La tensione di soglia del gate MOSFET è un limite o una tensione di commutazione minima "Full-on"?

Ho fatto acquisti per alcuni transistor mosfet, per uno starter kit e ho notato elenchi che affermano che un mosfet è adatto per la logica 5v, ma le schede tecniche indicano che la soglia del gate è 1-2v. I mosfet 4v gated, che sono più vicini a 5v, dallo stesso venditore non sono pubblicizzati come idonei.

Capisco che l'applicazione della tensione Vgs al gate accenderà il mosfet, ma come interagisce con tensioni diverse?

Quindi, ad esempio, se un mosfet avesse un intervallo Vgs di 2-3 e applicassi intervalli di tensione di 0-1,2-3,3-7, suppongo che andrebbe qualcosa del genere (correggimi se sbaglio):

• 0-1v - spento
• 2-3v - on con conduttività proporzionale (con 3v con il massimo).
• 3-7v - riscaldare / bruciare?

La tensione di soglia gate-source è la tensione necessaria per condurre (solitamente) 100 uA di corrente nello scarico. MOSFET diversi hanno definizioni diverse e alcuni dispositivi definiscono la tensione di soglia con una corrente di drain fino a 1 mA.

È un indicatore comparativo abbastanza utile di come un determinato dispositivo potrebbe funzionare quando viene dato un segnale di livello logico adeguato, ma è sempre meglio esaminare la scheda tecnica. Tipico potresti trovare questo: -

$_{GST}$

Di solito, le tensioni nominali massime per le porte MOSFET sono +/- 20 V e quindi esiste un discreto margine tra i livelli di funzionamento e di danno.

Come dice Andy V _{GS (th)} , cioè la tensione di soglia gate-source corrisponde a una corrente bassa, quando il MOSFET si accende a malapena e Rds è ancora alto.

Dal punto di vista dell'utente / commerciale, ciò che si desidera cercare è garantito (e basso) Rds (attivo) per un dato V _GS che si prevede di utilizzare nella propria applicazione. Purtroppo non hai collegato alcun foglio dati o non hai nominato parti specifiche della tua domanda, ma sono abbastanza sicuro che il basso Rds (on) garantito sia dato solo a 4-5 V per il tuo MOSFET.

Inoltre il MOSFET non "riscalda / brucia" a V _GS più elevati , purché non si superi il massimo consentito. In effetti è meglio guidare con una V _GS alta possibile per assicurarsi che sia completamente acceso.

Ad esempio, il MOSFET FDD24AN06LA0_F085 ha una V _{GS (th)} tra 1 e 2V, ma la corrente di drain a questo punto è garantita solo a 250µA, che è probabilmente troppo bassa per essere utile. D'altra parte, promettono "rDS (ON) = 20mΩ (Tip.), VGS = 5V, ID = 36A". Quindi normalmente utilizzerai questo MOSFET con un V _GS di 5V o superiore. Inoltre, per questo MOSFET, V _GS non deve superare i 20 V (o andare al di sotto di -20 V) o verrà danneggiato. Ma qualsiasi cosa in questa gamma va bene.

Ecco i bit rilevanti del foglio dati:

Che è dettagliato come:

Non superare le valutazioni:

Da notare anche il grafico di Rds (on) contro Vgs e drain drain:

In generale, il Rds basso (attivo) promesso avrà una condizione di prova abbastanza specializzata (come un certo ciclo di lavoro). Come regola generale, lo raddoppio rispetto a quanto promesso nel foglio dati.

• Non confonderti tra Gate Threshold Voltage (Vth)e Gate-Source Voltage(Vgs). Vth è una proprietà intrinseca del MOSFET mentre Vgs è un input per il MOSFET. Ogni volta che l'ingresso è inferiore al livello desiderato, ovvero ogni volta Vgs < Vth, il MOSFET sarà spento. Per attivare il MOSFET, è necessario applicare Vgs> Vth.

• Il Vth è qualcosa che viene determinato durante il processo di fabbricazione del MOSFET. Tuttavia, a causa delle condizioni pratiche e delle imperfezioni di fabbricazione, non otterrai mai una Vth costante perfetta per un MOSFET. Pertanto, esiste sempre una gamma di Vth. Vth di 1-2 V significa che la tensione di soglia del MOSFET varierà nell'intervallo 1-2 V.

• Allora, cos'è Vgs? Vgs è la tensione effettiva del gate che si applica al gate del MOSFET. Per attivare il MOSFET, è necessario applicare Vgs> Vth. Tuttavia, si noti che la corrente di drain massima varia con Vgs. Quindi non pensare che applicandoti Vgs = Vth(min)puoi aspettarti che la massima corrente di drain nominale fluisca attraverso il MOSFET. A Vgs = Vth, il MOSFET si accende semplicemente e non è in grado di consentire il passaggio di un'enorme corrente di drenaggio.

• Perché esiste un limite massimo su Vgs? La tensione gate-source è responsabile della formazione di un canale sotto il gate. Il campo elettrico prodotto da questa tensione è ciò che tira gli elettroni verso il gate, che alla fine costituisce il canale per il flusso di corrente tra sorgente e drain. Per evitare qualsiasi corrente di dispersione, c'è un sottile strato isolante - ossido di gate, sotto il terminale di gate. Questo strato di SiO2 è ciò che rende speciale MOSFET (un argomento che esula dallo scopo di questa discussione). Il punto è che ogni strato dielettrico / isolante può sopportare solo una certa quantità massima di forza. Oltre a ciò, il dielettrico / isolante si rompe e si comporta come un corto circuito. Quindi, se si applicaVgs > Vgs(max), verrà prodotto un campo elettrico elevato che genererà una forza superiore a quella che può gestire lo strato di ossido. Di conseguenza, lo strato di ossido di gate si romperà e accorcerà gli strati che avrebbe dovuto isolare. La rottura di uno strato dielettrico / isolante crea un punto debole AKA hot-spot sullo strato stesso e di conseguenza la corrente inizia a fluire attraverso il punto debole. Ciò porta al riscaldamento localizzato e all'aumento della corrente che aumenta ulteriormente il riscaldamento. Questo ciclo continua e alla fine porta al collasso del silicio, del dielettrico / isolante e di altri materiali nel punto caldo.