Là shifter cấp hai chiều dựa trên MOSFET của tôi là điên rồ?

Trong một khoảnh khắc của sự rẻ tiền, tôi quyết định không đặt một bộ chuyển động cấp 5v đến 3,3v từ Sparkfun, mà thay vào đó để tự lắp ráp nó. Các sơ đồ ban đầu sử dụng một BSS138 MOSFET, nhưng kể từ khi tôi được hưởng bề mặt gắn kết hàn về càng nhiều càng điều trị tủy, tôi quyết định sử dụng một MOSFET dường như tương tự đó là thông qua các lỗ gắn kết và dễ dàng có sẵn từ nhà cung cấp ưa thích của tôi.

Kết quả của điều này là tối ưu phụ. Khi kéo đường 5v xuống đất, tất cả đều ổn - phía 3,3v chuyển sang 0,07v. Nhưng khi kéo 3.3v xuống đất, đường 5v hiển thị khoảng 4.14v (nếu không thì là chạm trên 5.1v). Khi đọc kỹ hơn các bảng dữ liệu liên quan, cũng như ghi chú ứng dụng gốc của Philips về chủ đề này, tôi bắt đầu đi đến kết luận rằng điện áp ngưỡng cửa là vấn đề.

Bằng cách thay đổi sơ đồ và buộc cổng MOSFET thành 5v thay vì 3.3v, cả hai bên dường như hoạt động tốt. Kéo hai bên thấp khiến phía bên kia xuống thấp. Tuy nhiên, tôi không tự tin rằng đây thực sự là một việc làm lành mạnh. Sự hiểu biết của tôi về sơ đồ ban đầu không đủ sâu để hình thành một ý kiến ​​hợp lý.

Liệu công việc sơ đồ đã được sửa đổi này, hoặc là kết quả tốt hiện tại tôi đang thấy chỉ là sán hoặc tiền thân của thứ gì đó giải phóng khói ma thuật?

Câu trả lời ngắn

• Trong mạch Vth này (điện áp cổng tới nguồn mà MOSFET vừa được bật) là rất quan trọng. Vth nên thấp hơn đáng kể so với Vh-Vl = 5V - 3.3V = 1.7V.

  BSS138 có Vth là 0,8 / 1,3 / 1,5 phút / điển hình / tối đa.
  Vì vậy, mặc dù về mặt ý nghĩa, nó sẽ là "đủ tốt" ở đây là 1.7> 1.5, nhưng mức chênh lệch đó rất nhỏ.

  Thật không may, sự thay thế mà bạn chọn thậm chí còn tồi tệ hơn BSS138.
  FQN1N60C có Vth là 2 / - / 4 V. tức là ở trường hợp tốt nhất Vth là 2V, nó cao hơn mức 1.7V cần thiết và nó có thể có Vth nhiều hơn 4V, lớn hơn 1.7V trong ứng dụng này .

  Một MOSFE TO92 có thể chấp nhận (chỉ) trong kho tại Digikey là Zetex / Diodes Inc ZVNL110a .
  Điều này có Vth là 0,75 / - / 1,5 Volts. Điều này gần giống với BSS138.

Lâu hơn:

• BSS138 là một đống rác tương đối. Nó có vị trí của nó nhưng nó được kéo dài vượt quá khả năng an toàn của nó trong mạch này. Thật không may, lựa chọn thay thế mà bạn đã chọn, FQN1N60C, thậm chí còn tồi tệ hơn.

• Điện áp nâng LV của bạn lên điện áp tương đương với HV vượt qua giá trị Vth cao của FQN1N60C.

Lý do mạch ban đầu của bạn hoạt động kém là vì FQN1N60C là một mẫu rất đáng tiếc của nghệ thuật MOSFET và lý do rằng mạch sửa đổi của bạn hoạt động tốt cũng là vì FQN1N60C là một mẫu rất đáng tiếc của nghệ thuật MOSFET. Một MOSFET Vth thấp sẽ hoạt động đúng trong mạch ban đầu và thất bại trong bản sửa đổi.

