การขับเกตของ 2N7002 ที่ 3.3 V: การกระจายของแรงดันขีดเริ่มและ RDS(on)
2N7002 ถูกระบุว่าเป็น MOSFET ระดับลอจิก ที่ 3.3 V มันเป็นสวิตช์ 20 mA ที่ดีและเป็นสวิตช์ 300 mA ที่แย่ — ความแตกต่างคือการกระจายของแรงดันขีดเริ่มและความต้านทานที่เพิ่มขึ้นประมาณสองเท่า
คำตอบสั้น
- แรงดันขีดเริ่ม: VGS(th) คือ 1.0–2.5 V ที่ 25 °C สูงถึง 2.75 V ที่ −55 °C เกต 3.3 V เหลือ overdrive เพียง 0.55–0.8 V ในกรณีเลวร้ายที่สุด
- ความต้านทาน: 2.8 Ω โดยทั่วไปที่ VGS = 10 V, 3.8 Ω ที่ 4.5 V และประมาณ 6 Ω ที่ 3.3 V (ค่าประมาณจากกราฟ)
- กระแส: ใน SOT-23 ที่ 350 K/W ขีดสูงสุดในอากาศแวดล้อมที่ 25 °C อยู่ที่ประมาณ 0.24 A เมื่อขับด้วย 3.3 V และประมาณ 0.17 A ที่ 85 °C
- ในทางปฏิบัติ: ใช้สำหรับ LED, การเลื่อนระดับแรงดัน (level shifting), รีเลย์ขนาดเล็ก และการสลับสัญญาณ ใช้อุปกรณ์ที่มี threshold ต่ำกว่าสำหรับกระแสที่สูงกว่า ~50 mA
1. สิ่งที่ดาต้าชีตสัญญาไว้จริง ๆ
Nexperia 2N7002 เป็น MOSFET แบบ N-channel trench ขนาด 60 V, 300 mA ในแพ็กเกจ SOT-23 สามแถวในตารางค่าทางไฟฟ้าเป็นตัวกำหนดทุกอย่างเกี่ยวกับการขับด้วย 3.3 V:
| พารามิเตอร์ | เงื่อนไข | ค่า |
|---|---|---|
| VGS(th) | ID = 0.25 mA, 25 °C | 1.0 min / 2.0 typ / 2.5 max |
| VGS(th) | ID = 0.25 mA, −55 °C | 2.75 max |
| RDS(on) | VGS = 10 V, ID = 500 mA | 2.8 typ / 5.0 max |
| RDS(on) | VGS = 4.5 V, ID = 75 mA | 3.8 typ / 5.3 max |
| RDS(on) | VGS = 10 V, 150 °C | 9.25 max |
สังเกตสิ่งที่หายไป: ไม่มีคอลัมน์ 3.3 V ผู้ผลิตรับประกันสมรรถนะที่ 4.5 V และ 10 V และปล่อยให้ 3.3 V อยู่ในกราฟ นั่นไม่ใช่เรื่องบังเอิญ — ชิ้นส่วนนี้ถูกกำหนดคุณลักษณะในย่านที่ทำงานได้ดี
ทำไมจุด 4.5 V จึงมีอยู่เลย
ในอดีต ลอจิก 5 V ที่มีค่าคลาดเคลื่อน 10 % ให้ค่า 4.5 V ดังนั้นคอลัมน์ 4.5 V จึงเป็นการรับประกันสำหรับ "ลอจิก 5 V" ไม่ใช่สำหรับ 3.3 V เมื่อดาต้าชีตไม่มีคอลัมน์ 2.5 V หรือ 3.3 V การตีความอย่างตรงไปตรงมาคือ ผู้ผลิตไม่ต้องการรับประกัน RDS(on) ที่แรงดันนั้น เพราะค่านี้เปลี่ยนแปลงมากตามการกระจายตัวของกระบวนการผลิต
