MOSFET с номиналом 1,5 В не реагирует на вход затвора 1,8 В

Я не специалист по электронике, но инженер-программист (так что извините, если я задаю глупые вопросы).

Я пытаюсь использовать выход GPIO микроконтроллера с номиналом 1,8 В. Когда этот вывод становится высоким, я хочу включить реле 12 В. Я использую N-канальный MOSFET от freetronics

Спецификации для MOSFET можно найти здесь .

По какой-то причине 1,8 В кажется недостаточным для управления МОП-транзистором, хотя оно установлено на 1,5 В мин. Я пробовал автономную установку с использованием батареи 1,5 В AA, и это тоже не работает. Но если я подаю 3,3 В с той же настройкой, это работает (просто чтобы вы знали, что моя проводка в порядке).

К сожалению, мой микроконтроллер (Intel Edison) имеет только 1,8 В GPIO.

Я что-то упускаю? Как я могу сделать эту работу? Должен ли я использовать другой MOSFET? И если да, то какой?

Ваша помощь очень ценится.

К сожалению, эта установка не будет работать. Если вы внимательно изучите спецификацию, в ней будет указано, что у MOSFET есть пороговое напряжение, которое гарантированно будет между 1,5 В и 2,5 В, с типичным 1,8 В.

Даже если предположить, что вам повезло, и у вас есть образец, порог которого составляет 1,5 В (в лучшем случае для вас), это не означает, что MOSFET волшебным образом включается, когда его напряжение Vgs достигает этого значения. Это минимальное напряжение, необходимое для того, чтобы МОП-транзистор практически не проводил: в этой строке таблицы вы можете заметить, что пороговое напряжение указано при скудных 250 мкА Id. Этот уровень тока недостаточен для надежной работы общего реле.

Примечание: (как указано @SpehroPefhany в комментарии) это значения при 25 ° C. Если температура окружающей среды ниже (например, зима, холодный климат, цепь помещена в холодные помещения), ток на этом уровне Vgs будет еще меньше, пока MOSFET не прогреется!

Чтобы использовать полевой МОП-транзистор в качестве замкнутого переключателя, вы должны загнать его в область ON, а именно в омическую область, то есть в ту часть выходных характеристик, где он ведет себя как сопротивление (малого значения):

Как видите, приведенные кривые соответствуют более высоким значениям Vgs (~ 2,8 В или выше). Вы можете лучше оценить проблему, посмотрев на график Rds (on), то есть «сопротивление переключателя»:

На графике справа вы можете видеть, что Rds (вкл.) Не сильно зависит от тока, но график слева рассказывает другую историю: если вы снизите Vgs ниже ~ 4 В, вы получите крутое увеличение сопротивления.

Подводя итог: этот полевой МОП-транзистор не может быть включен простым напряжением 1,8 В. По крайней мере, вы должны предоставить достаточно Vgs, чтобы оно работало в худшем случае , то есть Vgs (TH) = 2,5 В. И это подтверждается вашим экспериментом при 3,3 В.

@Lorenzo объяснил, почему это не работает для него, и если это сработает, это будет незначительным, что может показаться хуже.

Вот как выглядит спецификация подходящего MOSFET (AO3416):

$\Omega$

В общем, вы должны использовать Vgs (th), чтобы определить, когда MOSFET в основном выключен, и напряжение (я), при котором указывается Rds (on), чтобы определить, когда он в основном включен.

Рисунки 2 и 3 из таблицы данных приведены ниже.

Обратите внимание, что на рисунке 2, что для Vgs меньше, чем около 2 вольт, ток стока будет близок к нулю, в то время как при Vgs 3 вольт канал значительно усиливается.

Это согласуется с вашим экспериментом и показывает, что вам нужно больше напряжения на затворе, чтобы ваша схема работала,

На рисунке 3 показано, как Rds (вкл.) Очень быстро возрастает до высокого значения при падении Vgs, и, хотя оно дается для Id 20 ампер, наклон кривой будет аналогичным в вашей схеме, а конечный эффект заключается в том, что когда Vgs становится достаточно низким, Rds (вкл.) - последовательно с катушкой реле и источником постоянного тока - поднимается до достаточно высокого значения, чтобы ограничить ток через катушку реле до точки, в которой будет невозможно задействовать ,

Поскольку у вас нет привода затвора, необходимого для гарантии того, что Rds (вкл.) Будет достаточно низким, чтобы реле могло работать, возможно, самым простым выходом было бы заменить биполярный транзистор с желе на MOSFET и управлять базой транзистор через резистор с вашим сигналом 1,8 вольт.

Другие ответы точно объяснили, почему FET в вопросе не работает. Я сосредоточусь на решениях.

Одним из них является использование FET, разработанного для этой цели; например, FDN327N .

Другое дешевое, легко доступное и надежное решение - использование простого NPN-транзистора с биполярным переходом.

Чтобы определить подходящий резистор, найдите минимальное сопротивление Rlmin реле и максимум напряжения 12 В (скажем, V12max = 13,6 В), что даст вам максимальный ток в коллекторе Ic = V12max / Rlmin (сохраняя напряжение насыщения в качестве технического запаса) , Найдите минимальное усиление NPN-транзистора при насыщении для этого тока (будьте разумны, а не чрезмерно консервативны с этим; строго говоря, технические данные BC848Cтолько гарантирует минимальное усиление Gmin 20 при насыщении, но 420 мин для Vce 5 В для класса C может дать нам достаточно уверенности, чтобы использовать G = 50). Минимальный ток, на который мы должны ориентироваться в базе, это Ib = Ic / Gmin. Затем мы должны учесть минимальное напряжение питания V1_8min устройства, управляющего портом DATA, вычесть максимальное номинальное падение Vdrop на полевом FET этого порта DATA под нагрузкой Ib, еще 0,75 В или около того для V _{BE (ON)} при насыщение на Ic, и максимальный резистор выходит как Rmax = (V1_8min-Vdrop-V _{BE (ON)} ) / Ib.

Если V1_8min-Vdrop-V _{BE (ON)} становится отрицательным, нам нужны менее консервативные оценки трех значений в сумме, чему может помочь менее консервативный (увеличенный) Gmin, который уменьшает Ib.

Мы также должны убедиться, что ток в порте DATA не превышает его максимального значения (для этого мы должны учитывать максимальное значение V1_8, минимальное выпадение на стороне высокого уровня и значение V _BE ). Если это превышено, мы должны увеличить резистор и обосновать менее консервативные оценки (в частности, Gmin).