Einfache Transistorschaltung mit unbeschaltetem Gate-Pin verhält sich merkwürdig

Mein Bruder und ich spielten mit einigen neuen Transistoren herum, die wir bestellt hatten (2n7000 n-Kanal-MOSFETs), und versuchten, einen einfachen Schaltkreis zu bauen: Schalter anschließen, LED leuchtet; Öffnen Sie den Schalter, LED erlischt. Hier ist ein Link zu der Schaltung, die wir zu machen versuchten.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein Hier ist ein Bild von dem, was wir in einem Steckbrett implementiert haben. Es gibt einen Unterschied zur obigen Schaltung: Der Schalter ist nicht wirklich vollständig. Wir haben nur einen einzigen Draht, der mit dem Gate des n-MOSFET verbunden ist. Das ist es also , was wir tatsächlich im Steckbrett haben.

Soweit wir aufgrund unserer begrenzten elektrotechnischen Erfahrung sagen können, sollte die LED niemals eingeschaltet sein, da es keine Verbindung von der +5-V-Stromversorgung zum Gate des Transistors gibt; Der Transistor sollte keinen Strom durchlassen. Es gab jedoch zwei interessante Dinge: Erstens schaltete sich die LED ein, sobald wir die Schaltung einschalteten, noch bevor wir das Gate des Transistors an die Stromversorgung anschlossen. Immer wenn wir den mit dem Gate verbundenen Draht berühren / antippen (in der Schaltung mit "???" gekennzeichnet), wechselt die LED zufällig zwischen drei verschiedenen Helligkeitsstufen (ein, mittel, aus) und "bleibt" sogar bei eine Helligkeitseinstellung, sogar zwischen Leistungszyklen der gesamten Schaltung. Der einzelne Transistor scheint wie ein Flip-Flop zu wirken!

Die Frage ist also: Warum ändert das Berühren des nicht angeschlossenen Drahts den Zustand der LED?

Und zweitens, wie leuchtet die LED, auch wenn der Transistor keine Spannungsquelle am Gate hat?

"Der einzelne Transistor scheint wie ein Flip-Flop zu fungieren!" - Eigentlich wirkt es eher wie eine DRAM-Zelle ;)

Antworten (1)

Ein schwebendes Gate hat eine Spannung. Jeder Draht hat eine Spannung. Bis Sie es auf etwas anderes beziehen, kann diese Spannung alles sein. Erwarten Sie nicht, dass es 0 V oder eine andere bekannte Spannung ist.

Dieses Gate hat auch eine Kapazität. Ihr Körper ist eine Kapazität. Jedes Mal, wenn Sie dieses Gate berühren, verbinden Sie zwei Kondensatoren und es kommt zu einem Ladungsausgleich. Dadurch ändert sich die Spannung am Gate. Ergo haben Sie ein einfaches Transistor-Kondensator-Speicherschema erstellt, das sich nicht sehr von DRAM unterscheidet. Ziemlich schick oder?

Ich bin ein wenig überrascht, dass die Helligkeit zwischen den Einschaltzyklen gleich bleibt, aber vielleicht liegt das daran, dass man einen hochwertigen Mosfet mit einer hohen Gate-Impedanz hat?

Schließlich, obwohl dies eine großartige Lektion ist, entwerfen Sie keine Schaltung wie diese mit einem schwebenden Knoten, der erwartet, dass es sich um eine bestimmte Spannung handelt.

