Utilisation du Mosfet et canal P vs N

J'essaie d'utiliser un Arduino pour activer / désactiver un solénoïde 12V. J'ai utilisé un pont en H et ça a bien fonctionné. Ensuite, j'ai décidé de simplifier les choses et d'obtenir un seul mosfet au lieu d'un pont en H multicanal et je suis devenu très confus. J'essaie de comprendre la bonne façon d'utiliser un mosfet à canal P (ou canal N) dans ce paramètre, et je suis tombé sur cet exemple de circuit sur Google:

Pourquoi y a-t-il un autre transistor impliqué (le 2N3904) et pourquoi y a-t-il une diode à travers la charge?

Je comprends qu'un canal P est activé lorsque $V_{gate}$ est élevé (au-dessus de $V_{source}$ + $V_{drain}$ ), d'où le pull-up, mais pourquoi le transistor supplémentaire? Le MCU (dans ce cas le PIC) ne devrait-il pas faire la même chose?

Aussi - dans le scénario où tout ce que je fais est d'allumer ou d'éteindre une charge (comme mon solénoïde), y a-t-il une raison d'utiliser un canal N par rapport à un canal P?

Comparez les actions d'un MOSFET à canal P et N dans votre circuit.

(J'ai laissé le transistor de jonction pour faciliter la comparaison.)

La sortie PIC n'aime pas être connectée à 12V, le transistor agit donc comme un tampon ou un interrupteur de niveau. Toute sortie du PIC supérieure à 0,6 V (ish) mettra le transistor sous tension.

P MOSFET DE CANAL . (Charge connectée entre le drain et la terre)

Lorsque la sortie PIC est FAIBLE, le transistor est bloqué et la grille du P MOSFET est ÉLEVÉE (12 V). Cela signifie que le MOSFET P est désactivé.

Lorsque la sortie du PIC est ÉLEVÉE, le transistor est activé et tire la grille du MOSFET BAS. Cela met le MOSFET sur ON et le courant circule dans la charge.

N MOSFET CANAL . (Charge connectée entre Drain et + 12V)

Lorsque la sortie PIC est FAIBLE, le transistor est bloqué et la grille du P MOSFET est ÉLEVÉE (12 V). Cela signifie que le N MOSFET est activé et que le courant traversera la charge.

Lorsque la sortie du PIC est ÉLEVÉE, le transistor est activé et tire la grille du MOSFET BAS. Cela désactive le MOSFET.

Le circuit MOSFET «amélioré» .

Nous pourrions éliminer le transistor en utilisant un type N MOSFET numérique - il n'a besoin que du signal 0-5V de la sortie PIC pour fonctionner et isole la broche de sortie PIC de l'alimentation 12V.

Lorsque la sortie PIC est ÉLEVÉE, le MOSFET est activé, lorsqu'il est BAS, le MOSFET est désactivé. C'est exactement la même chose que le circuit MOSFET P d'origine. La résistance série a été rendue plus petite pour faciliter l'allumage, l'extinction des temps en chargeant ou déchargeant la capacité de la grille plus rapidement.

Le choix de l'appareil dépend essentiellement de vos besoins de conception, bien que dans ce cas, le type numérique M MOSFET gagne haut la main en termes de simplicité.

Le transistor bipolaire est présent comme pilote pour le MOSFET. Bien que sur DC, les MOSFETS aient une très haute résistance et ressemblent donc à des circuits ouverts, ils sont en fait capacitifs. Pour allumer, la charge doit être transférée en eux, et faire cela rapidement nécessite une conduite actuelle.

Le BJT (et la conception globale du circuit) apporte également l'avantage suivant: une tension de mise sous tension faible et prévisible. Vous pouvez y remplacer différents BJT et le comportement sera similaire.

Un autre avantage du transistor supplémentaire est que l'étage du transistor supplémentaire a un gain de tension, ce qui permet de créer une transition plus nette de l'état passant à l'état passant, du point de vue de l'entrée regardant.

Pour utiliser un petit signal positif pour mettre le circuit sous tension, un transistor NPN doit être utilisé. Mais la sortie de ceci est inversée, avec une charge côté élevé, et donc un MOSFET à canal P est utilisé. Cela a une autre fonctionnalité intéressante, qui est que la charge est contrôlée du côté positif et reste donc mise à la terre lorsque le transistor est fermé.