Điều này là do trong mạch gốc, FQN1N60C Vth quá cao so với Vth khả dụng và không được bật đúng cách. Một MOSFET có Vth đủ thấp sẽ bật đúng với điện áp có sẵn. Trong mạch sửa đổi, bạn đã cung cấp cho FQN1N60C đủ điện áp cổng ở trạng thái vận hành nhưng không nhiều đến mức nó sẽ được vận hành ngoài ý muốn. Nếu bạn sử dụng MOSFET Vth thấp, nó sẽ được bật bởi điện áp định mệnh có sẵn khi nó bị tắt và mạch sẽ bị hỏng.

Mạch là một cực kỳ thông minh NHƯNG sự thông minh của nó phụ thuộc vào MOSFET có đủ điện áp cổng để điều khiển nó khi TX_LV thấp nhưng không đủ điện áp để điều khiển nó khi TC_LV cao. Thông thường LV = T_LV khi TX_LV cao, do đó MOSFET không thấy điện áp cổng. Bằng cách tăng LV lên HV, bạn cung cấp điện áp cổng (HV-LV) khi TX_LV cao. Vì HV-LV = 5-3.3 = 1.7V, FQN1N60C không kích hoạt sai vì Vth thực tế của nó là> 1.7V.

Dưới đây là sơ đồ mạch shifter cấp gốc.

BSS138 là một MOSFET kênh N - do đó, nó dẫn khi cổng của nó dương so với nguồn, thông thường nó sẽ thoát cao hơn nguồn của nó và các diode cơ thể bên trong chặn khi Vds là + ve và dẫn khi Vds âm .

Hoạt động bình thường
Với TXLV và TXHV cao, cổng ở LV (ban đầu là 3V3, nguồn ở TX_LV = 3.3 nên Vss = 0 nên FET bị tắt.
Nguồn ở TX_LV được kéo bởi R3.

Gửi logic 0 trái sang phải.
Kéo TX_LV xuống thấp. Nguồn = 0V, cổng = 3V3. Vậy VSS = 3V3. Vì đây là> Vth BSS138 được bật. Khi nguồn = 0V và FET được bật, TX_HV cũng sẽ được kéo xuống mức thấp. Điều đó thật dễ dàng :-).

Gửi logic 0 từ phải sang trái.
Kéo TX_HV xuống thấp. Xả = 0. Cổng là 3V3 qua kết nối cứng.
Nguồn = 3V3 (nhưng xem bên dưới) Vì vậy: Vss = 0. FET bị tắt. Vds = - 3V3.
NHƯNG BSS138 có một diode bên trong S đến D. Diode này bây giờ sẽ tiến hành, kéo TX_LV xuống một diode thả trên TX_HV.
Cũng dễ dàng.

BÂY GIỜ thay thế BSS138 bằng FQN1N60C.
Vth của MOSFET là> đến >> biên 1.7V giữa 5V và 3V3.
Bây giờ, khi gửi logic 0 TRÁI ĐẾN QUYỀN, nguồn tiếp đất cho VSS = 3V3 = <4V trường hợp xấu nhất. Nếu Vth thực sự ở đâu đó khoảng 1.7V, mạch sẽ sắp xếp công việc.

Tăng LV lên 5V hoạt động như bây giờ Vss = 5V.
NHƯNG khi TX_LV ở mức cao, vẫn còn ổ 5-3.3 = 1.7V cho MOSFET, mặc dù nó phải là 0V và trước đó.

Nếu bây giờ bạn thay thế MOSFET có Vth <1,7V thì nó sẽ luôn được bật. tức là một MOSFET chất lượng tốt hơn hoạt động kém hơn (hoặc hoàn toàn không). "Cách chữa" là sử dụng MOSFET ban đầu với Vth <đến << 1.7V.