¿Cómo puedo mantener este MOSFET en corte cuando Vcc 5.5V?

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Esta es una pregunta de seguimiento para esta pregunta donde tuve problemas con un pestillo que se produjo al inicio. Al resolver el problema anterior encontré otro que no había podido anticipar ya que esta es la primera vez que juego con un MOSFET de canal P.

Eche un vistazo a este esquema, donde he eliminado todo lo que no es relevante para el problema real:

Explicacióndelcircuito

Elcircuitoespartedeunmonitordevoltaje.LaentradanominalesVcc=5V,ysielvoltajesuperalos5.5V(siéntaselibredeleerlapreguntamencionadaanteriormenteparaobtenermásdetalles)lalíneadesuministrosaliente(Vcc_OUT)estácortadaparaevitardaños.

Elopampestáconfiguradocomouncomparador.Desafortunadamentenoesderielariel,porloque"alto" es ~ 4.5V, "bajo" ~ 0.5V.

Cuando la salida del opamp es "baja", significa que no se ha producido el disparo de voltaje. Por lo tanto, el PNP (Q2) está saturado y tira de la compuerta al suelo, lo que hace que el MOSFET se abra completamente y Vcc_OUT esté alrededor de Vcc. Esto se espera, y también funciona como se esperaba.

Cuando la salida del opamp es "alta", significa que se ha producido un disparo de voltaje. El PNP está cortado, y la puerta está vinculada a Vcc cerrando efectivamente el MOSFET y cortando el suministro a Vcc_OUT. Esto también funciona como se esperaba.

Información de fondo sobre Vcc

Vcc proviene de una fuente de alimentación regulada lineal. Un transformador de 9V se rectifica, alimenta y filtra a un 7805. Su diseño está fuera de mi alcance. A veces se puede producir un error y el Vcc aumenta ligeramente, y ahí es donde entra mi monitor de voltaje.

En el peor de los casos, el escenario de desastre sería si los diodos rectificadores y el 7805 se cortocircuitaran, lo que significa que Vcc será de 9VAC (RMS), alrededor de 13VAC. Esto matará instantáneamente todo.

El problema

El opamp controla el MOSFET como esperaba, pero cuando jugué antes con mi material de laboratorio, aumenté Vcc al nivel del peor escenario descrito anteriormente; 13V. A este voltaje, el MOSFET realizado (o cualquiera que sea la palabra, no fue "cortado")! ¡Definitivamente no se debe realizar en este nivel de Vcc! Mi LED de prueba que está conectado a Drain estaba muy, muy encendido.

Volví mi suministro de laboratorio a 5V, y el LED se apagó. Incrementado a 6V, todavía oscuro. 7V, todavía oscuro. 8V: se puede ver una luz diminuta en el LED. El aumento a aproximadamente 10.5 V hizo que el drenaje / Vcc_OUT tuviera ~ 5 V, y al aumentar al nivel de desastre 13V, Vcc_OUT fue de aproximadamente 7V.

La suposición

Como se indicó anteriormente, este es mi primer intento con un MOSFET, por lo que no puedo identificar el error. Mi única hipótesis es que debido a que Vcc está flotando y GND no, el nivel de Vgs se ve afectado de alguna manera en Vcc > 8V, haciendo la conducta MOSFET (que no debería).

La pregunta

Usando esta configuración, ¿hay alguna manera de mantener el límite MOSFET en todo momento siempre que opamp esté "alto", sin importar qué nivel tenga Vcc?

Hojas de datos: OPA2132

    
pregunta bos

4 respuestas

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Tal vez me esté perdiendo algo aquí, pero seguramente lo más sensato es cambiar el PNP por un NPN e intercambiar las entradas opamp. La salida de 0.5V de su opamp debería ser capaz de apagar completamente el NPN, y si no lo hace, simplemente puede agregar un diodo en serie con la base para disminuir el voltaje.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Dado que la base del NPN está referenciada a tierra, el voltaje VCC no importa (hasta cierto punto), por lo que funcionará para todo su rango (suponiendo que elija un NPN que pueda manejarlo). Agregaré un diagrama más adelante.

Editar: diagrama añadido

    
respondido por el BeB00
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En primer lugar, no usaría un amplificador operacional como comparador, no están realmente diseñados para funcionar de esa manera.

En su lugar, busque un verdadero comparador de colector abierto adecuado de rendimiento equivalente y transfiéralo de esta manera.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

También puede ser prudente agregar un poco de retroalimentación positiva a ese circuito para agregar algo de histéresis. De lo contrario, cuando el disparador se desplaza alrededor del voltaje de referencia, la salida se activará y desactivará muy rápidamente debido a cualquier ondulación o ruido que haya en el circuito.

simular este circuito

    
respondido por el Trevor_G
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Recomendaría cambiar el Q2 para un MOSFET de canal P con una unidad de puerta de nivel lógico. Lo que es más probable que ocurra con su circuito es mirar en la página 6 del OPA2132. El variador hacia el riel positivo es el voltaje del riel menos 0,9 V, lo que hará que se encienda Q2 porque habrá un 0,9 V en el emisor a la base. .
Siempre que la hoja de datos muestre que 0.9V es el valor cuando el dispositivo recibe alimentación de +/- 15 voltios en los rieles. Esta es la diferencia entre el voltaje de salida y la fuente de alimentación probablemente aumenta a medida que aumenta la fuente de alimentación, lo que conduce al comportamiento que está viendo.

    
respondido por el Kvegaoro
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Si lees la hoja de datos del opamp, la página 6 te dice que la salida no puede llegar a aproximadamente un voltio del riel positivo. Esto significa que realmente no puede apagar el PNP BJT. Supongo que a medida que aumenta la tensión de alimentación, el problema empeora hasta que el LED que ha conectado comienza a brillar. Podría considerar agregar un diodo en serie con la base o una resistencia emisora de base del mismo valor que la que alimenta la base. Tal vez haga tanto 2k2 en valor.

EDIT

Para mayor claridad, cuando dije la resistencia del emisor de base, emplearía una resistencia desde la base hasta la Vcc. Lo siento por cualquier confusión.

    
respondido por el Andy aka

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