Ist die MOSFET-Gate-Schwellenspannung eine Grenze oder eine minimale Schaltspannung?

Ich habe einige Mosfet-Transistoren für ein Starterkit gekauft und festgestellt, dass ein Mosfet für 5-V-Logik geeignet ist, aber die Datenblätter besagen, dass die Gate-Schwelle 1-2 V beträgt. 4-Volt-Mosfets, die näher an 5-Volt liegen, werden vom selben Verkäufer nicht als geeignet beworben.

Ich verstehe, dass das Anlegen der Vgs-Spannung an das Gate den Mosfet einschaltet, aber wie interagiert er mit verschiedenen Spannungen?

Wenn ein Mosfet beispielsweise einen Vgs-Bereich von 2-3 hätte und ich Spannungsbereiche von 0-1,2-3,3-7 an ihn angelegt hätte, gehe ich davon aus, dass dies in etwa so aussieht (korrigiere mich, wenn ich falsch liege):

• 0-1 V - Aus
• 2-3 V - Ein mit proportionaler Leitfähigkeit (wobei 3 V maximal sind).
• 3-7V - heizen / brennen?

Die Gate-Source-Schwellenspannung ist die Spannung, die erforderlich ist, um (normalerweise) 100 uA Strom in den Drain zu leiten. Verschiedene MOSFETs haben unterschiedliche Definitionen und einige Geräte definieren die Schwellenspannung bei bis zu 1 mA Drainstrom.

Es ist ein ziemlich nützlicher Vergleichsindikator für die Funktionsweise eines bestimmten Geräts, wenn ein ordnungsgemäßes Logikpegelsignal gegeben wird. Am besten ist es jedoch, das Datenblatt zu lesen. Typisch für Sie könnte dies sein: -

Sie können sehen, dass V sehr wenig Strom fließt, aber wenn Sie die Gate-Spannung darüber erhöhen, werden Sie feststellen, dass das Gerät viel mehr Strom leitet.$_{GST}$

Normalerweise liegt die maximale Nennspannung für MOSFET-Gates bei +/- 20 V, so dass zwischen Betriebs- und Schadensniveau ein gewisser Spielraum besteht.

Wie Andy sagt, entspricht V _{GS (th)} , dh die Gate-Source-Schwellenspannung, einem niedrigen Strom, wenn der MOSFET kaum einschaltet und Rds immer noch hoch ist.

Aus Benutzer- / Einkaufssicht ist das, wonach Sie suchen möchten, für eine bestimmte V _GS , die Sie in Ihrer Anwendung verwenden möchten, garantiert (und niedrig) Rds (an) . Leider haben Sie keine Datenblätter verlinkt oder bestimmte Teile in Ihrer Frage benannt, aber ich bin mir ziemlich sicher, dass der garantierte niedrige Rds (on) nur bei 4-5 V für Ihren MOSFET angegeben wird.

Auch der MOSFET "heizt / brennt" bei höheren V _{GS nicht} , solange Sie das zulässige Maximum nicht überschreiten. Tatsächlich ist es besser, mit einer möglichst hohen V _GS zu fahren , um sicherzustellen, dass sie voll eingeschaltet ist.

Zum Beispiel hat der MOSFET FDD24AN06LA0_F085 eine V _{GS (th)} zwischen 1 und 2 V, aber der Drain-Strom beträgt zu diesem Zeitpunkt garantiert nur 250 µA, was wahrscheinlich viel zu niedrig ist, um nützlich zu sein. Andererseits versprechen sie "rDS (EIN) = 20 mΩ (typ.), VGS = 5 V, ID = 36 A". Daher wird dieser MOSFET normalerweise mit einer V _GS von 5 V oder mehr verwendet. Außerdem sollte bei diesem MOSFET V _GS 20 V nicht überschreiten (oder unter -20 V fallen), da er sonst beschädigt wird. Aber alles in diesem Bereich ist in Ordnung.

Hier sind die relevanten Teile des Datenblattes:

Welches ist detailliert als:

Bewertungen nicht überschreiten:

Bemerkenswert ist auch der Graph von Rds (on) gegen Vgs und Drain-Strom:

Im Allgemeinen hat der zugesagte niedrige Rds (on) eine ziemlich spezielle Testbedingung (wie ein bestimmter Arbeitszyklus). Als Faustregel verdopple ich es im Vergleich zu dem, was im Datenblatt versprochen wird.

• Verwechseln Sie nicht zwischen Gate Threshold Voltage (Vth)und Gate-Source Voltage(Vgs). Vth ist eine inhärente Eigenschaft des MOSFET, während Vgs eine Eingabe in den MOSFET ist. Immer wenn der Eingang unter dem gewünschten Pegel liegt, dh wenn Vgs < Vthder MOSFET ausgeschaltet ist. Um den MOSFET einzuschalten, müssen Sie Vgs> Vth anwenden.

• Vth wird während des MOSFET-Herstellungsprozesses bestimmt. Aufgrund praktischer Bedingungen und Fabrikationsmängel werden Sie jedoch niemals eine perfekte Konstante Vth für einen MOSFET erhalten. Somit gibt es immer einen Bereich von Vth. Vth von 1-2 V bedeutet, dass die Schwellenspannung Ihres MOSFET im Bereich von 1-2 V variiert.

• Also, was ist Vgs? Vgs ist die tatsächliche Gate-Spannung, die Sie an das Gate des MOSFET anlegen. Um den MOSFET einzuschalten, sollten Sie Vgs> Vth anwenden. Beachten Sie jedoch, dass der maximale Drainstrom mit Vgs variiert. Denken Vgs = Vth(min)Sie also nicht, dass Sie beim Anwenden davon ausgehen können, dass der maximale Drain-Nennstrom durch den MOSFET fließt. Bei Vgs = Vthschaltet die MOSFET allein auf und ist nicht in der Lage großer Drain - Strom zu ermöglichen , durch zu fließen.

• Warum gibt es eine Höchstgrenze für Vgs? Die Gate-Source-Spannung ist für die Bildung eines Kanals unter dem Gate verantwortlich. Durch diese Spannung erzeugtes elektrisches Feld zieht die Elektronen zum Gate, das letztendlich den Kanal für den Stromfluss zwischen Source und Drain bildet. Um Leckströme zu vermeiden, befindet sich unterhalb des Gateanschlusses eine dünne Isolierschicht - Gateoxid. Diese SiO2-Schicht macht MOSFET zu etwas Besonderem (ein Thema, das den Rahmen dieser Diskussion sprengt). Punkt ist, dass jede dielektrische / isolierende Schicht nur einer bestimmten maximalen Kraft standhalten kann. Darüber hinaus bricht das Dielektrikum / der Isolator zusammen und verhält sich wie ein Kurzschluss. Also, wenn Sie sich bewerbenVgs > Vgs(max)Es wird ein hohes elektrisches Feld erzeugt, das eine Kraft erzeugt, die höher ist als diejenige, mit der die Oxidschicht umgehen kann. Infolgedessen bricht die Gateoxidschicht zusammen und schließt die Schichten kurz, die sie isolieren sollte. Durch den Durchschlag einer Dielektrikum- / Isolatorschicht entsteht ein AKA-Schwachpunkt auf der Schicht selbst, und infolgedessen fließt Strom durch den Schwachpunkt. Dies führt zu einer lokalisierten Erwärmung und einer Erhöhung des Stroms, wodurch die Erwärmung weiter erhöht wird. Dieser Zyklus setzt sich fort und führt schließlich zum Einschmelzen von Silizium, Dielektrikum / Isolator und anderen Materialien am Hot-Spot.