스위치로서 MOSFET-언제 포화 상태입니까?

브레드 보드에 다음 회로가 연결되어 있습니다.

전위차계를 사용하여 게이트 전압을 변경합니다. wikipedia에 따르면 V (GS)> V (TH) 및 V (DS)> V (GS)-V (TH) 일 때 MOSFET이 포화 상태에 있습니다.

0에서 시작하여 게이트 전압을 천천히 올리면 MOSFET이 꺼진 상태로 유지됩니다. 게이트 전압이 약 2.5V 정도이면 LED가 소량의 전류를 전도하기 시작합니다. 게이트 전압이 약 4V에 도달하면 밝기가 증가하지 않습니다. 게이트 전압이 4V보다 클 때 LED의 밝기에는 변화가 없습니다. 전압을 4에서 12로 빠르게 올리더라도 LED의 밝기는 변하지 않습니다.

게이트 전압을 높이면서 드레인-소스 전압도 모니터링합니다. 게이트 전압이 4V 정도이면 드레인-소스 전압은 12V에서 0V에 가깝습니다. R1과 R (DS)는 분압기를 형성하고 R1은 R (DS)보다 훨씬 크기 때문에 대부분의 전압은 R1에서 떨어집니다. 내 측정에서 R1에서 약 10V가 떨어지고 나머지는 빨간색 LED (2V)에서 떨어집니다.

그러나 V (DS)가 이제 거의 0이므로 조건 V (DS)> V (GS)-V (TH)가 충족되지 않습니다. MOSFET이 포화 상태가 아닙니까? 이 경우 MOSFET이 포화 상태 인 회로를 어떻게 설계합니까?

참고 : IRF840의 R (DS)는 0.8 Ohms입니다. V (TH)는 2V와 4V 사이입니다. Vcc는 12V입니다.

여기 내 회로를 그린로드 라인이 있습니다.

이제 내가 여기서 얻은 답변에서 MOSFET을 스위치로 작동하려면 작동 지점이 부하 라인의 왼쪽을 향해야합니다. 이해가 정확합니까?

그리고 위의 그래프에서 MOSFET 특성 곡선을 적용하면 작동 지점은 소위 "선형 / 삼극"영역에있게됩니다. 실제로, 스위치가 효율적으로 작동하려면 가능한 빨리 해당 지역에 도달해야합니다. 나는 그것을 얻거나 완전히 틀린가?

우선, mosfets의 "포화"는 VDS의 변화가 Id (드레인 전류)에 큰 변화를 일으키지 않음을 의미합니다. 포화 상태의 MOSFET을 전류 소스로 생각할 수 있습니다. 이는 VDS의 전압에 관계없이 (물론 제한이 있음) 장치를 통과하는 전류는 (거의) 일정합니다.

이제 질문으로 돌아갑니다.

Wikipedia에 따르면, V (GS)> V (TH) 및 V (DS)> V (GS)-V (TH) 일 때 MOSFET은 포화 상태에 있습니다.

맞아요.

0에서 시작하여 게이트 전압을 천천히 올리면 MOSFET이 꺼진 상태로 유지됩니다. 게이트 전압이 약 2.5V 정도이면 LED가 소량의 전류를 전도하기 시작합니다.

NMOS의 Vth 이상으로 Vgs를 증가시켜 채널이 형성되고 소자가 작동하기 시작했습니다.

게이트 전압이 약 4V에 도달하면 밝기가 증가하지 않습니다. 게이트 전압이 4V보다 클 때 LED의 밝기에는 변화가 없습니다. 전압을 4에서 12로 빠르게 올리더라도 LED의 밝기는 변하지 않습니다.

Vgs를 증가시켜 장치의 전류를 더 많이 작동시킵니다. Vgs = 4V에서 전류의 양을 제한하는 것은 더 이상 트랜지스터가 아니라 트랜지스터와 직렬로 연결된 저항입니다.

