Frage zum MOSFET-Gate-Widerstand

Ich habe ein N-MOSFET-Gate, das mit einer 4043 - Logik verbunden ist. ID ist etwa 100mA. Sowohl der 4043 als auch der MOSFET haben +5V. Ich plane einen 2N7000 zu verwenden .

  • Wie groß ist ein Gate-Widerstand zwischen 4043 und MOSFET? Der Logikausgang wird manchmal schnell geschaltet. Wie schnell? Eine Motherboard-HDD-LED steuert es.
  • Muss ich zwischen dem 4043 und dem MOSFET einen Pulldown-Widerstand von Logik auf 0 V platzieren?
Die Antworten von Jippie und PhilFrost sind gut, aber wenn Sie einen quantitativeren Überblick über den Gate-Widerstand in MOSFETs erhalten möchten, können Sie sich diesen Beitrag ansehen ( electronic.stackexchange.com/questions/60427/… ).
Es hängt auch von der Last des MOSFET ab: irf.custhelp.com/app/answers/detail/a_id/215
Wenn die Logik nie schlagartig vom MOSFET getrennt wird, etwa wenn zwei Geräte mit einem Kabel verbunden sind, kann man hier auf Widerstände verzichten. Die CMOS 4000-Leitung ist Gegentakt, daher werden keine Pull-Up/Down-Widerstände benötigt. Und wenn Ihr MOSFET nicht an der Grenze seiner Leistungsfähigkeit verwendet wird, brauchen Sie sich auch keine Gedanken über die zusätzliche Kabelkapazität zu machen.

Antworten (3)

Es ist im Allgemeinen eine gute Idee, einen Gate-Widerstand einzubauen, um Überschwingen zu vermeiden. Das Klingeln (Störschwingung) wird durch die Gate-Kapazität in Reihe mit der Induktivität des Verbindungsdrahts verursacht und kann dazu führen, dass der Transistor übermäßig viel Leistung abgibt, weil er nicht schnell genug einschaltet, und daher der Strom durch Drain/Source in Kombination mit dem etwas hohen Eine unterschiedliche Drain-Source-Impedanz erwärmt das Gerät. Ein niederohmiger Widerstand löst (dämpft) das Klingeln.

Wie @PhilFrost erwähnt, ist ein Widerstand mit hohem Wert gegen Masse eine gute Idee, um eine kapazitive Kopplung zu vermeiden, die den Transistor antreibt, wenn er ansonsten nicht angeschlossen ist.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Halten Sie die Verdrahtung zwischen Logikausgang, Transistor-Gate, Transistor-Source und Masse immer so kurz wie möglich. Dadurch wird ein schnelles Ein- und Ausschalten gewährleistet.

Eine triviale Beobachtung: Ich würde den Pulldown-Widerstand vor den Gate-Begrenzungswiderstand setzen - so bilden die beiden Widerstände keinen Spannungsteiler (wie auch immer kleiner), und somit wird die Eingangsspannung vollständig am Gate ausgedrückt.
@AnindoGhosh Dies wurde in einer Antwort auf eine meiner Fragen besprochen. Supercat bemerkte, dass das Setzen von R2 vor R1 einen Spannungsteiler erzeugt, wenn der GD im Falle eines MOSFET-Ausfalls kurzgeschlossen wird, und somit den Treiber ein wenig schützt. Natürlich sollten die Werte passend gewählt werden und es gibt einen Kompromiss bei der Leistungsaufnahme.
@abdullahkahraman Der Fahrer wäre in beiden Fällen geschützt, R2 davor oder danach - der Schutz erfolgt mit freundlicher Genehmigung von R1.
@AnindoGhosh hat nie wirklich einen alternativen Standort für R2 in Betracht gezogen, und obwohl die Spannungsteilung minimal ist, denke ich, dass Sie Recht haben. Zum Schutz des Mikrocontrollers bei einem Kurzschluss von DG kann ein 5V1-Zener parallel zu R2 geschaltet werden. Ich bin mir nicht sicher, wie effektiv es ist, aber zumindest hast du versucht, den Controller zu schützen.
@Anindo Ich bevorzuge eigentlich den Vorwiderstand in der Nähe der Quelle und lasse ihn als Quellenabschluss dienen. Der Spannungsteiler ist kein Thema (100/1M = 0,01%, nicht einmal 1mV für einen 5V-Treiber).
@apalopohapa Stimmt für die Werte im aktuellen Design, aber nicht unbedingt für einen Pulldown mit niedrigerem Wert oder einen Begrenzungswiderstand mit höherem Wert. Ich hatte Gelegenheit, einen oder beide dieser Fälle anzuwenden. YMMV natürlich :-)
Die Logik hinter der Verwendung einer 1-Meg-Gate-Last ist absurd, und der Widerstand ist für jede Treiberschaltung mit aktivem Pulldown völlig unnötig. Der Hauptnutzen eines Gate-Serienwiderstands ist die reduzierte Einschalt- und Ausschaltrate von M1.
Der minimale Widerstandswert zur Vermeidung von Überschwingungen kann bestimmt werden, wenn man die zum Gate des MOSFET führende Leiterbahn-/Drahtinduktivität kennt, wie beispielsweise in diesem Anhang zu sehen ist, aber in der Praxis kann es schwierig sein, eine so niedrige Induktivität zu messen.

Sie benötigen nicht unbedingt einen Basiswiderstand. MOSFETs haben nicht nur keine Basen (sie haben Gates), sondern das Gate ist (sehr) hochohmig. Außer wenn der MOSFET seinen Zustand ändert, ist der Gate-Strom im Wesentlichen Null.

