NMOS管G端电平异常，求解释

只看该作者 · 2017-8-31 15:29

本帖最后由华仔zju 于 2017-9-1 08:58 编辑

最近在用MOS管做电子开关，遇到一个难以解释的现象。简化电路如图1所示，NMOS漏极（D）连接负载末端，源极（S）接地，栅极（G）连接控制信号。期望通过控制G极的高低来控制NMOS的通断，从而控制接通或者断开负载与地的回路，图中开关SW 0-100us处于断开状态，100-200us处于闭合状态，得到的VF1和VF2分别如图2和图3所示。

图1

图2

图3
可是，为什么VF2一开始的时候就是5V呢？而且，我试过了，VF2在0-100us之间的电压跟开关SW1下面接的电源有关系，例如我将5V改为8V，那么VF2在0-100us期间的电压就会是8V左右。即使开关SW1在0-100us时断开，认为NMOS的栅极（G）处于浮动状态，那为什么G端测到的电压会跟开关下端的供电有关呢？这个现象如何解释？

如果我在NMOS的栅极（G）和地之间加一个下拉电阻，如图4所示状态，就能够实现我所期望的要求，得到的VF1和VF2分别如图5和图6所示。这里0-100us SW1处于断开状态，NMOS的栅极（G）被下拉至0V，所以Vgs=0v<Vth，NMOS截止，所以VF1=Vsource=10v；100-200us SW2处于导通状态，NMOS栅极（G）接到5v，Vgs=5v>Vth，NMOS导通，所以VF1≈0v。

图4

图5

图6

2万 · 2017-8-31 15:42

NMOS的栅极，开关断开，你让它开路，这肯定不可以的，这个分布电容的电压很难释放的。
万事要考虑周全，其它就懒得看。
还是上实际原理图，人家分析也有更多细节。

2万 · 2017-8-31 16:03

“可是，为什么VF2一开始的时候就是5V呢？而且，我试过了，VF2在0-100us之间的电压跟开关SW1下面接的电源有关系，例如我将5V改为8V，那么VF2在0-100us期间的电压就会是8V左右。即使开关SW1在0-100us时断开，认为NMOS的栅极（G）处于浮动状态，那为什么G端测到的电压会跟开关下端的供电有关呢？这个现象如何解释？”

你这个应该是仿真，MOS管栅极（G）若不接任何东西是悬浮的，实际情况将是受外界的干扰电压不定。你所得到的所谓“电压”，其实是仿真软件的“估值”，受SW1下端的电源影响，实际不可能如此。

你下面的电路给了MOS管栅极一个直流偏置，自然就正常了。

只看该作者 · 2017-8-31 16:06

HWM 发表于 2017-8-31 16:03
“可是，为什么VF2一开始的时候就是5V呢？而且，我试过了，VF2在0-100us之间的电压跟开关SW1下面接的电源有 ...

你的意思是我按照图1搭建一个实际电路，G端应该是处于浮动的不稳定状态，而不是仿真里面的受SW1下端电压影响是吗？我手边刚好有NMOS管，我搭建起来试试看~

2万 · 2017-8-31 16:09

华仔zju 发表于 2017-8-31 16:06
你的意思是我按照图1搭建一个实际电路，G端应该是处于浮动的不稳定状态，而不是仿真里面的受SW1下端电压影 ...

实际情况肯定不是你所仿真的那样。

只看该作者 · 2017-8-31 16:09

king5555 发表于 2017-8-31 15:43

即使考虑Gdg和Cgs，也不能解释为什么VF2在0-100us的电压受V2供电的影响啊

只看该作者 · 2017-8-31 16:11

gx_huang 发表于 2017-8-31 15:42
NMOS的栅极，开关断开，你让它开路，这肯定不可以的，这个分布电容的电压很难释放的。
万事要考虑周全，其 ...

分布电容的确是个因素但是我没想明白为什么会受V2供电的影响觉得4L说的有道理决定搭个实际电路测试下~

只看该作者 · 2017-8-31 16:23

HWM 发表于 2017-8-31 16:09
实际情况肯定不是你所仿真的那样。

老哥还是你稳啊我搭了下电路当开关断开的时候，测到的栅极电位基本都是0V目前

2万 · 2017-8-31 16:38

华仔zju 发表于 2017-8-31 16:23
老哥还是你稳啊我搭了下电路当开关断开的时候，测到的栅极电位基本都是0V目前 ...

NMOS，D-G，G-S之间都有分布电容，导通过程中，会互相耦合。
所以，栅极一般要串电阻并电容，防止漏极到栅极的反馈。
另外，实际测试和仿真也有区别，万用表一测量，相当于并联了一个10M的放电电阻。
不能蛮干呀，眼见为实耳听为虚，其实眼见不一定是真的。

只看该作者 · 2017-8-31 16:39

king5555 发表于 2017-8-31 16:33

我电路的开关最开始的时候是断开的啊然后在100us的时候才闭合上的

只看该作者 · 2017-8-31 16:50

HWM 发表于 2017-8-31 16:09
实际情况肯定不是你所仿真的那样。

老哥帮我看看我图7这个电路能不能实现我想要的目的（VG1是±10V，200kHz的矩形脉冲信号，如图8） R1和R2分别代表两个负载，希望通过四个NMOS管来控制让负载1（或负载2）工作例如，0-100us闭合SW1，打开SW2，让VG1-R2-GND形成回路，从而使R2工作，切断R1回路，从而使R1不工作；100-200us闭合SW2，打开SW1，让VG1-R1-GND形成回路，从而使R1工作，切断R2回路。
不知道这样子设计是不是有问题？
我记得MOS管有高端和低端开关，NMOS一般做低端开关，PMOS一般做高端开关。正常而言，应该是在负载与供电之间做开关切断或连通，但是由于VG1存在-10V的输出，所以我暂时没想到如何控制.....只想到目前图中这个方案