게이트 전압을 높이면서 드레인-소스 전압도 모니터링합니다. 게이트 전압이 4V 정도이면 드레인-소스 전압은 12V에서 0V에 가깝습니다. R1과 R (DS)는 분압기를 형성하고 R1은 R (DS)보다 훨씬 크기 때문에 대부분의 전압은 R1에서 떨어집니다. 내 측정에서 R1에서 약 10V가 떨어지고 나머지는 빨간색 LED (2V)에서 떨어집니다.

모든 것이 여기에 순서대로 보입니다.

그러나 V (DS)가 이제 거의 0이므로 조건 V (DS)> V (GS)-V (TH)가 충족되지 않습니다. MOSFET이 포화 상태가 아닙니까?

전혀 그렇지 않다. 선형 또는 삼극 영역에 있습니다. 해당 지역에서 저항으로 작동합니다. Vd가 증가하면 Id가 증가합니다.

이 경우 MOSFET이 포화 상태 인 회로를 어떻게 설계합니까?

넌 이미 가지고있다. 작동 지점에주의를 기울여야합니다 (언급 한 조건이 충족되는지 확인하십시오).

A) 선형 영역에서 다음을 관찰 할 수 있습니다.-> SUPPLY 전압을 높이면 저항과 트랜지스터 양단의 전류가 증가함에 따라 LED가 밝아지고 LED를 통해 더 많이 흐릅니다.

B) 포화 영역에서는 다른 현상이 발생합니다-> 공급 전압을 높이면 LED 밝기가 변경되지 않습니다. SUPPLY에 적용하는 추가 전압은 더 큰 전류로 변환되지 않습니다. 대신 MOSFET을 가로 지르므로 DRAIN 전압이 공급 전압과 함께 상승합니다 (2V 씩 공급을 증가 시키면 드레인 전압이 거의 2V 증가 함)

나는 Wikipedia 기사의 맥락에서 '채도'의 의미를 다음과 같이 해석합니다.

MOSFET의 데이터 시트는 일반적으로 여러 값 에 대해 특정 에서 특정 에 대한 특정 를 나타내는 곡선이있는 그래프를 보여줍니다 .V D S V G S V G $I_D$$V_{DS}$$V_{GS}$$V_{GS}$

이 예제에서 빨간색 포물선은 '선형'영역과 '포화'영역을 구분합니다. 포화 영역에서 라인은 평평합니다 . 증가 해도 전류는 더 이상 증가하지 않습니다 . 선형 영역에서 드레인 전류가 증가함에 따라 증가합니다. MOSFET은 일종의 저항처럼 작동합니다.V D S V D $I_D$$V_{DS}$$V_{DS}$

상황에 따라 부품의 예가 기술적으로 '아니요'와 유사한 곡선을 가정하면 장치가 포화 영역에 있지 않습니다. 즉, 가 너무 낮아 직렬 저항에 비해 강하가 아주 ​​작습니다. 상승에 관계없이 MOSFET의 '선형'드롭은 저항에 비해 작 으며 포화 된 것으로 보입니다.V D S V G S 390 $I_D$$V_{DS}$$V_{GS}$$390 \Omega$

여기에있는 다른 답변은 MOSFET에 적용되는 "포화"라는 용어를 잘 설명합니다.

이 사용법은 바이폴라 트랜지스터 및 다른 클래스의 장치와는 매우 다릅니다.

이 용어는 MOSFET에서 올바르게 사용됩니다.

• V (DS)> V (GS)-V (TH)

그러나 결코 그런 적이 없었을 것입니다.
그러나 알고 있으십시오.

바이폴라 트랜지스터 (및 MOSFET이 아님)는 전원을 켤 때 "포화 상태"입니다. 향상 모드 MOSFET (가장 일반적인 종류)의 동등한 조건은 "완전히 향상"되었을 때 적절한 용어가 이미 도난 된 경우입니다.