นั่นไม่ได้ทำให้ชิ้นส่วนใช้งานไม่ได้ที่ 3.3 V แต่หมายความว่าคุณกำลังออกแบบโดยอิงเส้นโค้งค่าทั่วไปแทนขีดจำกัดที่รับประกัน — ยอมรับได้สำหรับ LED 20 mA แต่ยอมรับไม่ได้สำหรับสวิตช์โหลดในงานผลิตที่ 200 mA
2. การกระจายตัวของแรงดันเกณฑ์ (threshold) คือความเสี่ยงที่แท้จริง
"Logic level" โดยปกติหมายถึง "เปิดได้อย่างน่าเชื่อถือจากเอาต์พุตลอจิก 5 V" สำหรับรางจ่าย 3.3 V ระยะขอบถูกกำหนดโดยค่าเกณฑ์กรณีเลวร้ายที่สุด ไม่ใช่ค่าทั่วไป:
Overdrive = VGS(applied) - VGS(th) ขับด้วย 3.3 V, 25 C, กรณีเลวร้ายที่สุด: 3.3 - 2.5 = 0.8 V ขับด้วย 3.3 V, -55 C, กรณีเลวร้ายที่สุด: 3.3 - 2.75 = 0.55 V ขับด้วย 3.3 V, ชิ้นส่วนค่าทั่วไป: 3.3 - 2.0 = 1.3 V
ค่า threshold ยังลดลงตามอุณหภูมิ — ลงไปถึง 0.6 V ที่ 150 °C — ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไม MOSFET ที่ร้อนจึงเปิดได้ง่ายแต่มีความต้านทานสูงขึ้น ผลกระทบทั้งสองอย่างนี้หักล้างกัน และไม่มีอันใดเป็นเชิงเส้น
ในผลิตภัณฑ์ที่ต้องเริ่มทำงานที่ −20 °C หรือ −40 °C เรื่องนี้สำคัญ ล็อตที่มีชิ้นส่วน threshold สูงบวกกับเช้าที่หนาวเย็น คือเส้นทางที่ "มันทำงานได้บนโต๊ะทดสอบ" กลายเป็นสินค้าคืนจากภาคสนาม
มีผลกระทบอันดับสองที่มองข้ามได้ง่าย: การกระจายของ threshold ปรากฏเป็นความแปรผันระหว่างชิ้นต่อชิ้นในรอบการผลิต ไม่ใช่แค่การเลื่อนตามอุณหภูมิ บอร์ดสองแผ่นจากล็อตเดียวกันอาจต่างกัน 0.5 V ใน VGS(th) ที่แรงขับ 5 V มองไม่เห็น แต่ที่ 3.3 V มันเปลี่ยน on-resistance ไปหลายสิบเปอร์เซ็นต์ ซึ่งเป็นความแปรผันแบบเดียวกับที่ทำให้ดีไซน์ "ใช้ได้กับชิ้นส่วนส่วนใหญ่"
หากโหลดเกี่ยวข้องกับความปลอดภัยหรือผลิตภัณฑ์ออกจำหน่ายในปริมาณมาก ให้ขอการกระจายของ threshold แทนค่า min/max บน datasheet ชิ้นส่วนที่ค่าสูงสุดคือ 2.5 V ไม่เหมือนกับชิ้นส่วนที่ค่า 3-sigma คือ 2.5 V
3. แรงดันตก: ต้นทุนที่ซ่อนอยู่ในรางจ่ายไฟ
ที่แรงขับ 3.3 V สวิตช์ไม่ใช่สวิตช์ แต่เป็นตัวต้านทานต่ออนุกรมกับโหลดของคุณ:
Vdrop = I x RDS(on) 20 mA x 6 ohm = 0.12 V (ใช้ได้กับ LED) 100 mA x 6 ohm = 0.60 V (18 % ของราง 3.3 V) 200 mA x 6 ohm = 1.20 V (36 % ของราง)
นั่นคือเหตุผลที่ 2N7002 ขับโหลด 3.3 V ที่ 100 mA "ทำงานได้" แต่โหลดเห็น 2.7 V หากโหลดเป็นโมดูล 3.3 V ที่มีค่าต่ำสุด 3.0 V คุณจะเหลือระยะเผื่อ 0.3 V ก่อนที่ความต้านทานเกตจะกัดกินมันไป
