¿Qué utilidad pueden tener los resultados de la medición de la resistencia del MOSFET con un multímetro?

Question

Cuando se necesita la resistencia de un MOSFET a una determinada tensión y corriente de puerta, el valor correcto se obtiene normalmente leyendo la hoja de datos para los valores especificados.

Dado que se supone que un MOSFET actúa como un componente resistivo, ¿qué resultados daría la medición de la resistencia entre el drenaje y la fuente? Sé que la corriente afecta a la resistencia, pero pienso hacer funcionar el MOSFET a una corriente lo suficientemente baja como para que el efecto no sea demasiado importante.

Answer 1

Puedes medir Rdson en las condiciones que especifiques, PERO tus condiciones de medición serán tan diferentes de las que normalmente experimentas que tendrás que ser muy cuidadoso para asegurarte de que te dice lo que quieres saber.
La mayoría de los medidores utilizan una pila de 9V (6V-9V) pero algunos utilizan 2 x AA = 2 a 3V y algunos utilizan 1 x AA (poco frecuente).
La corriente del medidor puede ser de 1 mA o de otro tipo. Cuanto menor sea la corriente de prueba, menos se parecerá la prueba a la mayoría de las condiciones del mundo real. Si su Itest es de 1 mA y el Icircuit va a ser de 10 mA, los resultados pueden ser muy diferentes.
La temperatura ambiente afectará a los resultados.

Es posible que tenga una buena razón para hacer esto en lugar de utilizar la hoja de datos, pero no es en absoluto evidente qué propósito útil se serviría. Obtendrá un resultado único en una circunstancia muy especial e incierta que puede ser muy diferente de lo que obtendrá en circunstancias similares posteriormente.

El Rdson del MOSFET depende de Vgs. Para Vgs más que unos pocos bigotes de mosquito por encima de Vth - el voltaje de umbral de la puerta, Rdson será lo más bajo que se puede conseguir para ese dispositivo. Pero si la corriente del medidor es, digamos, 1 mA y se aumenta la Ids a, digamos, 10 mA, usted puede* encuentran que Rdson aumenta muy sustancialmente.

A continuación se muestran las curvas de Ids frente a Vgs para un 2N7002. Se puede ver en el gráfico de la izquierda que para Vgs = 10V el Rdson es aproximadamente R=V/I = 0,85V/0,4A decir ~= 2,1 Ohms. Para valores altos de corriente las curvas para Vgs más bajas se curvan hacia la derecha - es decir, Rdson aumenta notablemente por encima de una cierta Ids en cada caso. PERO para una Ids lo suficientemente baja las curvas tienden a asimilar lo mismo que la línea Vgs=10V. Puede parecer que las líneas de Vgs=3V no lo hacen, pero eso se debe principalmente a la escala del eje del gráfico. Las curvas de la derecha muestran el comportamiento relativamente lineal de Rdson con Vgs a una temperatura fija hasta Vgs ~= 3V a 25 grados Celsius.

Una alternativa a confiar en voltajes y corrientes basados en medidores relativamente no diseñados es colocar una resistencia Rd en serie con el drenaje y aplicar Vgs como se desee y luego medir Vds y (Vsupply-Vds) = Vresistor.
Entonces Ids = Vresistor/ Rd.
Vds = medido. Vgs = según lo establecido por usted. Entonces Rdson = Vds / Ids.

Una alternativa técnicamente superior es configurar una fuente de alimentación variable para limitar la corriente a la corriente de diseño - digamos Ids = 10 mA, y aplicar Vgs como se desee.
Medir Vds y todo hecho.
Rdson = Vds / Ids

Si utilizas el método del medidor, añadir una resistencia en serie Rd te permitirá tanto medir la corriente del medidor como comprobar el resultado como en el caso anterior.
Necesitarías un voltímetro aparte.

Answer 2

Sí, puedes medir la Rds_on de un MOSFET con un óhmetro (probablemente necesitarás un miliohmetro), pero recuerda (como dices) que esa es la medida de la Rds_on a los Vds específicos que tu óhmetro está haciendo aparecer allí (y también, por supuesto, a los Vgs que estás aplicando). Rds_on es una resistencia no lineal.

Dado que la corriente inyectada por el óhmetro depende de la escala seleccionada, y Vds depende de esa corriente, la no linealidad de Rds_on hará que veas lecturas ligeramente diferentes a distintas escalas. Si quieres comparar varios MOSFETs, utiliza la misma escala de resistencia. Si quieres saber a qué Vds se ha tomado una lectura de Rds_on, sólo tienes que medirla con otro comprobador, configurado como voltímetro.

Answer 3

Puede hacerlo, pero sólo será válido en el punto de funcionamiento producido por su multímetro.

El multímetro aplicará una pequeña tensión regulada al circuito a través de una resistencia cuyo valor varía en función de la escala utilizada. La tensión a través de esta resistencia se mide con un ADC y la resistencia de la resistencia conectada puede calcularse a partir de esta lectura. Para mi medidor Fluke, el modo de resistencia tiene las siguientes características:

que muestra que el MOSFET verá un \$V_{DS}\$ de menos de 550 mV (cuánto menos depende del resultado) y una corriente de menos de 1 mA (de nuevo, cuánto menos depende del resultado). Si tienes un segundo medidor, puedes utilizarlo para medir la tensión y la corriente que se aplica. Si estos valores son los mismos que los de tu aplicación objetivo, funcionará. Es probable que no sean .

En la región de corte, donde \$V_{GS} < V_{th}\$ la resistencia es muy alta y está más relacionada con \$V_{GS}\$ y \$V_{th}\$ que \$V_{DS}\$ . Su multímetro no producirá una buena lectura en esta región simplemente porque la respuesta es probablemente mayor que la resistencia máxima que su medidor puede mostrar.

En la región de saturación, donde \$V_{GS} > V_{th} \$ y \$V_{DS} > ( V_{GS} – V_{th} ) \$ La corriente es aproximadamente la misma independientemente de la tensión aplicada. De nuevo, el multímetro no hará un buen trabajo en este estado por dos razones: En primer lugar, es no lineal, y en segundo lugar, es muy baja pero requiere una alta \$V_{DS}\$ . A menos que utilices MOSFETs baratos o viejos y un multímetro demasiado entusiasta, no obtendrás resultados precisos.

Sin embargo, en la región triódica o lineal, donde \$V_{GS} > V_{th} \$ y \$V_{DS} < ( V_{GS} – V_{th} )\$ el MOSFET se comportará principalmente como una resistencia y tener una resistencia en el rango que su medidor puede medir. Digo sobre todo porque pasa gradualmente a la región de saturación; como \$V_{DS}\$ se acerca a \$ V_{GS} – V_{th} \$ se vuelve más y más no lineal. Deberías obtener buenos resultados aquí, pero no sabrás sin probar con otro multímetro si estás en esta región. En este punto, puedes configurar un trazador de curvas si tienes un viejo HP4151B o algo similar en el laboratorio. Si no es así, se puede construir un trazador de curvas manual a partir de un generador de funciones que barre un rango de tensión, una resistencia sensora y un osciloscopio que monitoriza la corriente a través de la resistencia sensora en un canal y la tensión de salida en otro.

En conclusión, el multímetro sólo es útil en la región de los triodos e incluso entonces es mejor utilizar un trazador de curvas.