Napięcie progowe MOSFET (2n7000)

[wiewior945]

Cześć. 

Ostatnio robiłem sobie mały układ z tranzystorami MOSFET 2n7000. Sugerowałem się dokumentacją, w której napięcie progowe określane jest na 0,8 - 3,0 V. W związku z tym rozumiem, że prąd powinien płynąć przez tranzystor dopiero gdy na bramce znajdzie się przynajmniej 0,8 V. Cały czas coś było nie tak aż w końcu przekonałem się, że tranzystor przewodzi też gdy na bramce jest mniejsze napięcie. Przestaje przewodzić dopiero gdy napięcia na bramce nie ma. Czyli rzeczywisty zakres napięcia progowego wynosiłby 0,0 - 3,0 V. 

Ogólnie jest mi to na rękę. Ale chciałbym się dowiedzieć dlaczego tak to działa? Nie wierzę w błąd w dokumentacji. Trafiłem na jakąś wadliwą partię? Czy w jakiś sposób uszkodziłem (a w zasadzie ulepszyłem) tranzystory?

[marek1707]

Pokaż schemat w jakim to badałeś. Tranzystor to nie jest przekaźnik więc nie ma tylko dwóch stanów przewodzi-nieprzewodzi. Jako napięcie progowe podawany jest potencjał bramki przy którym prąd drenu jest jakiś, podany w tabelce przy parametrze VGS(th). Dla jednych tranzystorów napięcie to jest mierzone przy prądzie Id np. 10uA a dla innych może to być dla 1mA. A jakiego prądu Ty oczekiwałeś? No, ale najważniejszy jest układ w jakim mierzyłeś. Mam  nadzieję, że w żadnej sytuacji bramka MOSFETa nie wisiała w powietrzu.

[wiewior945]

W załączniku jest bardzo nieprofesjonalnie pokazane jak podłączone są mosfety, mam nadzieję, że da się zrozumieć o co chodzi. Ogólnie mosfetami ustawiam kolor na taśmie LED RGB. 12V jest brane z Vin Arduino, sterowanie zaznaczone zielonym kolorem jest podpięte do pinów PWM Arduino. 

Mógłbyś proszę wyjaśnić o co chodzi z bramką wiszącą w powietrzu?

[marek1707]

Chodzi mi o układ którego nie pokazałeś - czyli jak sterujesz bramkami oraz w jakiej konfiguracji zauważyłeś, że 0V otwiera tranzystor.

Co tam jest na końcach tych zielonych drutów, jak to jest zasilane, z czego i jak do tego ma się zasilanie 12V z rysunku powyżej. Obwód sterowania bramki musi mieć wspólną masę (minus) z obwodem zasilania drenu. Nie widzę tego. A bramka nigdy nie powinna zostać niepodłączona tak jak właśnie widzimy to na obrazku.

[wiewior945]

Kurcze za dużo nie będzie widać bo sobie już to wszystko polutowałem  Ale wszystko jest podpięte do Arduino więc masa powinna być wspólna. Od spodu zdjęcia chyba nie ma sensu robić bo i tak ciężko będzie się połapać. Zielone "kable" z wcześniejszego zdjęcia odpowiadają tutaj niebieskiemu, czerwonemu i zielonemu. 

0V nie otwiera tranzystora, właśnie dopiero przy 0V przestaje przewodzić prąd. A według dokumentacji powinien przestać przewodzić przy 0,8V (Vds = 0,8 - 3,0V).

Jak się zorientowałem, że prąd płynie przez tranzystor gdy na bramce jest mniej niż 0,8V - pisałem program do płynnego przechodzenia z jednego koloru na inny. Na bramkę podawałem napięcie od 0,8 do 3V i cały czas coś było nie tak, świeciło się za dużo kolorów na raz. Później sprawdziłem jak działa pojedynczy kolor na zakresie 0,8 - 3V i okazało się, że przy 0,8V na bramce kolor świecił całkiem porządnie  Później spróbowałem z 0,5V na bramce i kolor dalej się świecił. Przestał świecić dopiero gdy na bramce było 0V. W skrócie:

analogWrite(PIN, 0) //tranzystor nie przewodzi
analogWrite(PIN, 1) //tranzystor przewodzi, a według dokumentacji jeszcze nie powinien

I to nie jest tak, że na napięciu 0,01 - 0,8V na bramce kolor świeci z tą samą intensywnością, wtedy wiedziałbym, że tranzystor jest uszkodzony. Można zwiększać i zmniejszać napięcie w tym przedziale i kolor będzie robił się jaśniejszy i ciemniejszy. Czyli tranzystor działa tak jak powinien tylko, że w innym zakresie napięcia na bramce niż jest to określone w dokumentacji. I ciekawi mnie tyko dlaczego  Bo ogólnie jest mi to na rękę. 

Mam nadzieję, że nie zagmatwałem jeszcze bardziej.

[Gość es2]

11 minut temu, wiewior945 napisał:

pisałem program do płynnego przechodzenia z jednego koloru na inny. Na bramkę podawałem napięcie od 0,8 do 3V i cały czas coś było nie ta

1) To się robi PWM-em.

2) Oko ludzkie jak i dioda LED (żarówka też), nie ma charakterystyki liniowej i trzeba to skompensować.

Edytowano Październik 28, 2018 przez es2

[wiewior945]

@es2 hmm... Trochę Cię nie rozumiem, dałem fragmencik kodu i widać, że steruję bramką przez PWM. Bramki są podłączone do wyjść 11,10 i 9, które obsługują PWM. 