ความเร็วในการสวิตช์ไม่ใช่ปัญหา
ควรแยกสองสิ่งที่มักสับสนออกจากกัน: การสวิตช์และการนำกระแส 2N7002 สวิตช์ได้เร็ว — เวลาติดสวิตช์โดยทั่วไป 2.5 ns เวลาดับสวิตช์โดยทั่วไป 11 ns ด้วยความจุอินพุต 31 pF GPIO 3.3 V ผ่าน 100 Ω ขับเกตได้ภายในไม่กี่สิบนาโนวินาที
ปัญหาที่ 3.3 V อยู่ที่สถานะนำกระแสทั้งหมด: ชิ้นส่วนเดียวกันที่สวิตช์ในระดับนาโนวินาทีจะอยู่ในสภาพประมาณ ~6 Ω ขณะนำกระแส สำหรับสัญญาณ 20 mA สิ่งนี้ไม่สำคัญ แต่สำหรับ 200 mA มันคือทั้งการออกแบบ
มีข้อแม้ด้านการสวิตช์หนึ่งประการ: หากโหลดเป็นแบบอินดักทีฟและคุณสวิตช์อย่างช้าๆ FET จะใช้เวลาอยู่ในย่านเชิงเส้นในทุกขอบสัญญาณ ด้วยเกต 3.3 V และไดรเวอร์ที่อ่อน ให้รักษาความถี่ PWM ไว้ต่ำหรือเพิ่มเกตไดรเวอร์ที่เหมาะสม
4. ขีดจำกัดทางความร้อนใน SOT-23
ดาต้าชีตระบุการกระจายกำลังรวม 0.83 W — แต่ค่านั้นอยู่ที่อุณหภูมิจุดบัดกรี 25 °C ซึ่งถือว่ามีฮีตซิงก์ ในอากาศเปิด ค่าที่เกี่ยวข้องคือ junction-to-ambient:350 K/Wสำหรับบอร์ดที่มีฟุตพรินต์ขั้นต่ำ
Pmax(Ta) = (150 - Ta) / 350 Ta = 25 C: 0.36 W Ta = 60 C: 0.26 W Ta = 85 C: 0.19 W Imax = sqrt(Pmax / RDS(on))
ด้วย 6 Ω ที่แรงขับ 3.3 V จะได้ 0.24 A ที่ 25 °C, 0.21 A ที่ 60 °C และ 0.18 A ที่ 85 °C อัตรา 300 mA ในหัวข้อเป็นขีดจำกัดของแพ็กเกจ/ซิลิคอนที่วัดที่ VGS = 10 V พร้อมเส้นทางความร้อนในอุดมคติ — ไม่ใช่สิ่งที่วงจร GPIO 3.3 V จะไปถึงได้เลย
ทองแดงช่วยได้ แต่ช่วยน้อยกว่าที่คนคาดหวังสำหรับ SOT-23 การเปลี่ยนจากฟุตพริ้นต์ขั้นต่ำไปเป็น copper pour ขนาด 1 in² อาจลด 350 K/W ลงเหลือ 250 K/W ซึ่งเพิ่มขีดจำกัดที่ 25 °C จาก 0.24 A เป็น 0.28 A ลองเทียบกับความพยายามที่ลงไป: ตัวแพ็กเกจมีมวลความร้อนน้อย และขาเป็นเส้นทางระบายความร้อน
จุดที่ทองแดงช่วยได้จริงคือช่วงทรานเซียนต์ ขดลวดรีเลย์ที่สวิตช์เป็นเวลา 50 ms ทุกไม่กี่วินาทีเป็นโหลดแบบพัลซ์ และอิมพีแดนซ์ความร้อนชั่วครู่ต่ำกว่าค่าที่สภาวะคงตัวมาก หากดิวตี้ไซเคิลต่ำ เส้นโค้งทรานเซียนต์ในดาต้าชีตคือเครื่องมือที่ถูกต้อง ไม่ใช่ Rth(j-a)
5. จุดที่ชิ้นส่วนนี้ทำได้ดีอย่างแท้จริง
ไม่มีสิ่งใดทำให้ 2N7002 เป็นชิ้นส่วนที่แย่ มันเป็นชิ้นส่วนมาตรฐานที่ใช้กันทั่วไปด้วยเหตุผล และที่ 3.3 V มันทำงานได้ยอดเยี่ยมในบทบาทเหล่านี้:
- การขับ LED: 5–20 mA, แรงดันตก 30–120 mV, การสลับสะอาด
- การเลื่อนระดับสัญญาณ: GPIO 3.3 V ดึงโหนด 5 V หรือ 12 V ลงผ่านตัวต้านทาน กระแสถูกกำหนดโดยตัวต้านทาน ไม่ใช่ FET
- การสลับและการมัลติเพล็กซ์สัญญาณ: เสียง, สายเซ็นเซอร์, รีเลย์กระแสต่ำพร้อมไดโอดฟลายแบ็ก
- สวิตช์โหลดสำหรับโมดูลขนาดเล็กที่ต่ำกว่า 50 mA ซึ่งแรงดันตก 300 mV ถือว่ายอมรับได้
- การกลับขั้วแบตเตอรี่ / การบล็อกที่กระแสต่ำ ซึ่งทิศทางของไดโอดบอดีเป็นสิ่งสำคัญ
การขับเกตไม่ใช่ปัญหา: Ciss มีค่า 31 pF ดังนั้น GPIO 3.3 V ที่มีตัวต้านทานอนุกรมไม่กี่ร้อยโอห์มสามารถสวิตช์ได้ภายในหลายสิบนาโนวินาที ข้อจำกัดอยู่ที่ฝั่งเดรนทั้งหมด
ตัวอย่างการคำนวณ: LED 20 mA ห้าตัว
ราง 3.3 V, LED ห้าตัวต่อขนานพร้อมตัวต้านทานแยกแต่ละตัว, กระแสรวม 100 mA, สวิตช์ฝั่งต่ำด้วย 2N7002 ที่ขับจาก GPIO:
P = I^2 x R = 0.1^2 x 6 = 0.06 W dT = 0.06 x 350 = 21 K Vdrop = 0.1 x 6 = 0.6 V กระแส LED ที่ 2.7 V: ยังยอมรับได้หากตัวต้านทานถูกกำหนดค่าสำหรับ 3.3 V อุณหภูมิรอยต่อที่อุณหภูมิแวดล้อม 40 C: 61 C
นี่เป็นการใช้งานที่ดี ชิ้นส่วนยังคงเย็นเพราะกระแสต่ำแม้ว่าความต้านทานจะสูง การเปลี่ยนแปลงการออกแบบเดียวที่จำเป็นคือต้องคำนึงถึงแรงดันตก 0.6 V เมื่อเลือกตัวต้านทาน LED
ตอนนี้ขยายขนาด: LED สิบสองตัวที่ 20 mA คือ 240 mA ซึ่งเป็นขีดจำกัดในอากาศเปิดจากรูปที่ 4 วงจรเดียวกันเปลี่ยนจาก "61 °C, ใช้ได้" เป็น "FET เป็นชิ้นส่วนที่ร้อนที่สุดบนบอร์ด"
ตัวอย่างการคำนวณ: รีเลย์ 5 V จาก GPIO 3.3 V
ขดลวดรีเลย์ 5 V ที่ 80 mA ต่อสวิตช์ด้านโลว์ไซด์ โดยขดลวดรับไฟจากราง 5 V และเกตจากลอจิก 3.3 V วิธีนี้ใช้งานได้หากมีไดโอดฟลายแบ็ก และแรงดันต้องทำงานของขดลวดต่ำกว่า 4.5 V:
แรงดันที่ขดลวดได้รับ: 5.0 - (0.08 x 6) = 4.52 V การสูญเสียกำลังใน FET: 0.08^2 x 6 = 0.038 W อุณหภูมิรอยต่อเพิ่มขึ้น: 13 K
ความล้มเหลวสองประการที่ต้องหลีกเลี่ยง: การขับขดลวดจากราง 3.3 V (ซึ่งแรงดันตก 0.6 V คิดเป็น 18 % ของแหล่งจ่าย) และการละเว้นไดโอดฟลายแบ็ก ซึ่งทำให้ทุกการปล่อยกลายเป็นเหตุการณ์อวาลานช์
6. จุดที่ล้มเหลว และวิธีที่ผู้คนค้นพบ
กรณีที่ 1: "2N7002 ใช้กับลอจิก 3 V ได้หรือไม่?"