图7

图8

只看该作者 · 2017-8-31 16:58

king5555 发表于 2017-8-31 16:44
我尚未编辑文字，而你先回复了。请重看敘述，图是先看SW_OFF再到ON。

SW_OFF的时候Cdg充电存储了Cdg*V1的电荷，也解释不了SW_OFF期间VF2电压与V2相近似吧？

只看该作者 · 2017-8-31 16:59

gx_huang 发表于 2017-8-31 16:38
NMOS，D-G，G-S之间都有分布电容，导通过程中，会互相耦合。
所以，栅极一般要串电阻并电容，防止漏极到 ...

老哥说的还是很有道理的但是能给小弟普及下（具体讲解下）“栅极一般要串电阻并电容，防止漏极到栅极的反馈”吗小弟硬件设计做的不多，还得向大哥们多学习请教啊

3万 · 2017-8-31 17:40

华仔zju 发表于 2017-8-31 16:50
老哥帮我看看我图7这个电路能不能实现我想要的目的（VG1是±10V，200kHz的矩形脉冲信号，如图8） ...

“不知道这样子设计是不是有问题？”
大有问题。
功率N沟MOS管的门极(G)对源极(S)为正(且电压足够高)时，MOS管导通。现在两个信号源V3和V4负极接地，正极通过开关SW1和SW2联接到MOS管门极，那么门极不是对源极为正，而是对漏极(D)为正。

1万 · 2017-8-31 23:17

仿真还是不要浪费时间，现在的仿真有很多问题。

1万 · 2017-9-1 07:40

楼主画的图与描述不符合，文字表达的是D接电源，S接负载，电路图却是D接的负载

只看该作者 · 2017-9-1 08:55

king5555 发表于 2017-8-31 17:34
在G丶S间沒并联电阻之情形,Cgs会儲存SW_ON時之V2电压，当又切到OFF时，少许向Cgd及Cds或漏电放电，自然此 ...

你的意思是即使我起始时刻SW1是断开的，但是仿真的时候是按照<0us时SW1闭合在t=0us的时候断开来考虑的？

只看该作者 · 2017-9-1 08:59

山东电子小菜鸟发表于 2017-9-1 07:40
楼主画的图与描述不符合，文字表达的是D接电源，S接负载，电路图却是D接的负载 ...

谢谢提醒我改一下

只看该作者 · 2017-9-1 09:26

本帖最后由华仔zju 于 2017-9-1 10:07 编辑

maychang 发表于 2017-8-31 17:40
“不知道这样子设计是不是有问题？”
大有问题。
功率N沟MOS管的门极(G)对源极(S)为正(且电压足够高)时， ...

老哥我是这么考虑的
就看负载R1这一路：当SW2断开的时候，T1和T2的源极都是不确定状态，但是此时T1和T2都是Vg=Vs，所以T1和T2都截止；当SW2闭合的时候，T2管的S极就会是V2（即5V），由于NMOS存在一个S到D的二极管，所以T2的S极就约等于0.3V，这样子T2管就会打开，同样，T1管也会被打开，从而R1负载回路被连通。而MOS管一旦打开，电流既可以从D流向S也可以从S流向D，所以，对于VG1到底是10V或-10V应该对整个R1负载回路并没有影响。

我用两个IRF540N搭建了一个实际电路，VG1接的是一路开关电源，V4接的是另一路开关电源。最开始的时候，VG1供10V的电压，V4从0V开始逐渐增大，V4=0V时测得VF1≈10V，当V4增加到3.6V左右，VF1≈0V，即当VG1为正电源的时候满足了我所想实现的控制要求。接下来将VG1变为-10V，V4同样从0V开始逐渐增大，V4=0V时测得VF1≈-3.2V，增大过程中VF1逐渐减小，当V4增大到3.6V左右的时候，VF1≈0V。
当VG1=10V的整个过程都满足预期要求，但是当VG1=-10V的时候，V4=0V的VF1预期值应该是-10V左右，可是测试结果并非如此。这里的原因我已经明白了，因为我只是通过开关电源来调节V4的供电，并没有真正实现SW2的断开与闭合操作，所以导致了这个问题。当VG1=-10V的时候，如果我将V4=0V变为断开V4的供电电路，就可以实现VF1≈-10V了。接下来打算稳定住V4的电压（设定在5V左右），然后找个电子开关来控制V4的通断，进行实验。

只看该作者 · 2017-9-1 11:29

maychang 发表于 2017-8-31 17:40
“不知道这样子设计是不是有问题？”
大有问题。
功率N沟MOS管的门极(G)对源极(S)为正(且电压足够高)时， ...

用MAX4516做开关SW2，+5V和0V供电，实际测试结果是VG1=10V的时候可以实现期望的控制，VG1=-10V的时候，开关闭合的时候，VF1≈0V，开关打开的时候VF1≈-3V，还是不对，跟物理上断开还是有区别

NMOS管G端电平异常，求解释

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