Manchmal ist ein Gate-Widerstand ratsam, um das Überschwingen zu reduzieren, insbesondere wenn die Leitung, die das Gate ansteuert, lang ist oder wenn Sie Bedenken haben, elektromagnetische Interferenzen zu erzeugen. Ein höherer Wert dämpft das Klingeln, verlangsamt aber auch die Schaltzeiten: Der geeignete Wert hängt davon ab, wie stark das Klingeln möglicherweise sein könnte und welche Schaltzeiten erforderlich sind.

Es ist üblich, einen Widerstand zu platzieren (der Wert ist nicht besonders kritisch - irgendetwas dazwischen 1 k Ω und 1 M Ω tun) vom Gate zur Masse, nur um sicherzugehen, dass der MOSFET ausgeschaltet ist, wenn das Ding, das ihn antreibt (in Ihrem Fall der 4043), den Ausgang floaten lässt. Andernfalls können sehr kleine Ströme von Ihrem Finger, kapazitive Kopplung, induktive Kopplung oder andere Dinge, über die Sie sich lieber keine Gedanken machen möchten, die Gate-Spannung des MOSFET ändern, was zu einem unbeabsichtigten Verhalten führt.

Ich denke, um den Einschaltstrom zu begrenzen, sollte man bei der Arbeit mit Mikrocontrollern einen Vorwiderstand einbauen. Oder ist es einfach übertrieben?
@abdullahkahraman E / A-Ports sind im Allgemeinen keine steifen Quellen und Senken, daher sehe ich keine Notwendigkeit für einen Vorwiderstand.
Manchmal schalten Sie einen kleinen (100-200 Ohm) Widerstand oder vielleicht eine Ferritperle in Reihe mit einem MOSFET-Gate, um die Verstärkung bei hohen Frequenzen (HF) zu unterdrücken, wenn sie Anzeichen von Instabilität zeigt.
@Madmanguruman - Die Verwendung des internen Kanalwiderstands des E / A-Treibers (z. B. kein externer Widerstand) ist ein riskanter Plan, da Sie die gesamte Energie in den relativ zerbrechlichen Chip verbrauchen. Wenn das von Ihnen angesteuerte FET-Gate groß (sehr kapazitiv) und Ihre Ansteuerfrequenz hoch ist (wie bei PWM- / Motorsteuerungsanwendungen), brennen Sie den E / A-Treiber aus.
@DrFriedParts Der begrenzte Strom eines GPIO würde das Ansteuern eines MOSFET mit großer Kapazität bei hoher Frequenz unmöglich machen und einen externen Treiber erfordern. Wenn der Chip zu zerbrechlich ist, um den I/O-Nennstrom des GPIO zu bewältigen, ist das für mich ein Zeichen mangelnder Robustheit.
Ich möchte alle daran erinnern, dass wir über das Ansteuern eines 2N7000 mit einem 4043 sprechen. Weder ist der 2N7000 ein High-Gate-Charge-Gerät, noch ist der 4043 für hohe Treiberströme geeignet. Ich bezweifle ernsthaft, dass diese Kombination einen Gate-Widerstand mehr benötigt als alle MOSFETs in einer CPU Gate-Widerstände benötigen.
Hahaha, danke für den Hinweis, Phil, hätten wir fast nicht bemerkt. Das passiert, wenn ein Haufen Ingenieure zusammenkommt, lol.
@Madmanguruman - Ihre Schlussfolgerung ist angesichts Ihrer Annahmen richtig, aber Ihre Annahmen gelten nicht für die meisten MCUs der Verbraucherklasse. (1) Sie können (und werden) den E/A-Nennstrom überschreiten, wenn Sie den Ausgangstreiber kurzschließen. (2) Der Treiber verhält sich so, als würde er in einen Kurzschluss fahren, wenn die Schaltfrequenz hoch ist – der Eingang kann unabhängig vom Ausgang mit hoher Frequenz schalten. Der Ausgang wird als Reaktion darauf nicht stark ansteigen, was zu einem anhaltenden Kurzschluss-ähnlichen Zustand führt. Phil hat jedoch Recht, das ist hier nicht der Fall, aber Ihre Verallgemeinerung verdient diese Einschränkung.
@Madmanguruman - Wenn ein xxx zu yyy ist, um mit dem zzz eines nnn umzugehen, ist das für mich ein Zeichen mangelnder Robustheit :-).
Ich hätte "Pedantik" statt "Elektronik" studieren sollen. Meine Güte.
Wenn Sie keinen Vorwiderstand einbauen, werden Sie niemals EMV-Tests bestehen, da das Klingeln überall Interferenzen verursacht (Sie werden es nicht sehen, wenn Sie das Signal auf dem Kabel messen, aber mit einer EMV-Sonde sehen Sie das Chaos, das es verursacht).
Benutzt niemand mehr parasitäre Drosseln? Ich nehme an, sie sind ein bisschen passé, aber früher wickelten wir ein paar Windungen Kupferdraht um den Körper eines Widerstands (siehe: alte Zeiten). Ich nehme an, eine Ferritperle erfüllt diesen Zweck jetzt?

Ein MOSFET-Gate fungiert als Kondensator, und Ladeströme können 200 mA überschreiten. Ein Reihenwiderstand von 100 Ohm (3 V) bis 200 Ohm (5 V) hält dies um die 20-mA-Marke. Ein 10k-Pulldown-Widerstand sorgt für eine Abschaltung, wenn das Gate schwebt.