คำถามนี้ปรากฏซ้ำในฟอรัมวิศวกรรม และคำตอบต่างมุ่งไปที่ประเด็นเดียวกัน: มันใช้งานได้กับโหลดขนาดเล็กและกลายเป็นมีลักษณะต้านทานเมื่อกระแสสูงกว่าสองสามสิบมิลลิแอมป์ (การอภิปราย). ตัวเลขในดาต้าชีตข้างต้นอธิบายว่าทำไม — ชิ้นส่วนนี้ระบุไว้ที่ 4.5 V ไม่ใช่ 3.3 V.
กรณีที่ 2: ขับเกตจากลอจิก 1.8 V
สัญญาณ PWM 1.8 V เทียบกับเกณฑ์ทั่วไป 2.0 V ไม่ใช่การออกแบบที่คลาดเคลื่อนเล็กน้อย แต่เป็นการไม่ออกแบบเลย: ชิ้นส่วนบางตัวจะไม่เปิดติดเลย และที่เหลือจะทำงานในย่านเชิงเส้นและร้อนขึ้น กรณีนี้ต้องใช้ level shifter หรือ FET เกณฑ์ต่ำโดยเฉพาะ (แหล่งที่มา).
กรณีที่ 3: รีเลย์ที่คลิกสองครั้ง
ขดลวดรีเลย์ 5 V ที่ดึงกระแส 80 mA จากราง 3.3 V ผ่าน 2N7002 มักจะเกิดอาการกระพริบ: เมื่อขดลวดร้อนขึ้น ความต้านทานเพิ่มขึ้น แรงดันตกคร่อมเพิ่มขึ้น และแรงดันขดลวดลดลงต่ำกว่าระดับที่ต้องคงสถานะทำงาน FET ไม่ได้เสียหาย — เพียงแต่เพิ่มแรงดันตก 0.5 V ให้กับวงจรขดลวดที่ใกล้ขีดจำกัด
การวินิจฉัยคือวัดแรงดันขดลวดขณะรีเลย์ได้รับพลังงาน และวัดอีกครั้งหลังจากสองนาที หากลดลงมากกว่าสองสามร้อยมิลลิโวลต์ แรงดันตกคร่อม FET กำลังมีปฏิสัมพันธ์กับค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของขดลวด การแก้ไขคือใช้ราง 5 V สำหรับขดลวด หรือใช้รีเลย์ที่มีช่วงการทำงานกว้างขึ้น
ความล้มเหลวที่เกี่ยวข้องปรากฏเมื่อรีเลย์ถูกขับจากราง 3.3 V เดียวกับลอจิก: กระแสกระชากของขดลวดดึงรางลง MCU เกิดภาวะแรงดันตก (brownout) และอาการดูเหมือนบั๊กเฟิร์มแวร์ ให้ใช้สโคปวัดราง 3.3 V ขณะสวิตช์รีเลย์ก่อนโทษโค้ด
7. การเลือกชิ้นส่วนอื่นตามอาการ
| อาการ | ความหมาย | ย้ายไปที่ |
|---|---|---|
| Load sees 0.5–1 V less than the rail | RDS(on) too high at 3.3 V | Lower-threshold, lower-RDS part (BSS138 class), or a load switch IC |
| Works warm, fails cold | Worst-case VGS(th) near the drive voltage | Part specified at 2.5 V or lower VGS(th) max |
| SOT-23 discolours at 200–300 mA | Free-air thermal limit, not the 0.83 W rating | SOT-223 / DFN with copper, or a smaller load |
| Needs >0.5 A switching | Outside the part's class | Logic-level power MOSFET with a gate driver |
ใครไม่ควรใช้ 2N7002 ที่ 3.3 V:โหลดใด ๆ ที่สูงกว่าประมาณ 100 mA; การออกแบบใด ๆ ที่ต้องเริ่มทำงานต่ำกว่า −20 °C โดยไม่มีการตรวจสอบระยะเผื่อแรงดันเกณฑ์; รางจ่ายไฟใด ๆ ที่แรงดันตก 0.6 V ทำให้โหลดใช้งานไม่ได้; และเกตใด ๆ ที่ขับด้วยลอจิก 1.8 V
เปรียบเทียบตามคลาส ไม่ใช่ตามหมายเลขชิ้นส่วน
| คลาส | การขับเกต | ใช้เมื่อ | หลีกเลี่ยงเมื่อ |
|---|---|---|---|
| Standard 2N7002 | 4.5–10 V specified | ≤50 mA signal switching, level shift | 3.3 V drive above 100 mA; cold-start products |
