Penggunaan MOSFET dan saluran P- vs N

Saya mencoba menggunakan Arduino untuk mengaktifkan / menonaktifkan solenoida 12V. Saya menggunakan jembatan-H dan bekerja dengan baik. Kemudian, saya memutuskan untuk menyederhanakan hal-hal dan mendapatkan satu MOSFET tunggal daripada multi-channel H-bridge dan membuat saya sendiri sangat bingung. Saya mencoba memahami cara yang tepat untuk menggunakan M-channel (atau N-channel) MOSFET dalam pengaturan ini, dan menemukan rangkaian sampel ini di google:

Mengapa ada transistor lain yang terlibat (2N3904), dan mengapa ada dioda melintasi beban?

Saya mengerti bahwa saluran-P diaktifkan ketika dibawa tinggi (di atas + ), maka pull-up, tetapi mengapa transistor tambahan? Bukankah seharusnya MCU (dalam hal ini PIC) melakukan hal yang sama?$V_{gate}$$V_{source}$$V_{drain}$

Juga - dalam skenario ketika semua yang saya lakukan adalah menyalakan atau mematikan beban (seperti solenoid saya), apakah ada alasan untuk menggunakan saluran-N vs saluran-P?

Bandingkan tindakan MOSFET saluran P dan N di sirkuit Anda.

(Saya telah meninggalkan transistor persimpangan untuk membantu perbandingan.)

Output PIC tidak suka dihubungkan ke 12V sehingga transistor bertindak sebagai penyangga atau saklar level. Setiap output dari PIC yang lebih besar dari 0,6V (ish) akan menghidupkan transistor.

P CHANNEL MOSFET . (Beban terhubung antara Drain dan Ground)

Ketika output PIC RENDAH, transistor MATI dan gerbang P MOSFET adalah TINGGI (12V). Ini berarti P MOSFET MATI.

Ketika output dari PIC adalah TINGGI, transistor dihidupkan dan menarik gerbang MOSFET RENDAH. Ini mengaktifkan MOSFET AKTIF dan arus akan mengalir melalui beban.

N CHANNEL MOSFET . (Load terhubung antara Drain dan + 12V)

Ketika output PIC RENDAH, transistor MATI dan gerbang P MOSFET adalah TINGGI (12V). Ini berarti N MOSFET AKTIF dan arus akan mengalir melalui beban.

Ketika output dari PIC adalah TINGGI, transistor dihidupkan dan menarik gerbang MOSFET RENDAH. Ini mematikan MOSFET.

Sirkuit MOSFET yang 'ditingkatkan' .

Kita dapat menghilangkan transistor dengan menggunakan tipe N MOSFET digital - hanya membutuhkan sinyal 0-5V dari output PIC untuk beroperasi dan mengisolasi pin output PIC dari pasokan 12V.

Ketika output PIC TINGGI MOSFET dihidupkan, ketika MURAH MOSFET MATI. Ini persis sama dengan sirkuit P MOSFET asli. Resistor seri telah dibuat lebih kecil untuk membantu menghidupkan, mematikan kali dengan mengisi atau menggunakan kapasitansi gerbang lebih cepat.

Pilihan perangkat pada dasarnya sesuai dengan kebutuhan desain Anda walaupun dalam hal ini tipe digital N MOSFET menang dengan mudah dalam hal kesederhanaan.

Transistor bipolar hadir sebagai driver untuk MOSFET. Meskipun untuk DC, MOSFET memiliki resistansi yang sangat tinggi sehingga terlihat seperti sirkuit terbuka, sebenarnya kapasitif. Untuk menghidupkan, biaya harus ditransfer ke dalamnya, dan melakukan itu dengan cepat memerlukan mengemudi saat ini.

BJT (dan desain sirkuit keseluruhan) juga membawa keuntungan sebagai berikut: voltase yang kecil dan dapat diprediksi. Anda dapat mengganti berbagai BJT di sana, dan perilakunya akan serupa.

Satu lagi kelebihan dari transistor tambahan adalah bahwa tahap transistor tambahan memiliki penguatan voltase, yang membantu menciptakan transisi yang lebih tajam dari mati ke hidup, dari perspektif input yang dicari.

Untuk menggunakan sinyal positif kecil untuk menghidupkan sirkuit, transistor NPN harus digunakan. Tetapi output dari ini terbalik, dengan beban sisi tinggi, dan MOSFET saluran-P digunakan. Ini memiliki fitur bagus lainnya, yaitu beban dikendalikan dari sisi positif, dan tetap terhubung ke tanah saat transistor dimatikan.

