MOSFET yang diberi nilai 1,5V tidak bereaksi terhadap input gerbang sebesar 1,8V

Saya bukan benar-benar spesialis elektronik, tetapi seorang insinyur perangkat lunak (jadi alasan jika saya mengajukan pertanyaan bodoh).

Saya mencoba menggunakan keluaran GPIO mikrokontroler dengan nilai 1.8V. Ketika pin ini menjadi tinggi, saya ingin mengaktifkan relay 12V. Saya menggunakan MOSFET N-channel dari freetronics

Spesifikasi untuk MOSFET dapat ditemukan di sini .

Untuk beberapa alasan, 1.8V tampaknya tidak cukup untuk menggerakkan MOSFET meskipun ditentukan untuk min 1.5V. Saya sudah mencoba pengaturan mandiri menggunakan baterai AA 1.5V dan itu tidak berhasil. Tetapi jika saya menerapkan 3.3V dengan setup yang sama, itu berfungsi (supaya Anda tahu kabel saya OK).

Sayangnya mikrokontroler saya (Intel Edison) hanya memiliki 1.8V GPIO.

Apakah saya melewatkan sesuatu? Bagaimana saya bisa membuat ini berfungsi? Haruskah saya menggunakan MOSFET yang berbeda? Dan jika demikian, yang mana?

Bantuan Anda sangat kami hargai.

Sayangnya pengaturan ini tidak berfungsi. Jika Anda memeriksa lembar data dengan hati-hati, ia menyatakan bahwa MOSFET memiliki tegangan ambang batas yang dijamin antara 1,5V dan 2,5V, dengan 1,8V tipikal.

Bahkan dengan asumsi Anda beruntung dan Anda memiliki spesimen yang ambangnya 1,5V (kasus terbaik untuk Anda), itu tidak berarti bahwa MOSFET secara ajaib AKTIF ketika tegangan Vgs mencapai nilai itu. Itulah tegangan minimum yang diperlukan untuk membuat MOSFET nyaris tidak melakukan: dalam baris datasheet Anda dapat melihat bahwa tegangan ambang ditentukan pada 250μA Id kurang. Level arus itu tidak cukup untuk mengoperasikan relai bersama secara andal.

Catatan: (seperti yang ditunjukkan oleh @SpehroPefhany dalam komentar) ini adalah nilai pada 25 ° C. Jika suhu sekitar lebih rendah (misalnya musim dingin, iklim dingin, sirkuit ditempatkan di kamar dingin) arus pada tingkat Vgs akan semakin kecil sampai MOSFET memanas!

Untuk menggunakan MOSFET sebagai saklar tertutup, Anda harus mengarahkannya ke wilayah ON, dan khususnya di wilayah ohmik , yaitu bagian karakteristik output yang berperilaku sebagai resistensi (nilai kecil):

Seperti yang Anda lihat, kurva yang ditunjukkan sesuai dengan nilai yang lebih tinggi dari Vgs (~ 2.8V atau lebih tinggi). Anda dapat lebih menghargai masalah dengan melihat grafik Rds (on), yaitu "resistansi sakelar":

Dari grafik di sebelah kanan Anda mungkin melihat bahwa Rds (on) tidak berbeda jauh dengan arus, tetapi grafik di sebelah kiri menceritakan cerita lain: jika Anda menurunkan Vgs di bawah ~ 4V Anda mendapatkan peningkatan tajam dalam tahanan.

Untuk meringkas: MOSFET ini tidak dapat dihidupkan dengan hanya 1.8V. Paling tidak Anda harus menyediakan cukup Vgs untuk membuatnya bekerja dalam kasus terburuk , yaitu Vgs (TH) = 2.5V. Dan ini dikonfirmasi oleh percobaan Anda di 3.3V.

@ Lorenzo telah menjelaskan mengapa ini tidak berhasil untuknya, dan jika itu berhasil, itu akan menjadi marjinal, yang mungkin dianggap lebih buruk.

