽ tăng sức đề kháng.

Tóm lại: MOSFET này không thể được bật chỉ với 1.8V. Ít nhất bạn nên cung cấp đủ VSS để khiến nó tiến hành trong trường hợp xấu nhất , tức là Vss (TH) = 2,5V. Và điều này được xác nhận bởi thí nghiệm của bạn ở 3.3V.

@Lorenzo đã giải thích lý do tại sao điều này không hiệu quả với anh ta, và nếu nó hoạt động thì nó sẽ không đáng kể, điều này có thể được coi là tồi tệ hơn.

Đây là thông số kỹ thuật cho một MOSFET phù hợp (AO3416) trông như thế nào:

$\Omega$

Nói chung, bạn nên sử dụng VSS (th) để xác định khi nào phần lớn MOSFET tắt và điện áp tại đó các Rd (bật) được chỉ định để xác định khi nào phần lớn bật.

Hình 2 và 3 từ bảng dữ liệu được hiển thị bên dưới.

Lưu ý, trong hình 2, đối với VSS nhỏ hơn khoảng 2 volt, dòng thoát sẽ gần bằng 0, trong khi với VSS là 3 volt thì kênh được tăng cường độc đáo.

Điều đó phù hợp với thử nghiệm của bạn và cho thấy rằng bạn cần thêm điện áp trên cổng để làm cho mạch của bạn hoạt động,

Hình 3 cho thấy các đường (tăng) tăng rất nhanh đến giá trị cao khi VSS rơi xuống và mặc dù nó được đưa ra cho Id 20 amper, độ dốc của đường cong sẽ tương tự trong mạch của bạn, với hiệu quả cuối cùng là khi Vss đủ thấp, các đường nối (bật) - nối tiếp với cuộn dây rơle và nguồn cung cấp DC - sẽ tăng lên một giá trị đủ cao để hạn chế dòng điện qua cuộn dây rơle đến điểm không thể hoạt động .

Vì bạn không cần ổ đĩa cổng để đảm bảo rằng các Rd (bật) sẽ đủ thấp để cho phép rơle hoạt động, nên cách dễ nhất là thay thế một bóng bán dẫn lưỡng cực thạch cho MOSFET và điều khiển cơ sở của bóng bán dẫn thông qua một điện trở với tín hiệu 1,8 volt của bạn.

Các câu trả lời khác đã giải thích chính xác tại sao FET trong câu hỏi không hoạt động. Tôi sẽ tập trung vào các giải pháp.

Một là sử dụng FET được thiết kế cho mục đích này; ví dụ FDN327N .

Một giải pháp rẻ tiền, dễ kiếm và đáng tin cậy khác là sử dụng bóng bán dẫn lưỡng cực NPN đơn giản.

Để xác định điện trở phù hợp, hãy tìm điện trở tối thiểu Rlmin của rơle và tối đa của nguồn cung cấp 12V (giả sử V12max = 13.6V), cung cấp cho bạn dòng điện tối đa trong bộ thu Ic = V12max / Rlmin (giữ điện áp bão hòa làm lề kỹ thuật) . Tìm mức tăng tối thiểu của bóng bán dẫn NPN khi bão hòa cho dòng điện này (phải hợp lý thay vì bảo thủ quá mức trên cái đó; nói đúng ra bảng dữ liệu BC848Cchỉ đảm bảo mức tăng tối thiểu Gmin là 20 khi bão hòa, nhưng 420 phút cho Vce 5V cho cấp C có thể giúp chúng tôi có đủ tự tin để sử dụng G = 50). Dòng tối thiểu chúng ta nên nhắm mục tiêu trong cơ sở là Ib = Ic / Gmin. Sau đó, chúng ta phải tính đến điện áp cung cấp tối thiểu V1_8 phút của thiết bị điều khiển cổng DATA, trừ đi V xuất hiện đánh giá tối đa trên FET phía cao của cổng DATA đó khi tải Ib, 0,75V khác hoặc hơn cho V _{BE (ON)} tại độ bão hòa tại Ic và điện trở tối đa xuất hiện dưới dạng Rmax = (V1_8min-Vdrop-V _{BE (ON)} ) / Ib.

Nếu V1_8min-Vdrop-V _{BE (ON)} bị âm, chúng ta cần một ước tính ít bảo thủ hơn về ba giá trị trong tổng, có thể được giúp bởi một Gmin ít bảo thủ (tăng), làm giảm Ib.

Chúng tôi cũng phải đảm bảo rằng dòng điện trong cổng DATA không vượt quá xếp hạng tối đa của nó (đối với điều này, chúng tôi phải xem xét mức tối đa V1_8, mức giảm tối thiểu phía cao và V _BE ). Nếu vượt quá, chúng ta phải tăng điện trở và biện minh cho các ước tính ít bảo thủ hơn (cụ thể là của Gmin).