Mikrocontrollergesteuertes N-Kanal-MOSFET-Spannungsverhalten

Wie in diesem LTSpice-Modell zu sehen, versuche ich, eine weiße LED (3,6 Vf bei 20 mA) zu steuern, die an eine 7,5-Spannungsquelle mit einem 2N7002 -N-Kanal-MOSFET und einem 5-V-Steuersignal von einem Arduino angeschlossen ist.

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Angesichts der Tatsache, dass meine Gate-Spannung von einem Mikrocontroller 5 V beträgt, hatte ich erwartet, dass der MOSFET im Grunde als Schalter fungiert. Wenn ich mir das Diagramm für den 2N7002 ansehe, da der gewünschte Strom 20 mA beträgt und die Vgs 5 V beträgt, erwartete ich einen Spannungsabfall über dem Transistor von nahe Null, sodass die Quellenspannung ~ 7,5 V betrug.

Wie jedoch im Simulationsdiagramm zu sehen ist, ist die Spannung über dem Transistor tatsächlich ziemlich groß, sodass die Quellenspannung nur ~3 V beträgt (im Gegensatz zu den erwarteten ~7,5 V).

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Als ich diese Schaltung steckte, erhielt ich das gleiche Ergebnis, eine Quellenspannung von ~ 3 V.

Kann jemand erklären, warum die Source-Spannung des MOSFET viel niedriger ist als erwartet? Und kann jemand bitte einen Transistor empfehlen, der es mir in dieser Situation effektiv ermöglichen würde, einen Schalter zum Ansteuern der weißen LED mit einem 5-V-Signal und einer 7,5-V-Versorgungsspannung zu erstellen?

Vgsth beträgt etwa 2,1 bis 2,5 V bei Id = 0,25 mA. Wenn angenommen wird, dass die LED in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, erscheinen 3,5 V darüber und über dem 200-Ohm-Widerstand 20 mA * 200 = 4 V (die tatsächliche Spannung bei einem bestimmten Durchlassstrom ergibt sich aus den LED-Eigenschaften) . Es gibt ein Problem mit der Schaltung. Verbinden Sie die Quelle mit GND und gestalten Sie sie entsprechend.

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Platzieren Sie die Last zwischen der 7,5-Volt-Versorgung und dem MOSFET-Drain, und Sie erhalten ein schalterähnliches Verhalten.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

In Ihrem aktuellen Layout schwebt die Quelle abhängig vom Strom durch die LED und den Widerstand. Daher ist Vgs nicht 0 bis 5 Volt, wie Sie angenommen haben, sondern viel niedriger, je nachdem, wo Source zu einem bestimmten Zeitpunkt schwebend ist.

Was benötigt wird, ist, dass der "Schalter" leitet, wenn er ein positives Signal vom Arduino erhält, wodurch sein Drain-Knoten auf Masse (oder nahe daran) gezogen wird, wodurch die gewünschten ~ 7 Volt über die LED + R3 ausgedrückt werden.

Dann ist hier ein wichtiger Punkt, dass der FET von der Gate-zu-Source-Spannung gesteuert wird, nicht von der Gate-zu-Masse-Spannung.

Nur um den vorherigen Kommentar zu ergänzen, können Sie Ihre LED mit der von Ihnen bereitgestellten Anordnung steuern, aber Sie müssen einen P-Kanal-Mosfet verwenden.

Ja, aber das OP sollte erkennen, dass er in diesem Fall negative Logik verwenden muss, dh wenn der GPIO 0 ist, leuchtet die LED und umgekehrt. Oder er könnte einen NPN-BJT oder NMOS steuern, der den PMOS steuert, um die Logik positiv zu halten. Aber jetzt fügen wir eine Menge Schaltungen für einen einfachen LED-Schalter hinzu.
Mikrocontrollergesteuertes N-Kanal-MOSFET-Spannungsverhalten
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