MOSFET comme commutateur - Quand est-il en saturation?

J'ai le circuit suivant branché sur une planche à pain.

Je fais varier la tension de grille à l'aide d'un potentiomètre. Voici ce qui me trouble: selon wikipedia, le MOSFET est en saturation lorsque V (GS)> V (TH) et V (DS)> V (GS) - V (TH).

Si j'augmente lentement la tension de grille à partir de 0, le MOSFET reste désactivé. La LED commence à conduire une petite quantité de courant lorsque la tension de la grille est d’environ 2,5V. La luminosité cesse d'augmenter lorsque la tension de grille atteint environ 4V. La luminosité de la LED ne change pas lorsque la tension de grille est supérieure à 4V. Même si j'augmente rapidement la tension de 4 à 12, la luminosité de la LED reste inchangée.

Je surveille également la tension drain-source pendant que j'augmente la tension de grille. La tension drain-source chute de 12V à près de 0V lorsque la tension de grille est de 4V ou plus. Cela est facile à comprendre: puisque R1 et R (DS) forment un diviseur de tension et que R1 est beaucoup plus grand que R (DS), la plus grande partie de la tension est coupée sur R1. Dans mes mesures, environ 10V est laissé tomber sur R1 et le reste sur la LED rouge (2V).

Cependant, puisque V (DS) vaut maintenant environ 0, la condition V (DS)> V (GS) - V (TH) n’est pas remplie, le MOSFET n’est-il pas en saturation? Si tel est le cas, comment pourrait-on concevoir un circuit dans lequel le MOSFET est à saturation?

Notez que: R (DS) pour IRF840 est de 0,8 Ohm. V (TH) est compris entre 2V et 4V. Vcc est 12V.

Voici la ligne de charge que j'ai tracée de mon circuit.

Maintenant, de ce que j’ai tiré des réponses, c’est que pour pouvoir utiliser le MOSFET comme un commutateur, le point de fonctionnement doit être situé à gauche de la ligne de charge. Suis-je correct dans ma compréhension?

Et si l’on impose les courbes caractéristiques MOSFET, sur le graphique ci-dessus, le point de fonctionnement se trouverait dans la région dite "linéaire / triode". En effet, le commutateur doit atteindre cette région le plus rapidement possible afin de fonctionner efficacement. Est-ce que je comprends ou est-ce que je me trompe complètement?

Tout d’abord, la "saturation" dans les mosfets signifie que la modification du VDS ne produira pas de modification significative de l’Id (courant de drain). Vous pouvez penser à MOSFET saturé en tant que source de courant. Indépendamment de la tension aux bornes du VDS (avec des limites bien entendu), le courant traversant l’appareil sera (presque) constant.

Revenons maintenant à la question:

Selon Wikipédia, le MOSFET est saturé lorsque V (GS)> V (TH) et V (DS)> V (GS) - V (TH).

C'est correct.

Si j'augmente lentement la tension de grille à partir de 0, le MOSFET reste désactivé. La LED commence à conduire une petite quantité de courant lorsque la tension de la grille est d’environ 2,5V.

Vous avez augmenté le Vgs au-dessus du Vth du NMOS afin que le canal se forme et que le dispositif commence à conduire.

La luminosité cesse d'augmenter lorsque la tension de grille atteint environ 4V. La luminosité de la LED ne change pas lorsque la tension de grille est supérieure à 4V. Même si j'augmente rapidement la tension de 4 à 12, la luminosité de la LED reste inchangée.

Vous avez augmenté le Vgs rendant l'appareil conduisant plus de courant. À Vgs = 4V, ce qui limite la quantité de courant n’est plus un transistor mais une résistance que vous avez en série avec un transistor.

Je surveille également la tension drain-source pendant que j'augmente la tension de grille. La tension drain-source chute de 12V à près de 0V lorsque la tension de grille est de 4V ou plus. Cela est facile à comprendre: puisque R1 et R (DS) forment un diviseur de tension et que R1 est beaucoup plus grand que R (DS), la plus grande partie de la tension est coupée sur R1. Dans mes mesures, environ 10V est laissé tomber sur R1 et le reste sur la LED rouge (2V).

Tout a l'air en ordre ici.

Cependant, puisque V (DS) vaut maintenant environ 0, la condition V (DS)> V (GS) - V (TH) n’est pas remplie, le MOSFET n’est-il pas en saturation?

Non ce n'est pas. C'est dans la région linéaire ou triode. Il se comporte comme une résistance dans cette région. Cela augmente Vds augmentera Id.

Si tel est le cas, comment pourrait-on concevoir un circuit dans lequel le MOSFET est à saturation?

Tu as déjà. Vous devez simplement prendre soin du point de fonctionnement (assurez-vous que les conditions que vous avez mentionnées sont remplies).

A) Dans les régions linéaires, vous pouvez observer les points suivants: -> lors de l'augmentation de la tension d'alimentation, la diode devient plus lumineuse à mesure que le courant entre la résistance et le transistor augmente, et donc une plus grande quantité passe dans la diode.