Poza tym gdy odkryłem, że tranzystory działają z innym napięciem progowym to poprawiłem kod i wszystko działa tak jak trzeba. Pytam tylko ciekawości dlaczego napięcie progowe jest inne niż określił to producent.

Edytowano Październik 28, 2018 przez wiewior945

[marek1707]

Chyba coś poplątałeś. Podsumujmy fakty:

1. Masz trzy MOSFETy sterujące trzema łańcuchami LEDów. 

2. Każdy tranzystor podpięty jest do osobnego pinu procesora.

A teraz moje wnioski:

Ten procesor nie ma wyjść analogowych, tzn. nie ma pinów na których możesz ustawiać sobie dowolnie napięcia. Ma tylko piny cyfrowe na których może być albo stan niski (ok. 0V) albo stan wysoki (ok. 5V). Koniec. Funkcja analogWrite() produkuje na wskazanym pinie PWM, czyli sygnał prostokątny o wypełnieniu od 0/255 do 255/255 czyli przekładając na polski od 0% do 100%. Nie jest to jednak napięcie stałe, tylko wciąż sygnał prostokątny, którego wartość średnia zmienia się od 0 do 5V z krokiem ok. 19.5mV. Wartość średnią wskazuje np. multimetr podłączony do takiego pinu (ustawiony na pomiar napięcia stałego, VDC), bo jego elektronika uśrednia "widziane" napięcie przez spory ułamek sekundy. Tranzystor jest dużo szybszy niż multimetr i po prostu włącza pełny prąd drenu gdy dostaje stan wysoki (5V jest dużo wyższe niż napięcie progowe, prawda?) i wyłącza prąd do zera gdy dostanie stan niski. Diody LED też są szybkie więc zapalają się od razu na 100% gdy widzą prąd i gasną gdy ten przestaje płynąć. PWM generowany przez funkcję analogWrite() może stać się napięciem stałym, ale dopiero po przejściu przez tzw. filtr dolnoprzepustowy. Ty takiego nie masz więc nie sterujesz bramką tranzystora małym i większym napięciem tylko wciąż prostokątem 0/5V. I dobrze, inaczej Twój mały tranzystor już dawno by się spalił.

A teraz dlaczego już przy bardzo małym wypełnieniu tj. po analogWrite(PIN, 1) jest dość jasno? Bo nasze oko nie jest takim prostym filtrem i nie widzi średniej jasności diodek jaka wynika z obiektywnego wypełnienia PWM. Zmieniając parametr analogWrite() od 0 do 255 nie dostajesz liniowej zmiany jasności, bo oko jest czułe przy słabszym świetle i coraz bardziej się "przytyka" przy coraz silniejszym. Dlatego na początku (wartości 1..10) widzisz spore przyrosty jasności a potem już coraz mniejsze. Gdzieś tak od 100 wzwyż to już prawie nic się nie zmienia (choć średni prąd LEDów mierzony np. multimetrem rośnie linowo wraz z PWM). Dlatego gdybyś chciał regulować jasność łańcucha w miarę liniowo, to musisz przyjąć inną skalę, np. 0, 1, 2, 3, 5, 9, 16, 30, 48, 76, 120, 255. To liczby z głowy, ale pokazują jak bardzo musisz pod koniec podkręcać wysterowanie PWM by oko zobaczyło w miarę równe przyrosty jasności. Dzięki takiej charakterystyce naszego oka możesz zarówno czytać przy świetle Księżyca jak i patrzeć na plażę w pełnym Słońcu. 

[Gość es2]

8 godzin temu, wiewior945 napisał:

Trochę Cię nie rozumiem, dałem fragmencik kodu i widać, że steruję bramką przez PWM.

Nie dajesz schematu  i nie wiem czy nie ma tam filtru RC, ponadto kto napisał?

8 godzin temu, wiewior945 napisał:

Na bramkę podawałem napięcie od 0,8 do 3V i cały czas coś było nie tak

 

Wyjaśnij, mi powyższe zdanie. Wytłumacz jak dziecku. Jest tam mowa oo napięciu czy PWM?

 

8 godzin temu, wiewior945 napisał:

Poza tym gdy odkryłem, że tranzystory działają z innym napięciem progowym

Nie sądzę abyś coś odkrył poza swoja niewiedzą. Nieliniowe świecenie to normalne zjawisko o czym pisałem ja i @marek1707.

8 godzin temu, wiewior945 napisał:

to poprawiłem kod i wszystko działa tak jak trzeba.

Nie poprawiłeś. Gdybyś poczytał o nieliniowości to byś użył korekty, np Gamma (kolejny temat rzeka).

 

Pytam tylko ciekawości dlaczego napięcie progowe jest inne niż określił to producent.

Nie jest! Źle sprawdzasz i tylko Ci się wydaje, że napięcie jest inne. Skoro sterujesz PWM, bez filtru dolnoprzepustowego, to na tranzystorze, w praktyce, masz GND lub Vcc.NIE MA POŚREDNICH NASPIĘĆ, pomijając bardzo krótką chwilę w czasie przełączania. Obejrzyj sobie to na oscyloskopie to zrozumiesz.

Edytowano Październik 29, 2018 przez es2

[wiewior945]

Dzięki @marek1707, teraz wszystko jest jasne