Le symbole schématique du MOSFET ressemble à un dispositif d'appauvrissement (puisque le canal est dessiné solide, plutôt que comme trois sections). Ce n'est probablement qu'une erreur. Le circuit ressemble à une configuration de mode d'amélioration standard.

Le MOSFET à canal P s'active lorsque la porte est abaissée. Il est dessiné "à l'envers". Considérez-le comme analogue à un PNP BJT.

La diode "volant" complète le circuit de la charge inductive lorsque le transistor / interrupteur s'ouvre. Un inducteur essaie de garder le même courant circulant dans la même direction. Normalement, ce courant traverse la boucle du transistor. Lorsque celui-ci est brusquement coupé, il circule dans la boucle de diode, de sorte que sa direction à travers la charge est la même, ce qui signifie qu'il s'écoule dans le sens opposé à travers la diode. Pour que cette continuation du courant se produise, l'inductance doit générer un "retour EMF": une tension dont la direction est opposée à celle qui lui était précédemment appliquée.

Vous devez ajouter un 4k7 de la porte à la terre pour éviter que votre FET ne soit conducteur lorsque votre broche io est à haute impédance ou non connectée. Dans ce cas, une simple charge de la main peut activer le mosfet et il y a une chance qu'il continue de piloter votre circuit même lorsqu'il n'y a pas d'alimentation sur la broche de la porte.

1. Pourquoi y a-t-il un autre transistor impliqué (le 2N3904)? - de sorte que le pilote de porte ne voit pas moins de 10k d'impédance (résistance). La résistance 10k et le BJT sont en fait optionnels, mais élégants s'ils sont ajoutés. Edit: Oups, il est essentiel que le PWM fonctionne correctement. il inverse un signal numérique, qui est nécessaire pour qu'un PNP fonctionne comme vous le souhaitez. vous pouvez toujours omettre le BJT si vous pouvez inverser le signal de commande avant la sortie.

2. Et pourquoi y a-t-il une diode à travers la charge? - car les charges inductives (solénoïdes, moteurs, etc.) font circuler les courants dans l'autre sens une fois éteints. Lorsque vous utilisez PWM pour contrôler quelque chose, il s'allume et s'éteint rapidement. Vous allumez le moteur, le rotor commence à tourner, vous l'éteignez, le rotor tourne toujours et agit alors comme un générateur provoquant un courant dans l'autre sens. Cette polarité inversée peut endommager les composants, mais elle est instantanément annulée une fois la diode ajoutée.

Cela rejoint directement la théorie des MOSFET. Le diagramme montre un MOSFET DE DEPLICATION qui fonctionne avec l'équation de Shockley: ID = IDSS (1-VGS / VP) ^ 2. Il est évident que le microcontrôleur fonctionne avec une sortie de 5 volts et si vous l'utilisez directement comme tension de grille, vous ne pouvez pas obtenir le courant maximum de la source d'alimentation (12 volts ci-dessus). Le deuxième transistor fonctionne à la fois comme tampon et comme isolateur. Et à propos de la diode: cette diode est presque toujours utilisée pour des charges contenant des bobines (comme moteur ou relais). Le but est la suppression du courant de retour produit par la bobine comme inductance. Ce courant arrière peut endommager votre MOSFET.

Permettez-moi d'expliquer la partie diode: supposons que nous avons un interrupteur connecté à une résistance puis à une inductance. (SW-RL-> Ground). le problème survient lorsque l'interrupteur s'ouvre très rapidement ce qui signifie un courant nul soudain dans le circuit mais nous savons que les inductances ne laissent pas de courant nul soudain (VL = L di / dt). Cela signifie que l'inductance cherche un court chemin pour vider son courant et le seul moyen est de faire une "étincelle" entre les têtes du commutateur. Nous pouvons voir ce phénomène en connectant une alimentation CC à un petit moteur CC. Nous pouvons voir que le moteur ne fonctionne pas avec une haute tension, mais en touchant ses fils avec le cordon d'alimentation, des "étincelles très évidentes" sont observées. En remplaçant l'interrupteur par un transistor, le même scénario se produit et ces étincelles continues conduisent à les dommages au transistor.