B) Dans la région de saturation, quelque chose de différent se produira -> lors de l'augmentation de la tension d'alimentation, la luminosité de la LED ne changera pas. La tension supplémentaire que vous appliquez sur l'alimentation ne se traduira pas par un courant plus important. Au lieu de cela, ce sera à travers MOSFET, ainsi le volume DRAIN augmentera avec la tension d'alimentation (donc augmenter l'alimentation de 2V signifie augmenter le volume de drain de presque 2V)

J'interprète la signification de "saturation" dans le contexte de l'article de Wikipedia comme suit:

La fiche technique d'un MOSFET montrera un graphique avec des courbes montrant un particulier pour un particulier à un , généralement pour un certain nombre de valeurs .$I_D$$V_{DS}$$V_{GS}$$V_{GS}$

Dans cet exemple, la ligne parabolique rouge sépare ce que l'on appelle la région «linéaire» de la région «saturation». Dans la région de saturation, les lignes sont plates. Le courant n’augmente plus lorsque augmente. Dans la région linéaire, lorsque le courant de drain augmente, augmente - le MOSFET agit en quelque sorte comme une résistance.$I_D$$V_{DS}$$V_{DS}$

Dans votre cas, en supposant que votre pièce présente des courbes similaires à l'exemple, techniquement «non», le périphérique ne se trouve pas dans la région de saturation. Ceci étant dit, votre est si bas que la chute de est infime par rapport à la résistance en série. Peu importe l’ augmentation de , la chute «linéaire» du MOSFET est infime comparée à celle de la résistance et «saturée».$I_D$$V_{DS}$$V_{GS}$$390 \Omega$

D'autres réponses donnent une bonne explication du terme "saturation" tel qu'il est appliqué aux MOSFET.

Je vais simplement noter ici que cet usage est très différent de ce qui est destiné aux transistors bipolaires et à certaines autres classes de dispositifs.

Le terme est correctement utilisé pour les MOSFET où

• V (DS)> V (GS) - V (TH)

MAIS cela n'aurait jamais dû l'être.
Mais ça l'est, alors prenez-en conscience.

Un transistor bipolaire (et PAS un MOSFET) est "saturé" quand il est allumé fort. La condition équivalente dans un MOSFET en mode amélioration (le type le plus courant) est quand il est "totalement amélioré" MAIS le terme approprié pour cela a déjà été volé.

Ajoutée:

Un MOSFET est "allumé" par la tension appliquée à la grille par rapport à la source = Vgs.
Le Vgs requis pour lequel le FET commence à s'allumer et conduit une quantité définie de courant est appelé «tension de seuil de grille» ou simplement «tension de seuil» et est généralement écrit sous la forme Vgsth ou Vth ou similaire.
Vth donne une indication de la tension nécessaire pour faire fonctionner le FET en tant qu'interrupteur, MAIS le Vgs réellement amélioré est généralement plusieurs fois Vgsth. En outre, Vgs requis pour une amélioration complète varie en fonction des identifiants souhaités.

Ce graphique, copié de la réponse de Madmanguruman, montre qu'à Vgs = 7V la relation Ids / Vds est à peu près linéaire jusqu'à environ Ids = 20A, de sorte que le FET est "totalement amélioré" et ressemble à une résistance jusqu'à ce point. Pour ce FET, la Vds est d'environ 1,5 V à environ 20 A, donc Rdson d'environ R = V / I = 1,5 / 20 = 75 milliOhms.
Pour ce FET, il existe une courbe à Vgs = 1V, de sorte que VGSth = Vth se situe probablement dans la plage de 0,5 V à 0,8 V à, par exemple, 100 µA.

Ce que vous devez faire pour voir la saturation, c’est d’alimenter suffisamment de tension jusqu’à ce que la hausse de tension ne fasse aucune différence avec le courant.
Pour ce faire, définissez votre Vgs sur une valeur statique (> Vth), puis augmentez la tension entre Vds et mesurez le courant. Initialement, il augmentera de manière assez linéaire, dans la région ohmique ou linéaire, mais il finira par s’aplatir et, même s’il augmente davantage, le courant traversant le MOSFET restera le même.

En ce qui concerne la définition de la saturation, je comprends que la saturation / linéaire dans les MOSFET signifie à peu près le contraire de ce qu'ils font dans un TJB. Ce document (avec quelques pages dans la caractérisation MOSFET) suggère la même chose, mais tant que vous comprenez comment ils fonctionnent et ce que vous entendez par terme, vous devriez être d'accord (au moins jusqu'à ce que vous discutiez des transistors avec quelqu'un :-))

http://www.falstad.com/circuit/e-nmosfet.html

Il y a un bon applet de simulateur MOSFET sur cette page. J'espère que ça aide.
De plus, j'ai posé une question similaire il y a quelque temps. vous pouvez vous y référer également.

B) Dans la région de saturation, quelque chose de différent se produira -> lors de l'augmentation de la tension d'alimentation, la luminosité de la LED ne changera pas. La tension supplémentaire que vous appliquez sur l'alimentation ne se traduira pas par un courant plus important. Au lieu de cela, ce sera à travers MOSFET, ainsi le volume DRAIN augmentera avec la tension d'alimentation (donc augmenter l'alimentation de 2V signifie augmenter le volume de drain de presque 2V)

Comment? L'augmentation de l'offre ne devrait augmenter la valeur de Vd que de Id X Rds (on). Considérant que la LED aura presque la même chute de tension directe, alors la tension accrue devra être partagée par la résistance série et le dispositif. Étant donné que la résistance a une valeur beaucoup plus grande (390 ohms par rapport à 0,8 ohms de l'appareil), la chute de tension doit être la principale cause de la chute de tension. De plus, il y aura certainement une augmentation du courant de drain avec une augmentation de la résistance. Les pertes de MOSFET sont calculées à l’état de base en multipliant le carré actuel par Rds (on). Donc, l'observation "le volume de DRAIN augmentera en même temps que la tension d'alimentation (augmenter l'alimentation de 2V signifie donc augmenter le volume de drain de presque 2V)" est incorrecte