Ich bin der Bruder, von dem @feralin gesprochen hat, daher fühle ich mich qualifiziert zu erklären: Wir hatten ursprünglich einen Schalter (wie der erste in der Frage verknüpfte Stromkreis zeigt), der aus zwei Drähten bestand, die wir einfach berühren konnten. Das Berühren schien jedoch nichts zu bewirken (obwohl dies eine Verbindung von + 5 V zum Gate herstellte). An diesem Punkt entschieden wir uns zu experimentieren und kamen zur aktuellen Situation. Können Sie also erklären, warum der Transistor selbst mit einem Schalter nicht so funktionierte, wie wir es erwartet hatten?
@Jashaszun Du musst es etwas klarer beschreiben. Sie sagen, als der Schalter geschlossen war, hat der Transistor nicht gezündet?
Ich sage, dass der Transistor unabhängig davon, ob der Schalter geschlossen war oder nicht, aufleuchtete und die seltsamen Effekte zeigte, die wir in der Frage beschrieben haben.
@Jashaszun Das hört sich so an, als ob Ihr Transistor teilweise durchgebrannt ist ODER Sie den Transistor rückwärts eingesteckt haben (Source und Drain umgedreht). Wenn es rückwärts war, ist es möglich, dass es jetzt auch teilweise oder vollständig durchgebrannt ist.
Hmm ... Ich werde es gleich testen. Also sollte ich einfach den Transistor umdrehen, den Schalter wieder reinstecken und testen?
@ Jashaszun ja. Und stellen Sie sicher, dass der Widerstand vorhanden ist. Und um weitere durchgebrannte Transistoren zu verhindern, stellen Sie sicher, dass Ihr Gate auch einen Widerstand hat.
Okay, hier ist, was wir jetzt haben. Wir haben jetzt einen Pulldown auf dem Gate-Draht.
Allerdings hatten wir dort ursprünglich einen 1M-Widerstand für den Pulldown, der laut Falstad funktionieren sollte. Als wir in unserer Schaltung den 1M-Pulldown hatten, war die LED entweder hell oder mittel. Mit 330 als Pulldown funktionierte es perfekt. Können Sie erklären, warum 1M nicht funktioniert? Außerdem funktioniert unsere Schaltung in Falstad auch ohne Pulldown, während sie im wirklichen Leben nicht funktioniert. Kannst du das auch erklären? Sorry, wenn hier zu viele Fragen sind...
@Jashaszun Wenn Sie sich das Datenblatt ansehen: fairchildsemi.com/datasheets/2N/2N7000.pdf , sehen Sie, dass der Rgs-Widerstand <= 1 MOhm beträgt, was bedeutet, dass Sie bei einem Pulldown-Widerstand von 1 M tatsächlich einen Spannungsteiler erstellen 1/2 von Vdd an Ihrem Gate durch den internen Gate-Widerstand. Das bedeutet, dass Ihr Transistor immer eingeschaltet wäre. Grundsätzlich verfügt Ihr Gate von Natur aus über einen internen Widerstand, der mit der Source (und dem Drain) verbunden ist und weniger als 1 MOhm beträgt. Wenn sich Ihre externen Widerstände in der Nähe befinden, werden sich die Dinge seltsam verhalten.
Tausend Dank horta! Ich glaube, das löst alle unsere Probleme und beantwortet alle unsere Fragen. Wie Sie sehen können, sind wir ziemlich neu in diesem Zeug, aber ich hoffe, wir lernen schnell!
@Jashaszun keine Sorge. Gerne behilflich sein. Spielen/Üben/Experimentieren ist der schnellste/beste Weg zu lernen, also weiter so!
@Jashaszun Oh, ich habe vergessen, die Frage zu beantworten, warum es in Falstad funktioniert, aber nicht im wirklichen Leben. Das liegt daran, dass es sich um einen Simulator handelt, und wenn der Schalter ausgeschaltet ist, geht der Simulator davon aus, dass ein Knoten, der mit nichts verbunden ist, 0 Volt hat. Im wirklichen Leben ist das, wie meine Antwort erklärt, einfach nicht der Fall. Bessere Simulatoren würden Sie wissen lassen, dass Sie eine schwebende Spannung in Ihrem Schaltkreis haben, anstatt anzunehmen, dass sie auf 0 V geht.
@horta Der Wert von Rgs <= 1 MOhm, den Sie angeben, ist KEIN FET-Parameter - es ist eine Bedingung, die auf den FET angewendet wird, während V_DGR getestet wird. Es heißt, dass Sie zum Erreichen des maximalen V_DGR von 60 V nicht mehr als 1 MOhm von Gate zu Source haben dürfen. Der interne RGS des MOSFET ist sehr, sehr groß - Leckage über das Gateoxid. | Der Effekt, von dem Sie sprechen, wird nicht dadurch verursacht, dass der FET als Widerstandsteilerkomponente fungiert.
@RussellMcMahon Das ist gut zu wissen. Dann ist es entweder ein defektes / ausgefallenes Teil oder die Kapazität des Steckbretts + die Gate-Kapazität würden das Problem verursachen, wäre meine beste Vermutung. Es scheint immer noch nicht groß genug zu sein, um die Probleme zu verursachen, über die das OP gepostet hat.
Einfache Transistorschaltung mit unbeschaltetem Gate-Pin verhält sich merkwürdig
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