| Low-threshold small FET (BSS138 class) | 2.5 V class | 3.3 V logic, 100–300 mA, level shifting | Above 0.5 A; high ambient |
| Low-RDS power FET (SOT-23 / DFN) | 2.5–4.5 V class | 0.5–3 A low-side switching | Static loads without copper; no gate driver at high frequency |
| Load switch / high-side IC | Logic input, internal charge pump | High-side switching, current limit, reverse protection | Cost is the binding constraint |
8. การตรวจสอบบนโต๊ะทดสอบ
- วัด VGS ที่ขาเกตขณะเปิดทำงาน — ไม่ใช่ที่ GPIO และไม่ใช่ที่ตัวต้านทาน
- วัด VDS ขณะนำกระแส และคำนวณ RDS(on) = VDS / ID จากนั้นเปรียบเทียบกับ 6 Ω ที่ 3.3 V
- วัดอุณหภูมิเคสหลัง 10 นาที; SOT-23 ที่ 0.3 W จะอุ่นอย่างเห็นได้ชัด
- ทำซ้ำที่อุณหภูมิการทำงานต่ำสุดที่ผลิตภัณฑ์จะพบ
- ตรวจรูปคลื่นเกตว่ามีขอบช้า: GPIO ที่อ่อนหรือตัวต้านทานอนุกรมค่าสูงทำให้ FET อยู่ในย่านเชิงเส้นนานกว่าที่คาด
สำหรับการคำนวณทางความร้อนบนชิ้นส่วนเชิงเส้นที่อยู่ต้นทางของสวิตช์เหล่านี้ การคำนวณแบบเดียวกันปรากฏในงบประมาณความร้อนของ AMS1117และที่ชาร์จ TP4056คู่มือ
รายการตรวจสอบบนโต๊ะทำงาน
| ตรวจสอบ | ผ่าน | หากไม่ผ่าน |
|---|---|---|
| VGS at the pin, on-time | ≥ 3.0 V (3.3 V rail) | GPIO drop, series resistor too large, wrong pin |
| RDS(on) = VDS / ID | ≤ 8 Ω at 3.3 V | Part not fully enhanced; check threshold at temperature |
| Package temperature, 10 min | Stable, < 90 °C | Reduce current or change package |
| Cold start | Turns on at lowest rated temperature | Threshold margin too small; change part |
| Inductive load | Flyback diode present, VDS spike within rating | Add diode across the coil |
9. การทบทวนการออกแบบด้วยสามคำถาม
- VGS(th) ในกรณีเลวร้ายที่สุดที่อุณหภูมิการทำงานต่ำที่สุดคือเท่าใด?หาก 3.3 V อยู่ห่างจากค่านั้นไม่เกิน 0.8 V แสดงว่าการออกแบบไม่มีมาร์จิน
- I²R ที่กระแสทำงานคือเท่าใด?หากเกิน 0.2 W ใน SOT-23 ในอากาศอิสระ ชิ้นส่วนจะถึงขีดจำกัดทางความร้อน
- โหลดจะเห็นอะไร?หากแรงดันตกมากกว่า 10 % ของแรงดันราง แสดงว่า FET เป็นชิ้นส่วนที่ผิดประเภท
ของเรา2N7002 in SOT-23มีสต็อกไว้สำหรับบทบาทระดับสัญญาณเหล่านี้โดยเฉพาะ; สำหรับกระแสที่สูงขึ้นคอลเลกชัน MOSFETแสดงรายการตัวเลือกทดแทนที่เรามีในสต็อก หากคุณกำลังรับรองแหล่งจ่ายสำรอง โปรดดูกระบวนการตรวจสอบย้อนกลับ— การกระจายของแรงดันเกณฑ์ระหว่างผู้จำหน่ายมักเป็นสาเหตุที่พบบ่อยที่ทำให้การผลิตสองชุดมีพฤติกรรมแตกต่างกัน
10. คำถามที่พบบ่อย
2N7002 เป็น MOSFET ระดับลอจิกหรือไม่?
