Mosfet Konventionelle Stromflussrichtung im Stromkreis

MOSFET-Gates haben eine sehr hohe Impedanz, sodass unter stationären Bedingungen kein Strom (oder fast kein Strom) in sie fließt.

Während des Ein-/Ausschaltens fließt tatsächlich Strom zum/vom Gate, während es sich lädt/entlädt und seinen erforderlichen Vgs-Pegel erreicht. Dies ist aber nur ein vorübergehender Zustand. Wenn Ihre Last nur von Zeit zu Zeit geschaltet wird, ist ihr stationärer Zustand, dass kein Strom zum/vom MOSFET-Gate fließt.

Zusätzliche Vorschläge:

1. Wenn Sie induktive Lasten wie Motoren steuern möchten, verwenden Sie eine Freilaufdiode über den Lastanschlüssen, um eine Zerstörung des P-MOSFET durch induktive Spannungsspitzen an seinem Drain zu vermeiden, wenn die Last ausgeschaltet wird.

2. Entkoppeln Sie die +12-V-Versorgungsschiene mit einem großen Kondensator, um eine Zerstörung des P-MOSFET durch induktive Spannungsspitzen an seiner Quelle zu vermeiden, wenn die Last ausgeschaltet wird.

3. Aufgrund der hohen Ströme sollten Sie anstelle eines BJT einen Optokoppler verwenden, um den 12-V-Stromkreis vollständig vom Arduino zu isolieren.

4. Erwägen Sie die Verwendung eines N-MOSFET mit Logikpegel anstelle eines BJT für T1. Wenn Sie sich entscheiden, den BJT zu behalten, fügen Sie einen Basiswiderstand hinzu, um den Strom in die Basis zu begrenzen. Fügen Sie außerdem einen Pulldown-Widerstand an der Basis hinzu, um sicherzustellen, dass der BJT abgeschaltet wird, wenn der Arduino-Pin eine hohe Impedanz aufweist (etwas, das passieren kann, wenn der Arduino ausgeschaltet ist oder wenn er startet, bevor der Pin als konfiguriert ist OUTPUT).

Ihr Diagramm ist richtig (aber aufgrund der blockigen Pfeile schwer zu lesen). Der Strom durch das rote Element ist nur dann beträchtlich, wenn der Laststrom ein- oder ausgeschaltet ist. Die jetzige "?" existiert während des Zustandsübergangs, da der Mosfet durch Spannung gesteuert wird. Der Strom wird benötigt, da zwischen dem Gate und Drain und Source eine erhebliche interne Kapazität vorhanden ist. Ic lädt diese Kapazität auf, wenn der Laststrom eingeschaltet wird. Die Kapazität wird über R1 entladen, wenn der Laststrom auf AUS geschaltet wird.

T1 ist kein P-Typ, sondern NPN

Das rote Element kann ein Draht sein. Oft wird ein kleiner Widerstand verwendet, um unerwünschte Hochfrequenzschwingungen zu dämpfen, die in schnellen Impulsschaltungen ohne Vorkehrungen üblich sind.

Wenn diese Schaltung richtig realisiert ist, beträgt I1 nur wenige Milliampere, der größte Teil von Is geht an die Last.

Diese Pfeile machen alles schwer zu entziffern, aber sie sehen richtig aus.

Das Gate eines MOSFET verhält sich ziemlich ähnlich wie ein Kondensator. Es fließt also nur beim Schalten ein Strom in das oder aus dem Gate. (Die Höhe der Gate-Ladung sollte dem Datenblatt entnommen werden.)

Der Source/Drain-Kanal eines MOSFET verhält sich ziemlich ähnlich wie ein Widerstand. (Der Widerstand (R _DS(on) ) sollte im Datenblatt zu finden sein.) In einem MOSFET, der für große Ströme ausgelegt ist, ist dieser Widerstand normalerweise sehr niedrig (Milliohm), daher wird er normalerweise ignoriert. Mit anderen Worten, Sie können davon ausgehen, dass sich die Last so verhält, als wäre sie direkt an +12 V angeschlossen.

Wenn die Last induktiv ist (z. B. Motor, Relais, Transformator), kann sie im ausgeschalteten Zustand große Spannungsspitzen erzeugen, und Sie müssen einen Überspannungsschutz hinzufügen , um den Rest Ihrer Schaltung zu schützen.

Da die Spannungen im gesamten Stromkreis nicht beschriftet oder diskutiert wurden, beruht Ihre Frage möglicherweise auf einem allgemeinen Missverständnis. Dies ist das Missverständnis, dass Schaltkreise auf elektrischem Strom basieren ... und dass wir, um Schaltkreise zu verstehen, alle Ströme skizzieren.

Tatsächlich betrachten Ingenieure und Wissenschaftler die meisten Schaltungen als spannungsgesteuerte Systeme. Alles wird von Konstantspannungsversorgungen versorgt, und die Signalisierung ist spannungsbasiert. Um eine Schaltung zu verstehen, skizzieren wir alle Spannungen. Dann können wir mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes die Ströme bei Bedarf bestimmen (oder sie sogar ganz ignorieren und uns stattdessen auf Eingangs-/Ausgangsspannungen und Lastleistung konzentrieren).

Für eine schöne animierte Ansicht von Spannungen (und Strömen) in Schaltkreisen, versuchen Sie den kleinen Simulator auf der Website von Falstad. (ein Java-Applet)

Beispielsweise bleibt der Strom in der Gate-Leitung des PMOS Null, egal ob der Transistor ein- oder ausgeschaltet ist. MOS-Transistoren sind spannungsgesteuerte Geräte, und ihr Gate-Strom ist normalerweise irrelevant.

Beachten Sie zur Analyse dieser Schaltung, dass der Transistor T1 und der Widerstand R1 einen Spannungsteiler zwischen 12 V und 0 V bilden. Wenn T1 eingeschaltet ist, bildet T1 einen Kurzschluss nach Masse und zieht das PMOS-Gate auf null Volt herunter. Wenn T1 ausgeschaltet ist, wirkt es wie ein offener Stromkreis, und dann zieht R1 das PMOS-Gate auf 12 V hoch.

Mit anderen Worten, T1 und R1 haben die kleine Ausgangsspannung des Arduino in ein 12-V-Signal umgewandelt. Dieses 12-V-Signal treibt dann das Gate des PMOS-Transistors.

Der PMOS-Transistor ist als Inverter verdrahtet: Wenn die Spannung am PMOS-Gate Null ist, schaltet dieser Transistor vollständig ein, und wenn die Spannung 12 V beträgt, schaltet er aus. (Ja, es sollte 10 Ampere problemlos bewältigen. Wenn sein Einschaltwiderstand niedrig genug ist, benötigt es möglicherweise nicht einmal einen Kühlkörper.)

Beachten Sie auch, dass Sie einen Widerstand in Reihe mit der Basis des Transistors T1 benötigen. Der Eingang des Transistors wirkt als Diode gegen Masse, und diese Diode würde den Ausgangsstift Ihres Arduino kurzschließen. (LEDs benötigen einen Strombegrenzungswiderstand, ebenso wie die Basisleitung dieses Transistors.) Der hinzugefügte Widerstand sollte etwa 10x größer sein als der Wert von R1 (wenn also R1 10 K beträgt, fügen Sie der Verbindung zwischen dem Arduino und einen 100 K-Widerstand hinzu T1.)