Simbol skematis untuk MOSFET terlihat seperti perangkat penipisan (karena saluran ditarik padat, bukan sebagai tiga bagian). Ini mungkin hanya kesalahan. Sirkuit ini terlihat seperti pengaturan mode peningkatan pabrik yang berjalan.

MOSFET P-channel diaktifkan ketika gerbang diturunkan. Ini ditarik "terbalik". Anggap saja analog dengan PNP BJT.

Dioda "roda gila" melengkapi sirkuit untuk beban induktif ketika transistor / saklar terbuka. Induktor mencoba untuk menjaga arus yang sama mengalir ke arah yang sama. Biasanya, arus mengalir melalui loop transistor. Ketika itu tiba-tiba terputus, ia mengalir melalui loop dioda, sehingga arahnya melalui beban adalah sama, dan itu berarti mengalir sebaliknya melalui dioda. Agar kelanjutan arus ini terjadi, induktor harus menghasilkan "EMF kembali": tegangan yang arahnya berlawanan dengan yang sebelumnya diterapkan padanya.

Anda harus menambahkan 4k7 dari gate to ground untuk menghindari FET Anda ketika io-pin Anda memiliki impedansi tinggi atau tidak terhubung. Dalam hal ini muatan sederhana dari tangan Anda dapat mengaktifkan MOSFET dan ada kemungkinan bahwa itu terus menerus untuk mendorong sirkuit Anda bahkan ketika tidak ada daya pada pin gerbang.

1. Mengapa ada transistor lain yang terlibat (2N3904)? - sehingga pengemudi gerbang tidak melihat impedansi kurang dari 10rb (resistansi). 10k resistor dan BJT sebenarnya opsional, tetapi elegan jika ditambahkan. Sunting: Whoops, penting bagi PWM untuk bekerja dengan baik. itu membalikkan sinyal digital, yang diperlukan untuk PNP untuk bekerja seperti yang Anda inginkan. Anda masih dapat menghilangkan BJT jika Anda dapat membalikkan sinyal kontrol sebelum output.

2. Dan mengapa ada dioda melintasi beban? - karena beban induktif (solenoida, motor, dll.) menyebabkan arus mengalir ke arah lain setelah dimatikan. Ketika Anda menggunakan PWM untuk mengontrol sesuatu, pada dasarnya dengan cepat dihidupkan dan dimatikan. Anda menghidupkan motor, rotor mulai berputar, Anda mematikannya, rotor masih berputar dan kemudian bertindak sebagai generator yang menyebabkan arus mengalir ke arah lain. Polaritas terbalik ini dapat merusak komponen, tetapi langsung dinegasikan begitu dioda ditambahkan.

Ini langsung ke teori MOSFET. Diagram tersebut menunjukkan DEPLETION MOSFET yang bekerja dengan persamaan Shockley: ID = IDSS (1-VGS / VP) ^ 2. Jelas bahwa pengontrol mikro bekerja dengan output 5 volt dan jika Anda menggunakannya secara langsung sebagai tegangan gerbang, Anda tidak dapat memperoleh arus maksimum dari sumber listrik (12 volt di atas). Transistor kedua berfungsi sebagai penyangga dan juga isolator untuk tujuan ini. Dan tentang dioda: dioda ini hampir selalu digunakan untuk muatan yang mengandung koil (sebagai motor atau relai). Tujuannya adalah penindasan arus mundur yang dibuat oleh kumparan sebagai induktor. Arus mundur ini dapat merusak MOSFET Anda.

Mari saya jelaskan bagian dioda: mari kita asumsikan kita memiliki saklar yang terhubung ke resistor dan kemudian induktor. (SW-RL-> Ground). masalah muncul ketika saklar dibuka sangat cepat yang berarti arus nol tiba-tiba di rangkaian tetapi kita tahu bahwa induktor tidak membiarkan arus nol tiba-tiba (VL = L di / dt). Ini berarti bahwa induktor mencari cara singkat untuk mengosongkan arusnya dan satu-satunya cara adalah membuat "percikan" di antara kepala sakelar. Kita dapat melihat fenomena ini dengan menghubungkan daya DC ke motor DC kecil. Kita dapat melihat meskipun motor tidak bekerja dengan tegangan tinggi, tetapi dengan menyentuh kabelnya dengan kabel listrik, "percikan yang sangat jelas" terlihat. Dengan mengganti sakelar dengan transistor, skenario yang sama terjadi dan percikan yang terus menerus menyebabkan kerusakan pada transistor.