El circuito de transistor simple con pin de puerta desconectado actúa de manera extraña

Mi hermano y yo estábamos jugando con algunos transistores nuevos que ordenamos (MOSFET de canal n 2n7000), tratando de hacer un circuito de conmutación simple: conecte un interruptor, el LED se enciende; abre el interruptor, el LED se apaga. Aquí hay un enlace al circuito que estábamos tratando de hacer.

ingrese la descripción de la imagen aquí Aquí hay una imagen de lo que implementamos en un protoboard. Hay una diferencia con el circuito anterior: el interruptor no está realmente completo. Solo tenemos un solo cable conectado a la puerta del n-MOSFET. Así que esto es lo que realmente tenemos en el protoboard.

Por lo que sabemos, según nuestra limitada experiencia en ingeniería eléctrica, el LED nunca debe estar encendido, ya que no hay conexión desde la alimentación de +5 V a la compuerta del transistor; el transistor no debe dejar pasar ninguna corriente. Sin embargo, hubo dos cosas interesantes: primero, el LED se encendió tan pronto como encendimos el circuito, incluso antes de conectar la puerta del transistor a la corriente. Además, cada vez que tocamos/pulsamos el cable conectado a la puerta (etiquetado con "??" en el circuito), el LED cambia aleatoriamente entre tres niveles diferentes de brillo (encendido, medio, apagado) e incluso se "pegará" en un ajuste de brillo, incluso entre ciclos de potencia de todo el circuito. ¡El transistor único parece actuar como un flip-flop!

Entonces, la pregunta es: ¿por qué tocar el cable desconectado cambia el estado del LED?

Y, en segundo lugar, ¿cómo está encendido el LED, incluso si el transistor no tiene una fuente de voltaje conectada a la puerta?

"¡El transistor único parece actuar como un flip-flop!" - En realidad, actúa más como una celda DRAM ;)

Respuestas (1)

Una puerta flotante tiene un voltaje. Cualquier cable tiene un voltaje. Hasta que lo pongas en referencia a otra cosa, ese voltaje puede ser cualquier cosa. No espere que sea 0V o cualquier otro voltaje conocido.

Esa puerta también tiene una capacitancia. Tu cuerpo es una capacitancia. Cada vez que toca esa puerta, está conectando dos condensadores y se producirá un equilibrio de carga. Esto alterará el voltaje en la puerta. Ergo, ha creado un esquema de memoria de capacitor de transistor simple que no es muy diferente de DRAM. Bastante ingenioso, ¿eh?

Me sorprende un poco que el brillo siga siendo el mismo entre los ciclos de encendido, pero ¿tal vez eso se deba a tener un mosfet de alta calidad con una alta impedancia de puerta?

Por último, aunque esta es una gran lección, no diseñes un circuito como este con un nodo flotante esperando que tenga un voltaje específico.

Soy el hermano del que habló @feralin, así que me siento calificado para explicar: en realidad, originalmente teníamos un interruptor (como se muestra en el primer circuito vinculado en la pregunta) que constaba de dos cables que simplemente podíamos tocar entre sí. Sin embargo, tocarlos no pareció hacer nada (aunque eso completó una conexión de +5V a la puerta). En ese momento, decidimos experimentar y llegamos a la situación actual. Entonces, ¿puede explicar por qué, incluso con un interruptor, el transistor no funcionaba como esperábamos?
@Jashaszun Tendrás que describirlo un poco más claro. ¿Estás diciendo que cuando se cerró el interruptor, el transistor no se encendió?
Estoy diciendo que ya sea que el interruptor estuviera cerrado o no, el transistor se encendió y exhibió los efectos extraños que describimos en la pregunta.
@Jashaszun Eso suena como si su transistor estuviera parcialmente fundido O tiene el transistor al revés (fuente y drenaje invertidos). Si estaba al revés, es posible que ahora también esté parcial o totalmente volado.
Hmm... Iré a probarlo ahora mismo. Entonces, ¿debería voltear el transistor, volver a colocar el interruptor y probar?
@Jashaszun sí. Y asegúrese de que la resistencia esté en su lugar. Y para evitar más transistores quemados, asegúrese de que su puerta también tenga una resistencia.
Muy bien, esto es lo que tenemos ahora. Ahora tenemos un menú desplegable en el cable de la puerta.
Sin embargo, originalmente teníamos una resistencia de 1 M para el pulldown allí, que según Falstad debería funcionar. En nuestro circuito, cuando teníamos el pulldown de 1M, el LED era brillante o medio. Con 330 como menú desplegable, funcionó perfectamente. ¿Puede explicar por qué 1M no funciona? Además, en Falstad nuestro circuito funciona incluso sin el pulldown, mientras que en la vida real no funciona. ¿Puedes explicar eso también? Lo siento si hay demasiadas preguntas aquí...
@Jashaszun Si observa la hoja de especificaciones: fairchildsemi.com/datasheets/2N/2N7000.pdf , verá que la resistencia Rgs es <= 1Mohm, lo que significa que si tiene una resistencia pulldown de 1M, en realidad crea un divisor de voltaje poniendo 1/2 de Vdd en su puerta a través de la resistencia interna de la puerta. Eso significa que su transistor siempre estaría encendido. Básicamente, su puerta tiene inherentemente una resistencia interna que se conecta a la fuente (y al drenaje) que es inferior a 1 Mohm. Si sus resistencias externas están cerca de eso, las cosas se comportarán de manera extraña.
¡Muchas gracias horta! Creo que eso resuelve todos nuestros problemas y responde todas nuestras preguntas. Como puede ver, somos bastante nuevos en esto, ¡pero espero que aprendamos rápido!
@Jashaszun no te preocupes. Me alegra ser de ayuda. Jugar/practicar/experimentar es la forma más rápida/mejor de aprender, ¡así que sigue así!
@Jashaszun Oh, olvidé responder la pregunta de por qué funciona en Falstad pero no en la vida real. Eso es porque es un simulador, y cuando el interruptor está apagado, el simulador asume que un nodo que no está conectado a nada tiene 0 voltios. En la vida real, como explica mi respuesta, ese no es el caso. Los mejores simuladores le informarían que tiene un voltaje flotante en su circuito en lugar de asumir que llega a 0V.
@horta El valor de Rgs <= 1 Mohm que cita NO es un parámetro FET, es una condición que se aplica al FET mientras se prueba V_DGR. Está diciendo que para lograr el máximo V_DGR de 60 V, no debe tener más de 1 MOhm desde la puerta hasta la fuente. El RGS interno del MOSFET es muy, muy grande: fuga a través del óxido de la puerta. | El efecto del que habla no es causado por el FET que actúa como un componente divisor resistivo.
@RussellMcMahon Es bueno saberlo. Entonces es una pieza defectuosa/fallida o la capacitancia de la placa de prueba + la capacitancia de la puerta estarían causando el problema, sería mi mejor suposición. Sin embargo, todavía no parece ser lo suficientemente grande como para causar los problemas que publicó el OP.
El circuito de transistor simple con pin de puerta desconectado actúa de manera extraña
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