¿Cómo se limita la corriente en este circuito de drenaje común?

Lo que observa se describe muy bien al calcular las caídas de voltaje en los distintos componentes y luego buscar los resultados en los gráficos de la hoja de datos que ha proporcionado.

Los tres factores clave son

• ¿Cuál es el valor de FET Rdson en el punto de operación que observa, cuál es la consecuente caída de Vds y qué efecto tiene esto?

• ¿Cuál es la caída en R1 en la corriente observada, cuál es la Vs resultante y qué efecto tiene esto?

• ¿Los parámetros "típicos" de la hoja de datos coinciden con lo que espera ver en el estado estacionario de su aplicación?
  Pista: Adivina.

Eres víctima de una serie de cosas que se añaden a Murphy aifd. El FET tiene un Rdson terriblemente alto; el valor exacto es incierto, pero si es de 1 ohmio, entonces tiene resistencia adicional para combatir el flujo de corriente.
Como dijo W5Vo, los resultados son "típicos", y luego agregan una letra pequeña de comadreja a los gráficos para definir el típico.

Ver las cajas naranjas.
El "ancho de pulso de 20 uS" de las "palabras de comadreja" es permitir que la matriz se caliente de manera mínima y se enfríe nuevamente entre pulsos. Rdson puede duplicarse en algunos casos con algunos FET a temperatura de estado estable total. En su caso, la figura 4 muestra Rdson con la temperatura del troquel.

Mostraste la figura 1 que está a 25 C.
Ahora mira la figura 2 que está a 150 C. A aproximadamente 2V Vds (mayor Rdson debido al troquel más caliente) y 3.3V Vgs, el punto de operación se encuentra por encima de las parcelas disponibles. Solo puede volver al gráfico con Vgs más altos o Vds más bajos (por lo tanto, una corriente más baja). Eso es a 150 C. Su realidad se encuentra entre las dos curvas y depende principalmente de su Rdson, que depende de la Rja térmica efectiva que depende de su disipador de calor.

Note los Vds en la Fig3. ** 50 voltios ** !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
La Fig. 1 está a 25 ° C: si el ambiente es de 25 ° C y tiene 1.7A a 1 Ohm = 1.7 vatios, la temperatura del troquel dependerá en gran medida del disipador de calor. Fregadero infinito - Tjc = 2.5C / W - elevarse unos 4 grados C. ¡Genial!
Aire libre sin fregadero Tja = 62 C / W - aumente alrededor de 100 C + - y Rdson aumentará, por lo que la disipación aumentará, así que .... ¡No toques el FET bot un guante!

En los identificadores de 1.7A, V_R1 = 1.7A.
V1 = 5V entonces Vgs = 3.3V.

Actualizar, enjuagar, repetir.
Asymptote es probable que sea sobre lo que ves.

La corriente a través del MOSFET se rige por el voltaje de la Puerta a la Fuente, no por el voltaje de la Puerta a la Tierra.

Con 1.7 Amp a través del FET, habrá 1.7 voltios a través de R1, haciendo que el voltaje de la Puerta a la Fuente sea 1.7 voltios menos que el voltaje V1.

  

Para una corriente de 3A, Vgs debe ser ~ 3.4V.

     

...

     

Entonces, ¿por qué no puedo sacar 3A de este circuito?

Para el circuito dibujado, escriba la ecuación para el voltaje de la fuente de la compuerta:

$$ V_ {GS} = V_G - V_S = V_G - I_D \ cdot 1 \ mathrm \ Omega $$

Para \ $ I_D = 3 \ mathrm A \ $, la ecuación es

$$ V_ {GS} = V_G - 3 \ mathrm V $$

Pero has estipulado que

$$ V_ {G, max} = 5V $$

Entonces, con el voltaje máximo aplicado a la compuerta y \ $ I_D = 3 \ mathrm A \ $, tenemos

$$ V_ {GS, 3 \ mathrm A} = 2V \ mathrm \; < \; 3.4 \ mathrm V $$

En otras palabras, una contradicción.

Así, con \ $ V_G = 5 \ mathrm V \ $, la corriente debe ser menor que \ $ 3 \ mathrm A \ $.

Sospecho que el problema es la resistencia de encendido del transistor. De acuerdo con la hoja de datos, RDSon puede acercarse a 1 ohm en circunstancias bastante normales. Eso te limita a 2.5A (5V / 2ohms). Si la temperatura aumenta (lo que ocurrirá, incluso con un disipador de calor), el RDSon aumenta un poco más. 5V podría no ser suficiente para V2. Apuesto a que obtendrías mejores resultados con un suministro de 10V.

El problema es que, dado que la resistencia de drenaje a la fuente (Rds) varía inversamente con el voltaje de la puerta a la fuente (Vgs), tan pronto como Vgs aumenta hasta el punto en que Rds comienza a caer y permite que la fuente de alimentación pase la corriente. El transistor, esa corriente también fluye a través de la resistencia de fuente externa.

Esa corriente provoca una caída de voltaje en la resistencia de la fuente que aumenta el voltaje en la fuente, lo que hace que la pendiente de Vgs disminuya un poco, limitando el cambio de corriente a través del transistor a medida que aumenta el voltaje de la fuente de la compuerta.

Esto se muestra gráficamente, a continuación, donde la traza roja muestra un aumento independiente de 0 a 5 voltios en el voltaje de la compuerta, Vg, la traza verde muestra que Vgs cambia debido al cambio en el voltaje en R1 a medida que cambia la corriente a través de R1, y la traza amarilla muestra el cambio en la corriente a través de R1 a medida que Vg y Vgs cambian.

El archivo LTspice es aquí si quieres jugar con el circuito .

La respuesta de Russell es increíble. Solo estoy tratando de añadir mis 2 kopeks. Búsqueda con "amplificador de fuente común". Uno de los enlaces: De Wikipedia "Amplificador de fuente común"