Problemas básicos de sesgo de MOSFET

Deberías mirar más de cerca la hoja de datos. Vaya a la página 2, y aproximadamente el tercer elemento es el voltaje del umbral de la puerta. Esto se define como el controlador de compuerta necesario para producir una corriente de drenaje de 1 ma, y se especifica que está en el rango de 0,8 a 3 voltios, con un 2.0 típico.

En el circuito de su placa de pruebas, para obtener Vcc / 2 (5 voltios) en el drenaje, necesita 5 mA de corriente de drenaje. Dado que una corriente típica a 2 voltios es 1 mA, 5 mA a 2.4 voltios parece perfectamente razonable. A voltajes muy por debajo de esto, la corriente de drenaje estará justo al lado de 10 voltios, ya que no se está consumiendo corriente, y para un voltaje mucho mayor, el FET se activará con fuerza y Vd estará cerca de cero.

Lo único que realmente hizo mal fue computar GM. Parece que has perdido de vista el hecho de que esta es tu gm deseada, no lo que realmente puedes esperar. Regrese a la hoja de datos, y solo encontrará un valor de gm, específicamente 0.2. Sin embargo, tenga en cuenta las condiciones de funcionamiento: Vg es de 10 voltios y la identificación es de 250 mA, lo que está muy lejos de las condiciones reales que proporcionó, por lo que no puede confiar en lo que estaba haciendo.

  

¿En qué me equivoqué en esto?

No te equivocaste en ningún lado. Cuando tiene Vgs por debajo del umbral de voltaje (generalmente alrededor de 2V, pero) y el FET está apagado, debería ver Vdd a través de su drenaje a la fuente. Cuando su Vgs está por encima del umbral de voltaje, debería ver muy poco voltaje a través de su drenaje a la fuente. Si está flotando alrededor del voltaje de umbral, verá algo entre 0 V y Vdd a través de su drenaje a la fuente.

Cuando use un MOSFET como un simple interruptor, querrá estar seguro de que su Vgs "off" está muy por debajo del umbral mínimo de voltaje (0.8V para el BS170), y quiere estar seguro que su Vgs "on" muy por encima del umbral de voltaje máximo (3.0V para el BS170).

Parece que hay varias fallas en su comprensión de la operación de un MOSFET. gm no es igual a Id / Vgs, como usted notó (tiene un error tipográfico que dice que es Vds, pero creo que no quiso decir Vds).

La transconductancia de un MOSFET es igual a 2 * Id / Vov, solo cuando el MOSFET está en saturación . Vov es Vgs-Vth, donde Vth es el voltaje de umbral. En los tres casos en los que se ha arrinconado, es posible que haya colocado el mosfet en cualquiera de estas tres regiones de operación, a saber. umbral secundario, lineal y saturación (es necesario resolver ecuaciones para ver en qué región se encuentra: marque aquí )

En un nivel alto, cuando VGS es mayor que Vth, cuanto mayor sea el VGS que ingrese, más corriente hará que el MOSFET se hunda. Esta corriente fluye a través de la resistencia de 1 kΩ y, por lo tanto, el VDS disminuye a medida que aumenta la corriente, ya que el VDD es fijo. Así que lo que estás viendo es sano.

Parece que estás preocupado por la entrada de corriente al MOSFET. Pero en la mayoría de los casos, es seguro suponer que esta corriente es cero (a menos que el MOSFET sea una fuga barata). Esta corriente de entrada cero es lo que da a los MOSFETS > 100 MΩ-s (con frecuencia > 1GΩ) la impedancia de entrada en comparación con los BJT.

Ya tiene las respuestas correctas aquí, pero también me gustaría agregar.

Su declaración ...

  

No he usado la resistencia en serie con compuerta, porque MOSFET obviamente es un componente impulsado por voltaje (la corriente de la compuerta de entrada es despreciable).

en realidad es demasiado simplificado .

En realidad, los dispositivos MOSFET tienen capacidades efectivas significativas en la puerta como se muestra a continuación. Como tal, cuando se encienden y apagan, hay una carga finita que se debe aplicar o eliminar durante ese tiempo de encendido o apagado. Esto da como resultado corrientes (y voltajes) transitorias que, si no están limitadas, pueden destruir lo que está impulsando la puerta. Por lo tanto, casi siempre se requiere una resistencia de compuerta.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

El tamaño de la resistencia depende de la corriente máxima que el dispositivo de accionamiento puede generar o hundir, así como del drenaje y los voltajes de fuente aplicados al dispositivo.

Cuando se usa como una simple baja frecuencia en el apagado, esta resistencia puede ser bastante grande.

Sin embargo, cuando se usa en una aplicación de conmutación de alta frecuencia, querrá que la resistencia sea lo más pequeña posible para limitar el efecto sobre el tiempo de carga y el consiguiente tiempo de conmutación del MOSFET mientras protege al conductor.

También se debe tener en cuenta que en las aplicaciones de conmutación de alta frecuencia, este requisito de corriente de carga / descarga puede producir una gran cantidad de energía que se disipa en la compuerta de mando y en la resistencia de la compuerta.