Berikut ini adalah spesifikasi untuk MOSFET (AO3416) yang cocok:

$\Omega$

Secara umum Anda harus menggunakan Vgs (th) untuk menentukan kapan MOSFET sebagian besar mati, dan tegangan (s) di mana Rds (on) ditentukan untuk menentukan kapan sebagian besar pada.

Gambar 2 dan 3 dari lembar data ditunjukkan di bawah ini.

Perhatikan, pada Gambar 2, bahwa untuk Vgs kurang dari sekitar 2 volt, arus pembuangan akan mendekati nol, sedangkan dengan Vgs 3 volt saluran ditingkatkan dengan baik.

Itu sesuai dengan percobaan Anda, dan menunjukkan bahwa Anda memerlukan lebih banyak tegangan di gerbang untuk membuat sirkuit Anda berfungsi,

Gambar 3 menunjukkan bagaimana Rds (on) naik dengan sangat cepat ke nilai yang tinggi saat Vgs jatuh, dan meskipun diberikan untuk Id 20 ampere, kemiringan kurva akan serupa di sirkuit Anda, dengan efek akhir adalah bahwa ketika Vgs mendapat cukup rendah, Rds (on) - yang ada di seri dengan koil relay dan pasokan DC - akan naik ke nilai yang cukup tinggi untuk membatasi arus melalui koil relay ke titik di mana tidak mungkin untuk menggerakkan .

Karena Anda tidak memiliki drive gerbang yang diperlukan untuk memastikan bahwa Rds (aktif) akan cukup rendah untuk memungkinkan relay berfungsi, bisa dibilang jalan keluar yang paling mudah adalah dengan mengganti transistor bipolar jellybean untuk MOSFET dan menggerakkan basis dari Transistor melalui resistor dengan sinyal 1,8 volt Anda.

Jawaban lain telah dengan halus menjelaskan mengapa FET dalam pertanyaan tidak bekerja. Saya akan fokus pada solusi.

Salah satunya adalah menggunakan FET yang dirancang untuk tujuan tersebut; misalnya FDN327N .

Solusi lain yang murah, mudah didapat, dan andal adalah menggunakan transistor sambungan bipolar NPN.

Untuk menentukan resistor yang sesuai, cari resistansi minimum Rlmin dari relai dan maksimum suplai 12V (katakanlah V12max = 13.6V), memberikan Anda arus maksimum dalam kolektor Ic = V12max / Rlmin (menjaga tegangan saturasi sebagai margin teknik) . Temukan gain minimum dari transistor NPN pada saturasi untuk arus ini (lebih masuk akal daripada terlalu konservatif pada yang satu itu; secara tegas lembar data BC848Chanya menjamin gain minimum Gmin 20 pada saturasi, tetapi 420 menit untuk Vce 5V untuk kelas C mungkin memberi kita cukup kepercayaan untuk menggunakan G = 50). Arus minimum yang harus kita targetkan dalam basis adalah Ib = Ic / Gmin. Maka kita harus memperhitungkan tegangan suplai minimum V1_8mnt dari perangkat yang mengemudikan port DATA, kurangi nilai drop-drop nilai Vdrop pada FET sisi tinggi dari port DATA yang dimuat Ib, 0,75V atau lebih untuk V _{BE (ON)} pada saturasi pada Ic, dan resistor maksimum keluar sebagai Rmax = (V1_8min-Vdrop-V _{BE (ON)} ) / Ib.

Jika V1_8min-Vdrop-V _{BE (ON)} menjadi negatif, kita perlu perkiraan yang kurang konservatif dari tiga nilai dalam penjumlahan, yang mungkin dibantu oleh Gmin yang kurang konservatif (meningkat), yang menurunkan Ib.

Kita juga harus memastikan bahwa arus di port DATA tidak melebihi peringkat maksimumnya (untuk ini kita harus mempertimbangkan V1_8 maksimum, dropout sisi tinggi minimum dan V _BE ). Jika itu terlampaui, kita harus meningkatkan resistor dan membenarkan perkiraan yang kurang konservatif (khususnya Gmin).