¿Por qué la mayoría de los circuitos MOSFET de canal N tienen el Pin de fuente conectado a tierra? + Pregunta del circuito

Con 1 meg desde la puerta de Q1 a GND, y SENS25% a 50k, el Vgs de Q1 será de 4.76 V, mientras que con SENS25% a 600k, Vgs será de 3.125V.

Eso significa que Q1 es casi seguro que es capaz de activarse completamente, aunque un poco lento, en SENS25%, pero R2 evitará que esto suceda porque a medida que aumenta el Vgs, mayor será la corriente a través de R2, lo que provocará el voltaje cayó a través de él para aumentar, elevando el voltaje en la fuente, derrotando parcialmente el aumento en Vgs.

Una solución podría ser conectar tu circuito de esta manera:

Donde,cuandoQ1estáAPAGADO,5VatravésdeR1R3R4haráqueVoutseaigualaun"1" en tu Raspberry Pi, y cuando Q1 esté ENCENDIDO, la caída a través del LED y Rds de Q1 (encendido) harán que Vout sea igual a un "0".

Si no, creo que necesitarás algunos circuitos adicionales o una forma diferente de hacerlo.

La razón por la que una fuente MOSFET o un emisor BJT se conecta a tierra generalmente se debe simplemente a las ventajas de esa topología. La topología de fuente común o de emisor común permite una ganancia de voltaje extremadamente alta en comparación con otras topologías. Consulte aquí y aquí para más información sobre eso.

Su caso de uso no es diferente en la necesidad / necesidad de una ganancia muy alta de corriente / voltaje. Desea convertir un mínimo de 8.3uA (5V / 600kohm) en una señal lógica utilizable.

El circuito que describo debería funcionar mucho mejor que su circuito original debido a la amplificación inmediata de la señal seguida por un cambiador de nivel de voltaje, todo empaquetado en una ruta vertical desde Vdd a tierra.

Si usa un BJT, probablemente querrá usar un par Darlington para obtener una ganancia mayor. Se puede usar un MOSFET en lugar del BJT.

Una vez que el par Mosfet o BJT / Darlington haya realizado su amplificación de corriente / voltaje, debe asegurarse de que el voltaje de salida sea inferior a 3.3V y superior al voltaje de conmutación para el pin GPIO de la Raspberry pi. Eso se logra aquí con el LED y el diodo cambiando la tensión de ENCENDIDO a 5V-1.8-Vd. R3 es una resistencia limitadora de corriente para evitar el desgaste del LED y la caída del voltaje de salida. Asegúrate de que R4 sea un elemento de resistencia muy alto porque, de lo contrario, la tensión de base del PNP nunca será lo suficientemente alta como para apagarse.

Por último, tenga en cuenta que todos los valores de resistencia son valores aproximados y es probable que no sean óptimos. D3 puede no ser necesario dependiendo de la tolerancia y el valor que está buscando. También podría reemplazarse con una pequeña resistencia para crear un divisor de voltaje entre este y R3.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

NOTA: Si está realmente atascado con el uso de un NPN o un NMOS, su topología funcionará, simplemente no tendrá un encendido (apagado, voltaje menos preciso) como un encendido o apagado. Lo que debes hacer es hacer que tu R1 tenga un valor más alto. Tal como está, tiene un divisor de voltaje con 5 * 1e6 / (1e6 + 6e5) = 3.125V. Si cambia su LED y su resistencia, la caída de voltaje de su LED es de 1,8 V, por lo que deberá tener la señal de entrada > Vt + 1.8. Tal como está, necesitará que su divisor de voltaje le dé 4 + 1.8 = 5.8V. Querrá un NMOS de umbral muy bajo y es probable que desee aumentar el voltaje del divisor de voltaje al aumentar R1.

Si no intercambias el LED y la resistencia, estarás fijando el voltaje de salida cuando esté encendido en el divisor de voltaje de entrada - Vt. El problema aquí es que el voltaje de entrada variará mucho debido a la variación de la resistencia de entrada entre 50k y 600k, de modo que la "fijación" de la salida de voltaje variará mucho y no se fijará de forma terrible en un valor preciso. Todo esto se debe a que es una topología de drenaje común (también conocida como fuente-seguidor porque la fuente sigue el voltaje de la compuerta).