ใช่ ในความหมายของ 5 V แรงดันเกณฑ์ของมันต่ำพอสำหรับลอจิก 5 V แต่ดาต้าชีตรับประกัน RDS(on) ที่ 4.5 V และ 10 V เท่านั้น ที่ 3.3 V มันใช้งานได้ โดยมีความต้านทานประมาณสองเท่า และมีระยะเผื่อเหนือแรงดันเกณฑ์กรณีแย่ที่สุดน้อยลงมาก
ขับมันโดยตรงจาก GPIO 3.3 V ได้ไหม
ในทางไฟฟ้าได้ — Ciss คือ 31 pF ดังนั้น GPIO แทบไม่เห็นภาระ โจทย์คือเดรนไปขับอะไร: ต่ำกว่า 50 mA ถือว่าโอเค เหนือ 100 mA แรงดันตกและความร้อนกลายเป็นปัจจัยจำกัด
ทำไมมันจึงร้อนที่ 200 mA?
เพราะ 200 mA ผ่าน 6 Ω คือ 0.24 W และ SOT-23 ในอากาศเปิดมีประมาณ 350 K/W ดังนั้นรอยต่อจะเพิ่มขึ้นราว 84 K เหนืออุณหภูมิแวดล้อม เมื่อเพิ่มกล่องที่ 40 °C รอยต่อจะใกล้ 125 °C
เกิดอะไรขึ้นเมื่อขับเกตที่ 1.8 V?
ไม่มีอะไรที่เชื่อถือได้ ค่า threshold ทั่วไปคือ 2.0 V และค่าสูงสุดคือ 2.5 V ดังนั้นการขับที่ 1.8 V อาจทำให้ FET ปิดอยู่ หรือเปิดบางส่วนในย่านเชิงเส้นซึ่งจะร้อนเร็ว ใช้ level shifter หรือชิ้นส่วนที่ rated สำหรับการขับที่ 1.8 V
สามารถขนาน 2N7002s สองตัวเพื่อให้ได้กระแสมากขึ้นได้หรือไม่?
ไม่ได้ผลในทางปฏิบัติ เนื่องจาก threshold และ RDS(on) แตกต่างกัน จึงแบ่งกระแสกันได้ไม่ดี และขีดจำกัดทางความร้อนคิดเป็นรายแพ็กเกจ ให้ใช้อุปกรณ์ที่มีขนาดใหญ่กว่าแทน
จำเป็นต้องมีตัวต้านทานเกตหรือไม่?
โดยปกติแล้วค่าขนาดเล็ก (10–100 Ω) ก็เพียงพอที่จะลดการแกว่ง (ringing) จากขอบสัญญาณที่เร็ว และป้องกัน GPIO จากการฉีดของ Miller (Miller injection) แต่ไม่ได้แก้ปัญหาช่วงเผื่อ threshold (threshold-margin)
11. แหล่งที่มา
- Nexperia,2N7002 60 V, 300 mA MOSFET แบบ N-channel Trench— RDS(on) 2.8/5.0 Ω ที่ 10 V, 3.8/5.3 Ω ที่ 4.5 V, VGS(th) 1.0/2.0/2.5 V, Rth(j-a) 350 K/W.
- Texas Instruments,เอกสารข้อมูล 2N7002L— คุณลักษณะการถ่ายโอนและพฤติกรรมของแรงดันขีดเริ่มต่ออุณหภูมิ
- ฟอรัม EEVblog,FET N-channel ราคาทั่วไปสำหรับลอจิก 3 V.
- Electronics StackExchange,การขับ MOSFET ด้วย PWM 1.8 V.
กำลังตรวจสอบการเลือก MOSFET หรือไม่
ส่งแรงดันขับเกต กระแสโหลด และความถี่สวิตชิ่งมา เราจะคำนวณแรงดันตกและอุณหภูมิรอยต่อก่อนที่คุณจะตัดสินใจเลือกฟุตพริ้นต์
