Sử dụng Mosfet và kênh P- vs N

Tôi đang cố gắng sử dụng Arduino để kích hoạt / vô hiệu hóa điện từ 12V. Tôi đã sử dụng một cây cầu H và nó hoạt động tốt. Sau đó, tôi quyết định đơn giản hóa mọi thứ và nhận một mosfet duy nhất thay vì cầu H đa kênh và bản thân tôi đã rất bối rối. Tôi đang cố gắng hiểu cách thích hợp để sử dụng mosfet kênh P (hoặc kênh N) trong cài đặt này và đã bắt gặp mạch mẫu này trên google:

Tại sao có một bóng bán dẫn khác liên quan (2N3904), và tại sao lại có một diode trên tải?

Tôi hiểu rằng kênh P được kích hoạt khi được đưa lên cao (trên + ), do đó kéo lên, nhưng tại sao lại có thêm bóng bán dẫn? MCU (trong trường hợp này là PIC) có nên làm điều tương tự không?$V_{gate}$$V_{source}$$V_{drain}$

Ngoài ra - trong kịch bản khi tất cả những gì tôi đang làm là bật hoặc tắt tải (như điện từ của tôi), có lý do để sử dụng kênh N so với kênh P không?

So sánh các hành động của MOSFET kênh P và N trong mạch của bạn.

(Tôi đã để các bóng bán dẫn tiếp giáp để hỗ trợ so sánh.)

Đầu ra PIC không thích được kết nối với 12V nên bóng bán dẫn hoạt động như một bộ đệm hoặc chuyển đổi mức. Bất kỳ đầu ra nào từ PIC lớn hơn 0,6V (ish) sẽ bật bóng bán dẫn BẬT.

P MOS KÊNH KÊNH . (Tải kết nối giữa Drain và Ground)

Khi đầu ra PIC ở mức THẤP, bóng bán dẫn TẮT và cổng của MOS MOS P là CAO (12V). Điều này có nghĩa là MOS MOS P đang TẮT.

Khi đầu ra của PIC ở mức CAO, bóng bán dẫn được BẬT và kéo cổng của MOSFET THẤP. Điều này sẽ bật MOSFET và dòng điện sẽ chạy qua tải.

NỀN TẢNG KÊNH . (Tải kết nối giữa Drain và + 12V)

Khi đầu ra PIC ở mức THẤP, bóng bán dẫn TẮT và cổng của MOS MOS P là CAO (12V). Điều này có nghĩa là N MOSFET đang BẬT và dòng điện sẽ chạy qua tải.

Khi đầu ra của PIC ở mức CAO, bóng bán dẫn được BẬT và kéo cổng của MOSFET THẤP. Điều này sẽ tắt MOSFET.

Mạch MOSFET 'được cải tiến' .

Chúng ta có thể loại bỏ bóng bán dẫn bằng cách sử dụng loại N MOSFET kỹ thuật số - nó chỉ cần tín hiệu 0-5V từ đầu ra PIC để vận hành và cách ly chân đầu ra PIC khỏi nguồn cung cấp 12V.

Khi đầu ra PIC ở mức CAO, MOSFET được BẬT, khi ở mức THẤP, MOSFET sẽ được TẮT. Điều này hoàn toàn giống với mạch P MOSFET gốc. Các điện trở nối tiếp đã được chế tạo nhỏ hơn để hỗ trợ bật ON, TẮT thời gian TẮT bằng cách sạc hoặc xả điện dung cổng nhanh hơn.

Việc lựa chọn thiết bị về cơ bản là tùy thuộc vào nhu cầu thiết kế của bạn mặc dù trong trường hợp này, MOSFET loại N kỹ thuật số sẽ chiến thắng về mặt đơn giản.

Các bóng bán dẫn lưỡng cực có mặt như một trình điều khiển cho MOSFET. Mặc dù đối với DC, MOSFET có điện trở rất cao và do đó trông giống như các mạch mở, chúng thực sự có điện dung. Để bật, phí phải được chuyển vào chúng, và thực hiện nhanh như vậy đòi hỏi phải có lái xe hiện tại.

BJT (và thiết kế mạch tổng thể) cũng mang lại lợi thế sau: điện áp nhỏ và có thể dự đoán được. Bạn có thể thay thế các BJT khác nhau trong đó và hành vi sẽ tương tự.

Một lợi thế nữa của bóng bán dẫn phụ là tầng bán dẫn bổ sung có mức tăng điện áp, giúp tạo ra sự chuyển đổi sắc nét hơn từ tắt sang bật, từ quan điểm của đầu vào nhìn vào.

Để sử dụng tín hiệu nhỏ, dương để bật mạch, một bóng bán dẫn NPN phải được sử dụng. Nhưng đầu ra của điều này bị đảo ngược, với tải trọng phía cao, và do đó, một MOSFET kênh P được sử dụng. Điều này có một tính năng hay khác, đó là tải được điều khiển từ phía tích cực, và do đó vẫn có căn cứ khi tắt bóng bán dẫn.

