¿Es el voltaje umbral de la puerta MOSFET un límite o un voltaje mínimo de conmutación "Full-on"?

He estado comprando algunos transistores mosfet, un kit de inicio y noté listados que indican que un mosfet es adecuado para la lógica de 5v, pero las hojas de datos dicen que el umbral de la puerta es de 1-2v. Los mosfets cerrados 4v, que están más cerca de 5v, por el mismo vendedor no se anuncian como adecuados.

Entiendo que la aplicación de voltaje Vgs a la puerta activará el mosfet, pero ¿cómo interactúa con diferentes voltajes?

Entonces, por ejemplo, si un mosfet tenía un rango de Vgs de 2-3 y le apliqué rangos de voltaje de 0-1,2-3,3-7, supongo que sería algo así (corrígeme si me equivoco):

• 0-1v - apagado
• 2-3v - encendido con conductividad proporcional (con 3v como máximo).
• 3-7v - calor / quemar?

El voltaje umbral de la fuente de la puerta es el voltaje que se requiere para conducir (generalmente) 100 uA de corriente hacia el drenaje. Los diferentes MOSFET tienen diferentes definiciones y algunos dispositivos definen el voltaje umbral a una corriente de drenaje de hasta 1 mA.

Es un indicador comparativo bastante útil de cómo un determinado dispositivo podría funcionar cuando se le da una señal de nivel lógico adecuado, pero siempre es mejor examinar la hoja de datos. Típico puede encontrar esto: -

$_{GST}$

Por lo general, los voltajes nominales máximos para las puertas MOSFET son de +/- 20 V y, por lo tanto, existe un margen bastante pequeño entre los niveles de operación y daño.

Como Andy dice V _{GS (th)} , es decir, el voltaje de umbral de la fuente de la puerta corresponde a una corriente baja, cuando el MOSFET apenas se enciende y Rds sigue siendo alto.

Desde el punto de vista del usuario / compras, lo que desea buscar está garantizado (y bajo) Rds (on) para un determinado V _GS que planea usar en su aplicación. Lamentablemente, no se vinculó a ninguna hoja de datos ni nombró ninguna parte específica en su pregunta, pero estoy bastante seguro de que la baja Rds (on) garantizada solo se proporciona a 4-5V para su MOSFET.

Además, el MOSFET no se "calentará / quemará" a un V _GS más alto , siempre que no exceda el máximo permitido. De hecho, es mejor conducir con un V _GS alto como sea posible para garantizar que esté completamente encendido.

Por ejemplo, el MOSFET FDD24AN06LA0_F085 tiene un V _{GS (th)} entre 1 y 2V, pero la corriente de drenaje en este punto solo se garantiza que sea 250 µA, lo que probablemente sea demasiado bajo para ser útil. Por otro lado, prometen "rDS (ON) = 20mΩ (Typ.), VGS = 5V, ID = 36A". Por lo tanto, normalmente usará este MOSFET con un V _GS de 5V o superior. Además, para este MOSFET, V _GS no debe superar los 20 V (o ir por debajo de -20 V) o se dañará. Pero cualquier cosa en este rango está bien.

Aquí están los bits relevantes de la hoja de datos:

Que se detalla como:

No exceda las clasificaciones:

También vale la pena señalar el gráfico de Rds (encendido) versus Vgs y la corriente de drenaje:

En general, los bajos Rds (on) prometidos tendrán una condición de prueba bastante especializada (como un cierto ciclo de trabajo). Como regla general, lo doblo frente a lo prometido en la hoja de datos.

• No te confundas entre Gate Threshold Voltage (Vth)y Gate-Source Voltage(Vgs). Vth es una propiedad inherente del MOSFET mientras que Vgs es una entrada al MOSFET. Siempre que la entrada sea inferior al nivel deseado, es decir Vgs < Vth, siempre , el MOSFET estará apagado. Para activar el MOSFET, debe aplicar Vgs> Vth.

• Vth es algo que se determina durante el proceso de fabricación de MOSFET. Sin embargo, debido a las condiciones prácticas y las imperfecciones de fabricación, nunca obtendrá una Vth constante perfecta para un MOSFET. Por lo tanto, siempre hay un rango de Vth. V de 1-2 V significa que el voltaje de umbral de su MOSFET variará en el rango de 1-2 V.

• Entonces, ¿qué es Vgs? Vgs es el voltaje de compuerta real que aplica a la compuerta del MOSFET. Para activar el MOSFET, debe aplicar Vgs> Vth. Sin embargo, tenga en cuenta que la corriente de drenaje máxima varía con Vgs. Por lo tanto, no piense que al aplicar Vgs = Vth(min)puede esperar que la corriente de drenaje nominal máxima fluya a través del MOSFET. En ese momento Vgs = Vth, el MOSFET simplemente se ENCIENDE y no está en posición de permitir que fluya una gran corriente de drenaje.

• ¿Por qué hay un límite máximo en Vgs? El voltaje de la fuente de la puerta es responsable de formar un canal debajo de la puerta. El campo eléctrico producido por este voltaje es lo que atrae a los electrones hacia la puerta, que finalmente forma el canal para que la corriente fluya entre la fuente y el drenaje. Para evitar cualquier corriente de fuga, hay una delgada capa aislante: óxido de la puerta, debajo del terminal de la puerta. Esta capa de SiO2 es lo que hace que MOSFET sea especial (un tema más allá del alcance de esta discusión). El punto es que cada capa dieléctrica / aislante puede soportar solo cierta cantidad máxima de fuerza. Más allá de esto, el dieléctrico / aislante se descompone y se comporta como un cortocircuito. Entonces, si aplicasVgs > Vgs(max), se producirá un campo eléctrico alto que generará una fuerza superior a la que puede soportar la capa de óxido. Como resultado, la capa de óxido de la puerta se romperá y acortará las capas que se suponía que aislaría. La ruptura de una capa dieléctrica / aislante crea un punto débil, también conocido como punto caliente en la capa misma, y ​​como resultado, la corriente comienza a fluir a través del punto débil. Esto conduce a un calentamiento localizado e incremento en la corriente que aumenta aún más el calentamiento. Este ciclo continúa y finalmente conduce a la fusión del silicio, dieléctrico / aislante y otros materiales en el punto caliente.