추가 :

MOSFET은 소스 = Vgs와 관련하여 게이트에인가 된 전압에 의해 "켜집니다".
FET가 켜지고 정의 된 양의 전류를 전도하는 데 필요한 Vgs는 '게이트 임계 값 전압'또는 '임계 값 전압'이라고하며 일반적으로 Vgsth 또는 Vth 또는 이와 유사한 것으로 작성됩니다.
Vth는 스위치를 FET를 작동시키는 데 필요한 전압의 양을 표시하지만 실제 완전 강화 된 Vgs는 일반적으로 Vgsth의 몇 배입니다. 또한 전체 향상에 필요한 Vgs는 원하는 ID에 따라 다릅니다.

Madmanguruman의 답변에서 복사 한이 그래프는 Vgs = 7V에서 Ids / Vds Realtionship이 최대 Ids = 20A에 대해 선형이므로 FET가 "완전히 향상"되었으며이 지점까지의 저항처럼 보입니다. 이 FET의 경우 Vds는 약 20A에서 약 1.5V이므로 Rdson은 약 R = V / I = 1.5 / 20 = 75 밀리 옴입니다.
이 FET의 경우 Vgs = 1V에서 곡선이 있으므로 VGSth = Vth는 아마도 100uA에서 0.5V-0.8V 범위에있을 것입니다.

포화 상태를보기 위해해야 ​​할 일은 결국 전압 상승이 전류에 영향을 미치지 않을 때까지 충분한 전압을 공급하는 것입니다.
이렇게하려면 Vgs를 정적 켜짐 (> Vth) 값으로 설정 한 다음 Vd의 전압을 높이고 전류를 측정하십시오. 처음에는 옴 또는 선형 영역에 있기 때문에 선형 적으로 상승하지만 결국 평탄화되며 MOSFET을 통한 전류 증가에도 불구하고 MOSFET은 동일하게 유지됩니다.

포화의 정의와 관련하여, MOSFET의 포화 / 선형은 BJT에서 수행하는 것과 거의 반대되는 것을 이해합니다. 이 문서 (MOSFET의 특성 몇 페이지에 아래는) 당신이 그들이 작동하는 방법을 이해하고 무엇을 같이하지만, 비슷한 제안 이 용어가 의미하는, 당신은 괜찮을 것 같네요 (적어도 당신이 :-) 사람과 트랜지스터를 논의 할 때까지)

http://www.falstad.com/circuit/e-nmosfet.html

이 페이지에는 좋은 MOSFET 시뮬레이터 애플릿이 있습니다. 도움이 되길 바랍니다.
또한 얼마 전에 비슷한 질문을 했습니다. 당신도 그것을 참조 할 수 있습니다.

B) 포화 영역에서는 다른 현상이 발생합니다-> 공급 전압을 높이면 LED 밝기가 변경되지 않습니다. SUPPLY에 적용하는 추가 전압은 더 큰 전류로 변환되지 않습니다. 대신 MOSFET을 가로 지르므로 DRAIN 전압이 공급 전압과 함께 상승합니다 (2V 씩 공급을 증가 시키면 드레인 전압이 거의 2V 증가 함)

어떻게 요? 공급을 늘리면 Id X Rds 만 Vd를 증가시켜야합니다. LED가 거의 동일한 순방향 전압 강하를 갖는 것을 고려하면 증가 된 전압은 직렬 저항과 장치에서 공유해야합니다. 저항은 훨씬 더 큰 값 (장치의 0.8 옴과 비교하여 390 옴)이므로 전압 강하의 주요 부분은 저항을 가로 질러야합니다. 또한 저항이 증가함에 따라 드레인 전류가 증가 할 것입니다. MOSFET 손실은 정상 상태에서 전류 제곱에 Rds (on)를 곱한 값으로 계산됩니다. 따라서 "DRAIN volage는 공급 전압과 함께 상승 할 것입니다. 따라서 공급을 2V 증가 시키면 드레인 volage가 거의 2V 증가하는 것을 의미합니다"