Biểu tượng sơ đồ cho MOSFET trông giống như một thiết bị cạn kiệt (vì kênh được vẽ chắc chắn, thay vì ba phần). Đây có lẽ chỉ là một sai lầm. Mạch trông giống như một thiết lập chế độ tăng cường máy nghiền.

MOSFET kênh P kích hoạt khi cổng được đưa xuống thấp. Nó được vẽ "lộn ngược". Hãy nghĩ về nó tương tự như một BJT PNP.

Diode "bánh đà" hoàn thành mạch cho tải cảm ứng khi bóng bán dẫn / công tắc mở. Một cuộn cảm cố gắng giữ cho cùng một dòng chảy theo cùng một hướng. Thông thường, dòng điện đó chạy qua vòng bán dẫn. Khi nó bị cắt đột ngột, nó sẽ chảy qua vòng diode, sao cho hướng của nó qua tải là như nhau, và điều đó có nghĩa là chảy ngược chiều qua diode. Để tiếp tục dòng điện này xảy ra, cuộn cảm phải tạo ra "EMF trở lại": một điện áp có hướng ngược lại với điện áp đã được áp dụng trước đó.

Bạn nên thêm 4k7 từ cổng xuống đất để tránh FET của bạn được tiến hành khi pin io của bạn có trở kháng cao hoặc không được kết nối. Trong trường hợp này, một điện tích đơn giản từ tay bạn có thể kích hoạt mosfet và có khả năng nó liên tục điều khiển mạch của bạn ngay cả khi không có nguồn điện trên chân cổng.

1. Tại sao có một bóng bán dẫn khác liên quan (2N3904)? - để trình điều khiển cổng không nhìn thấy trở kháng (điện trở) dưới 10k. Điện trở 10k và BJT thực sự là tùy chọn, nhưng thanh lịch nếu được thêm vào. Chỉnh sửa: Rất tiếc, điều cần thiết để PWM hoạt động chính xác. nó đảo ngược tín hiệu số, được PNP yêu cầu để hoạt động theo cách bạn muốn. bạn vẫn có thể bỏ qua BJT nếu bạn có thể đảo ngược tín hiệu điều khiển trước khi xuất.

2. Và tại sao có một diode trên tải? - bởi vì tải cảm ứng (solenoids, động cơ, v.v.) làm cho dòng điện chạy theo hướng khác một khi đã tắt. Khi bạn đang sử dụng PWM để điều khiển một cái gì đó, về cơ bản nó sẽ nhanh chóng bật và tắt. Bạn bật mô tơ, rôto bắt đầu quay, bạn tắt nó, rôto vẫn quay và sau đó hoạt động như một máy phát điện khiến dòng điện chạy theo hướng khác. Phân cực ngược này có thể làm hỏng các thành phần, nhưng bị loại bỏ ngay lập tức sau khi diode được thêm vào.

Điều này đi thẳng vào lý thuyết về MOSFET. Biểu đồ cho thấy một MOSFET TIỀN GỬI hoạt động với phương trình Shockley: ID = IDSS (1-VGS / VP) ^ 2. Rõ ràng là bộ điều khiển vi mô hoạt động với đầu ra 5 volt và nếu bạn sử dụng trực tiếp làm điện áp cổng, bạn không thể có được dòng điện tối đa từ nguồn điện (12 volt ở trên). Transitor thứ hai hoạt động như một bộ đệm và cũng là bộ cách ly cho mục đích này. Và về diode: diode này hầu như luôn được sử dụng cho các tải có chứa cuộn dây (như một động cơ hoặc rơle). Mục đích là triệt tiêu dòng điện ngược được tạo bởi cuộn dây như một cuộn cảm. Dòng điện ngược này có thể làm hỏng MOSFET của bạn.

Hãy để tôi giải thích phần diode: giả sử chúng ta có một công tắc được kết nối với một điện trở và sau đó là một cuộn cảm. (SW-RL-> Ground). vấn đề phát sinh khi công tắc mở rất nhanh, điều đó có nghĩa là dòng điện 0 đột ngột trong mạch nhưng chúng ta biết rằng cuộn cảm không để dòng điện 0 đột ngột (VL = L di / dt). Điều này có nghĩa là cuộn cảm tìm kiếm một cách ngắn để làm trống dòng điện và cách duy nhất là tạo ra "tia lửa" giữa các đầu của công tắc. Chúng ta có thể thấy hiện tượng này bằng cách kết nối nguồn DC với động cơ DC nhỏ. Chúng ta có thể thấy mặc dù động cơ không hoạt động với điện áp cao, nhưng bằng cách chạm vào dây của nó bằng dây nguồn, "tia lửa rất rõ ràng" được nhìn thấy. Thay thế công tắc bằng bóng bán dẫn, kịch bản tương tự xảy ra và những tia lửa liên tục này dẫn đến thiệt hại cho các bóng bán dẫn.